CN105276030A - 控制具有泵轮离合器的传动装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制具有泵轮离合器的传动装置的方法。当变矩器包括泵轮离合器时，泵轮转速是难以测量的，基于泵轮转速、涡轮转速和涡轮扭矩之间的已知的关系来估计泵轮转速。涡轮扭矩可通过涡轮扭矩传感器直接测量或基于其它测量值(例如，输出轴扭矩或车辆加速度)进行估计。按照将涡轮扭矩与泵轮转速和涡轮转速相关的二次多项式的系数在控制器中存储所述关系。基于测量的输入轴转速和估计的泵轮转速计算打滑速度。使用闭环控制来调节泵轮离合器的扭矩容量以保持目标打滑。

Description

控制具有泵轮离合器的传动装置的方法

技术领域

本公开涉及车辆控制领域。更具体地，本公开涉及传动系统的控制，该传动系统包括具有泵轮分离离合器的变矩器。

背景技术

许多车辆在包括前进运动和倒车运动两者的宽的车速范围内被使用。但是，某些类型的发动机只能够在窄的速度范围内有效地运转。因此，经常采用能够以多种传动比有效地传递动力的传动装置。当车辆处于低速时，传动装置通常以高传动比运转，从而使发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车速时，使传动装置以低传动比运转允许与安静、节省燃料的巡航关联的发动机转速。通常，传动装置具有安装到车辆结构的壳体、由发动机曲轴驱动的输入轴和通常经由差速器总成驱动车轮的输出轴，所述差速器总成在车辆转弯时允许左车轮和右车轮以稍微不同的转速旋转。

即使选择了非常高的传动比，当车辆静止时，齿轮箱的输入转速也是零。由于内燃发动机在轴转速为零时不能够产生扭矩，因此通常在发动机和齿轮箱输入轴之间使用某种类型的起动装置。用于自动传动装置的常用的起动装置是液力耦合器。液力耦合器是具有泵轮和涡轮的液力扭矩传递装置，泵轮和涡轮以环面形状围绕传动装置轴线。当泵轮旋转得比涡轮快时，泵轮使流体沿着环面旋转而在涡轮上施加扭矩并且在泵轮上施加阻力矩。变矩器是一种还包括保持不旋转的导轮的液力耦合器。所述导轮改变流体方向，使得施加到涡轮的扭矩大于泵轮上的阻力矩。当车辆静止时，涡轮也静止而泵轮可连接到发动机曲轴。由于泵轮和涡轮之间的转速差，使得泵轮阻碍曲轴的旋转。阻力矩足够小而不会使发动机熄火。然而，为了克服阻力矩，发动机除消耗空载怠速下所需要的燃料之外还必须消耗额外的燃料。多倍的发动机扭矩被传递至连接到涡轮的齿轮箱输入。

发明内容

一种传动装置包括变矩器和控制器。变矩器包括泵轮和涡轮，泵轮通过泵轮离合器选择性地连接到传动装置输入轴，涡轮通过泵轮被液力地驱动。控制器基于估计的泵轮转速调节泵轮离合器的扭矩容量。基于涡轮转速和涡轮扭矩的估计值以及泵轮转速、涡轮转速和涡轮扭矩之间的已知的关系来估计泵轮转速。例如，已知的关系可被存储为得出涡轮扭矩的涡轮转速和泵轮转速的二次多项式。控制器可通过针对泵轮转速求解这样的方程式来估计泵轮转速。控制器可使用输入轴转速的测量值和泵轮转速的估计值来调节泵轮离合器的扭矩容量以在泵轮和输入轴之间保持目标打滑速度。

一种控制泵轮离合器的方法包括：测量涡轮转速；估计涡轮扭矩；基于所述涡轮转速和涡轮扭矩估计泵轮转速；然后基于估计的泵轮转速调节泵轮离合器的扭矩容量。所述方法还可包括：测量传动装置输入转速，并通过从测量的传动装置输入转速减去估计的泵轮转速来估计泵轮离合器打滑。扭矩容量可被调节以保持目标打滑速度。可通过接收来自涡轮轴扭矩传感器的信号来估计涡轮扭矩。或者，可通过估计不同的轴(例如，输出轴)上的扭矩并除以已知的扭矩比来估计涡轮扭矩。

根据本发明，提供一种传动装置，包括：泵轮；离合器，被构造为选择性地将泵轮连接至输入轴；涡轮；以及控制器，被配置为：估计涡轮转速和涡轮扭矩；基于泵轮转速、涡轮转速和涡轮扭矩之间的关系估计泵轮转速；基于估计的泵轮转速调节离合器的扭矩容量。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：接收指示输入轴的转速的信号；通过从输入轴的转速减去估计的泵轮转速来计算泵轮离合器打滑。

根据本发明的一个实施例，所述控制器通过控制器局域网接收指示输入轴的转速的信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制器存储将涡轮扭矩等同于泵轮转速和涡轮转速的函数的方程式的表示，并通过利用估计的涡轮转速和估计的涡轮扭矩针对泵轮转速求解所述方程式来估计泵轮转速。

根据本发明的一个实施例，所述函数是二次多项式。

根据本发明，提供一种方法，包括：接收来自涡轮转速传感器和涡轮扭矩传感器的信号；基于所述信号调节泵轮离合器的扭矩容量以保持目标泵轮离合器打滑。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：接收来自传动装置输入转速传感器的信号，其中，调节泵轮离合器的扭矩容量以在泵轮和传动装置输入轴之间保持目标打滑速度。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图。

图2是具有泵轮离合器的变矩器的示意图。

图3是控制图2的泵轮离合器的方法的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例，其它实施例可以采取多种和替代的形式。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定组件的细节。所以，此处公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或更多个其它附图中说明的特征组合以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。

图1示意性地示出了车辆动力传动系统10。粗实线指示机械动力流而虚线指示信息流。内燃发动机12通过转化在燃料源中储存的化学能而产生机械动力。传动装置14调节由发动机产生的机械动力的转速和扭矩，以适合车辆的当前需求。来自传动装置14的机械动力通过差速器20到达左车轮16和右车轮18。差速器20将大致相等的扭矩提供至每个车轮，同时(例如，当车辆转弯时)允许微小的转速差异。在后轮驱动的车辆布置中，差速器还使旋转轴线改变大致90°，并通过固定的主减速比调节转速和扭矩。在前轮驱动构造中，差速器可集成到传动装置中，这可被称为驱动桥。

传动装置14包括两个动力传递阶段：具有泵轮离合器的变矩器22和齿轮箱24。变矩器将来自传动装置输入轴26的动力和扭矩传递至涡轮轴28。齿轮箱24提供多个传动比，包括多个前进档传动比和至少一个倒档传动比。齿轮箱24可包括多个可控离合器，所述多个可控离合器以多种组合方式接合从而建立多个固定的传动比。可选地或组合地，齿轮箱24可包括能够在固定的极限之间建立任何传动比的变速机(variator)。变速机和离合器对来自传动装置控制器30的命令作出响应。这些命令可例如通过调节电流(进而调节活塞应用室(pistonapplychamber)中的流体压力)被传达。传动装置控制器30基于来自多个传感器的输入信息确定合适的命令。这些传感器可包括涡轮转速传感器32、涡轮扭矩传感器34或加速计36。传动装置控制器30与发动机控制器38双向通信，发动机控制器38将命令发送至发动机12以调节机械动力产生。发动机控制器38从各种传感器(例如，发动机转速传感器40)接收信号，并可经由控制器局域网将这些信号提供至传动装置控制器30。虽然传动装置控制器30和发动机控制器38被示出为单独的通信控制器，但是它们的功能可集成到单个控制器中或分配至车辆中的其它通信控制器。

图2示意性地示出了变矩器22。变矩器22将两个平行的动力流路径从传动装置输入轴26提供至涡轮轴28。液力动力流路径包括泵轮离合器42、泵轮44和涡轮46。泵轮44通过泵轮离合器42选择性地连接至输入轴26。泵轮离合器是选择性地将变矩器的泵轮连接至传动装置输入轴的主动控制摩擦离合器。涡轮46固定地连接到涡轮轴28。导轮48通过被动单向离合器52连接到传动装置壳体50。在低涡轮轴转速时，当泵轮离合器42至少部分地接合时，泵轮44使流体围绕环面(torus)从泵轮44流动到涡轮46、导轮48并返回到泵轮44。导轮48通过单向离合器52被保持不旋转，使得导轮48能够改变流体方向并提供反作用扭矩用于扭矩倍增。当涡轮46的转速接近泵轮42的转速时，环面中的流体随泵轮和涡轮围绕输入轴周向地流动。然后单向离合器52超越，从而导轮48能够旋转而不是阻止这种流动。传动装置输入轴26通过旁通离合器54选择性地连接到涡轮轴28而提供第二动力流路径。

泵轮离合器42和旁通离合器54两者均是具有对液压回路中的流体压力变化作出响应的扭矩容量的主动控制摩擦离合器。液压回路可以是专用的回路，其唯一的功能是控制离合器。或者，液压回路还可以用于其它功能(例如，将流体供应至变矩器环面)。当扭矩容量被命令为零时，通过离合器被选择性地连接的元件以不同的转速自由旋转，被传递的唯一的扭矩是小的寄生阻力矩。这被称为打开状态。在部分接合的状态下，通过离合器被选择性地连接的元件以不同的转速旋转并且离合器容量大于零。与离合器扭矩容量相等的扭矩被施加到较慢的元件，并且沿相反的方向的扭矩被施加到较快的元件。当元件以相同的转速旋转时，离合器被称为完全接合。在完全接合的状态下，传递的扭矩通过由其它部件施加到元件的扭矩来确定。然而，如果该扭矩超出离合器扭矩容量，那么在元件之间发生打滑，并且离合器转变至部分接合的状态。

流过液力动力流路径的动力流取决于泵轮44的转速ω_imp和涡轮46的转速ω_trb。转速和扭矩之间的关系是环面的几何形状以及泵轮、涡轮和导轮的叶片角度的复变函数(complexfunction)。在恒定的涡轮转速下，泵轮扭矩T_imp和涡轮扭矩T_trb两者均随着泵轮转速的增加而增加。涡轮扭矩和泵轮扭矩之比通常随着泵轮转速和涡轮转速之比的增加而增加。然而，这些关系不是线性的。在涡轮转速和泵轮转速的任意特定组合下的涡轮扭矩和泵轮扭矩能够通过计算流体力学模型来确定或通过使用测功机的实验测试来确定。一旦确定了涡轮转速和泵轮转速的足够数量的值，结果便可存储在表中，并且可使用插值在其它点处计算涡轮扭矩的足够精确的估计值。或者，函数可适合这些数据。具体地，具有如下形式的二次多项式函数可被用于估计泵轮转速：

$T_{trb}={\mathrm{a\ω}}_{imp}^2+{\mathrm{b\ω}}_{imp}{\mathrm{\ω}}_{trb}+{\mathrm{c\ω}}_{trb}^2+{\mathrm{d\ω}}_{imp}+{\mathrm{e\ω}}_{trb}+f$ 式1

存储这种形式的二次多项式仅需要存储六个系数a-f。

当车辆在发动机运转的情况下静止(在等待交通信号灯时会出现这种情况)时，泵轮离合器的扭矩容量可被命令为零。打开泵轮离合器使泵轮将另外施加在发动机上的阻力矩减小，允许发动机在较低的燃料流量下保持怠速。一旦泵轮离合器释放，泵轮上的扭矩便用于使泵轮惯性减慢，直到泵轮像涡轮一样静止为止。在一些车辆中，发动机可在车辆正等待交通信号灯时被关闭并在驾驶员松开制动踏板时自动重启。释放泵轮离合器直到发动机重启事件之后，这防止与重启事件相关联的扭矩扰动被传递到传动系统。

当希望车辆加速时，泵轮离合器接合。在从打开转变至完全接合的过程中，泵轮离合器处于部分接合的状态，在该部分接合的状态下，泵轮转速比涡轮转速快但比发动机转速慢。扭矩容量被命令为高于泵轮扭矩的水平。离合器扭矩和泵轮扭矩之间的差异用于克服泵轮的惯性并使泵轮转速朝向发动机转速增加。当泵轮转速达到发动机转速时，泵轮离合器转变至完全接合的状态，在该完全接合的状态下，离合器扭矩等于泵轮扭矩。如果那时扭矩容量实质上大于泵轮扭矩，那么结果造成扭矩突变。动力传动系统中的扭矩水平的突变会触发被车辆乘员感觉到或听到的扭转振动模式。因此，控制系统试图控制在接合过程结束时离合器的扭矩容量，从而逐渐接近完全接合的状态。这使用利用当前泵轮转速作为反馈信号的闭环控制被最有效地实现。

内燃发动机能够产生的扭矩的量可依赖于发动机转速。对于涡轮增压发动机，直到发动机已经以提升的转速运转了几秒钟才可获得最大扭矩。当泵轮离合器接合时，通过涡轮转速和当前扭矩水平来确定泵轮转速。在某些情况下，会希望使发动机以比泵轮转速高的转速运转，以使更多的扭矩可用或为可能的扭矩需求的增加做准备。在这样的情况下，控制系统可故意保持泵轮离合器上的期望的打滑程度。换句话说，控制器命令泵轮离合器扭矩容量，使得泵轮转速比发动机转速小期望的量。这也使用闭环控制被最有效地实现。

归因于变矩器的拓扑结构，技术上难以安装转速传感器来直接测量泵轮转速。虽然直接测量泵轮转速可能是不可行的，但是可基于泵轮转速、涡轮转速和涡轮扭矩之间的关系来估计泵轮转速。可通过读取涡轮转速传感器32来确定涡轮转速。可通过读取涡轮扭矩传感器34来确定涡轮扭矩。当式1的系数被存储时，可使用下式来计算泵轮转速：

${\mathrm{\ω}}_{imp}=\frac{-({\mathrm{b\ω}}_{trb}+d)+\sqrt{{({\mathrm{b\ω}}_{trb}+d)}^2-4a({\mathrm{c\ω}}_{trb}^2+{\mathrm{e\ω}}_{trb}+f-T_{trb})}}{2a}\·$ 式2

图3是根据本发明的泵轮离合器控制的流程图。在60处，控制器30例如通过读取来自涡轮转速传感器32的信号来测量涡轮转速。在62处，控制器30例如通过读取来自涡轮扭矩传感器34的信号来估计或测量涡轮扭矩。在64处，控制器30基于泵轮转速、涡轮转速和涡轮扭矩之间的关系来估计泵轮转速。例如，控制器30可利用式2。在66处，控制器30获得发动机转速的测量值。该测量值可基于来自发动机转速传感器40的读数从发动机控制器38被传送。或者，传动装置14可包括传动装置输入轴转速传感器。在68处，通过从发动机转速减去估计的泵轮转速来估计泵轮离合器打滑。在70处，控制器30确定目标泵轮离合器打滑。在72处，通过从目标打滑减去估计的打滑来计算打滑速度误差。在74处，调节命令的泵轮离合器扭矩容量。如果打滑速度误差为负，意味着泵轮旋转得比期望的慢，那么增加离合器扭矩容量。另一方面，如果打滑速度误差为正，那么减小离合器扭矩容量。在一些实施例中，通过这种算法计算的闭环扭矩容量可与开环泵轮离合器扭矩容量(前馈项)结合，以更快地对命令的发动机扭矩或目标打滑的变化作出响应。

如果传动装置没有配备涡轮转速传感器，那么可基于其它输入来计算涡轮转速。当齿轮箱24的传动比已知时，可基于其它转速测量值(例如，驱动轴的转速或车轮转速)来计算涡轮转速。类似地，如果传动装置没有配备涡轮扭矩传感器，那么可基于其它测量值来估计涡轮扭矩。例如，当齿轮箱24处于稳定的已知状态时，可已知涡轮扭矩和传动装置输出扭矩之间的关系。一旦考虑寄生损失，涡轮扭矩与传动装置输出扭矩之比便等于齿轮箱传动比。基于传动比、涡轮转速和传动装置输出扭矩，齿轮箱寄生损失可被足够精确地估计。可利用传动装置输出扭矩传感器来测量传动装置输出扭矩。或者，可基于加速计36的读数来估计传动装置输出扭矩。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以作出各种改变。如上所述，可以组合各个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为提供优点或在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性，可以对一个或更多个特征或特性进行折衷。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例也未超出本公开的范围，并且可以期望用于特定应用。

Claims (6)

1.一种控制泵轮离合器的方法，包括：

测量涡轮转速；

估计涡轮扭矩；

基于所述涡轮转速和涡轮扭矩估计泵轮转速；

基于估计的泵轮转速调节泵轮离合器的扭矩容量，以将泵轮转速保持在输入轴转速和涡轮转速之间。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

测量传动装置输入转速；

通过从测量的传动装置输入转速减去估计的泵轮转速来估计泵轮离合器打滑。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，估计涡轮扭矩包括接收来自涡轮轴扭矩传感器的信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，估计涡轮扭矩包括：

估计输出轴扭矩；

将输出轴扭矩除以齿轮箱扭矩比。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，估计泵轮转速包括：

存储将涡轮扭矩等同于泵轮转速和涡轮转速的函数的方程式的表示；

基于测量的涡轮转速和估计的涡轮扭矩针对泵轮转速求解所述方程式。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述函数是二次多项式。