CN105485327A

CN105485327A - 连续可变变速器中的压力分级

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Publication number: CN105485327A
Application number: CN201510622803.5A
Authority: CN
Inventors: P.G.奥塔内兹
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: DE102015115951A1; DE102015115951B4; US9261187B1; CN105485327B

Abstract

一种车辆包括发动机、连续可变变速器(CVT)、和控制器。CVT具有输出轴、连接至发动机并且由发动机驱动的主皮带轮、连接至输出轴的次皮带轮、以及皮带。所述皮带轮每个具有配合半部，所述配合半部具有限定间隙的锥面，所述皮带被定位在所述间隙中。促动器响应于相应的主压力和次压力而作用在主皮带轮和次皮带轮的半部中的一个上。控制器响应于控制输入而检测希望的CVT比率改变、并且确定用于实现所述希望的比率改变的要求的换挡力。控制器还确定是否一校准的速率是可实现的。当校准的速率不可实现时，控制器调节主压力和/或次压力，包括将压力命令传输至主促动器和次级促动器中的至少一个。

Description

连续可变变速器中的压力分级

技术领域

本公开涉及连续可变变速器中的压力分级。

背景技术

连续可变变速器(CVT)是一种类型的动力传输装置，其能够实现其最高可能速度比与最低可能速度比之间的无限可变性。不像使用一个或多个行星齿轮组和多个旋转和制动离合器以建立希望的离散齿轮状态的传统的齿轮变速器，CVT代替使用一种可变直径皮带轮系统或变速装置以在校准的速度比范围内的任何处进行过渡。变化器典型地包括经由链条或皮带而互连的两个皮带轮。皮带乘骑(rides)在由皮带轮的配合半部的锥面限定的间隙中。皮带轮中的一个典型地连接至发动机曲轴，并且因而作用为驱动/主皮带轮。另一个皮带轮连接至CVT的输出轴以作用为被驱动/次皮带轮。一个或多个齿轮或行星齿轮组可被用在变速装置的输入侧和/或输出侧上。

以便于变化速度比，换挡力经由一个或多个促动器施加至主皮带轮和/或次皮带轮。换挡力将皮带轮半部有效地挤压在一起以改变锥面之间的间隙的宽度。在间隙尺寸上的变化，还被称为节圆半径，引起皮带在间隙内乘骑得较高或较低。这又改变皮带轮的有效直径，并且因此改变速度比。

CVT是相对有效的变速器设计，很大程度生由于上文描述的可变速度比能力和相对的结构简单性。然而，CVT的性能在某些方面会仍然不是最优的。例如，CVT典型地在其速度比的可允许范围内过渡而不提供很多以物理或听觉方式的“换挡反馈”，而这种换挡反馈在传统自动变速器的换挡过程中典型地提供给驾驶员。同样地，一些CVT速度比改变会花费较长的时间量来完成与自动变速器换挡的比较。这样的因素会不利地影响装备有CVT的车辆的主观响应和驱动质量。

发明内容

本文公开了一种车辆，其包括内燃发动机、连续可变变速器(CVT)、和控制器。CVT包括皮带，即橡胶或金属的闭环、链条、或其他合适的封闭的环/环形的(endless)驱动结构，还包括主皮带轮和次皮带轮。皮带被定位在由皮带轮的配合部分/半部的锥面限定的间隙中。皮带轮半部经由促动器而选择性地压缩或挤压在一起。CVT可由线压力供给，并且主促动器和次级促动器可分别经由主压力和次压力而提供动力，例如，经由液压泵而在压力下循环的液压流体。

在示例实施例中，线压力和次压力是相等的，使得线压力中的任何增大要求次压力中的相等增大。因而，在这样的实施例中，施加至主皮带轮的主压力必须被改变以维持一给定的齿轮比。在替代实施例中，主压力和次压力是独立于线压力来设置的。上述两个实施例可以经由本文所述的方法来处理。

一般而言，控制器执行预先记录的代码或逻辑以在执行希望的速比改变之前分级CVT的换挡力。也就是，在达到校准的换挡线之前的校准的持续时间，即，就在CVT开始执行换挡或将速度比改变至希望的速度比之前，控制器确定是否希望的速度比改变以校准的速率、在现有的压力条件下可实现。希望的速度比可通过控制参数而确定，如本领域中已知的，所述控制参数诸如车辆速度、目前扭矩请求、请求的挡位状态等。如果可用的换挡力是不足够的，则控制器搜索校准的主要力和次级力关系而用于被控制的CVT来确定是否在较高或较低扭矩容量比下操作将允许速比改变以希望的改变率发生。如果这样，则控制器在速度比改变之前调节主压力和/或次压力、并且以所述速度比改变前进。

在示例实施例中，车辆包括具有曲轴的内燃发动机。车辆还包括控制器和CVT。CVT具有输出轴、连接至曲轴并且由曲轴驱动的主皮带轮、连接至输出轴的次皮带轮、以及皮带。主皮带轮和次皮带轮每个具有带锥面的配合半部，所述锥面限定可变宽度间隙，皮带定位在所限定的间隙中。CVT还包括作用在主皮带轮和次皮带轮的半部中的相应一个上的第一和第二促动器，其中主促动器和次级促动器响应于相应的主要压力和次压力。

控制器，其与第一和第二促动器通信，所述控制器被编程为响应于一组控制输入而检测CVT的希望的速比改变。控制器还被编程为计算用于希望的速比改变的要求的换挡力，并且基于所计算的要求的换挡力而确定是否希望的速比改变是以校准的希望的比率可实现的。当所确定的校准的速率不可实现时，控制器调节主压力和/或次压力，这可通过将压力命令传输至主促动器和次级促动器中的至少一个而发生。

本发明公开一种车辆，包括：

扭矩生成装置，其具有输出轴；

连续可变变速器(CVT)，其具有输出轴、连接至曲轴并且由曲轴驱动的主皮带轮、连接至输出轴的次皮带轮、以及皮带，其中主皮带轮和次皮带轮每个具有带锥面的配合半部，锥面限定其间的可变宽度间隙，皮带被定位在间隙中；

第一促动器，其响应于主压力而作用于主皮带轮的半部中的一个上；

第二促动器，其响应于次压力而作用于次皮带轮的半部中的一个上；以及

控制器，其与第一促动器和第二促动器通信，其中控制器被编程为：

响应于一组控制输入而检测CVT的希望的速比改变；

计算用于希望的速比改变的要求的换挡力；

基于所计算的要求的换挡力而确定是否希望的速比改变是以校准的希望的速率可实现的；并且

当所确定的校准的速率不可实现时，在执行希望的速比改变之前调节主压力和次压力中的至少一个，包括将压力命令传输至主促动器和次级促动器中的至少一个。

其中扭矩生成装置是内燃发动机，并且输出轴是内燃发动机的曲轴。

其中一组控制输入包括CVT的输入速度、和CVT的输出扭矩请求。

车辆还包括换挡拨片，其可操作用于响应于换挡拨片的运动而输出请求换挡信号，其中一组控制输入包括来自换挡拨片的请求换挡信号。

其中第一促动器是液压活塞，并且其中控制器被编程为计算作用于液压活塞上的离心力、并且确定作为所计算的离心力的函数的要求的换挡力。

其中次级促动器具有弹簧力，并且其中控制器被编程为确定作为次级促动器的弹簧力的函数的要求的换挡力。

其中控制器被编程为计算作为CVT的扭矩容量比(TCR)、主促动器的主要力、次级促动器的次级力、以及作为CVT的速度比和TCR的函数而离线确定的校准值的函数的用于希望的速比改变的所要求的换挡力。

当结合附图时，本公开的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文详细描述中是显而易见的。

附图说明

图1是示例车辆的示意图，该车辆具有内燃发动机、以及如本文所述而控制的连续可变变速器(CVT)。

图2是时间图，描述了在图1中示出的CVT的示例速比改变过程中的速比改变以及相关联的主压力和次压力命令。

图3是描述用于将图1中示出的车辆的CVT中的主压力和次压力分级的示例实施例的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中遍及多幅附图的相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1中示意性地示出了示例车辆10。车辆10包括示出为内燃发动机(E)的扭矩生成装置12，但是其还可实施为电机或用于生成输出扭矩的其他合适的装置。为了说明的一致性，扭矩生成装置12将在下文描述为发动机12，但不将范围限制为这样的设计。

车辆10还包括连续可变变速器(CVT)14和控制器(C)50。如下文参照图2和3进一步详细描述的，控制器50被编程为在即将到来的速度比改变或CVT14至希望的速度比的挡位换挡之前主动地增大或分级至CVT14的压力水平，并且是根据方法100来进行的。方法100的益处是，除非且直到期望的速度比改变将要发生，才修改至CVT14的线压力(箭头P_L)，由此帮助保留整体的动力总成效率。较快速的速度比改变还可相对于传统的闭环CVT控制方法而享有优势。

图1的车辆12包括输出轴/曲轴13。曲轴13连接至CVT14，其又包括输出轴15。输出轴15将输出扭矩(箭头T_O)最终地传递至车辆10的一组驱动轮16。CVT14包括连接至曲轴13并且由所述曲轴驱动的主皮带轮18、连接至输出轴15的次皮带轮20、以及皮带22。如本文使用的术语“皮带”指的是合适用于将扭矩从主皮带轮18传输至次皮带轮22的橡胶和/或金属的任何封闭的/环形的环，包括链条的环或传统的橡胶和金属CVT驱动皮带。相应的主皮带轮和次皮带轮18和20每个分别具有配合半部19和21，所述配合半部具有限定可变宽度间隙26的相应的锥面23和25。皮带22被定位在间隙26内，并且随着发动机12以发动机速度(N_E)提供动力给主皮带轮18而骑在锥面23和25上，所述发动机速度因而作为至主皮带轮18的输入速度(箭头ω_P)。次皮带轮20以一速度旋转(箭头ω_S)。

如本领域中已知的，间隙26的宽度可经由配合半部19和/或21的运动而被变化，以改变CVT14的速度比。因此，图1的车辆10包括响应于相应的主压力和次压力(分别是箭头P_P,P_S)以压缩相应的主皮带轮和次皮带轮18和20的相应的第一和第二促动器28和30。第一和第二促动器28和30的示例实施例包括液压活塞/缸体系统，虽然可使用诸如机电装置或气动活塞的其他线性促动器。

第一促动器28响应于主压力(箭头P_P)的施加而作用在主皮带轮18的配合半部19的可移动一个上。同样地，第二促动器30响应于次压力(箭头P_S)而作用在次皮带轮20的配合半部21的可移动一个上。线压力(箭头P_L)经由如示出的流体泵32而被提供至CVT14，其中流体泵32将诸如油的流体33从油底壳34中吸入，并且经由软管、管件、和其他合适的流体管道(未示出)而将流体33循环至CVT14。在一个可能的实施例中，线压力(箭头P_L)等于次压力(P_S)。然而，在其它实施例中可预见的是，主压力和次压力(分别是箭头P_P和P_S)独立于线压力(箭头P_L)。

控制器50可被配置作为具有存储器(M)的一个或多个计算机装置。控制器50可包括硬件元件，诸如处理器(P)，电路包括但不限于计时器、振荡器、模拟-数字(A/D)电路、数字-模拟(D/A)电路、数字信号处理器、和任何必须的输入/输出(I/O)装置以及其他信号调节和/或缓冲电路。存储器(M)可包括有形的、非暂时性存储器，诸如只读存储器(ROM)，例如，磁的、固态/闪存、和/或光存储器，以及足够数量的随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等。方法100可被记录在存储器(M)中，并且在车辆10的总体控制中由处理器(P)执行。

控制器50，其与第一和第二促动器28和30通信，接收一组控制输入(箭头CC_I)，作为下文描述的方法100的部分。控制输入(箭头CC_I)可包括CVT14的输入速度(ω_p)，即，如由速度传感器测量的主皮带轮或曲轴13的旋转速度或如从发动机控制单元(未示出)报告的发动机速度，以及输出扭矩请求(箭头T_REQ)。如本领域已知的，输出扭矩请求(箭头T_REQ)是由车辆10的驾驶员的动作确定的，例如，经由当前节气门请求、制动水平、挡位状态等。在另一实施例中，车辆10可包括如以虚线示出的一个或多个可选的换挡拨片35，使得车辆10的驾驶员经由拨动换挡拨片35中的一个而请求换挡。在这样的设计中，换挡拨片35的运动生成作为一组控制输入(箭头CC_I)的部分的请求换挡信号(箭头RS)。

图1的控制器50还响应于控制输入(箭头CC_I)而检测CVT14的希望的速比改变，并且确定用于以校准的速率实现希望的速比改变的要求的换挡力。如现将参照图2和3解释的，无论何时当校准的速率不可实现时，即，当目前可用的换挡力不足够时，控制器50经由将压力命令(P_CC)传输至主促动器和/或次级促动器18和20而最终地调节主压力和/或次压力(箭头P_P,P_S)。

参照图2，其示出了用于在图1中示出的CVT的示例齿轮比改变的一组示例换挡参数40的时间图。时间(t)被描绘在水平轴线上，而速度比(SR)和压力(P_X)被描绘在竖直轴线上。轨迹42代表随着其从第一速比(R1)变化至第二速比(R2)的速度比(SR)。迹线P_P和P_S代表如上文描述的相应的主压力和次压力。控制器50以第一速比(R1)从t₀操作至t₁，所述第一速比例如是0.5。随着CVT14接近t₁处的换挡线，通常在所述换挡线处速比开始改变至第二速比R2，控制器50有效地确定当前是否存在足够的可用换挡力以实现校准的速比改变速率，在下文如代表。在图2中，迹线43指示对应于一速比改变速率的轨迹，所述速比改变速率相对于用于换挡的校准的目标改变速率来说太慢。

如果可用的换挡力是不足够的，则控制器50根据方法100、经由图1的压力命令(箭头P_CC)在t₁处分级主压力和/或次压力(P_P,P_S)，并且在t₂处开始换挡。换挡在t₃处完成，如与不采用方法100的图2的示例换挡中t₄相反。控制器50可继而在t₄之后将主压力和次压力(P_S,P_P)减小至维持最有效率的新挡位状态所需的稳态压力。最终地提供主压力和次压力(P_S,P_P)的线压力(箭头P_L)因而不增大，除非并且直到这样的压力在较高水平处实际上被需要。现将参照图3来解释说明上文方法的实施例。

图3的方法100开始于步骤102，其中图1的控制器50计算改变率在所述改变率处CVT速比可以目前改变至希望的速比，给出现有的换挡力：

{\overset{\cdot}{R}}_{A V A I L} = k (S R, ω_{p}) \cdot F_{R E Q}

其中k是校准的率改变系数、并且SR是目前速度比，即F_REQ可由下式数学地确定:

[F_p-k_pk_s(SR,TCR)F_s]

其中，TCR是扭矩容量比，F_p是主要力，F_s是次级力，并且k_pk_s(SR,TCR)是用于使用在车辆10中的特定CVT14的离线确定的校准值，所述校准值是建模得出的、或以其他方式确定的。例如，k_pk_s可作为速度比(SR)和TCR的函数而离线确定，再次用于CVT14的给定的模型或设计。除了SR和TCR以外的其他值，诸如输入扭矩、输入速度、温度等可被用于确定k_pk_s，并且因此上面的公式是非限制的。

关于主要力(F_P)和次级力(F_S)，如本领域已知的，这样的力在典型的活塞系统中具有多个分量。例如：

F_P＝P_PA_P+F_P,CENT

其中P_P是主促动器上的压力，例如，液压活塞，AP是活塞的横截面面积，并且F_P,CENT是作用在液压活塞上的离心力。在计算次压力中可考虑相同的分量，具有校准的弹簧力(F_SP)的附加的分量，即：

F_S＝P_SA_S+F_S,CENT+F_SP

在步骤103处，图1的控制器50接下来将来自步骤102的所计算的可用速率与校准的希望的速率比较以确定是否速比变化会以希望的速率发生。如果可用的速率超过了校准的希望的速率，则可用的换挡力被确定为足够用于完成希望的换挡。作为通过控制器50的这样的确定的结果，方法100前进至步骤104。否则，方法100前进至步骤105。

一旦图1的控制器50在步骤103处确定可用的换挡力已经足够，则到达步骤104，其包括通过将要求的主压力和次压力(P_P,P_S)传递至图1的第一和第二促动器28和30以引起速比改变而以典型的方式来完成挡位换挡(COMPGS)或希望的挡位速比改变。方法100重新开始于步骤102。

在步骤105处，方法100包括将要求的线压力(P_L)、主压力(P_P)、以及次压力(P_S)增大用于实现要求的换挡力(F_REQ)。随着所计算的压力被施加，方法100前进至步骤106。

步骤106包括确定是否来自步骤103的校准的希望的速比(R_DES)已经实现。例如，步骤106可包括测量当前速比(R_M)并且确定是否校准的希望的速比等于所测量的速比。步骤106与步骤105循环继续，直到实现校准的希望的速比，在该点处方法100前进至步骤108。

步骤108包括完成开始于步骤105处的挡位换挡(COMPGS)，并且继而将压力减小至如上文提到的校准的稳态水平。

使用上文所述的方法100，控制器50可以解决由于图1的车辆10中的压力条件而会存在的速比速率限制。当按照本公开编程时，控制器50可以协调泵32和/或其他压力系统部件的条件、以及CVT14的任何变速装置的特点以实现希望的速比改变。通过直到期望的模拟的挡位换挡将要发生才改变线压力(箭头P_L)或主压力/次压力P_P,P_S，动力总成效率被保存。

虽然已经详细描述了实施本教导的最佳模式，但是熟悉本公开涉及的领域的人员将认识到在所附权利要求的范围内各种替代设计和实施例。

Claims

1.一种连续可变变速器(CVT)，包括：

输出轴；

主皮带轮，其能连接至输入扭矩源并且由所述输入扭矩源驱动；

次皮带轮，其连接至所述输出轴；

皮带，其中所述主皮带轮和次皮带轮每个具有配合半部，所述配合半部具有限定其间的可变宽度间隙的锥面，其中所述皮带被定位在所述间隙中；

第一促动器，其响应于主压力而作用于所述主皮带轮的半部中的一个上；

第二促动器，其响应于次压力而作用于所述次皮带轮的半部中的一个上；以及

控制器，其与所述第一促动器和第二促动器通信，其中所述控制器被编程为：

响应于一组控制输入而检测CVT的希望的速比改变；

计算用于所述希望的速比改变的要求的换挡力；

基于所计算的要求的换挡力而确定是否所述希望的速比改变是可实现的；并且

当所确定的校准的速率不可实现时，在执行希望的速比改变之前调节所述主压力和次压力中的至少一个，包括将压力命令传输至所述主促动器和次级促动器中的至少一个。

2.如权利要求1所述的CVT，其中所述一组控制输入包括CVT的输入速度、和CVT的输出扭矩请求。

3.如权利要求1所述的CVT，其中所述一组控制输入包括来自一组换挡拨片的请求换挡信号。

4.如权利要求1所述的CVT，其中所述第一促动器是液压活塞，并且其中所述控制器被编程为计算作用于所述液压活塞上的离心力、并且确定作为所计算的离心力的函数的要求的换挡力。

5.如权利要求1所述的CVT，其中所述次级变速器具有弹簧力，并且其中所述控制器被编程为确定作为所述次级促动器的弹簧力的函数的要求的换挡力。

6.如权利要求1所述的CVT，其中所述控制器被编程为计算作为CVT的扭矩容量比(TCR)、所述主促动器的主要力、所述次级促动器的次级力、以及作为CVT的速度比和TCR的函数而离线确定的校准值的函数的用于所述希望的速比改变的要求的换挡力。

7.一种用于在连续可变变速器(CVT)中分级压力的方法，所述连续可变变速器具有输出轴、连接至扭矩生成装置的曲轴并且由所述曲轴驱动的主皮带轮、连接至所述输出轴的次皮带轮、以及皮带，其中所述主皮带轮和次皮带轮每个具有带锥面的配合半部，所述锥面限定其间的可变宽度间隙，其中所述皮带被定位在所述间隙中，第一促动器响应于主要压力而作用在所述主皮带轮的配合半部中的一个上，并且第二促动器响应于次压力而作用在所述次皮带轮的半部中的一个上，所述方法包括：

经由CVT的控制器而接收一组控制输入；

响应于所接收的一组控制输入而检测CVT的希望的速比改变；

计算用于所述希望的速比改变的要求的换挡力；

基于所计算的要求的换挡力、经由控制器而确定是否所述希望的速比改变是以校准的希望的比可实现的；并且

8.如权利要求7所述的方法，还包括换挡拨片，其可操作以响应于所述换挡拨片的运动而输出请求换挡信号，其中接收一组控制输入包括接收来自所述换挡拨片的请求换挡信号。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述第一促动器是液压活塞，并且其中计算要求的换挡力包括计算作用于所述液压活塞上的离心力。

10.如权利要求7所述的方法，其中计算要求的换挡力包括求解CVT的扭矩容量比(TCR)、所述主促动器的主要力、所述次级促动器的次级力、以及作为CVT的速度比和TCR的函数而离线确定的校准值的函数的方程。