CN105605209B - 自动变速器的换挡控制方法和利用该方法的换挡控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动变速器的换挡控制方法和利用该方法的换挡控制装置，该自动变速器的换挡控制方法可以包括以下步骤：通过控制器来确定是否满足换挡条件；在满足换挡条件的情况下，通过控制器来开始脱离元件的释放和接合元件的接合；在执行脱离元件的释放和接合元件的接合时，通过控制器来确定是否满足速度控制进入条件；在满足速度控制进入条件的情况下，通过控制器来确定扭矩源的目标速度；通过控制器来利用扭矩源的目标速度而执行扭矩源的速度控制；在执行速度控制时，通过控制器来确定是否满足速度控制完成条件；在满足速度控制完成条件的情况下，通过控制器来完成脱离元件的释放和接合元件的接合。

Description

自动变速器的换挡控制方法和利用该方法的换挡控制装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年11月19日提交的韩国专利申请第10-2014-0161871号的优先权和权益，其全部内容结合于此用于这种引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种自动变速器的换挡控制方法和利用前述方法的换挡控制装置。

背景技术

自动变速器根据车辆的运行状态来改变传动比，以执行换挡至目标挡位。

在执行换挡至目标挡位的情况下，自动变速器具有从接合状态变化至释放状态的脱离元件(off-going element)和从释放状态变化至接合状态的接合元件(on-comingelement)。通过控制供应至相应元件的液压来实现将脱离元件释放以及将接合元件接合。另外，通过操作控制占空并且根据控制占空来控制电磁阀，而执行供应至脱离元件和接合元件的液压的控制。

通常，在根据现有的换挡控制方法来执行换挡的情况下，利用了脱离元件和接合元件的滑动，从而将自动变速器的输入轴速度与输出轴速度同步。然而，在通过滑动而被动地将输入轴速度与输出轴速度同步的方法中，依据运行状况(例如，道路的斜坡和车辆负载)，换挡时间会变长并且换挡质量可能变差。为了解决这个问题，可以提前准备对应于每个运行状况的校准映射，但是不可能无限地增加校准映射的数量。另外，在未被考虑到的运行状况的情况，难以预期良好的换挡质量。另外，由于在混合动力车辆中为了提高燃料效率通常不利用扭矩转换器，所以差的换挡质量可能对车辆的驾驶性能产生不利影响。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供这样的自动变速器的换挡控制方法和利用所述方法的换挡控制装置，所述方法基于扭矩源的速度控制将自动变速器的输入轴速度与输出轴速度同步，从而具有实现平滑换挡的优点。

根据本发明的各个方面，一种自动变速器的换挡控制方法，其可以包括以下步骤：通过控制器来确定是否满足换挡条件；在满足换挡条件的情况下，通过控制器来开始脱离元件的释放和接合元件的接合；在执行脱离元件的释放和接合元件的接合时，通过控制器来确定是否满足速度控制进入条件；在满足速度控制进入条件的情况下，通过控制器来确定扭矩源的目标速度；通过控制器来利用扭矩源的目标速度执行扭矩源的速度控制；在执行速度控制时，通过控制器来确定是否满足速度控制完成条件；在满足速度控制完成条件的情况下，通过控制器来完成脱离元件的释放和接合元件的接合。

在满足等式|W_TS-W_O×R_i-th|≥W₁的情况下，可以满足速度控制进入条件，其中，W_TS是扭矩源的速度，W_O是自动变速器的输出轴速度，R_i-th是当前挡位的传动比，以及W₁是第一预设值。

要求保护的换挡控制方法还可以包括以下步骤：在满足速度控制进入条件的情况下，通过控制器来控制脱离元件以保持待机状态，并且通过控制器来控制接合元件以保持待机状态。

确定扭矩源的目标速度的步骤可以包括以下步骤：基于自动变速器的输出轴速度来确定在满足速度控制进入条件的时间处的目标挡位的输入轴速度；基于目标挡位的输入轴的速度和在满足速度控制进入条件的时间处的扭矩源的速度来确定初始偏移；划分初始偏移以产生偏移输入；对偏移输入插值以产生插值的偏移输入。

划分初始偏移以产生偏移输入的步骤可以包括以下步骤：将0至初始偏移的范围划分为多个子范围；确定对应于相应子范围的斜率；产生随着确定的斜率变化的偏移输入。

划分初始偏移以产生偏移输入的步骤可以包括以下步骤：确定对应于初始偏移的第一预设比的第一值；确定对应于初始偏移的第二预设比的第二值；产生随着第一斜率变化的，直到偏移输入从0达到第一值的偏移输入；在偏移输入达到第一值时，产生随着第二斜率变化的，直到偏移输入从第一值达到第二值为止的偏移输入；在偏移输入达到第二值时，产生以第三斜率变化直到偏移输入从第二值达到初始偏移为止的偏移输入。

可以通过考虑在满足速度控制进入条件的时间处的扭矩源的速度的斜率来确定第一斜率。

可以通过考虑第一斜率，在满足等式的值之中来确定第二斜率，其中，Δ₂是第二斜率，MaxTQ是扭矩源在当前运行状态下输出的最大扭矩，以及J是自动变速器的输入轴的惯量。

可以通过考虑第二斜率和变速器的输出轴速度的斜率来确定第三斜率。

划分初始偏移以产生偏移输入的步骤可以包括以下步骤：基于初始偏移来确定完成换挡的目标时间；将从满足速度控制进入条件的时间至目标时间的间隔分成多个子间隔；确定对应于相应子间隔的斜率；产生随着确定的斜率变化的偏移输入。

多个子间隔可以包括：第一子间隔、第二子间隔和第三子间隔；以及可以通过考虑在满足速度控制条件的时间处的扭矩源的速度的斜率来确定对应于第一子间隔的第一斜率。

可以通过考虑第一斜率，在满足等式的值之中来确定对应于第二子间隔的第二斜率，其中，Δ₂是第二斜率，MaxTQ是扭矩源在当前运行状态下输出的最大扭矩，以及J是自动变速器的输入轴的惯量。

可以通过考虑第二斜率和变速器的输出轴速度的斜率来确定对应于第三子间隔的第三斜率。

确定扭矩源的目标速度的步骤还可以包括以下步骤：确定目标挡位的输入轴速度与初始偏移之间的差；将插值的偏移输入与目标挡位的输入轴速度与初始偏移之间的差相加。

利用扭矩源的目标速度来执行扭矩源的速度控制的步骤可以包括以下步骤：确定扭矩源的目标速度与扭矩源的当前速度之间的差；利用扭矩源的目标速度与扭矩源的当前速度之间的差来确定反馈控制输入；利用自动变速器的输入轴的惯量和扭矩源的目标速度来确定前馈输入；基于扭矩源的当前速度，利用扭矩源的标称逆模型和至少一个低通滤波器来确定干扰控制输入；利用反馈控制输入、前馈控制输入和干扰控制输入来确定扭矩命令。

所述标称逆模型可以设计为满足等式其中，为标称逆模型，J是自动变速器的输入轴的惯量。

所述低通滤波器可以设计为满足等式其中，Q(s)为低通滤 波器，n大于或等于m，并且a_h和b_g为设计参数，并且被设计为在包括在干扰中的最大频率w_m 或者更低的频率处满足等式

在满足等式|W_TS-W_O×R_j-th|≤W₂的情况下，满足速度控制完成条件，其中，W_TS是扭矩源的速度，W_O是自动变速器的输出轴速度，R_j-th是目标挡位的传动比，以及W₂是第二预设值。

在同时满足等式|W_TS-W_O×R_j-th|≤W₂和等式的情况下，满足速度控制完成条件，其中，W_TS为扭矩源的速度，W_O为自动变速器的输出轴速度，R_j-th为目标挡位的传动比，W₂为第二预设值，以及W₃为第三预设值。

根据本发明的各个实施方案，一种自动变速器的换挡控制装置可以包括：数据检测器，其配置为检测用于换挡控制的数据；扭矩源，其配置为产生用于操作车辆的扭矩；控制器，其通过预定的程序来执行，以基于数据来控制换挡；以及执行器，其配置为从控制器接收控制信号，并且配置为控制施加至自动变速器的相应摩擦元件的液压，其中，该预定的程序包括执行自动变速器的换挡控制方法的一系列命令，所述方法包括以下步骤：通过控制器来确定是否满足换挡条件；在满足换挡条件的情况下，通过控制器来开始脱离元件的释放和接合元件的接合；在执行脱离元件的释放和接合元件的接合时，通过控制器来确定是否满足速度控制进入条件；在满足速度控制进入条件的情况下，通过控制器来确定扭矩源的目标速度；通过控制器来利用扭矩源的目标速度而执行扭矩源的速度控制；在执行速度控制时，通过控制器来确定是否满足速度控制完成条件；在满足速度控制完成条件的情况下，通过控制器来完成脱离元件的释放和接合元件的接合。

根据本发明的各个实施方案，能够基于扭矩源的速度控制来将输入轴速度与输出轴速度同步，从而实现平滑的换挡。另外，不同于利用摩擦元件的滑动的现有的被动换挡方法，能够利用扭矩源的速度控制来实现主动换挡，由此降低换挡时间和由于滑动的能量损耗，且因而可以改善燃料消耗。

应当理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非石油能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是应用了根据本发明的示例性换挡控制方法的自动变速器的图；

图2是应用了根据本发明的自动变速器的示例性换挡控制装置的车辆的图；

图3是应用了根据本发明的自动变速器的示例性换挡控制装置的混合动力车辆的图；

图4是根据本发明的自动变速器的示例性换挡控制装置的框图；

图5是根据本发明的自动变速器的示例性换挡控制方法的流程图；

图6是根据本发明的用于控制扭矩源的速度的方法的流程图；

图7是用于解释根据本发明的偏移输入的产生的曲线图；

图8A和图8B是用于解释根据本发明的自动变速器的示例性换挡控制方法的曲线图。

应当理解的是，附图并非按比例绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各种实施方案，这些实施方案的示例示于附图中并且描述如下。尽管将结合示例性实施方案来描述本发明，但是将理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等同方式以及其它的实施方案。

图1是应用了根据本发明的各个实施方案的换挡控制方法的自动变速器的示意图。

如图1所示，应用了根据本发明的各个实施方案的换挡控制方法的自动变速器20从输入轴22(其连接至扭矩源10)接收扭矩，并且将扭矩传输至输出轴24。另外，至少一个行星齿轮组设置在输入轴22与输出轴24之间，使得将输入轴22的速度改变为目标速度，并且目标速度被传输至输出轴24。另外，至少一个摩擦元件设置在自动变速器中，该摩擦元件将行星齿轮组的相应运行构件与输入轴22、变速器壳体或者其它运行构件选择性地连接。为了更好地理解并且易于描述，在图1中仅示出了第一驱动轮210和第二驱动轮220、第一从动轮230和第二从动轮240、以及第一摩擦元件250和第二摩擦元件260。

第一驱动轮210设置在输入轴22上，并且由第一摩擦元件250的运行来实现第一挡位。第一驱动轮210与第一从动轮230接合。

第二驱动轮220设置在输入轴22上，并且通过第二摩擦元件260的操作来实现第二挡位。第二驱动轮220与第二从动轮240接合。

通过将第一摩擦元件250(脱离元件)从接合状态改变为脱离状态，并且同时将第二摩擦元件260(接合元件)从脱离状态改变为接合状态，来实现从第一挡位至第二挡位的换挡。

以上所述的自动变速器20是可以应用本发明的精神的示例，并且本发明的精神不仅可以应用于图1中所示的自动变速器，还可以应用于通过一个接合元件的接合和一个脱离元件的释放来执行换挡的任意自动变速器。

图2是应用了根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制装置的车辆的图。

如图2中所示，应用了根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制装置的车辆可以包括：扭矩源10、自动变速器(TM)20、差动齿轮装置(DG)60、车轮70以及控制器100。

扭矩源10产生用于操作车辆的扭矩。在通过发动机的扭矩来驱动的内燃机车辆的情况下，扭矩源10可以仅包括发动机。在通过发动机和电机的扭矩来驱动的混合动力车辆的情况下，扭矩源10可以包括发动机和电机(参见图3)。在通过电机的扭矩来驱动的电动车辆或者燃料电池车辆的情况下，扭矩源10可以仅包括电机。

结合根据本发明的各个实施方案的车辆的扭矩变速器，从扭矩源10产生的扭矩传输至自动变速器20的输入轴22，并且从自动变速器20的输出轴24输出的扭矩经由差动齿轮装置60传输至车轴。车轴旋转车轮70，从而使得车辆通过从扭矩源10产生的扭矩来运行。

图3是应用了根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制装置的混合动力车辆的图。

如图3中所示，应用了根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制装置的混合动力车辆可以包括：发动机12、电机14、控制发动机12与电机14之间扭矩的发动机离合器30、自动变速器20、电池40、混合动力启动机和发电机(HSG)50、差动齿轮装置60、车轮70以及控制器100。

混合动力车辆提供在电动车辆(EV)模式、混合动力电动车辆(HEV)模式、以及再生制动模式下的驱动，其中，在电动车辆(EV)模式中，基于驾驶员对油门踏板和制动踏板的操控、车辆速度、电池40的充电状态(SOC)等，根据加速或减速意图来将发动机离合器30接合或者脱离，而利用电机的扭矩；在混合动力电动车辆(HEV)模式中，发动机12的扭矩用作主动力，并且电机14的扭矩用作辅助动力；在再生制动模式中，在制动车辆期间或者在由惯量驱动车辆期间，通过电机14产生电力来恢复制动和惯性能量，以对电池40充电。

发动机12燃烧燃料以产生动力，并且诸如汽油发动机、柴油发动机和LPI发动机的各种发动机可以用作发动机。

结合混合动力车辆的扭矩变速器，从发动机12和电机14产生的扭矩被选择性地传输至自动变速器20的输入轴22，并且从自动变速器20的输出轴24输出的扭矩通过差动齿轮装置60传输至车轴。车轴旋转车轮70，从而使得混合动力车辆通过从发动机12和/或电机14产生的扭矩来运行。

电池40可以在EV模式和HEV模式下供应电力至电机14，并且可以在再生制动模式下，利用由电机14恢复的电力来充电。

HSG 50根据发动机12的输出来启动发动机12或者产生电力。

控制器100根据混合动力车辆的驱动状况来控制发动机12的扭矩和电机14的扭矩，并且控制EV模式与HEV模式之间的切换。

图4是根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制装置的框图。

如图4中所示，根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制装置可以包括：数据检测器80、控制器100、执行器90以及扭矩源10。

数据检测器80检测用于换挡控制的数据，并且从数据检测器80检测出的数据被传输至控制器100。

数据检测器80可以包括：油门踏板位置检测器81、车辆速度检测器82、液压检测器83、扭矩源速度检测器84以及输出轴速度检测器85。

油门踏板位置检测器81检测油门踏板的位置值(油门踏板的踩压程度)，并且将与其对应的信号传输至控制器100。在油门踏板被完全踩压时，油门踏板的位置值为100％。在油门踏板未被踩压时，油门踏板的位置值为0％。

车辆速度检测器82检测车辆速度，并且将与其对应的信号传输至控制器100。车辆速度检测器82可以安装至车轮70。

液压检测器83检测施加至相应摩擦元件的液压，并且将与其对应的信号传输至控制器100。

扭矩源速度检测器84检测扭矩源10的速度，并且将与其对应的信号传输至控制器100。

输出轴速度检测器85检测自动变速器20的输出轴24的速度，并且将与其对应的信号传输至控制器100。

在本说明书和权利要求书中，自动变速器20的输入轴22的速度将被称作为“输入轴速度”，并且自动变速器20的输出轴24的速度将被称作为“输出轴速度”。

控制器100可以利用一个或多个微处理器(其通过预定的程序来执行)来实施。预定的程序可以包括一系列命令，其用于执行包括在根据以下要描述的本发明的各个实施方案的自动变速器20的换挡控制方法中的每个步骤。

执行器90从控制器100接收控制信号，并且控制施加至自动变速器20的相应摩擦元件的液压。执行器90可以包括控制施加至相应摩擦元件的液压的控制阀和电磁阀中的至少一个。

控制器100通过基于从数据检测器80接收到的数据来控制扭矩源10的速度，而执行换挡控制方法。

在下文中，将参照图5至图8来详细地描述根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法。

在下文中，将主要描述通过一个脱离元件的释放和一个接合元件的接合实现的降挡控制方法。另外，本发明的技术精神可以应用至跳跃换挡(通过一个脱离元件的释放和一个接合元件的接合来切换三个速度台阶)的情况。另外，本发明的技术精神可以应用至通过两个脱离元件的释放和两个接合元件的接合而实现的具体的跳跃换挡的情况。由于升挡控制方法类似于降挡控制方法，所以将省略其详细描述。

图5是根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法的流程图，图6是根据本发明的各个实施方案的用于控制扭矩源的速度的方法的流程图，图7是用于解释根据本发明的各个实施方案的偏移输入的产生的曲线图，以及图8A是用于解释根据本发明的各个实施方案的降挡控制方法的曲线图。

参见图5至图8A，根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法开始于步骤S10：确定是否满足换挡条件。即，控制器100确定是否需要从当前挡位(第i挡位)换挡至目标挡位(第j挡位)。控制器100可以基于从油门踏板位置检测器81接收的油门踏板的位置值和从车辆速度检测器82接收的车辆速度来确定是否满足换挡条件。

如果在步骤S10中不满足换挡条件，则控制器100结束根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法。即，车辆继续以当前挡位行驶。

如果在步骤S10中满足换挡条件，则在步骤S20中，控制器100开始脱离元件的释放和接合元件的接合。这里，脱离元件的释放和接合元件的接合的开始意味着每个摩擦元件的液压开始被控制。即，脱离元件的释放的开始意味着施加至脱离元件的液压逐步地或快速地降低，并且接合元件的接合的开始意味着接合元件的液压逐步地或者快速地增加。

在执行脱离元件的释放和接合元件的接合时，在步骤S30中，控制器100确定是否满足速度控制进入条件。如果满足以下等式1，则可以满足速度控制进入条件。

[等式1]

|W_TS-W_O×R_i-th|≥W₁

其中，W_TS是扭矩源10的速度，W_O是输出轴速度，R_i-th是当前挡位的传动比，W₁是第一预设值。第一预设值W₁可以由本领域的普通技术人员，根据车辆和扭矩源10的类型(其适用于根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法)来设定。

如果在步骤S30中不满足速度控制进入条件，则控制器100持续地执行脱离元件的释放和接合元件的接合。

如果在步骤S30中满足速度控制进入条件，则在步骤S40中，控制器100计算扭矩源10的目标速度W_{TS_target}。在这种情况下，控制器100可以控制脱离元件，以保持其待机状态，并且控制接合元件以保持其待机状态。即，施加至脱离元件和接合元件的液压可以保持待机压力。

在下文中，将详细地描述产生扭矩源10的目标速度廓线的过程。

在下文中，满足速度控制进入条件的时间指的是初始时间t₀。

控制器100可以基于输出轴速度W_O来计算当前挡位的输入轴速度W_{I_i-th}和目标挡位的输入轴速度W_{I_j-th}。具体地，控制器100可以通过将输出轴速度W_O乘以当前挡位的传动比R_i-ith来计算当前挡位的输入轴速度W_{I_i-th}，并且可以通过将输出轴速度W_O乘以目标挡位的传动比R_j-ith来计算目标挡位的输入轴速度W_{I_j-th}。

在步骤S402中，控制器100基于在初始时间t₀处的输出轴速度W_{O_t0}和扭矩源10的速度W_{TS_t0}来计算初始偏移Init_Offset。具体地，控制器100可以利用输出轴速度W_{O_t0}来计算在初始时间t₀处目标挡位的输入轴速度W_{I_j-th_t0}。初始偏移Init_Offset是通过将输入轴速度W_{I_j-th_t0}减去扭矩源10的速度W_{TS_t0}而获得的值。

控制器100可以利用初始偏移Init_Offset和目标挡位的输入轴速度W_{I_j-th}来产生扭矩源10的目标速度廓线。

控制器100可以包括偏移划分器102和插值滤波器104。在步骤S404中，控制器100可以将初始偏移Init_Offset划分，以产生偏移输入Offset1。另外，在步骤S406中，控制器100可以对偏移输入Offset1插值，以产生插值的偏移输入Offset2。

在下文中，将参照图7来描述产生偏移输入Offset1和Offset2的过程。

控制器100可以采用如下的两个方案来划分初始偏移Init_Offset，以产生偏移输入Offset1。

1)划分0至初始偏移Init_Offset范围的方法

控制器100可以将0至初始偏移Init_Offset范围划分为多个子范围。图7图示了0至初始偏移Init_Offset范围划分为三个子范围，但是本发明不限制于此。将0至初始偏移Init_Offset范围划分为较多个或较少个子范围的情况适用于本发明的技术精神。

控制器100可以确定对应于每个子范围的斜率，并且可以产生根据确定的斜率变化的偏移输入Offset1。

例如，控制器100可以计算对应于初始偏移Init_Offset的第一预设比c₁的第一值Y₁、和对应于初始偏移Init_Offset的第二预设比c₂的第二值Y₂。

控制器100可以产生以第一斜率Δ₁变化的偏移输入Offset1，直到偏移输入Offset1从0达到第一值Y₁。第一斜率Δ₁可以通过考虑扭矩源10的速度在初始时间t₀之前的斜率来确定。即，第一斜率Δ₁可以被确定以防止在初始时间t₀之前和之后的扭矩源10的速度过冲。

如果偏移输入Offset1达到第一值Y₁，则控制器100产生以第二斜率Δ₂变化的偏移输入Offset1，直到偏移输入Offset1从第一值Y₁达到第二值Y₂。第二斜率Δ₂可以通过考虑第一斜率Δ₁在满足以下等式2的一些值中确定。

[等式2]

其中，MaxTQ是扭矩源10在当前运行状态下可以输出的最大扭矩，并且J是自动变速器20的输入轴22的惯量(精确地，从扭矩源10至自动变速器20的输入轴22的整体惯量)。惯量J可以根据当前接合的挡位而不同地设定。另外，在扭矩源10包括发动机12和电机14(即，在混合动力车辆的情况下)，惯量J也可以根据发动机离合器30的接合而不同地设定(即，EV模式下的惯量不同于HEV模式下的惯量)。惯量J还可以通过实验提前确定。

如果偏移输入Offset1达到第二值Y₂，则控制器100产生以第三斜率Δ₃变化的偏移输入Offset1，其直到偏移输入Offset1从第二值Y₂达到初始偏移Init_Offset。第三斜率Δ₃可以通过考虑第二斜率Δ₂和输出轴速度W_O的斜率来确定。即，第三斜率Δ₃可以被确定为防止在完成换挡之前和之后的扭矩源10的速度过冲。

因此，偏移输入Offset1被产生为随着时间经过变化的值。即，在降挡控制的情况下，偏移输入Offset1随着时间经过而增加，而在升挡控制的情况下，偏移输入Offset1随着时间经过而降低。

2)确定完成换挡的目标时间的方法

控制器100可以基于初始偏移Init_Offset来确定完成换挡的目标时间t_f。控制器100可以将初始时间t₀至目标时间t_f的间隔化分成多个子间隔。图8A和图8B图示了初始时间t₀至目标时间t_f的间隔划分为三个子间隔，但是本发明不限制于此。将初始时间t₀至目标时间t_f的间隔分成较更多个或较少个子间隔的情况适用于本发明的技术精神。

控制器100可以确定对应于每个子间隔的斜率，并且可以产生根据确定的斜率变化的偏移输入Offset1。

例如，多个子间隔可以包括：第一子间隔、第二子间隔和第三子间隔。控制器100可以确定第一时间t₁和第二时间t₂，以防止在初始时间t₀与目标时间t_f之前和之后的扭矩源10的速度过冲。

具体地，控制器100可以利用以下等式3和以下等式4来确定第一时间t₁和第二时间t₂。

[等式3]

Init_Offset＝Δ₁×(t₁-t₀)+Δ₂×(t₂-t₁)+Δ₃×(t_f-t₂)

[等式4]

t₂＝c₃×t₁

其中，c₃可以通过实验而确定为具有本领域的普通技术人员所确定出的比。类似于划分0至初始偏移Init_Offset范围的方法，控制器100可以确定对应于第一子间隔的第一斜率Δ₁、对应于第二子间隔的第二斜率Δ₂、以及对应于第三子间隔的第三斜率Δ₃。即，可以通过考虑扭矩源10的速度在初始时间t₀之前的斜率来确定第一斜率Δ₁，可以通过考虑第一斜率Δ₁，在满足等式2的值之中来确定第二斜率Δ₂，以及可以通过考虑第二斜率Δ₂和输出轴速度W_O的斜率来确定第三斜率Δ₃。由于初始偏移Init_Offset、初始时间t₀以及目标时间t_f被预先确定，所以控制器100可以确定等式3和等式4的两个未知值：第一时间t₁和第二时间t₂。

控制器100可以产生如下的偏移输入Offset1，其从初始时间t₀至第一时间t₁以第一斜率Δ₁变化，从第一时间t₁至第二时间t₂以第二斜率Δ₂变化，以及从第二时间t₂至目标时间t_f以第三斜率Δ₃变化。

因此，偏移输入Offset1被产生为随着时间经过而变化的值。即，在降挡控制的情况下，偏移输入Offset1随着时间经过而增加，但是在升挡控制的情况下，偏移输入Offset1随着时间经过而降低。

在产生偏移输入Offset1的情况下，在步骤S406中，控制器100可以通过插值滤波器104来对偏移输入Offset1插值，从而使得偏移输入Offset1平滑地变化。插值滤波器104可以包括低通滤波器(LPF)，但是本发明不限制于此。插值滤波器104可以利用样条插值法。

在步骤S408中，控制器100计算目标挡位的输入轴速度W_{I_j-th}与初始偏移Init_Offset之间的差W_D1。

在步骤S410中，控制器100利用目标挡位的输入轴速度W_{I_j-th}和初始偏移Init_Offset来计算扭矩源10的目标速度W_{TS_target}。具体地，控制器100可以将插值的偏移输入Offset2与差W_D1相加，以计算扭矩源10的目标速度W_{TS_target}。

如果在步骤S40中计算出扭矩源10的目标速度W_{TS_target}，则在步骤S50中，控制器100利用目标速度W_{TS_target}来执行扭矩源10的速度控制。

在步骤S502中，控制器100计算扭矩源10的目标速度W_{TS_target}与扭矩源10的当前速度W_{TS_current}之间的差W_D2。

在步骤S504中，控制器100利用差W_D2来计算反馈控制输入U_fb。即，控制器100可以包括比例积分微分(PID)控制器106，其接收差W_D2，以输出反馈控制输入U_fb。然而，本发明的精神不限制于此。即，代替PID控制器106而能够执行反馈控制的配置适用于本发明的技术精神。

在步骤S506中，控制器100可以利用自动变速器20的输入轴22的惯量J和扭矩源10的目标速度W_{TS_target}来计算前馈控制输入U_ff。即，控制器100可以包括微分器108，其接收扭矩源10的目标速度W_{TS_target}，以输出目标速度W_{TS_target}的微分值。控制器100可以通过将惯量J与微分值相乘来计算前馈控制输入U_ff。

控制器100可以包括扭矩源10的标称逆模型(nominal inverse model)110以及用于去除干扰(即，未知项)d的低通滤波器112和114中的至少一个。低通滤波器Q(s)112和114可以设计为满足以下等式5。

[等式5]

其中，n大于或等于m，并且a_h和b_g是设计参数，并且被设计为包括在干扰d中，且位于或低于最大频率w_m，以满足以下等式6。

[等式6]

标称逆模型110被设计为满足以下等式7。

[等式7]

其中，J为自动变速器20的输入轴22的惯量。

即，扭矩源10的标称模型被设计为满足以下等式8。

[等式8]

在步骤S508中，控制器100基于扭矩源10的当前速度W_{TS_current}，利用标称逆模型110以及低通滤波器112和114来计算干扰控制输入U_d。

在步骤S510中，控制器100利用反馈控制输入U_fb、前馈控制输入U_ff以及干扰控制输入U_d来计算扭矩命令U。

扭矩源10根据扭矩命令U来产生扭矩。如果扭矩源10包括发动机12和电机14(即，在混合动力车辆的情况下)，则扭矩命令U可以适用地分配至发动机12和电机14。

在步骤S512中，控制器100从扭矩源速度检测器84接收扭矩源10的当前速度W_{TS_current}。在降挡控制的情况下，扭矩源10的速度W_TS增加，并且在升挡控制的情况下，扭矩源10的速度W_TS降低。

在执行扭矩源10的速度控制的情况下，在步骤S60中，控制器100确定是否满足速度控制完成条件。如果满足以下等式9，则可以满足速度控制完成条件。

[等式9]

|W_TS-W_O×R_j-th|≤W₂

其中，W_TS是扭矩源10的速度，W_O是输出轴速度，R_j-th是目标挡位的传动比，以及W₂是第二预设值。第二预设值W₂可以由本领域的普通技术人员，根据车辆和扭矩源10的类型(其适用于根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法)来设定。

即，在输入轴速度与输出轴速度同步时，控制器100可以完成扭矩源10的速度控制。

可替选地，如果同时满足等式9和以下等式10，则可以满足速度控制完成条件。

[等式10]

其中，W₃是第三预设值。第三预设值W₃可以由本领域的普通技术人员根据车辆和扭矩源10的类型(其适用于根据本发明的各个实施方案的自动变速器的换挡控制方法)来设定。

即，在输入轴速度的斜率与输出轴速度的斜率同步时，通过完成扭矩源10的速度控制，相比于输入轴速度与输出轴速度同步的情况，控制器100可以降低换挡振动。

如果在步骤S60中不满足速度控制完成条件，则控制器100持续地执行扭矩源10的速度控制。

如果在步骤S60中满足速度控制完成条件，则控制器100完成脱离元件的释放和接合元件的接合。即，施加至脱离元件的液压降低至0，并且施加至接合元件的液压增加至接合压力。

如上所述，根据本发明的各个实施方案，基于扭矩源10的速度控制来将输入轴速度与输出轴速度同步，能够实现平滑换挡。另外，不同于利用摩擦元件的滑动的现有的被动换挡方法，利用扭矩源10的速度控制能够实现主动换挡，由此减少换挡时间和由于滑动引起的能量损耗，且因而能够改善燃料消耗。另外，由于利用扭矩源10的速度控制来实现主动换挡，所以不需要用于执行换挡的精确液压控制。

前面对本发明具体示例性实施例所呈现的描述出于说明和描述的目的。前面的描述并非旨在穷举，或者将本发明限制为公开的精确形式，且显然的是，根据以上教导若干修改和变化都是可能的。选择示例性实施例并进行描述以解释本发明的特定原理及其实际应用，由此使得本领域的其它技术人员能够利用并实现本发明的各种示例性实施例及其各种可替选方式和修改方式。本发明的范围旨在通过所附权利要求及其等同形式来限定。

Claims (20)

1.一种自动变速器的换挡控制方法，其中，该方法包括以下步骤：

通过控制器确定是否满足换挡条件；

在满足换挡条件的情况下，通过控制器来开始脱离元件的释放和接合元件的接合；

在执行脱离元件的释放和接合元件的接合时，通过控制器确定是否满足速度控制进入条件；

在满足速度控制进入条件的情况下，通过控制器确定扭矩源的目标速度；

通过控制器利用扭矩源的目标速度执行扭矩源的速度控制；

在执行速度控制时，通过控制器确定是否满足速度控制完成条件；

在满足速度控制完成条件的情况下，通过控制器完成脱离元件的释放和接合元件的接合。

2.根据权利要求1所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：在满足等式的情况下，满足所述速度控制进入条件，

其中，W_TS是扭矩源的速度，W_O是自动变速器的输出轴速度，R_i-th是当前挡位的传动比，以及W₁是第一预设值。

3.根据权利要求1所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：在满足所述速度控制进入条件的情况下，通过控制器来控制脱离元件以保持待机状态，并且通过控制器来控制接合元件以保持待机状态。

4.根据权利要求1所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：所述确定扭矩源的目标速度包括以下步骤：

基于自动变速器的输出轴速度来确定在满足速度控制进入条件的时间处的目标挡位的输入轴速度；

基于目标挡位的输入轴的速度和在满足速度控制进入条件的时间处的扭矩源的速度来确定初始偏移；

划分初始偏移以产生偏移输入；

对偏移输入插值以产生插值的偏移输入。

5.根据权利要求4所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：划分初始偏移以产生偏移输入包括以下步骤：

将0至初始偏移的范围划分为多个子范围；

确定对应于相应子范围的斜率；

产生随着确定的斜率变化的偏移输入。

6.根据权利要求4所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：划分初始偏移以产生偏移输入包括以下步骤：

确定对应于初始偏移的第一预设比的第一值；

确定对应于初始偏移的第二预设比的第二值；

产生随着第一斜率变化的，直到偏移输入从0达到第一值的偏移输入；

在偏移输入达到第一值时，产生随着第二斜率变化的，直到偏移输入从第一值达到第二值的偏移输入；

在偏移输入达到第二值时，产生随着第三斜率变化的，直到偏移输入从第二值达到初始值的偏移输入。

7.根据权利要求6所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：通过考虑在满足速度控制进入条件的时间处的扭矩源的速度的斜率来确定第一斜率。

8.根据权利要求6所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：通过考虑第一斜率，在满足等式的值之中确定第二斜率，

其中，Δ₂是第二斜率，MaxTQ是扭矩源在当前运行状态下输出的最大扭矩，以及J是自动变速器的输入轴的惯量。

9.根据权利要求6所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：通过考虑第二斜率和变速器的输出轴速度的斜率来确定第三斜率。

10.根据权利要求4所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：所述划分初始偏移以产生偏移输入包括以下步骤：

基于初始偏移来确定完成换挡的目标时间；

将从满足速度控制进入条件的时间至目标时间的间隔分成多个子间隔；

确定对应于相应子间隔的斜率；

产生随着确定的斜率变化的偏移输入。

11.根据权利要求10所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：多个子间隔包括：第一子间隔、第二子间隔和第三子间隔；以及

通过考虑在满足速度控制条件的时间处的扭矩源速度的斜率来确定对应于第一子间隔的第一斜率。

12.根据权利要求11所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：通过考虑第一斜率，在满足等式的值之中来确定对应于第二子间隔的第二斜率，

其中，Δ₂是第二斜率，MaxTQ是扭矩源在当前运行状态下输出的最大扭矩，以及J是自动变速器的输入轴的惯量。

13.根据权利要求12所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：通过考虑第二斜率和变速器的输出轴速度的斜率来确定对应于第三子间隔的第三斜率。

14.根据权利要求4所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：所述确定扭矩源的目标速度还包括以下步骤：

确定目标挡位的输入轴速度与初始偏移之间的差；

将插值的偏移输入与目标挡位的输入轴速度与初始偏移之间的差相加。

15.根据权利要求1所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：所述利用扭矩源的目标速度来执行扭矩源的速度控制包括以下步骤：

确定扭矩源的目标速度与扭矩源的当前速度之间的差；

利用扭矩源的目标速度与扭矩源的当前速度之间的差来确定反馈控制输入；

利用自动变速器的输入轴的惯量和扭矩源的目标速度来确定前馈输入；

基于扭矩源的当前速度，利用扭矩源的标称逆模型和至少一个低通滤波器来确定干扰控制输入；

利用反馈控制输入、前馈控制输入和干扰控制输入来确定扭矩命令。

16.根据权利要求15所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：所述标称逆模型设计为满足等式

其中，为标称逆模型，J是自动变速器的输入轴的惯量。

17.根据权利要求15所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：所述低通滤波器设计为满足等式

其中，Q(s)为低通滤波器，n大于或等于m，并且ah和b_g为设计参数，并且被设计为在包括 在干扰中的最大频率w_m或者更低的频率处满足等式

18.根据权利要求1所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：在满足等式|W_TS-W_O×R_j-th|≤W₂的情况下，满足所述速度控制完成条件，

其中，W_TS是扭矩源的速度，W_O是自动变速器的输出轴速度，R_j-th是目标挡位的传动比，以及W₂是第二预设值。

19.根据权利要求1所述的自动变速器的换挡控制方法，其中：在同时满足等式|W_TS-W_O×R_j-th|≤W₂和等式的情况下，满足所述速度控制完成条件，

其中，W_TS为扭矩源的速度，W_O为自动变速器的输出轴速度，R_j-th为目标挡位的传动比，W₂为第二预设值，以及W₃为第三预设值。

20.一种自动变速器的换挡控制装置，其包括：

数据检测器，其配置为检测用于换挡控制的数据；

扭矩源，其配置为产生用于操作车辆的扭矩；

控制器，其通过预定的程序来执行，以基于数据来控制换挡；以及

执行器，其配置为从控制器接收控制信号，并且配置为控制施加至自动变速器的相应摩擦元件的液压，

其中，该预定的程序包括执行自动变速器的换挡控制方法的一系列命令，所述方法包括以下步骤：

通过控制器确定是否满足换挡条件；

在满足换挡条件的情况下，通过控制器来开始脱离元件的释放和接合元件的接合；

在执行脱离元件的释放和接合元件的接合时，通过控制器确定是否满足速度控制进入条件；

在满足速度控制进入条件的情况下，通过控制器确定扭矩源的目标速度；

通过控制器利用扭矩源的目标速度执行扭矩源的速度控制；

在执行速度控制时，通过控制器来确定是否满足速度控制完成条件；

在满足速度控制完成条件的情况下，通过控制器完成脱离元件的释放和接合元件的接合。