CN106555873B - 用于自动变速装置的换挡控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制换挡的系统，包括：发动机；从动构件；和包括与发动机耦接的输入轴和与从动构件耦接的输出轴的可换挡的变速装置。该系统还包括：多个传感器，所述多个传感器用于监测发动机、从动构件或变速装置中的至少一个的参数；转矩变换器，所述转矩变换器布置在发动机和输入轴之间；和电子控制单元，所述电子控制单元包括处理器和存储器。所述电子控制单元能够操作以：从所述多个传感器接收感测的参数，基于感测的参数确定转矩变换器上的变矩比，确定与变矩比有关的速度比，基于速度比和感测的参数确定输入轴的旋转速度，以及基于输入轴的旋转速度作出换挡决定。

Description

用于自动变速装置的换挡控制
技术领域
本公开涉及自动变速装置，并且更具体地涉及用于控制自动变速装置的换挡的系统和方法。
背景技术
用于自动变速装置的典型的换挡控制系统包括用于确定变速装置输入轴的旋转速度的硬件速度传感器。速度传感器为控制单元提供反馈，控制单元使用该反馈来合适地给安排换挡时间。可能期望的是移除速度传感器以例如减小换挡控制系统的成本、复杂性或尺寸。然而，仍然需要变速装置输入轴的旋转速度的信息以产生高质量的换挡。因此，需要一种能够在没有专用速度传感器的情况下确定变速装置输入轴的旋转速度的换挡控制系统。
发明内容
在一个实施例中，一种用于控制换挡的系统，包括：发动机；从动构件；和包括与发动机耦接的输入轴和与从动构件耦接的输出轴的变速装置。所述变速装置能够换挡以改变从输入轴到输出轴的传动比。该系统还包括：多个传感器，所述多个传感器用于监测发动机、从动构件或变速装置中的至少一个的参数；转矩变换器，所述转矩变换器布置在发动机和输入轴之间；和电子控制单元，所述电子控制单元包括处理器和存储器。所述电子控制单元能够操作以：从所述多个传感器接收感测的参数，基于感测的参数确定转矩变换器上的变矩比，确定与变矩比有关的速度比，和基于速度比和感测的参数确定输入轴的旋转速度。电子控制单元还能够操作以基于输入轴的旋转速度作出换挡决定。
在另一个实施例中，一种控制动力传动系统的换挡的方法，所述动力传动系统包括发动机、从动构件、包括与发动机耦接的输入轴和与从动构件耦接的输出轴的能够换挡的变速装置和布置在发动机和输入轴之间的转矩变换器，所述方法包括：使用多个传感器监测发动机、从动构件或变速装置中的至少一个的参数；基于监测的参数确定转矩变换器上的变矩比；确定与变矩比有关的速度比；基于速度比和监测的参数确定输入轴的旋转速度，以及基于输入轴的旋转速度作出换挡决定。
通过参考下面的详细说明和附图本公开的其它特点和方面将变得显而易见。
附图说明
图1为可以实施所公开的用于换挡的系统和方法的车辆的侧视图；
图2为根据一个实施例的动力传动系统和换挡控制系统的示意图；
图3为图2的换挡控制系统的电子控制单元的方框图；
图4为图2的换挡控制系统的操作的流程图；
图5为图2的换挡控制系统的操作的另一个流程图；
图6为图2的换挡控制系统的操作的另一个流程图；
图7为图2的换挡控制系统的操作的另一个流程图。
在详细解释本公开的任何实施例之前，应当理解本公开在其应用上不限于在下面的说明中阐述的或者在随后的附图中图示的部件的构造和设置的细节。本公开能够支持其它实施例，并且能够以各种方式被实践或者被实施。此外，应当理解本文所使用的措辞和术语是用于说明目的，而不应被视为是限制性的。
具体实施方式
图1图示了示例性的车辆10，所述车辆包括发动机14和由发动机14驱动的从动构件18(例如，轮子)。图示的车辆10为前端装载机，但是本文所描述的系统和技术不限于应用，并且可以与拖拉机、割草机、多用途车辆、载客车辆或包括自动变速装置的任何其它车辆或机械结合使用。
图2图示了动力传动系统22和与图1的车辆10或任何其它合适的车辆或机械有关的换挡控制系统100，所述换挡控制系统包括电子控制单元(“ECU”)或控制器104。图示的动力传动系统22包括转矩变换器26和自动变速装置30。转矩变换器26布置在发动机14的输出轴34和自动变速装置30的输入轴38之间，并且提供液力耦合以从发动机14向变速装置30传递动力。例如，转矩变换器26可以包括由发动机的输出轴34驱动的叶轮(未示出)和与变速装置输入轴38耦接的涡轮(未示出)。
变速装置30包括多个齿轮(未示出)并且能够换挡以改变从变速装置30的输入轴38到输出轴42的传动比，所述输出轴42与从动构件18耦接。在一些实施例中，一个或多个减速、差速或其它动力传动系统部件可以包含在输出轴42和从动构件18之间。图示的变速装置30包括离合器组件46，所述离合器组件选择性地在各个变速齿轮之间传递转矩。离合器组件46具有从输入轴38接收转矩的上游侧48和向输出轴42传递转矩的下游侧50。在其它实施例中，可以使用任意数量的离合器组件。离合器组件46可以包括多个摩擦元件(例如，盘，未示出)和选择性地将摩擦元件压在一起以允许在相邻的摩擦元件上的转矩传递的压力元件(未示出)。在一些实施例中，离合器组件46可以被液压地致动。在这些实施例中，压力元件包括响应于接收受压流体将摩擦元件压在一起的活塞。替代地，离合器组件46可以被电子地致动。在这些实施例中，压力元件包括响应于接收电流的流动将摩擦元件压在一起的螺线管或其它致动器。可以通过ECU104控制离合器组件46的操作。
ECU104与包括多个传感器108、112、116和变速装置30的各种模块或部件连接或通信地耦接。在一些实施例中，ECU104被配置、可操作或被编程为用于发动机14的发动机控制单元。ECU104还可以与诸如操作员控制装置、用户接口等的其它外部系统连接。在图示的实施例中，多个传感器108、112、116包括发动机速度传感器108、发动机转矩传感器112和输出速度传感器116，它们为ECU104提供分别表示发动机输出轴34的旋转速度、在发动机输出轴34处由发动机14产生的转矩和变速装置输出轴42的旋转速度的反馈。这些参数可以通过传感器108、112、116直接测量，或者它们可以用由这些和/或其它传感器测量的其它参数计算。例如，发动机速度传感器108可以监测发动机输出轴34的旋转位置，并且发动机速度可以作为旋转位置的变化率被计算。作为另一个示例，发动机转矩传感器112可以监测诸如发动机进气和燃料流量的各种发动机性能参数，然后它们可以被用于计算由发动机14产生的转矩。作为再一个示例，变速装置输出速度传感器116可以监测从动构件18的旋转速度或者车辆10的地面速度，然后它们可以被用于计算变速装置输出轴42的旋转速度。
参照图3，ECU104包括被编程、被配置和/或可操作以除了别的之外控制车辆10、发动机14和/或变速装置30的操作的硬件和软件的组合。在一些实施例中，ECU包括为ECU104、车辆10、发动机14和/或变速装置30内的部件和模块提供动力、操作控制和保护的多个电气和电子部件。在图示的实施例中，ECU104除了别的之外包括电子处理器120(例如，可编程微处理器、微控制器或类似的设备)、永久的机器可读存储器124和输入/输出接口128。电子处理器120与存储器124和输入/输出接口128通信地耦接。在其它实施例中，ECU104包括附加的、更少的或不同的部件。可以设置用于ECU104的各个模块和部件之间的互联和通信的一个或多个控制和/或数据总线(未示出)。包含在车辆10、发动机14和/或变速装置30的实现方式中的软件和指令可以存储在ECU104的存储器124中。软件例如可以包括固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其它可执行指令。ECU104被配置、可操作或被编程为从存储器124中取得并执行除了别的之外的与本文描述的控制过程和方法有关的指令。
在运行中，ECU104从多个传感器108、112、116中的每一个传感器中连续地或者周期地接收呈信号输入形式的感测的参数。输入/输出接口128调整从传感器108、112、116到ECU104的输入通信，并且还调整ECU104和变速装置30之间的通信。ECU104使用感测的参数确定变速装置输入轴38的旋转速度，在本文中也称为变速装置输入速度。使用该信息，结合换挡算法132(图4)，ECU104可以通过输入/输出接口128恰当地安排换挡指令的时间和初始化换挡指令，以获得变速装置输入轴38和变速装置输出轴42之间期望的传动比，并且由此获得发动机14和从动构件18之间期望的传动比。图4为用于图2的换挡控制系统100的控制流程的示例。如下面更详细地描述的，图示的控制流程有利地允许ECU104在变速装置30和转矩变换器26之间不需要硬件传感器的情况下确定变速装置输入速度(图2)。除非参数或参数值被称为感测值或感测参数，或者参数或参数值被描述为从物理传感器(例如，传感器108、112、116)被接收，否则本文所描述的各个参数的值为参数的计算值或被确定的估值或估计值。虽然控制流程被顺序地描述和图示，但是ECU104可以同时或以各种不同的顺序完成或解决本文所描述的任意步骤和/或等式。
继续参照图4，换挡控制系统100包括确定离合器转矩模块136、确定离合器转矩容量模块140、确定变速装置输入速度模块148和可选的滤波器152。在图示的实施例中的模块中的每一个为例如可以存储在ECU104的存储器124中的软件。在其它实施例中，换挡控制系统100可以不被划分为模块，或者可以包括附加的或更少的模块。在图示的实施例中的模块共同使用感测的参数来确定变速装置输入速度，所述变速装置输入速度然后被提供给换挡算法132。
图5为确定离合器转矩模块136的示例。模块136接收感测的发动机速度参数156(例如，从发动机速度传感器108)、感测的输出速度参数160(例如，从输出速度传感器116)和感测的发动机转矩参数164(例如，从发动机转矩传感器112)(还可以参见图2和4)。模块136还接收与变速装置输出轴142的角加速度对应的加速度参数168。加速度参数168可以被直接感测(例如，使用加速计)或者可以用感测的输出速度参数160或用其它感测的参数推导。如下所述，模块136使用参数156、160、164、168确定稳态和动态转矩分量，它们被加起来以确定在离合器组件46上传递的总转矩。
可以基于输出速度参数160在方框172中确定在稳态时的变速装置输入速度。例如，可以通过使输出速度参数160乘以预定常数(例如，在变速装置30上的传动比)来确定在稳态时的变速装置输入速度。接下来，在方框176中，可以通过使稳态变速装置输入速度除以发动机速度参数156来确定在转矩变换器26上的稳态速度比。确定稳态速度比后，可以在方框180中确定转矩变换器26上的稳态变矩比。在图示的实施例中，可以使用查阅表确定稳态变矩比，所述查阅表可以存储在存储器124中。查阅表与转矩变换器26有关，并且使转矩变换器26上的速度比与转矩变换器26的变矩比关联，反之亦然。已知稳态变矩比后，可以通过使稳态变矩比和发动机转矩参数164相乘来确定在变速装置输入轴38处(即，在离合器组件46的上游侧48上)的稳态转矩。
继续参照图5，在变速装置输入轴38处的稳态转矩为第一转矩分量，并且确定离合器转矩模块136进一步可操作以确定在方框188中确定在离合器组件46的下游侧50上的第二或动态转矩分量。例如可以通过将车辆10的惯性乘以加速度参数168并按照从离合器组件46的下游侧50到从动构件18的传动比缩放该结果来确定动态转矩分量。可以基于车辆的预定质量和感测的地面速度或输出速度参数确定车辆10的惯性。已知稳态转矩分量和动态转矩分量后，可以通过在方框192中将两个分量叠加起来计算离合器组件46上的总转矩。该值作为离合器转矩参数196从确定离合器转矩模块136输出。
图6为确定离合器转矩容量模块140的示例。在图示的实施例中，模块140接收与供应至离合器组件46的压力元件的流体压力对应的离合器压力参数200。离合器压力参数200可以为感测的参数(例如，从压力传感器)，或者离合器压力参数200可以为指令参数，例如供应至压力元件的目标压力。可以在方框201中基于离合器压力参数200确定离合器转矩容量，并且离合器转矩容量代表在不打滑的情况下可以通过离合器组件46传递的最大转矩量。例如，可以通过将离合器压力参数200乘以压力元件的表面面积、然后将该产生的力乘以摩擦元件的摩擦系数、摩擦元件界面的数量和预定的比例常数来确定离合器转矩容量。在离合器组件46包括螺线管或其它电子制动器的实施例中，可以基于离合器电流参数确定离合器转矩容量。
确定离合器转矩容量后，然后可以在方框202中将离合器转矩参数196与离合器转矩容量进行比较。如果离合器转矩参数196超过离合器转矩容量，那么在方框203中将离合器转矩参数196的值限制为等于离合器转矩容量。如果离合器转矩参数196小于离合器转矩容量，那么不调整离合器转矩参数196。然后通过确定离合器转矩容量模块140输出离合器转矩参数196。
图7为确定变速装置输入速度模块148的示例。在图示的实施例中，模块148从确定离合器转矩容量模块140接收离合器转矩参数196(也参见图4)。模块148也接收感测的发动机转矩参数164和感测的发动机速度参数156。可以在方框204中基于离合器转矩参数196和发动机转矩参数164确定转矩变换器26上的变矩比。例如，可以通过使离合器转矩参数196除以发动机转矩参数164来确定变矩比。
确定变矩比后，可以在方框208中确定转矩变换器26上的速度比。在图示的实施例中，使用与转矩变换器26有关的查阅表确定该速度比。然后可以在方框212中基于速度比和发动机速度参数156确定变速装置输入速度。例如，通过使速度比和发动机速度参数156相乘来确定变速装置输入速度。该值作为变速装置输入速度参数216从确定变速装置输入速度模块148输出。
参照图4，一旦确定变速装置输入速度参数216，其可在被输出给换挡算法132之前通过滑动平均滤波器152被滤波。这可以辅助消除感测的参数中的任何峰值或噪音。在其它实施例中，该滤波器可以为另一类型的滤波器，或者可以省略该滤波器。使用变速装置输入速度参数216，结合换挡算法132，ECU104可以作出换挡决定以恰当地安排换挡指令的时间和初始化换挡指令。
在所附的权利要求书中阐述了本公开的各种特征。

Claims (20)

1.一种用于控制换挡的系统，所述系统包括：
发动机；
从动构件；
变速装置，所述变速装置包括与发动机耦接的输入轴和与从动构件耦接的输出轴，所述变速装置能够换挡以改变从输入轴到输出轴的传动比；
多个传感器，所述多个传感器用于监测发动机、从动构件或变速装置中的至少一个的参数；
转矩变换器，所述转矩变换器布置在发动机和输入轴之间；和
电子控制单元，所述电子控制单元包括处理器和存储器，所述电子控制单元被构造成：
从所述多个传感器接收感测的参数，
基于感测的参数确定转矩变换器上的变矩比，
确定与变矩比有关的速度比，
基于速度比和感测的参数确定输入轴的旋转速度，以及
基于输入轴的旋转速度作出换挡决定，以改变从输入轴到输出轴的传动比。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个传感器包括用于监测发动机的转矩输出的转矩传感器、用于监测发动机的旋转速度输出的第一速度传感器和用于监测车辆的地面速度或输出轴的旋转速度中的至少一个的第二速度传感器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中输入轴的旋转速度基于速度比和发动机的旋转速度输出。
4.根据权利要求2所述的系统，其中基于稳态转矩计算和动态转矩计算确定所述变矩比。
5.根据权利要求4所述的系统，其中动态转矩计算基于从动构件或输出轴的加速度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中变速装置还包括至少一个离合器。
7.根据权利要求6所述的系统，其中电子控制单元能够操作以确定离合器的最大转矩容量。
8.根据权利要求7所述的系统，其中基于最大转矩容量确定所述变矩比。
9.根据权利要求1所述的系统，其中通过参照与转矩变换器有关的查阅表确定所述速度比。
10.一种控制动力传动系统的换挡的方法，所述动力传动系统包括发动机、从动构件、包括与发动机耦接的输入轴和与从动构件耦接的输出轴的能够换挡的变速装置和布置在发动机和输入轴之间的转矩变换器，所述方法包括如下步骤：
使用多个传感器监测发动机、从动构件或变速装置中的至少一个的参数；
基于监测的参数确定转矩变换器上的变矩比；
确定与变矩比有关的速度比；
基于速度比和监测的参数确定输入轴的旋转速度，以及
基于输入轴的旋转速度作出换挡决定，以改变从输入轴到输出轴的传动比。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个传感器包括用于监测发动机的转矩输出的转矩传感器、用于监测发动机的旋转速度输出的第一速度传感器和用于监测车辆的地面速度或输出轴的旋转速度中的至少一个的第二速度传感器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中基于速度比和发动机的旋转速度输出确定输入轴的旋转速度。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述变速装置还包括至少一个离合器，所述至少一个离合器具有被配置为从输入轴接收转矩的上游侧和被配置为向输出轴传递转矩的下游侧。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括确定离合器的最大转矩容量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定变矩比的步骤包括：确定在离合器的上游侧上的第一转矩分量、确定在离合器下游侧上的第二转矩分量、基于第一转矩分量和第二转矩分量确定离合器上的总转矩、和将该总转矩限制为离合器的最大转矩容量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中第一转矩分量包括稳态转矩分量，并且第二转矩分量包括动态转矩分量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中动态转矩分量基于从动构件或输出轴中的至少一个的加速度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中基于发送给离合器的压力指令和电流值中的至少一个确定最大转矩容量。
19.根据权利要求10所述的方法，其中通过参照与转矩变换器有关的查阅表确定所述速度比。
20.根据权利要求10所述的方法，还包括：使用滑动平均滤波器对确定的输入轴的旋转速度进行滤波。
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