CN106907482A - 控制变速器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制变速器的方法，在换档事件期间所述变速器和控制方法确保适当的行程压力并使瞬变扭矩最小化。所述变速器包括：离合器，具有基于流体压力的扭矩容量；扭矩传感器，适于测量与扭矩容量相关联地改变的扭矩值；控制器。所述方法包括：在预定值左右改变流体压力；利用扭矩传感器测量所产生的扭矩差；如果所产生的扭矩差小于阈值，则调节离合器控制参数。

Description

控制变速器的方法
本申请是申请日为2013年9月13日、申请号为201310418809.1、发明名称为“控制变速器的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种用于控制车辆自动变速器中传动比变化的系统和方法。
背景技术
用于机动车辆的已知的自动变速器包括用于响应于驾驶条件的改变来实现速比变化的有级控制。为了描述性的目的，术语“速比”被限定为变速器输入轴的转速除以变速器输出轴的转速。
当驾驶条件要求传动比从变速器的齿轮组中较低编号的传动比(高的速比)改变至较高编号的传动比(低的速比)时，会发生换高档。类似地，当驾驶条件要求传动比从较高编号的传动比(低的速比)改变至较低编号的传动比(高的速比)时，会发生换低档。齿轮组可包括(例如)行星式齿轮系或中间轴(lay shaft)式齿轮系。通过诸如多片式离合器和多片式制动器的摩擦扭矩建立装置来实现传动比的自动变换。摩擦扭矩建立装置包括摩擦元件，例如，能液压致动的多片式离合器和带式制动器。
有级自动变速器使用多个摩擦元件以进行传动比的自动变换。在第一摩擦元件(可被称为即将接合离合器(OCC))接合且第二摩擦元件(可被称为即将分离离合器(OGC))分离时，与离合器的切换同步地发生传动比改变。未能适当协调OCC的接合与OGC的分离，会作为不愉快的换档事件被车辆乘员察觉到。更具体地说，相对于OGC释放，OCC过早接合会导致被称为“锁止(tie-up)”的现象。另一方面，如果相对于OGC的释放OCC太晚接合，则会发生发动机爆发(flare)。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于控制变速器的方法。所述方法确保适当的离合器行程并使瞬变扭矩最小化。在换低档期间，对于即将接合离合器，将离合器压力设定成预定的行程压力。然后，使离合器压力从预定的行程压力改变。在离合器压力改变时，利用扭矩传感器测量扭矩传递元件上所产生的扭矩差。如果所产生的扭矩差小于阈值，则调节离合器控制参数。
在另一实施例中，扭矩传递元件可以是(例如)输入轴或输出轴。
在又一实施例中，改变离合器压力的步骤可包含使离合器压力在预定的行程压力之上脉动、使离合器压力在预定的行程压力之下脉动、使离合器压力按照斜坡曲线或其他形式逐渐增大。
在一些实施例中，所述方法可包括：在将离合器压力设定成预定的行程压力之前，将离合器压力设定成高于预定的行程压力的增压压力达增压持续时间。
在又一实施例中，将被调节的离合器控制参数可以是(例如)预定的行程压力、增压压力或增压持续时间。
在一个其他实施例中，提供了一种用于控制变速器的方法。所述方法包括在换档事件的扭矩阶段之前在预定值左右改变离合器压力。随着离合器压力的改变，测量变速器元件的扭矩改变。响应于所测量的扭矩改变，调节离合器控制参数。
在另一实施例中，如果所测量的扭矩改变低于第一阈值，则可增大所述预定值。
在另一实施例中，如果所测量的扭矩改变高于第二阈值，则可减小所述预定值。
在另一实施例中，换档事件可以是换低档，且离合器可以是用于换低档的即将接合离合器。
在另一实施例中，提供了一种变速器。所述变速器包括：离合器，具有基于流体压力的扭矩容量；扭矩传感器，适于测量轴的扭矩值，其中，所述扭矩值与扭矩容量相关联地改变；控制器。变速器的控制器被配置成：在换档事件的扭矩阶段之前使流体压力从预定值改变；响应于所测量的扭矩值的改变来调节所述预定值。
所述轴是输入轴和输出轴中的一个。
所述换档事件是换低档，且所述离合器是用于换低档的即将接合离合器。
在另一实施例中，提供了一种用于控制变速器的方法，所述方法包括：在当前的换低档事件期间，将即将接合离合器的离合器压力设定成预定的行程压力；在当前的换低档事件的惯性阶段期间，使离合器压力从预定的行程压力改变；在离合器压力改变时，利用扭矩传感器测量扭矩传递元件上所产生的扭矩差；如果所产生的扭矩差小于阈值，则调节离合器控制参数，其中，在当前的换低档事件和将来的换档事件中的一个期间调节离合器控制参数，以在所述一个换低档事件的扭矩阶段期间使瞬变扭矩最小化并确保适当的离合器行程。
测量所产生的扭矩差的步骤包括：利用扭矩传感器测量由输入轴和输出轴中的至少一个传递的扭矩。
使离合器压力改变的步骤包括：使离合器压力在预定的行程压力之上脉动。
使离合器压力改变的步骤包括：使离合器压力脉动到预定的行程压力之下。
使离合器压力改变的步骤包括：使离合器压力按照斜坡曲线逐渐增大。
所述方法还包括：在将离合器压力设定成预定的行程压力之前，将离合器压力设定成增压压力达增压持续时间，所述增压压力高于行程压力。
所述离合器控制参数包括预定的行程压力、增压压力和增压持续时间中的至少一个。
通过下面结合附图对优选实施例进行的详细描述，上述优点以及其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出了变速器的示意图；
图2是变速器的离合器或制动器的示意图；
图3是示出了在理想的离合器压力控制下换低档的曲线图；
图4是示出了在即将接合离合器的压力被过高地设定时在开环离合器压力控制下换低档的曲线图；
图5是示出了在即将接合离合器的压力被过低地设定时在开环离合器压力控制下换低档的曲线图；
图6是示出了闭环压力控制算法的第一实施例的流程图；
图7是示出了在即将接合离合器的初始压力被过高地设定时在图6的闭环离合器压力控制系统控制下换低档的曲线图；
图8是示出了在即将接合离合器的初始压力被过低地设定时在图6的闭环离合器压力控制系统控制下换低档的曲线图；
图9是示出了闭环压力控制算法的第二实施例的流程图；
图10是示出了在图9的闭环离合器压力控制系统控制下换低档的曲线图。
具体实施方式
如所要求的，在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解到，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和可选的形式实施。附图不一定按照比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。
图1示出了具有三个行星齿轮组20、22和24的行星齿轮式六速变速器18。每个行星齿轮组均包括太阳齿轮、环形齿轮、行星架和行星齿轮总成，所述行星齿轮总成被支撑以绕行星架旋转并与太阳齿轮和环形齿轮两者啮合。行星齿轮组20的行星架固定地连接到行星齿轮组22的环形齿轮，行星齿轮组22的行星架固定地连接到行星齿轮组24的环形齿轮，且行星齿轮组24的行星架固定地连接到行星齿轮组20的环形齿轮。输入轴26固定地连接到行星齿轮组22的太阳齿轮，且输出轴28固定地连接到行星齿轮组24的行星架。
通过离合器和制动器的选择性接合来建立输入轴26和输出轴28之间的各种动力流动路径。制动器30、32和34分别选择性地保持行星齿轮组20的太阳齿轮、行星齿轮组20的行星架和行星齿轮组24的太阳齿轮不旋转。离合器38和36分别选择性地将行星齿轮组20的太阳齿轮和行星齿轮组20的行星架连接到输入轴26。表1指示哪些离合器和制动器接合以建立六个前进变速器传动比和一个倒车变速器传动比中的每个变速器传动比。扭矩传感器40感测被传递至输出轴的扭矩(Tq)，并将感测的那种信息电传送至控制器42。控制器42可以是(例如)车辆系统控制模块或变速器控制模块中的一部分，或者可以是单独的控制器。
表1
制动器30 制动器32 制动器34 离合器36 离合器38
倒车档 X X
第一档 X X
第二档 X X
第三档 X X
第四档 X X
第五档 X X
第六档 X X
虽然根据本公开的实施例的自动变速器可以是如图1中所示的行星齿轮式自动变速器，但是还可预期，变速器可以是中间轴式变速器。类似地，可通过如上所述的摩擦元件来实现速比变化，或者摩擦元件可以是片式离合器或带式制动器。
图2示出了诸如图1中的离合器36和38以及制动器30、32和34的离合器的代表性截面。一组摩擦片44利用键连接到离合器毂46。摩擦片44与一组分离片48交替布置，这一组分离片48利用键连接到离合器缸50。这里，在如图2中所示的分离状态下，在摩擦片44和分离片48之间存在间隔，使得毂46与缸50相对于彼此以不同的转速自由地旋转。
为了接合离合器，迫使增压流体进入缸50中。压力由泵52供应。控制器42通过设定螺线管54中的电流而控制阈56的位置来间接地调节液压压力。增压流体通过液压通道58而行进至离合器缸50。增压流体迫使活塞60在缸50内滑动并将摩擦片44和分离片48挤压在一起。摩擦片44和分离片48之间的摩擦抵抗毂46和缸50之间的相对旋转。当撤去流体压力时，回位弹簧62迫使活塞60沿相反的方向滑动，而使离合器回到分离状态。
离合器的扭矩容量取决于流体压力，但是由于诸多因素使得它们之间的关系复杂化。首先，流体开始流动至缸50的时间和活塞60已经运动得足够远而开始将摩擦片44和分离片48挤压在一起的时间之间存在时间延迟。在活塞60完全处于行程(stroke)之前的这段时间期间离合器的扭矩容量几乎为零。当活塞60已经运动至使得它能够对片44、48施加力时，称活塞和离合器处于行程。其次，即使在活塞60处于行程之后，也需要一定量的压力(称为行程压力)来克服回位弹簧62的力。
一旦活塞60处于行程，那么离合器的扭矩容量便与流体压力减去行程压力的差成比例。然而，各种不可预测的噪声因素会影响由控制器42命令的螺线管54的电流和扭矩容量之间的关系，使得所命令的扭矩容量不能被精确地实现。例如，摩擦系数的变化、活塞60和缸50之间的摩擦力的变化以及通道58中的压力变化可能会导致实际的扭矩容量高于或低于所命令的扭矩容量。
这些噪声因素会使得平稳的换档行为难以实现，而不存在驾驶员可察觉到的扭矩瞬变工况。从一个速比换低档至另一个速比，要求一个离合器的接合与另一个离合器的释放协调。例如，为了从第六档换档至第五档，在制动器30(OGC)释放的同时离合器38(OCC)接合，如表1中所述。如上所讨论的，噪声因素使得仅使用开环控制策略来实现平稳的换档行为更加困难。与压力控制的不精确性相关的扰动最好与图3中所示的意图行为相关联地理解。如下所讨论的，实际的控制策略不会重复地实现这种行为。
图3示出了在不存在噪声因素且控制器可精确地命令正确量的扭矩容量的情况下如何理想化地执行换低档过程。针对于OGC的保持压力可被设定成这样的压力：在该保持压力时，OGC的扭矩容量等于在初始档位下由OGC所承载的扭矩。为了发起换档，控制器可将施加到OGC的压力减小至略低于保持压力的水平，如标示惯性阶段开始的102处所示。
在惯性阶段期间，输入转速将增大到输出转速的正确倍数，以得到目标传动比，如104处所示。输出扭矩可稍微地下降，如106处所示，这是因为将消耗输入动力中的一部分来克服与输入连接的元件的惯性。在惯性阶段期间，OCC会处于行程，为扭矩传递阶段作准备。命令施加到OCC的压力可被升高至高压Pboost持续短的时间间隔tboost，以快速地对缸进行流体填充，并使活塞运动至行程位置，如108处所示。然后，所命令的压力可被保持为接近行程压力Pstroke的压力。在图3中，实际的压力被示出为在110处等于行程压力，这样可保持活塞处于行程却不施加任何扭矩。
一旦输入转速在112处达到输出转速的正确倍数，那么扭矩传递阶段便开始。在扭矩传递阶段期间，命令施加到OGC的压力将逐渐下降114，同时命令施加到OCC的压力逐渐增大116。在理想情况下，可协调两个离合器的扭矩容量，使得输入转速保持不变118且输出扭矩逐渐增大120。当OCC压力高于其保持压力122且OGC压力低于其行程压力，即，OGC扭矩等于零124时，扭矩传递阶段完成。然后，OCC的命令的压力将进一步增大，以提供超出保持压力的一定裕量，如126处所示。
虽然图3示出了不存在噪声因素的理想系统，但是通常，实际的压力将仅仅接近行程压力。在缺乏反馈信号的情况下，难以确定所命令的压力是否已经实现。
图4和图5示出了在开环控制策略中与噪声因素和并发的压力控制误差相关的潜在问题。图4示出了在惯性阶段128期间意外地命令OCC压力高于行程压力的效应。一旦OCC处于行程，那么扭矩容量便会增大至正值130。因为该点处的速比低于目标档位的速比，所以OCC的扭矩容量会使输出扭矩发生下跌132。车辆乘员会察觉到输出扭矩的这种波动是粗糙和抖动的换档事件。
图5示出了意外地命令OCC压力低于行程压力134的效应。在这种情况下，直到扭矩传递阶段开始，OCC都未完全处于行程。由于OCC的所命令的压力在扭矩传递阶段增大，所以在OCC的扭矩容量开始增大136之前存在延迟。在这样的延迟时间段期间，输入转速在高于目标档位的速比下的输入转速之上持续增大，如138处所示。这称为发动机爆发。最后，OCC扭矩容量增大足以使输入转速回至期望的水平140。当输入转速回至目标档位的速比时的输入转速时，输出扭矩会突然改变142，乘员察觉到这是粗糙和抖动的换档事件。
图6示出了变速器的用于在传动比变换期间使用闭环控制的控制系统的流程图。如本领域的普通技术人员将理解的，可通过软件和/或硬件来执行流程框所表示的功能。此外，可按照除了图6中所示的顺序或序列以外的顺序或序列来执行这些功能。类似地，虽然未明确示出，但是可重复执行一个或更多个步骤或功能。同样地，在某些应用中，可省略所示出的代表性的步骤或功能中的一个或更多个步骤或功能。在一个实施例中，主要通过存储在计算机可读存储介质中的软件指令、代码或控制逻辑来实施所示出的功能，并且通过基于计算机的微处理器或控制器(例如，控制器42)执行所示出的功能。
图6示出了本公开的一个实施例的流程图，所述一个实施例在传动比变换期间使用扭矩传感器来检测不当的行程并使用闭环控制。起初，当请求传动比变换时，控制器将OCC压力Pclutch升高至增压压力Pboost持续增压时间tboost，以快速地使活塞运动至大体处于行程的位置，如框60和62所表示的。增压压力Pboost是明显高于行程压力Pstroke的离合器控制参数。例如，增压压力可以是基于螺线管的限制而能够获得的最大压力。增压时间tboost是离合器控制参数，该增压时间tboost被计算地足够长以使离合器基本处于行程，以及该增压时间tboost被计算地足够短致使离合器不会过早地传递扭矩。
然后，控制器命令OCC压力至估计的行程压力Pstroke_est并等待持续时间ttest，该持续时间ttest被计算地足够长以使活塞到达平衡位置，如框64和66所表示的。Pstroke_est和ttest均是离合器控制参数。可基于车辆测试利用实验建立所有离合器控制参数的初始值，并且在车辆运转期间可适应性地调节这些初始值。在示出的示例中，适应性地调节Pstroke_est。
在框68处，控制器从扭矩传感器40记录参考读数τref。扭矩传感器可测量如图1中所示的输出轴、输入轴或者按照目标档位传递扭矩的其他任何元件上的扭矩。在框70处，控制器命令在估计的行程压力Pstroke_est之上或之下的压力变化Ptest。增加的压力Ptest被计算成这样的压力变化，即，如果离合器完全处于行程，则该压力变化足以使得由扭矩传感器40所测量的扭矩发生改变。然而，该压力变化可以足够小，以使车辆乘员不会反感或者甚至不会留意到扭矩的改变。
在框72处，控制器从扭矩传感器40记录第二个读数τtest。在框74处，控制器比较两个扭矩读数τref和τtest，以确定τref和τtest之间的差是否大于阈值量τthreshold。阈值量τthreshold被计算得足够大，以使由于噪声因素而导致的短期变化不会被错误地归属于所命令的压力的改变。如果两个压力τref和τtest的差小于阈值量τthreshold，那么这表示活塞未完全处于行程。如果活塞未完全处于行程，则增大估计的行程压力，如框76所表示的。另一方面，如果两个压力τref和τtest的差大于阈值量τthreshold，那么这表示活塞完全处于行程。如果活塞完全处于行程，则减小所估计的行程压力，如框78所表示的。在框80处，控制器命令OCC压力至被修改的估计的行程压力。
最后，如果在惯性阶段结束之前还有时间剩余，则执行另一次调节。否则过程结束，并且在将来涉及到OCC的换档事件中利用被修改的估计的行程压力。
图7示出了当如144处所示的初始估计的行程压力高于所请求的行程压力时利用图6的控制策略而得到的结果。当估计的行程压力过高时，离合器完全处于行程并具有正的扭矩容量146。当离合器完全处于行程时，所命令的压力中的上升波动148和下降波动150产生了可测量到的扭矩的改变，如152和154处所示，这种扭矩的改变可通过扭矩传感器而检测到。例如，上升波动148会产生被测量到的扭矩读数τtest1 156。将扭矩波动τtest1与参考扭矩值τref1 158比较。如果测量到的扭矩读数τtest1和τref1之间的差大于阈值量τthreshold，则减小估计的行程压力。控制器命令这种下降的行程压力160。
在第二个波动150之前，测量被修改的参考扭矩值τref2 162。在该波动之后，测量第二个扭矩读数τtest2 164。即使新命令的压力低于初始估计的行程压力或者新命令的压力高于所请求的行程压力，扭矩差仍然会超过阈值，这会引起另一下降调节。命令的压力被设定成新的调节值，如166处所示。请注意，为了说明性目的，可夸大压力和扭矩的波动。
图8示出了当如168处所示的初始估计的行程压力低于实际的行程压力时所得到的结果。当估计的行程压力过低时，离合器未完全处于行程并且扭矩容量为零170。在这种未处于行程的情况下，所命令的压力的波动不会产生可测量到的改变。例如，如所示出的，压力上升脉冲172和压力下降脉冲174不会影响输出扭矩176。结果，估计的行程压力在每个波动之后都会增大。控制器命令这种增大的行程压力，如178和180处所示。
图9是用于本公开的另一实施例的流程图，在所述另一实施例中，初始估计的行程压力被故意设定成略低于请求的行程压力，并逐渐增大，直到检测到可测量到的改变为止。除了在框86处行程压力的初始估计值从之前值减小以外，框60至框68与先前描述的实施例相同。框88、90、92和94形成环，在该环中，估计的行程压力和命令的压力逐渐增大，直到扭矩传感器显示出被测量的扭矩的改变为止。与在图6的框76和78或者图9的框86处使用的增量相比，在每个叠代(iteration)中增加到Pstroke_est的增量可以较小。
图10示出了利用在图9中所描述的控制策略而得到的结果。在增压阶段之后，在182处离合器压力的值被设定成低于行程压力。因为离合器未完全处于行程，所以离合器扭矩容量为零184。测量参考扭矩值τref 186。然后，命令的压力逐渐增大，如188处所示。一旦命令的压力达到行程压力，那么离合器的扭矩容量将开始在零之上增大，如190处所示，且输出扭矩将开始减小，如192处所示。在每个叠代中，测量新的测试扭矩τtest 194，直到测量到的扭矩读数τtest和τref之间的差大于阈值量τthreshold 196为止。
虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，各个实施的实施例的特征可被结合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种用于控制变速器的方法，所述方法包括：
在当前的换低档事件的惯性阶段期间，使离合器压力从预定的行程压力改变；
在离合器压力改变的同时，如果产生的扭矩差小于阈值，则调节离合器控制参数，其中，在当前的换低档事件和将来的换档事件中的一个期间调节离合器控制参数。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：利用扭矩传感器测量由输入轴和输出轴中的至少一个传递的所述产生的扭矩差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使离合器压力改变的步骤包括：使离合器压力在所述预定的行程压力之上脉动。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使离合器压力改变的步骤包括：使离合器压力在所述预定的行程压力之下脉动。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，使离合器压力改变的步骤包括：使离合器压力按照斜坡曲线逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在将离合器压力设定成所述预定的行程压力之前，将离合器压力设定成增压压力达增压持续时间，所述增压压力高于所述行程压力。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述离合器控制参数包括所述预定的行程压力、所述增压压力和所述增压持续时间中的至少一个。
8.一种用于控制变速器的方法，所述方法包括：
在换档事件的扭矩阶段之前，使离合器压力在预定值附近改变；
在离合器压力改变的同时，响应于测量的扭矩的改变，调节所述预定值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，如果测量的扭矩的改变低于第一阈值，则使所述预定值增大。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，如果测量的扭矩的改变高于第二阈值，则使所述预定值减小。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述换档事件是换低档，且离合器是用于换低档的即将接合离合器。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，如果离合器完全处于行程，则使离合器压力在所述预定值之上增大一测试压力，而足以在变速器元件中产生可测量到的扭矩增大。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，如果离合器完全处于行程，则使离合器压力在所述预定值之下减小一测试压力，而足以在变速器元件中产生可测量到的扭矩减小。
14.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：命令离合器压力逐渐增大，直到变速器元件中的所述测量的扭矩改变为止。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，变速器元件是输入轴和输出轴中的一个。
16.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：利用扭矩传感器测量由输入轴和输出轴中的至少一个传递的所述测量的扭矩。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，调节所述预定值，以用于将来的换档事件。
18.一种变速器，包括：
离合器，用于施加处于预定值的压力；
扭矩传感器，适于测量变速器的扭矩传递元件的扭矩值；以及
控制器，被配置成：
在换档事件的扭矩阶段之前，使流体压力从所述预定值改变；
在离合器压力改变的同时，响应于测量的扭矩值的改变，调节所述预定值。
19.根据权利要求18所述的变速器，其中，所述扭矩传递元件是输入轴和输出轴中的一个。
20.根据权利要求18所述的变速器，其中，所述换档事件是换低档，且所述离合器是用于换低档的即将接合离合器。
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