CN107061717B - 计算车速和控制无级变速器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制具有无级变速器(CVT)的车辆的系统和方法包括控制系统，该控制系统具有至少一个控制器、加速计以及与至少一个控制器连接的一个或多个传感器，以监测和检测车辆的运行状态。响应于车辆运行状态变化，控制系统使用加速计确定车辆加速比。至少部分地基于车辆加速比来计算调整车速。基于调整车速产生变速器速度比并传输到CVT的变速器组件。

Description

计算车速和控制无级变速器的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种在控制无级变速器(CVT)的牵引事件损失的情况下检测车速的系统和方法。

背景技术

无级变速器是一种动力传动装置，响应于输出转矩要求，这种装置可以持续地改变在最小(亚速)比和最大(超速)比之间的范围的输入和输出速度比，因此，能使发动机无级变速，以获得燃料消耗与发动机性能的平衡。常用的齿轮变速器利用一个或多个行星齿轮组和多种旋转和制动摩擦离合器建立离散的齿轮状态，不同于此，CVT则是使用变径带轮系统。

带轮系统通常为变速器组件，可以在校准后的速度比范围内任意转换。典型的变速器组件包括经由环状旋转驱动元件(例如，驱动链和驱动带)互连的两个变速器带轮。环状旋转驱动元件在通过锥形带轮面限定的不同宽度的间隙间运转。变速器带轮中的一个经由曲轴、变矩器、输入齿轮组接收发动机转矩，因此可以作为主动带轮/主带轮。另一个带轮经由附加的齿轮组连接至CVT的输出轴，因此，可以作为从动带轮/副带轮。一个或多个行星齿轮组根据其配置可以用在变速器组件的输入或者输出端。

为了改变CVT速度比，夹紧力经由一个或多个带轮致动器运用于变速器带轮。夹紧力可以有效的挤压两半带轮，使其合并以改变带轮面之间的间隙的宽度。不同的间隙距离，也就是节半径，可以导致旋转驱动元件在间隙间的运转更高或者更低。这又可改变变速器带轮的节径并变化CVT的速度比。

行车条件，例如，牵引力控制事件的发生等，会影响车辆运行状态和环境。行车条件的影响会导致CVT相对于正常行驶运行不佳或者用力过猛。

发明内容

用于控制具有无级变速器(CVT)的车辆的系统和方法包括控制系统，控制系统具有至少一个控制器、加速计，以及与至少一个控制器连接的一个或多个传感器，以监测和检测车辆运行状态变化。响应于车辆运行状态改变，控制系统利用加速计确定车辆加速比。在车辆运行状态变化期间，至少部分地基于车辆加速比来计算调整的车速。响应于车辆运行状态，变速器速度比根据调整的车速产生，并传送到变速器组件中。

控制具有无级变速器(CVT)的车辆的方法可以进一步包括通过利用加速计检测坡度加速信号来计算调整的车速，通过计算车辆加速比和坡度加速信号的差值来确定调整的车辆加速比。通过对调整的车辆加速进行数值积分来计算在车辆运行状态变化期间的调整的车速。

控制具有无级变速器(CVT)的车辆的方法可以进一步包括步骤：在车辆运行状态变化期间，将坡度加速信号保持在恒定值。这个方法也包括步骤：通过运用辛普森法积分对调整的车辆加速进行数值积分来计算调整的车速。

一个或多个车轮速度传感器可以邻近安装至一个或者更多车轮，以检测一个或多个轮胎的旋转速度，从而检测车速。当控制系统未检测车辆运行变化时，变速器速度比可以根据一个或多个车轮速度传感器检测的车速得出。在本发明的又一个实施例中，检测车轮速度的方法包括利用一个或多个车轮传感器检测车轮速度的差值来确定是否已经超过从动轮和非从动轮之间的临界值。

在本发明的又一个实施例中，检测车轮速度的方法可以包括利用加速计来检测单个车轮速度和车辆加速，利用一个或多个传感器来识别车轮牵引力事件的损失。在本发明的另一实施例中，决定车辆运行状态变化的方法进一步包括如果车速超过规定的车速临界值时，利用与控制系统电通信的牵引力控制模块来识别牵引力控制事件。这个方法进一步包括步骤：响应于车辆运行状态改变，保持调整的变速器速度比，直到牵引力控制事件中断。

在本发明的又一个实施例中，车辆包括内燃机和具有输入构件和输出构件的无级变速器(CVT)，包括变速器组件，其包括第一带轮和第二带轮，第一带轮和第二带轮可旋转地与柔性连续旋转设备联接，其中，第一带轮可旋转地联接至输入构件，第二带轮可旋转地联接至输出构件。车辆进一步包括控制系统，控制系统具有至少一个控制器、加速计、与至少一个控制器连接的一个或多个传感器以及可执行的指令集。

控制系统的可执行的指令集可以控制车辆运行状态，并检测导致车辆运行状态变化的事件。车辆加速比可以利用与控制系统连接的加速计来检测。调整的车速可以至少部分根据车辆加速比来计算。响应于车辆运行状态的事件变化，根据调整的车速来生成变速器速度比，并且传送到变速器组件中。

在本发明的又一个实施例中，控制系统的可执行的指令集可以进一步利用加速计来检测坡度加速信号，通过计算车辆加速比和坡度加速信号的差值来确定调整的车辆加速比。在车辆运行状态变化期间，通过对调整的车辆加速进行数值积分来计算调整的车速。坡度加速信号可以在车辆运行状态变化期间，保持在恒定值。

在本发明的又一个实施例中，一个或多个车轮速度传感器可以邻近安装至车辆的一个或多个车轮以检测一个或多个车轮的旋转速度，从而检测车速。当控制系统未检测到车辆运行状态变化时，变速器速度比根据一个或多个车轮速度传感器检测的车速计算得出。响应于车辆运行状态的变化，保持由控制系统产生的调整的变速器速度比，直到牵引力控制事件中断。

在本发明的又一个实施例中，控制具有包括变速器组件的无级变速器(CVT)的车辆的方法包含步骤：利用控制系统来监测车辆运行状态，控制系统具有至少一个控制器、加速计，以及与至少一个控制器连接的一个或多个传感器。导致车辆运行状态变化的事件由加速计和一个或多个传感器检测到。利用加速计来确定车辆加速比和坡度加速信号。

在车辆运行态改变期间，坡度加速信号保持在恒定值。控制系统通过计算车辆加速比与坡度加速信号的差值来确定调整的车辆加速比。控制器通过对调整的车辆加速进行数值积分来计算在车辆运行状态变化期间的调整的车速。

响应于车辆运行状态变化，变速器速度比根据调整的车速得出，并传送到变速器组件。响应于车辆运行状态变化，保持调整的变速器速度比，直到牵引事件中断。

本发明的上述和其它特性及优点将会在结合附图阅读下列详细说明后更为明显。

附图说明

图1为根据本发明的动力传动系统的示意图，包括经由变矩器和齿轮箱旋转地与无级变速器联接的内燃机；以及

图2示意性地示出了根据本发明的控制系统的方框图，控制系统用来响应于车辆状况来调节CVT中的变速器速度比。

具体实施方式

现在将详细参照本发明在附图中进行说明的实施例。在可能的情况下，在附图或说明书中使用的相同或相似的附图标记指示相同或者相似的部分或步骤。附图为简化形式并且未按照精确比例。仅仅是为了方便和清楚，方向术语，例如顶部、底部、左边、右边、在……上、越过、在……下、在下方、后面和前面，可以用于附图说明中。这些方向术语或与方向术语相似的词并不以任何方式限制本发明的范围。

现参照附图，在几幅图中相同的附图标记代表相同或类似的部件，图1示意性地表示车辆动力传动系统100的元件，包括由转矩产生装置，例如经由变矩器120和齿轮箱130旋转地联接至无级变速器(CVT)140的内燃机(发动机)110。为说明起见，车辆可以构成机动车。然而，为了实现本发明的目的，应理解，车辆可以是任何移动平台，例如飞机、全地形车辆(ATV)、船只、个人移动设备、机器人等等。

出于说明的一致性，下文中的转矩产生装置将描述为发动机110。转矩产生装置可以是任何合适的内燃发动机，能够将碳氢燃料转化为机械动力以产生响应来自控制系统的指令的转矩。或者，转矩产生装置也可以是电机或者其它可运行产生输出转矩的装置。

动力传动系统100经由传动系150联接至一个或多个车轮160，以在应用到车辆上时提供牵引力。响应驾驶员的指令和其他因素，动力传动系统100的运行由控制系统10监测并控制。动力传动系统100可以是装置的一部分，该装置可以是车辆、自行车、机器人、农机具、体育运动相关设备或其他任何运输装置。

变矩器120是在输入构件和输出构件之间提供流体联接用于传输转矩的装置，优选地包括联接至发动机110的泵122、经由输出构件联接至齿轮箱130的涡轮124以及变矩器离合器126，变矩器离合器126锁定泵122和涡轮124的转动并可由控制系统10控制。

变矩器120的输出构件旋转地联接至齿轮箱130，齿轮箱130包括啮合齿轮或其他适合的齿轮机构，在变矩器120和CVT 140之间提供减速传动装置。或者，齿轮箱130可以是另一适合的齿轮配置，用于在发动机110、变矩器120以及CVT 140之间提供传动装置，包括，仅通过非限制性的实施例的方式，链驱动齿轮配置或行星齿轮配置。在替代实施例中，变矩器120和齿轮箱130中的任一者或两者都可以省略。

齿轮箱130包括输出构件61，输出构件61经由输入构件51旋转地联接至CVT 140。CVT 140的一个实施例参照图2进行描述。CVT 140的输出构件61旋转地联接至传动系150，传动系150通过轮轴、半轴或另一转矩传输元件旋转地联接至车轮160。传动系150可以包括差速齿轮组、链驱动齿轮组或另一适合的齿轮布置，用于将转矩传输至一个或多个车轮160。

动力传动系统100优选地包括一个或多个传感器或传感装置，所述传感器或传感装置用于监测各个装置的旋转速度，包括例如发动机速度传感器112、变矩器涡轮速度传感器125、CVT变速器输入速度传感器32、CVT变速器输出速度传感器34和车轮速度传感器162。上述每一速度传感器可以是任何合适的位置/速度传感装置，如霍尔效应传感器。上述每一速度传感器和控制系统10连接。此处所使用的术语“速度”以及相关术语指旋转构件的旋转速度，除非另外具体地说明。此处所使用的术语“位置”及相关术语指传感器构件的旋转位置或角度位置，除非另外具体地说明。

控制系统10优选地包括至少一个控制器12和用户界面14。为了方便说明，示出了单个控制器12。控制器12可以包括多个控制器装置，其中每个控制器12与监测和控制单个系统相关联。这可以包括用于控制发动机110的发动机控制模块(ECM)，以及用于监测和控制单个子系统(例如，变矩器离合器)的传动控制模块(TCM)。

控制器12优选地包括至少一个处理器和至少一个存储器装置11(或任何非暂时性的、有形的计算机可读存储介质)，在存储器装置11上记录用于执行指令集的指令，以便控制CVT和超高速缓冲存储系统13。存储器装置11可以存储控制器可执行指令集，并且处理器可以执行存储在存储器装置11中的控制器可执行指令集。用户界面14与操作员输入装置连接并对其监测，操作员输入装置包括：例如，加速踏板15、制动踏板16和传动齿轮选择器或传动控制模块(TCM)17。

本文所用术语“速度比”指变速器速度比，即CVT输出速度与CVT输入速度的比。根据来自如本文所述的发动机速度传感器112、变矩器涡轮速度传感器125、输入速度传感器32或另一适合的速度/位置传感器中的一个的信号输入，可以确定CVT输入速度。根据来自本文所述的输出速度传感器34、车轮速度传感器162，或另一合适的速度/位置传感器中的一个信号输入，可以确定CVT输出速度。速度比参数根据CVT输入速度和CVT输出速度来确定。

术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语指专用集成电路(ASIC)、电子线路、中央处理单元中的一种或各种组合，中央处理单元例如是微处理器和以存储器或存储器设备(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动等)的形式的相关非暂时性存储器部件。以一个或多个软件或固件编程或例行程序、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路和由一个或多个处理器访问的其他组件的形式，非暂时性存储器组件能够存储机器可读指令以提供所描述的功能。

输入/输出电路和装置包括模/数转换器和监测来自传感器输入的相关装置，以预设的采样频率监测此类输入或用此类输入响应触发事件。软件、固件、编程、指令、控制例行程序、代码、算法和类似术语表示任何控制器可执行指令集，其包括标定和查找表。每一控制器执行控制例行程序以提供所期望的功能，包括监测来自传感装置和其他网络化控制器的输入以及执行控制和诊断指令以控制致动器的操作。可以以规则的时间间隔执行例行程序，例如操作期间每100微秒。或者，可以响应触发事件的发生来执行例行程序。

控制器之间的通信以及多个控制器、多个致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接的有线链路、网络化通信总线链路、无线链路或任何另一适合的通信链路完成。通信包括以任何合适当的形式交换数据信号，包括，例如：经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光波导管交换光信号等等。

数据信号可以包括表示来自传感器的输入的信号、表示致动器指示的信号以及控制器之间的通信信号。术语“模型”指基于处理器或处理器可执行的代码和模拟装置或物理过程的物理存在的相关校准。本文所使用的术语“动态”描述实时执行的步骤或过程，其特征为监测或者另外确定参数的状态并规律地或周期性地在执行例行程序期间或执行例行程序的迭代之间更新参数的状态。

图1中的控制系统10经编程以执行图2所示的以及下面更详细讨论的方法的步骤。现参照图2，示出了存储在指令集并可由控制系统的控制器执行的方法200的流程图。应当理解本文所述的方法200不需要以本文所述的特定次序应用。此外，应该明白一些步骤可以省略。方法200可以在车辆运行状态改变时实施，使得传统的车速监测装置可以为控制系统提供不精确的信息。

初始化之后，方法200可以从步骤或框202开始，其中，控制系统经编程或配置为监测和检测车辆运行状态。一个或多个传感器或传感装置配合控制系统以监测车辆运行状态并检测车辆是否在正常运行模式下运行或车辆运行状态是否有改变，例如，车辆在牵引力控制模式或其它运行状态下运行。

牵引力控制运行状态可以是控制系统执行的一系列指令以提高车辆的能力，以便如果车辆遇到路面积水、冰等，保持路面的抓地。应该理解本文描述的方法可以和各种其他车辆运行元件组合使用，包括但不仅限于，制动系统、发动机燃料供应装置和节流阀控制器。

还应该明白监测至少一种车辆运行状态的一个或多个传感器可以包括，但可不限于车速、发动机速度、变矩器涡轮速度、CVT变速器输入速度、CVT变速器输出速度、制动踏板制动、加速器踏板制动、TCM齿轮状态、车辆加速、发动机加速和车轮速度传感器。控制器可以识别初始变速器速度比并评估所期望的变速器速度比，根据与输出动力命令、车速、发动机转矩及其他因素相关的经监测和估计的运行条件，可以确定期望的变速器速度比，使用各种传感器来评估速度比参数以识别上文所述的CVT输入速度和CVT输出速度。

在步骤或框204处，控制系统的一个或多个传感器检测来自一个或多个速率传感器或车轮速度传感器的车速输入。出于说明性的目的，将使用术语车轮速度传感器来代替速率传感器。应当理解车速度输入可以由评估在每一车辆或车轮或每对车轮处感测的旋转速度来确定。

在步骤或框206处，控制系统与至少一个加速计电通信，以确定坡度加速信号和来自加速计的车辆加速比。可以用加速计检测很多静态和/或动态车辆运行参数，包括但不限于，力、质量、加速和车辆的倾斜角度。在本发明的一个实施例中，加速计可以用于确定作用到车辆上的力以确定车辆是否在平坦表面上行驶或是否在一段时间内在有坡度的表面上行驶。

在步骤或框208处，控制系统检测并确定车辆是否遇到车辆运行状态改变，这些状态改变包括但不限于，牵引力控制事件、车轮滑行事件、车轮锁定事件或突然停止事件。在本发明的一个实施例中，控制系统可以与车辆的牵引力控制模块(TCM)电通信并确定TCM是否处于活动模式。在本发明的另一实施例中，控制系统监测与某些类型的车辆事件或可能损坏CVT的驾驶员动作相关的条件，包括但不限于，一般的道路干扰、车辆的突然停止或减速、车辆牵引损失，比如车轮滑行事件或车辆的滚动方向转换等。

如果控制系统不检测TCM的制动或牵引力控制事件，那么控制系统使用在步骤或框210处的一个或多个车轮速度传感器收集的车速以产生并应用期望的变速器速度比以供CVT的使用和运行，如下面将更加详细地描述那样。车轮滑移、车轮锁定或紧急制动事件的存在可以使得一个或多个车轮速度传感器检测出不精确的车速。

假如一个或多个传感器检测出车辆存在或执行危急操作或事件，与一个或多个传感器电通信的控制系统将评估传感器反馈以识别该事件或操作及调整CVT操作，如下面将更加详细地描述那样。控制系统可以利用补偿策略以识别危急事件或操作的类型并将至少一个控制元件应用到CVT的变速器组件以避免造成CVT的损伤或破坏。

例如，因为在牵引力控制事件中车轮速度可能太快或太慢，所以使用不精确的车速可以造成发动机超速或过大转矩的产生。如果控制系统检测出车辆运行状态的变化，比如TCM制动或牵引力控制事件，那么该控制系统从步骤或框212处的加速计获得车辆加速比。

在本发明的一个实施例中，控制系统可以使用结合从加速计接收的车辆加速比的恒定或保持的加速坡度信号以计算调整的车速。使用恒定或保持的加速坡度信号和加速比可以消除与计算的加速坡度信号使用有关的潜在变化。对本发明而言，恒定或保持的加速坡度信号代表加速坡度信号在限定的时间段内不会改变。在步骤或框214处，控制系统将经加速计检测的车辆加速比减去恒定的坡度加速信号值，以计算调整的车辆加速比。

在步骤或框216处，控制系统实施调整的车辆加速比的数值积分以识别调整的车速。在本发明的一个实施例中，控制系统对从框214的所得调整的加速比实施辛普森法积分以产生调整的车速。也应该理解可以使用其他类型的积分以完成本发明的目的。

在步骤或框218处，对比用于CVT的变速器速度比的参考数据，控制系统评估来自步骤或框216的调整的车速。基于车辆运行状态及分别在步骤或框210或218处检测的车速，控制系统应用变速器速度比以供CVT使用及调整CVT以采用调整的变速器速度比，从而避免对CVT的干扰或损坏。

在步骤或框220处，基于检测车辆运行状态的变化，比如危急事件或操作，控制系统应用在框208处识别的校正处理以设定适当的变速器速度比或应用对CVT的补偿以校正危急事件。在步骤或块222处将校正的变速器速度比传输到CVT以将期望的变速器速度比应用到CVT。

控制系统10的控制器12包括计算机可读介质(也指处理器可读介质)，包括参与提供可以由计算机来读取(比如，通过计算机处理器)的数据的任何非暂时性介质(比如，有形介质)。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质及易失性介质。非易失性介质可以包括，例如，光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性介质可以包括，例如，动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。这类指令可以由一个或多个传输介质传输，包括同轴电缆、铜线、光纤，包括包含联接到计算机处理器的系统总线的线缆。计算机可读介质的一些形式包括，比如，软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质，CD-ROM、DVD、任何其他光学介质，穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质，RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式磁带，或者计算机可以读取的任何其他介质。

此处所描述的查找表、数据库、数据储存库或其他数据存储器可以包括用于存储、访问和检索各种类型的数据的各种机构，包括分层数据库、文件系统中的文件集、专有格式的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS)等。每个数据存储器可以包括在采用诸如上述中的一个的计算机操作系统的计算装置，并可以经由网络以各种方式中的任意一种或多种方式访问。文件系统可以经由计算机操作系统访问，并可以包括以各种格式储存的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行所存储的程序的语言之外，RDBMS可以采用结构化查询语言(SQL)，例如，上面所述的PL/SQL 语言。

详细说明和附图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅由权利要求书定义。虽然已经详细地描述了实施所要求保护的本发明的最佳方式和其他实施例，但是用于实施所附权利要求书中所限定的本发明存在多种可选择的设计和实施例。此外，不必理解附图所示实施例或本说明书提到的各种实施例的特性，因为实施例都是相互独立的。相反，可能在实施例中所描述的例子之一的每个特性可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望特性组合，导致其他实施例不是以文字或通过参考附图来描述。因此，这些其他实施例均属于所附权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于控制具有包括变速器组件的无级变速器(CVT)的车辆的方法，其包括：

使用控制系统检测所述车辆的运行状态，所述控制系统具有至少一个控制器、加速计以及与所述至少一个控制器连接的一个或多个传感器；

使用所述加速计和一个或多个传感器检测所述车辆的所述运行状态的变化；

利用所述加速计来确定车辆加速比；

在所述车辆的所述运行状态的所述变化期间，至少部分地基于所述车辆加速比计算调整的车速；

基于所述调整的车速产生变速器速度比；以及

响应于所述车辆的所述运行状态的所述变化，将所述变速器速度比传输到所述变速器组件，

其中计算所述调整的车速的步骤还包括：

使用所述加速计检测坡度加速信号；

通过计算所述车辆加速比和所述坡度加速信号之间的差值来确定调整的车辆加速比；以及

通过对所述调整的车辆加速比进行数值积分来计算在所述车辆的所述运行状态变化期间的所述调整的车速。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述车辆的所述运行状态的所述变化期间将所述坡度加速信号保持在恒定值的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述调整的车速的步骤还包括使用辛普森法积分对所述调整的车辆加速比进行数值积分。

4.一种车辆，其包括：

内燃机；

无级变速器(CVT)，其包括：

输入构件；

输出构件；

变速器组件包括第一带轮和第二带轮，第一带轮和第二带轮通过柔性连续旋转设备旋转地联接，其中所述第一带轮旋转地联接到输入构件，并且所述第二带轮旋转地联接到输出构件；以及

控制系统具有至少一个控制器、加速计以及与所述至少一个控制器连接的一个或多个传感器，所述控制系统包括指令集，所述指令集经执行以：

监测所述车辆的运行状态，

检测引起所述车辆的所述运行状态变化的事件，

使用与所述控制系统连接的加速计检测车辆加速比，

至少部分地基于所述车辆加速比来计算调整的车速，

基于所述调整的车速产生变速器速度比，以及

响应于所述车辆的所述运行状态的事件变化，将所述变速器速度比传输到所述变速器组件，

其中所述控制系统的所述指令集还包括步骤，所述步骤经执行以：

使用所述加速计检测坡度加速信号；

通过计算所述车辆加速比和所述坡度加速信号之间的差值确定调整的车辆加速比；以及

通过对所述调整的车辆加速比进行数值积分来计算在所述车辆的所述运行状态的所述变化期间的所述调整的车速。

5.根据权利要求4所述的车辆，其中在所述车辆的所述运行状态的所述变化期间将所述坡度加速信号保持在恒定值。

6.根据权利要求4所述的车辆，其中经执行以计算所述调整的车速的所述步骤还包括使用辛普森法积分对所述调整的车辆加速比进行数值积分。

7.根据权利要求4所述的车辆，还包括靠近所述车辆的一个或多个车轮设置的一个或多个车轮速度传感器，以检测所述一个或多个车轮的旋转速度，从而检测所述车速。

8.根据权利要求4所述的车辆，其中所述控制系统的所述指令集还包括步骤，所述步骤经执行以响应于所述车辆的所述运行状态的所述变化，保持所述调整的变速器速度比，直到牵引力控制事件停止。