CN108019503B - 用于操作处于空挡的变速器的方法和控制 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于操作处于空挡的变速器的方法和控制。车辆动力传动系包括发动机和结合到发动机的变速器。变速器具有第一空挡状态和第二空挡状态，其中，在第一空挡状态下第一组合的离合器接合，在第二空挡状态下第二组合的离合器接合。车辆控制器被配置为：响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值，使变速器换挡至第二空挡状态。

Description

用于操作处于空挡的变速器的方法和控制

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的自动变速器的领域。更具体地，本公开涉及用于操作处于驻车挡或空挡时的变速器的离合器从一个空挡状态换挡至另一空挡状态的控制和方法。

背景技术

许多车辆在宽车速范围内使用，包括向前运动和倒车运动两者。然而，某些类型的发动机仅能在窄的车速范围内高效地运转。因此，经常采用能够在各个传动比下有效传递动力的变速器。变速器传动比是输入轴转速与输出轴转速之比。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比运转，从而使发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车速下，使变速器以低传动比运转允许与安静的、燃料高效的巡航相关联的发动机转速。

大部分变速器配备有变矩器或其他类型的起步离合器。当车辆为静止或非常慢地移动时，齿轮箱输入转速小于发动机的最小运行转速。起步装置将来自发动机的扭矩传递至齿轮箱输入，同时允许发动机以可接受的转速旋转。变矩器包括通过发动机驱动的泵轮和驱动齿轮箱的涡轮。扭矩以流体动力学的方式从泵轮传递到涡轮。

自动变速器包括几个模式，这几个模式包括驻车挡(PARK)、倒挡(REVERSE)、空挡(NEUTRAL)以及前进挡(DRIVE)。驾驶员使用输入(例如，位于乘员舱中的换挡器)而在不同的模式之间进行选择。变速器包括离合器和制动器，离合器和制动器可操作为产生与一个或更多个模式相关联的一个或更多个传动比。例如，变速器可包括与前进挡相关联的五个向前行驶的传动比、与倒挡相关联的单个的倒车传动比以及与空挡和驻车挡相关联的一个或更多个空挡状态。

一些变速器能够具有多种空挡状态，在所述多种空挡状态下，虽然不同组合的离合器和/或制动器被锁止，但是都能实现空挡。第8,162,796号美国专利公开了这种类型的变速器。

发明内容

根据一个实施例，车辆动力传动系包括发动机和结合到发动机的变速器。变速器具有第一空挡状态和第二空挡状态，其中，在第一空挡状态下第一组合的离合器接合，在第二空挡状态下第二组合的离合器接合。车辆控制器被配置为：响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值，将变速器换挡至第二空挡状态。

根据另一实施例，一种车辆动力传动系包括发动机和结合到发动机的变速器。变速器具有行星齿轮组和能够与行星齿轮组的一个或更多个部件接合的换挡致动器。车辆控制器被配置为：响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值，使所述换挡致动器中的至少一个分离，以将变速器置于第二空挡状态。

根据本发明的一个实施例，所述控制器进一步被配置为：响应于变速器处于第二空挡状态而将发动机扭矩增大至大体上等于发动机扭矩请求的量值。

根据本发明的一个实施例，第一空挡状态具有比第二空挡状态的惯性耦合值更大的惯性耦合值。

根据本发明的一个实施例，所述发动机扭矩请求基于加速踏板的踏板位置。

根据又一实施例，提出了一种控制变速器的离合器的方法。所述方法包括：响应于变速器处于驻车挡或空挡而使第一组合的离合器接合，以产生第一空挡状态。所述方法进一步包括：在变速器处于第一空挡状态时，响应于发动机扭矩请求超过阈值而使第一组合的离合器中的一个离合器分离，以产生第二空挡状态。

根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括：响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值而将发动机扭矩限制为小于发动机扭矩请求的量值。

根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括：响应于变速器处于第二空挡状态而将发动机扭矩增大至大体上等于发动机扭矩请求的量值。

根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括：响应于发动机扭矩请求低于阈值而使第一组合的离合器中的一个离合器重新接合，以使变速器换挡回到第一空挡状态。

根据本发明的一个实施例，所述方法进一步包括：响应于挡位选择器被驾驶员致动而将变速器换挡至第一空挡状态。

附图说明

图1是后轮驱动式车辆的示意图。

图2是图1的车辆的变速器的示意图。

图3是示出用于控制变速器的算法的流程图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

示例性车辆20包括具有发动机24和变速器26的动力传动系22。尽管被示出为后轮驱动式车辆，但是本公开的教导同样可应用于前轮驱动式车辆、四轮驱动式车辆或全轮驱动式车辆。发动机24产生机械动力。变速器26以适于当前车辆需求的轴转速(可能是比发动机24产生动力时的轴转速更快或更慢的轴转速)将动力传递至差速器28。差速器28按固定的主减速比减小轴转速并将动力传递至左驱动轮30和右驱动轮32，以在车辆转弯时允许车轮之间的轻微的转速差异。

变速器26可包括变矩器34(或其他起步装置)和齿轮箱40。变矩器34包括固定到发动机曲轴的泵轮36和固定到齿轮箱输入轴的涡轮38。当泵轮比涡轮旋转得更快时，扭矩从泵轮36液力地传递到涡轮38。变矩器34的旁通离合器可以接合以通过摩擦而将扭矩从泵轮36传递到涡轮38，从而减小流体动力学的动力传递中固有的动力损耗。齿轮箱40包括若干换挡元件。所述换挡元件可以是离合器。通过将元件选择性地连接到变速器壳体来保持元件不旋转的离合器可被称作制动器。在此使用的术语“离合器”是通用的，包括离合器和制动器。齿轮箱40通过使各种子集的换挡元件接合来建立不同的传动比。在一些实施例中，根据由控制器42发送的信号，变速器泵提供使换挡元件接合的增压流体，换挡元件通过阀体进行液压控制。

控制器42可以是基于车辆的计算系统，其包括经由串行总线(例如，控制器局域网络(CAN))或经由专用的电缆进行通信的一个或更多个控制器。控制器通常包括任意数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码以彼此协作来执行一系列操作。控制器还包括基于计算和测试数据并存储在存储器中的预定的数据或“查找表”。控制器可通过使用通用总线协议(例如，CAN或LIN)的一个或更多个有线或无线车辆连接来与其他车辆系统和控制器通信。这里使用的对“控制器”的说明指的是一个或更多个控制器。基于车辆的计算系统的示例是由福特汽车公司制造的SYNC系统。

变速器26可包括手动操作的挡位选择器44(也称为换挡器)，挡位选择器44至少包括驻车挡、倒挡、空挡以及前进挡位置。挡位选择器44(电气地或机械地)连接到变速器26，以将变速器置于由驾驶员选择的模式中。在示例性的换挡器44中，换挡杆46在模式通道内移动，驾驶员在通道内滑动换挡杆46，以将换挡杆置于期望的位置(例如，前进挡)中。PRNDL模式可按顺序布置并且在改变变速器的模式时需要使换挡杆移动经过这些模式中的一个或更多个。例如，从前进挡换挡至驻车挡需要使换挡杆46行进经过空挡和倒挡。当然，存在其他类型的换挡器，诸如按钮式换挡器、立柱式换挡器和转动拨盘式(turn dial)换挡器。换挡器44可包括被配置为将指示换挡杆位置的信号发送至控制器42的换挡杆位置传感器。

加速踏板48提供用于控制车辆20的速度的操作者输入。发动机24具有电子控制的节气门体(throttle body)。踏板48可包括向控制器42提供踏板位置信号的踏板位置传感器，控制器42向节气门体和其他发动机部件提供控制信号。控制器42可使用踏板位置信号来确定驾驶员需求的扭矩(也称为发动机扭矩请求)。驾驶员需求的扭矩还可以独立于踏板位置信号而由控制器42产生。

制动踏板49提供用于控制车辆的摩擦制动的操作者输入。制动控制器通过制动踏板49接收操作者输入并控制摩擦制动系统，摩擦制动系统可操作为向车轮施加制动力。在一些实施例中，踏板49可包括向控制器42提供踏板位置信号的踏板位置传感器。在其他实施例中，制动系统是纯机械式的。

齿轮传动装置是旋转元件和离合器的集合，被构造为在元件之间施加特定的转速关系。无论任意离合器的状态如何都施加的一些转速关系被称为固定转速关系。仅施加固定关系的齿轮传动装置称为固定的齿轮传动装置。仅在特定的离合器完全接合时才施加其他转速关系。选择性地施加转速关系的齿轮传动装置称为可换挡式齿轮传动装置。诸如变速器26的离散传动比变速器具有设置在齿轮箱40中的可换挡式齿轮传动装置。可换挡式齿轮传动装置在输入轴和输出轴之间选择性地施加多种传动比。

如果一组元件被约束为在所有工况中都作为整体旋转，则这组元件彼此固定地结合。元件可通过花键连接、焊接、压装、从同一固体机加工或者其它方式来固定地结合。在固定结合的元件之间会出现转动位移的轻微变化(诸如由于间隙或轴柔量导致的位移)。相反，每当离合器完全接合时离合器约束两个元件作为整体旋转时，这两个元件通过离合器选择性地结合，并且在至少一些其它的工况中这两个元件以不同的转速自由旋转。离合器包括诸如液压或电致动的离合器的主动控制式装置和诸如单向离合器的被动装置。

图2中示意性地示出了示例性变速器26。变速器26可利用四个简单行星齿轮组50、60、70和80。简单行星齿轮组是一种固定的齿轮传动装置。行星架52围绕中轴线旋转并支撑一组行星齿轮54，使得行星齿轮相对于行星架旋转。行星齿轮上的外轮齿与太阳齿轮56上的外轮齿啮合并与环形齿轮58上的内轮齿啮合。太阳齿轮和环形齿轮被支撑为与行星架围绕同一轴线旋转。简单行星齿轮组施加固定转速关系。行星架的转速被约束为处于太阳齿轮的转速和环形齿轮的转速之间。(此关系被限定为包括这三者都以相同转速旋转的状况。)更具体地，行星架的转速是太阳齿轮的转速和环形齿轮的转速的加权平均，权重因子由每个齿轮上的齿数决定。类似的转速关系是通过其他已知类型的固定齿轮传动装置进行施加的。例如，双小齿轮式行星齿轮组将环形齿轮的转速约束为太阳齿轮的转速和行星架的转速之间的加权平均。齿轮组60、70和80类似地构造。

表1中列出了每个行星齿轮组的齿轮轮齿的示例性比率。

表1

在图2的示例性变速器中，太阳齿轮56固定地结合到太阳齿轮66，行星架52固定地结合到环形齿轮88，环形齿轮68固定地结合到太阳齿轮76，环形齿轮78固定地结合到太阳齿轮86，输入轴90固定地结合到行星架62，输出轴92固定地结合到行星架82。环形齿轮58通过离合器96选择性地保持不旋转，太阳齿轮56和66通过离合器98选择性地保持不旋转。输入轴90通过离合器100选择性地结合到环形齿轮78和太阳齿轮86。中间轴94通过离合器102选择性地结合到行星架72，通过离合器104选择性地结合到行星架52和环形齿轮88，并通过离合器106选择性地结合到环形齿轮68和太阳齿轮76。

如表2所示，以使离合器中的四个离合器的组合接合的方式在输入轴90和输出轴92之间建立了十个前进挡传动比和一个倒挡传动比。X指示该离合器是建立该传动比所必需的。(X)指示可以应用该离合器但不是必需的。在1挡中，可以在不改变传动比的情况下应用离合器104或离合器106而不应用离合器102。当齿轮组具有如表1所指示的齿数时，传动比具有如表2所指示的值。

表2

变速器26还包括几个空挡状态，每个空挡状态均具有接合的换挡元件的独特的组合。表3示出了几种可能的空挡状态。表3不是变速器26的所有可能的空挡状态的详尽清单。

表3

空挡状态	96	98	100	102	104	106
							1	X	X		X
2	X	X
							3	X
4

当变速器处于驻车挡或空挡时，变速器26可根据工况而在各种空挡状态之间进行变换。这种变换可称为空挡至空挡式换挡(neutral-to-neutral shift，N2N式换挡)。

在某些空挡状态下，发动机加速将由于惯性耦合而在输出轴处产生大于标称扭矩的扭矩。不同的空挡状态可具有不同的惯性耦合值。在某些空挡状态下，尤其是在具有三个接合的离合器的空挡状态下，惯性耦合大得足以产生足够在输出轴处产生瞬时扭矩脉冲的反作用力。尽管这种扭矩通常不足以推进车辆，但是在处于空挡时这种扭矩可能会产生明显的车辆运动，例如，车辆的摇晃。输出扭矩与内部变速器部件的加速速率(accelerationrate)成比例，内部变速器部件的加速速率与输入扭矩(即，发动机扭矩加上或减去损耗)成比例。因此，当发动机扭矩低时，不会产生明显的运动，但是当发动机扭矩高时，在一些空挡状态下会产生明显的运动。

在示例性变速器26中，空挡状态1具有三个接合的离合器(96、98和102)。第四个离合器的接合将变速器置于前进挡或倒车挡。归因于此或其他因素，空挡状态1的惯性耦合值比具有两个或更少的接合的离合器的其他空挡状态的惯性耦合值更高。当处于空挡状态1时，在驾驶员需求的扭矩超过阈值时可产生明显的车辆运动。用俗语来说，在处于空挡状态1时，车辆可能会响应于驾驶员使发动机加速旋转(rev)而摇晃或俯仰(pitch)。在示例性变速器中，响应于发动机的加速，空挡状态2、3和4将不会产生大于标称输出轴扭矩的扭矩。因此，可响应于发动机加速和/或驾驶员需求的扭矩超过阈值而通过执行从空挡状态1到其他空挡状态中的一个的N2N式换挡来避免输出轴处的不期望的扭矩。

由控制器42执行的控制逻辑或功能可在一个或更多个附图中通过流程图或类似的图表来表示。这些附图提供代表性的控制策略和/或控制逻辑，所述控制策略和/或控制逻辑可采用诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的一个或更多个处理策略来实施。因此，所示的各种步骤或者功能可以以所示的顺序执行、以并行的方式执行或者在某些情况下可被省略。虽然未总是明确地示出，但是本领域普通的技术人员将认识到一个或更多个所示的步骤或功能可根据正在采用的特定的处理策略而被重复地执行。类似地，处理的顺序对于实现在此描述的特征和优势而言并不是必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在软件中实施，该软件由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系控制器(例如，控制器42)执行。当然，控制逻辑可根据特定的应用以一个或更多个控制器中的软件、硬件或软件与硬件的组合的方式实施。当控制逻辑以软件实施时，控制逻辑可设置在一个或更多个计算机可读存储装置或介质中，该计算机可读存储装置或介质存储有代表由计算机执行以控制车辆或其子系统的指令或代码的数据。计算机可读存储装置或介质可包括采用电、磁和/或光学存储器来保持可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等的若干个已知的物理装置中的一个或更多个。

图3示出了用于控制变速器26的示例性算法120。在操作122处控制器确定变速器是否处于驻车挡或空挡。如果否，则控制循环回到开始。如果是，则控制进行至操作124并且控制器确定变速器是否处于第一空挡状态。第一空挡状态可以是具有最高惯性耦合值的空挡状态。对于变速器26，第一空挡状态是空挡状态1。

如果变速器处于第一空挡状态，则控制进行至操作126并且控制器确定发动机扭矩请求是否大于或等于阈值扭矩值。发动机扭矩请求可以是使用踏板位置传感器来计算的驾驶员需求的扭矩。或者，例如，如果车辆是自动或半自动车辆，则发动机扭矩请求可通过控制器来请求。阈值扭矩值可基于在处于第一空挡状态时在输出轴处产生大于标称扭矩所需的发动机扭矩。在其他实施例中，控制器可测量发动机转速并将其与阈值转速进行比较而不比较扭矩。当然，扭矩和发动机转速加速度在数学上相关，因此，对发动机扭矩与扭矩阈值进行比较等同于对发动机转速加速度与加速度阈值进行比较。

如果发动机扭矩请求小于阈值扭矩值，则变速器保持处于第一空挡状态并且控制循环回到开始。如果发动机扭矩请求大于或等于阈值扭矩值，则控制进行至操作128，并且控制器将发动机命令为减小的扭矩值。所述减小的扭矩值可基于变速器流体温度、踏板位置或其他动态观测而被设置为最大值。减小发动机扭矩以准备N2N式换挡并限制输出轴扭矩，从而防止车辆的运动。

在操作130处，控制器命令变速器换挡至第二空挡状态。第二空挡状态具有比第一空挡状态的惯性耦合值低的惯性耦合值。对于变速器26，第二空挡状态可以是空挡状态2、3或4中的任一者。可基于变速器的工况来选择不同的第二空挡状态。在一些实施例中，使尽可能最少数量的离合器分离是有利的，这是由于这样做使得变速器从空挡更快地换挡至前进挡(或倒挡)。例如，在操作130处，变速器可以使离合器102分离以换挡至空挡状态2，空挡状态2可以比空挡状态3和4更快地换挡至前进挡(或倒挡)。

在操作132中，控制器确定变速器是否已经实现第二空挡状态，即，N2N式换挡是否完成。可使用几种不同的方法来对其进行确定。控制器可简单地使用计时器。或者，控制器可测量离合器打滑、离合器扭矩或液压离合器压力。一旦N2N式换挡完成，控制器便在操作134处停止限制发动机扭矩并将发动机命令为发动机扭矩请求。

如果变速器在操作124处不是处于第一空挡状态，则控制进行至操作136，并且控制器确定发动机扭矩请求是否小于阈值扭矩达阈值时间。该步骤可用于确定驾驶员是否完成使发动机加速旋转。例如，如果驾驶员在刚过去的五秒内未使发动机加速旋转，则可假设他已完成使发动机加速旋转并且变速器具有换挡回到第一空挡状态的选择，第一空挡状态具有从空挡换挡至前进挡(或倒挡)最快的响应时间。如果测试框136的答案为是，则变速器在操作138处换挡至第一空挡状态。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能形式。说明书中所使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可组合各种实施例的特征以形成本发明可能未明确描述或示出的进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种车辆动力传动系，包括：

发动机；

变速器，结合到发动机并包括第一空挡状态和第二空挡状态，其中，在第一空挡状态下第一组合的离合器接合，在第二空挡状态下第二组合的离合器接合；和

控制器，被配置为：响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值，将变速器换挡至第二空挡状态，和

响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值而将发动机扭矩限制为小于发动机扭矩请求的量值。

2.如权利要求1所述的车辆动力传动系，其中，所述控制器进一步被配置为：响应于发动机扭矩请求低于阈值，将变速器换挡回到第一空挡状态。

3.如权利要求2所述的车辆动力传动系，其中，在发动机扭矩请求低于阈值达阈值时间量之后，将变速器换挡回到第一空挡状态。

4.如权利要求1所述的车辆动力传动系，其中，所述控制器进一步被配置为：

响应于变速器处于第二空挡状态而将发动机扭矩增大至发动机扭矩请求的量值。

5.如权利要求1所述的车辆动力传动系，其中，第一空挡状态使第一数量的离合器接合，并且第二空挡状态使小于第一数量的第二数量的离合器接合。

6.如权利要求1所述的车辆动力传动系，其中，第二空挡状态具有比第一空挡状态的惯性耦合值更小的惯性耦合值。

7.一种车辆动力传动系，包括：

发动机；

变速器，结合到发动机并包括行星齿轮组和能够与行星齿轮组的一个或更多个部件接合的换挡致动器；和

控制器，被配置为：响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值，使至少一个换挡致动器分离，以将变速器置于第二空挡状态，和

响应于变速器处于第一空挡状态且发动机扭矩请求超过阈值而将发动机扭矩限制为小于发动机扭矩请求的量值。

8.如权利要求7所述的车辆动力传动系，其中，所述控制器进一步被配置为：响应于发动机扭矩请求低于另一阈值而使所述至少一个换挡致动器重新接合，以使变速器换挡回到第一空挡状态。

9.如权利要求7所述的车辆动力传动系，其中，所述控制器进一步被配置为：将发动机扭矩限制为小于发动机扭矩请求的量值达预定的时间。

10.一种控制变速器的离合器的方法，所述方法包括：

响应于变速器处于驻车挡或空挡而使第一组合的离合器接合，以产生第一空挡状态；和

在变速器处于第一空挡状态时，响应于发动机扭矩请求超过阈值而使第一组合的离合器中的一个离合器分离，以产生第二空挡状态；

响应于挡位选择器被驾驶员致动而将变速器换挡至第一空挡状态。

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