CN108657181B - 车辆怠速和起步控制 - Google Patents

Abstract

公开了一种车辆怠速和起步控制。变速器控制器实现空挡怠速特征以减少燃料消耗。制动器控制器实现坡道起动辅助特征，以防止车辆在上坡坡道上起步时发生后溜。变速器控制器和制动器控制器通信以按协同的方式实现这些特征。在某些道路坡度范围内，变速器在启用空挡怠速之前请求坡道起动辅助，并且不会启用空挡怠速直到接收到坡道起动辅助激活的确认为止。变速器控制器向制动器控制器提供动力传动系扭矩估计，在辅助起动期间制动器控制器使用动力传动系扭矩估计来确定何时松开制动器。

Description

车辆怠速和起步控制

技术领域

本公开涉及车辆控制领域。更具体地，本公开涉及制动器和变速器控制系统，所述制动器和变速器控制系统进行通信以实现空挡怠速特征和坡道起动辅助特征。

背景技术

常见的车辆动力传动系类型包括具有变矩器和齿轮箱的变速器。传统上，当车辆在行驶模式下停车时(诸如在停车等交通灯时)，齿轮箱保持接合。在这种情况下，变速器继续在发动机上施加一些负载并且将一些扭矩(称为爬行扭矩)传递到车轮。在驾驶员松开制动踏板但不立即踩下加速踏板时，即使在平缓的上坡坡道上，该爬行扭矩也会阻止车辆向后溜动。

当车辆在行驶过程中怠速时，发动机上的负载会增加燃料消耗。在车辆静止时降低燃料消耗的一种方法是自动松开变速器离合器以使齿轮箱进入空挡状态。在松开制动踏板时，离合器自动地重新接合。这减少了怠速期间发动机上的负载，还消除了在制动踏板松开和离合器重新接合之间的间隔期间的爬行扭矩。如果车辆停在上坡坡道上时，则车辆最初可能向后溜动，这对驾驶员来说是令人不安的。

发明内容

一种车辆包括制动系统和变速器。制动系统通过保持车轮制动扭矩而对坡道起动辅助(HSA)请求作出响应，以将车辆保持在坡道上直到估计的动力传动系扭矩足以防止后溜为止。变速器通过请求HSA而对车辆静止时的制动踏板应用作出响应，并且通过松开离合器而对HSA激活的确认作出响应，以进入空挡怠速模式。所述变速器可包括具有泵轮和涡轮的变矩器以及齿轮箱。齿轮箱通过接合多个离合器的子组而选择性地建立多个动力流动路径中的每个。制动系统和变速器均可具有彼此通信的控制器。它们可(例如)使用控制器局域网彼此通信。

一种车辆控制系统包括制动器控制器和变速器控制器。制动器控制器通过保持车轮制动扭矩而对HSA请求作出响应，以将车辆保持在坡道上，并发送HSA确认。制动器控制器可响应于估计的动力传动系扭矩超过将车辆保持在当前坡度所需的扭矩而释放车轮制动扭矩。变速器控制器通过发送HSA请求而对车辆静止时的制动踏板应用作出响应，并且通过松开离合器而对接收到的HSA确认作出响应，以进入空挡怠速模式。变速器控制器可将估计的扭矩发送到制动器控制器。可基于所述离合器的扭矩容量或基于变矩器泵轮和变矩器涡轮的测量转速来估计该扭矩。

一种变速器包括变矩器、齿轮箱和控制器。齿轮箱选择性地建立从所述变矩器到输出轴的动力流动路径。控制器通过以下操作对输出轴静止时的制动踏板应用作出响应：i)向制动系统发送HSA请求；ii)在接收到HSA激活的确认之后，松开离合器以断开动力流动路径。变速器还可计算估计的动力传动系扭矩并将估计的动力传动系扭矩发送至制动器控制器。动力传动系扭矩估计可基于i)离合器的扭矩容量和/或ii)变矩器泵轮和变矩器涡轮的测量转速。

根据本发明，提供了一种变速器，所述变速器包括：变矩器；齿轮箱，被配置为选择性地建立从所述变矩器到输出轴的动力流动路径；控制器，被配置为：通过以下操作对输出轴静止时的制动踏板应用作出响应：向制动系统发送坡道起动辅助(HSA)请求；在接收到制动系统将保持车轮制动扭矩以将车辆保持在坡道上的确认之后，松开离合器以断开动力流动路径。

附图说明

图1是车辆动力传动系和制动系统的示意性表示。

图2是用于制动系统的坡道起动辅助(HSA)特征的流程图。

图3是用于变速器控制系统的空挡怠速特征的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的多个实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅为示例并且其它实施例可采取各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此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方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，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一幅或更多幅其它附图中示出的特征结合，以产生未明确说明或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。

在图1中示意性地示出车辆10。粗实线表示机械动力流。虚线表示控制信号流。用于推进车辆的动力由内燃发动机12提供。动力通过变矩器16传递到齿轮箱14。变矩器16将动力从固定到发动机曲轴的泵轮以流体动力学的方式传递到涡轮。涡轮扭矩是泵轮转速和涡轮转速的函数。只有在泵轮旋转得比涡轮快时，才会将动力从泵轮传递到涡轮。当泵轮转速与涡轮转速之比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的倍数。齿轮箱14通过接合离合器以建立动力流动路径而将动力从变矩器传递到输出轴18。在本文中，术语离合器包括齿轮箱内的选择性保持元件不转动的换挡元件以及选择性地将两个可旋转元件彼此连接的换挡元件。通过接合不同的离合器组合来建立不同的动力流动路径。在低车速下，建立动力流动路径而使涡轮扭矩倍增。在高车速下，齿轮箱可能使用增大转速并降低扭矩的超速(overdrive)动力流动路径。变矩器16、齿轮箱14和相关联的控制共同形成变速器20。

差速器22进一步将扭矩乘以固定比率并将旋转轴线改变90度。当车辆转弯时，差速器22向左车轮24和右车轮26传递大致相等的扭矩，同时适应车轮之间的轻微转速差异。车轮24和26将扭矩转换成作用于路面的牵引力。尽管图1示出了纵向动力传动系，但是动力传动系也可以是横向安装的，在这种情况下，发动机和变速器的旋转轴线与车轮轴线平行但相对于车轮轴线偏移。

制动器28和30分别与驱动轮24和26相关联。根据指令，制动器在车轮上施加扭矩，趋向于减慢车轮。尽管未在图1中示出，但车辆还包括具有相关联的制动器的前车轮。前车轮可以是无驱动的或者可以通过额外的动力传动系硬件(例如，分动箱和前差速器)来驱动。

在图1的实施例中，发动机12、变速器20和制动器系统分别由控制器32、34和36来控制。发动机控制器32将信号发送到发动机12以控制所产生的动力的量。这些信号可能影响(例如)燃料流动、节气门开度和点火正时。控制器32还接收来自发动机12的信号，例如曲轴转速。变速器控制器34向变速器20发送信号以控制齿轮箱14内的各个离合器的接合或松开状态。例如，控制器可以调节到阀体内的螺线管的电流，使得离合器的扭矩容量是电流的函数。控制器34接收来自变速器20的信号，例如涡轮转速和输出轴转速。制动器控制器36控制由制动器28和30以及前制动器施加的阻力矩。图1示出了完整的线控制动系统，在线控制动系统中控制器直接调节制动扭矩。在制动器控制器36的权限有限的情况下，一些实施例可以包括直接基于制动踏板40的机械或液压致动。例如，制动器控制器36可有权限在驾驶员松开踏板40之后保持制动扭矩，但是在不存在经由踏板40的驾驶员指令的情况下应用制动器方面没有权限。

控制器32、34和36经由控制器局域网38彼此通信。控制器还接收来自诸如制动踏板40和加速踏板42的驾驶员操作装置的信号，并将信号发送到诸如显示单元的装置。这些信号中的一些可以通过CAN 38进行传送，而其他信号可以通过其他机构(诸如，专用线)传送。在自动化车辆中，与物理踏板相反，制动踏板40和加速踏板42可以是虚拟踏板。

图2是指示由制动器控制器执行的一些功能的流程图。具体地，图2示出与提供坡道起动辅助(Hill Start Assist，HSA)特征相关联的操作。例如，响应于中断，控制器以规律的间隔执行程序(routine)。程序的起始点取决于当前状态，当前状态可以是保持或非保持。当箭头引入到由流程图中的圆圈所示出的状态时，执行停止，然后响应于下一个中断而从那一点重新开始。

如果特征处于非保持状态，则程序从50处开始。在52处，控制器检查制动踏板当前是否被踩下。如果否，则在54处控制器松开制动器(如果它们先前被接合)并停留在非保持状态。如果在52处制动踏板被踩下，则在56处控制器施加与踏板踩下的程度成比例的制动扭矩。(在权限有限的系统中，实现该操作的可能不是制动器控制器)。然后，在58处，控制器检查是否已接收到HSA请求。如果否，则控制器停留在非保持状态。如果在58处已接收到请求，则在60处控制器记录当前制动压力并且至少保持该制动扭矩的量，在62处发送确认，并且转变到保持状态。为了简单起见，图2省略了坡道起动辅助特征的一些方面，其中这些方面在由于除了来自另一控制器的请求以外的原因而启用该特征时是可适用的。类似地，它省略了与其他制动控制特征(诸如防抱死制动)协调所需的方面。

如果该特征处于保持状态，则程序从64处开始。在66处，控制器检查制动踏板当前是否被踩下。如果是，则控制器停留在保持状态，并使制动器完全接合。如果在66处制动踏板未被踩下，则在68处控制器估计将车辆保持在当前坡度(grade)所需的制动扭矩。为了实现这一点，控制器可以使用对当前道路坡度和当前车辆重量的估计。这些估计可以从其他控制器获得或者使用在(例如)第2015/0258994号美国专利申请公开中描述的方法计算得到。在70处，将在68处计算的扭矩与来自动力传动系的扭矩估计进行比较。动力传动系扭矩估计也可以基于来自下面讨论的其他控制器的信息。例如，可以通过将估计的变速器输出轴扭矩乘以主减速比来计算该估计的扭矩。如果估计的动力传动系扭矩不足以防止车辆沿着下坡滚动，则即使制动踏板已经松开，控制器仍然处于保持状态，使制动器完全接合。如果在70处估计的动力传动系扭矩足够，则在54处控制器松开制动器并转变到非保持状态。

图3示出了由与提供空挡怠速(NI)特征相关联的变速器控制器34执行的操作。控制器(例如)响应于中断而以规律的间隔执行程序。程序中的起点取决于当前状态，当前状态可以是空挡怠速、非空挡怠速或等待。

如果特征处于非空挡怠速状态，则处理从80处开始。在82和84处，控制器检查车辆是否停车以及制动踏板是否被踩下。变速器控制器可以通过变速器输出轴转速是否近似为零来确定车辆是否停车。如果车辆在应用制动器的情况下停车，则控制器开始转变到空挡怠速状态的过程，但不会立即转变。在86处，变速器控制器请求激活HSA特征。在88处，控制器启动计时器，然后转变到等待状态。如果车辆正在运动或者未应用制动器，则在90处控制器更新动力传动系扭矩估计。如果变速器已经完全建立动力流动路径，则通过将齿轮箱输入扭矩乘以与动力流动路径相关联的扭矩比来估计输出扭矩。当变矩器旁通离合器分离时，齿轮箱输入扭矩可以基于泵轮和涡轮的转速来估计。当变矩器旁通离合器接合时，齿轮箱输入扭矩可基于由发动机控制器提供的估计的发动机扭矩来估计。当变速器处于建立动力流动路径的过程中时(例如，在从空挡换挡或接合期间)，建立动力流动路径的离合器中的一个可能打滑。在这种情况下，可以基于打滑的离合器的扭矩容量以及与动力流动路径和离合器相关联的预定比率来估计变速器输出扭矩。控制器基于正在命令的电流来估计离合器的扭矩容量。在第2015/0258994号美国专利申请公开中更详细地描述了用于估计输出轴扭矩的方法。

如果特征处于等待状态，则处理从92处开始。在94处，变速器控制器检查是否已经从制动器控制器接收到对坡道起动辅助激活的确认。如果尚未接收到确认，则在96处，变速器控制器检查在88处开始的计时器是否已经到期。如果计时器已经到期，则在90处控制器报告输出扭矩估计并且转变到非空挡怠速状态。在一些实施例中，控制器可以设置指示发生超时的标志。在这样的实施例中，将在步骤86之前检查标志以防止在停车事件期间重复进行尝试。当车速超过阈值时，该标志将被重置，这指示下一次停车应被视为新的停车事件。如果计时器尚未到期，则在98处控制器检查制动踏板是否仍被踩下。如果制动踏板仍被踩下，则控制器停留在等待状态直到下一次调用该程序为止。如果制动踏板已被松开，则在90处控制器报告输出扭矩估计并转变到非空挡怠速状态。

如果在94处已接收到HSA确认，则在100处控制器命令松开变速器离合器以进入空挡状态，在空挡状态下没有动力从变矩器流动到输出轴。在命令松开离合器和离合器扭矩容量减小为接近零之间可能存在一些时间滞后。在100处命令松开离合器时或者当特征处于空挡怠速状态的同时调用程序时，在104处控制器检查制动踏板的状态，以确定变速器应停留在空挡还是准备车辆起步。如果在104处制动踏板仍然被踩下，则控制器在离合器被松开的情况下停留在空挡怠速状态。如果在104处制动踏板已经被松开，则在106处控制器命令离合器接合。离合器可以以受控方式接合，通常在几百毫秒的时间段内接合。在106处命令接合过程开始之后，在90处控制器报告输出扭矩并且转变到非空挡怠速状态。

一些实施例可以仅在坡度处于特定范围内时使用HSA。在这些实施例中，变速器控制器将在步骤84和86之间检查当前坡度。(出于该目的，上坡坡度为正，下坡坡度为负)。如果当前坡度小于最小阈值，则控制器将直接进入步骤100以立即开始松开离合器，而转变到空挡怠速模式。在足够微小的上坡坡度或处于下坡坡度时，后溜不是关注点。如果当前坡度大于最大阈值，则控制器返回到80并保持在非空挡怠速模式。在陡坡上禁用空挡怠速对平均燃料经济性影响不大，这是因为平均上来说它影响相对小的怠速时间的百分比。

在上坡坡道上在交通灯处的典型停车期间，变速器在停车的大部分时间内都处于空挡，从而减少燃料消耗。当驾驶员在灯光变为绿色后松开制动踏板时，制动系统将阻止后溜，直到动力传动系传递足够的扭矩向前推动车辆为止。

当车辆制动而在交通灯处停车时，空挡怠速特征将处于非空挡怠速状态，并且坡道起动辅助特征将处于非保持状态。变速器控制器将在每次被调用时在步骤80、82和84之间循环，这保持由一般传动比计划程序所指示的动力流动路径。制动器控制器将在步骤50、52、56和58之间循环，以按照与驾驶员的命令成比例地应用制动器。

一旦车辆停车，在86处变速器控制器将请求HSA激活并且转变到等待状态。在58处，制动器控制器将注意到该请求，并通过在60处完全接合制动器、在62处发送确认并进入保持状态而作出响应。在94处，变速器控制器将注意到该确认并通过松开变速器离合器而作出响应。在松开离合器时，静止的变矩器涡轮将加速至与变矩器泵轮几乎相同的转速。一旦泵轮和涡轮处于相同的转速，传递的扭矩可以忽略不计，这减少了发动机上的负载。在较低的负载下，发动机消耗较少的燃料。在应用制动踏板的情况下车辆保持停车时，变速器控制器在步骤102和104之间循环，保持在空挡怠速状态。制动器控制器在步骤64和66之间循环，保持在保持状态。

当驾驶员松开制动踏板以开始向前运动时，在106处变速器控制器将命令离合器接合。然后，随着离合器建立扭矩容量，变速器控制器在步骤80、82、84和90之间循环。在每个循环期间，它会向制动器控制器报告估计的输出扭矩。随着离合器扭矩容量的建立，制动器控制器在步骤64、66、68和70之间循环。离合器的逐渐接合还将减慢变矩器涡轮的转速，这增大了发动机上的负载。在某个时刻，在70处制动器控制器将确定传动系扭矩已经充分增加以防止后溜。此时，在54处制动器控制器松开制动器，并转变到非保持状态。然后车辆开始向前运动。

假设通信故障导致制动器控制器没有接收到HSA请求。然后，制动器控制器不会发送确认。变速器控制器不会换到空挡。相反，它将保持在等待状态，直到计时器到期或制动踏板被松开为止。当制动踏板被松开时，车辆不会后溜，这是因为动力传动系会继续产生相当大的爬行扭矩。如果计时器到期，则变速器控制器将发送新的HSA请求。在一些实施例中，控制器可以记录发送了多少请求并设置标志以在某个时刻停止发送它们。

虽然上文描述了示例性实施例，但并不意在这些实施例描述权利要求书所包含的所有可能的形式。说明书中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，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可作出各种改变。如之前所描述的，可组合多个实施例的特征以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步实施例。虽然多个实施例可能已被描述为提供优点或在一个或更多个期望的特性方面优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定应用。

Claims (13)

1.一种车辆，包括：

制动系统，被配置为：通过保持车轮制动扭矩而对坡道起动辅助请求作出响应，以将车辆保持在坡道上，直到估计的动力传动系扭矩足以防止后溜为止；

变速器，被配置为：通过请求坡道起动辅助而对车辆静止时的制动踏板应用作出响应，并且通过松开离合器而对坡道起动辅助激活的确认作出响应，以进入空挡怠速模式。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述变速器包括：

变矩器，具有泵轮和涡轮；

齿轮箱，被配置为：通过接合多个离合器的子组而选择性地建立多个动力流动路径中的每个，所述多个离合器包括被松开以进入空挡怠速模式的离合器。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中：

所述变速器包括变速器控制器；

所述制动系统包括与变速器控制器通信的制动器控制器。

4.根据权利要求3所述的车辆，还包括提供制动器控制器与变速器控制器之间的通信的控制器局域网。

5.一种车辆控制系统，包括：

制动器控制器，被配置为：通过保持车轮制动扭矩而对坡道起动辅助请求作出响应，以将车辆保持在坡道上，并发送坡道起动辅助确认；

变速器控制器，被配置为：通过发送坡道起动辅助请求而对车辆静止时的制动踏板应用作出响应，并且通过松开离合器而对接收到坡道起动辅助确认作出响应，以进入空挡怠速模式。

6.根据权利要求5所述的车辆控制系统，其中，制动器控制器被配置为：响应于估计的动力传动系扭矩超过将车辆保持在当前坡度所需的扭矩，释放车轮制动扭矩。

7.根据权利要求6所述的车辆控制系统，其中，所述估计的动力传动系扭矩通过变速器控制器被发送至制动器控制器。

8.根据权利要求7所述的车辆控制系统，其中，所述估计的动力传动系扭矩与所述离合器的扭矩容量成比例。

9.根据权利要求7所述的车辆控制系统，其中，所述估计的动力传动系扭矩基于变矩器泵轮和变矩器涡轮的测量转速。

10.一种变速器，包括：

变矩器；

齿轮箱，被配置为选择性地建立从变矩器到输出轴的动力流动路径；

控制器，被配置为：通过以下操作对输出轴静止时的制动踏板应用作出响应：

向制动系统发送坡道起动辅助请求；

在接收到制动系统将保持车轮制动扭矩以将车辆保持在坡道上的确认之后，松开离合器以断开动力流动路径。

11.根据权利要求10所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：将估计的动力传动系扭矩发送至制动器控制器。

12.根据权利要求11所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：基于所述离合器的扭矩容量来计算所述估计的动力传动系扭矩。

13.根据权利要求11所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：基于变矩器泵轮和变矩器涡轮的测量转速来计算所述估计的动力传动系扭矩。

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