CN109278735B - 用于控制车辆推进系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆推进系统，其包括：原动机，其具有输出轴；变矩器，其包括联接到原动机的输出轴的压缩机、流体地联接到压缩机的涡轮以及用于选择性将压缩机机械地联接到涡轮的变矩器离合器；无级变速器(CVT)，其联接到变矩器的涡轮；以及控制器，其被编程为接收指示车辆推进系统的操作状况的信号，确定接收到的信号是否指示CVT中的比即将降低，基于确定比即将降低来确定是否打开变矩器离合器，并且响应于确定打开变矩器离合器而打开变矩器离合器。

Description

用于控制车辆推进系统的方法和系统
技术领域
本公开涉及一种用于控制车辆推进系统的方法和系统。
背景技术
本引言总体呈现本公开的背景。当前署名的发明人在本引言中描述的范围内的工作以及在提交申请时可能不以其它方式作为现有技术的描述的各方面既不明示也不暗示地被承认为针对本公开的现有技术。
无级变速器(CVT)是能够在最小(低速传动)比与最大(超速传动)比之间的范围内连续地改变输出/输入速比的一类车辆变速器，因此允许响应于输出转矩请求而无限可变地选择发动机操作，其可实现燃料消耗和发动机性能的优选平衡。与使用一个或多个行星齿轮组以及多个旋转和制动摩擦离合器以建立离散挡位状态的常规齿轮变速器不同，CVT使用可变直径的滑轮系统来实现传动比的无级可变选择。
通常称为变速机组件的滑轮系统可以在校准的速比范围内的任何地方转变。典型的带式或链式变速机组件包括两个变速机滑轮，它们经由诸如驱动链条或皮带等环形可旋转驱动元件而互连。环形可旋转驱动元件在由锥形滑轮面限定的可变宽度间隙内滑动。变速机滑轮中的一个经由曲轴、变矩器和输入齿轮组接收发动机转矩，并且因此用作驱动/主滑轮。另一个滑轮经由附加的齿轮组连接到CVT的输出轴，并且因此用作从动/副滑轮。
为了改变CVT速比并将转矩传递到传动系，可以经由一个或多个滑轮致动器将一个夹紧力(通过液压压力施加)施加到一个或两个变速机滑轮。夹紧力有效地将滑轮半部挤压在一起以改变滑轮面之间的间隙的宽度。间隙尺寸(即，节圆半径)的变化导致可旋转驱动元件在该间隙内滑动升高或降低。这进而会改变变速机滑轮的有效直径，并且因此改变CVT的速比。
包括CVT的车辆推进系统的一种控制策略是配置该系统以提供最佳燃料经济性。在滑行情况下，这可能会导致发动机低速操作。另外，提供用于控制CVT速比的液压压力的液压泵可以设置成低流量和低压配置，以减少操作泵所需的能量的量，然后可进一步提高燃料经济性。通常，还希望减小这些泵的整体尺寸和/或流量，以使操作泵所需的能量最小化并进一步提高燃料经济性。然而，当驾驶员请求附加的动力时，这可能会带来挑战。驾驶员可以通过操纵加速器踏板来指示对动力的请求，然后控制系统可以使用该踏板的位置来配置车辆推进系统以提供所请求的动力。
响应于驾驶员对附加转矩的请求，尤其是当从滑行配置启动时，控制系统可以通过请求发动机以更高速度操作并且还命令将CVT重新配置为更低比来请求附加的转矩。然而，因为提供动力以操作CVT液压控制泵并且推进车辆的发动机可能已经从低发动机速度启动，并且增加到CVT液压控制泵的流量所需的动力无法立即使用，所以使CVT快速降低比(如在动力降挡中)的能力可能会降低发动机转速需要足够的时间来充分增大以提供足够的动力来实现比下降。然而，为了提供更高的发动机转速，可能需要降低比。这些因素的组合可能会导致对驾驶员增加转矩的请求的延迟响应。
另外，当车辆推进系统在更高的高度操作时，该问题可能会进一步恶化。在更高的高度上，发动机可用的动力可能会降低。这种发动机可用动力的降低并且因此快速提供比降低的能力降低可能会进一步增加响应于驾驶员对增加转矩的请求的延迟。
发明内容
在示例性方面中，一种车辆推进系统包括：原动机，其具有输出轴；变矩器，其包括联接到原动机的输出轴的压缩机、流体地联接到压缩机的涡轮以及用于选择性将压缩机机械地联接到涡轮的变矩器离合器；无级变速器(CVT)，其联接到变矩器的涡轮；以及控制器，其被编程为接收指示车辆推进系统的操作状况的信号，确定接收到的信号是否指示CVT中的比即将降低，基于确定比即将降低来确定是否打开变矩器离合器，并且响应于确定打开变矩器离合器而打开变矩器离合器。
在另一个示例性方面中，接收到的信号包括加速器踏板位置信号，并且控制器基于加速器踏板位置信号来确定比即将降低。
在另一个示例性方面中，控制器进一步确定加速器踏板位置信号是否为超过预定阈值的阶跃变化。
在另一个示例性方面中，接收到的信号包括指示原动机提供转矩的容量的原动机容量信号，并且其中确定是否打开变矩器离合器进一步基于原动机容量信号。
在另一个示例性方面中，控制器进一步被编程为确定原动机提供转矩的容量是否低于预定阈值，并且是否打开变矩器离合器的确定进一步基于提供转矩的原动机的容量是否低于预定阈值。
在另一个示例性方面中，原动机包括发动机，接收到的信号包括指示发动机转速的发动机转速信号，并且控制器基于发动机转速是否低于预定发动机转速的确定来确定原动机的容量是否低于预定阈值。
在另一个示例性方面中，接收到的信号包括指示车辆推进系统的高度的信号，并且控制器基于该高度是否高于预定高度的确定来确定原动机的容量是否低于预定阈值。
在另一个示例性方面中，接收到的信号指示CVT能够改变比的速率，并且是否打开变矩器离合器的确定是基于CVT能够改变比的速率与期望速率之间的差值是否超过预定阈值。
在另一个示例性方面中，CVT包括可以多种模式操作的液压泵，并且液压泵操作的模式指示CVT能够改变比的速率。
在另一个示例性方面中，控制器进一步被编程为：基于接收到的信号来计算换挡结束的估计时间，基于换挡结束的估计时间来确定何时施加变矩器离合器，并且响应于施加变矩器离合器的确定而施加变矩器离合器。
以此方式，包括无级变速器的车辆推进系统可以实施降挡的快速性大大增加，结合车辆推进系统的车辆的加速度在降挡期间增加，结合极高燃料效率的发动机操作模式和CVT液压泵操作、结构和尺寸的能力提高，而不会不利地影响降挡事件，车辆推进系统响应于驾驶员输入而加速的响应性得到提高。这另外提高了驾驶员体验，因为车辆推进系统可以明显更快速地对驾驶员输入作出反应并且还可以导致更平滑、改进的换挡。
本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点从包括权利要求的详细描述以及结合附图时的示例性实施例中显而易见。
附图说明
通过详细说明和附图将更完全地理解本公开，其中：
图1是包括根据本公开的车辆推进系统的车辆的示意图；
图2是说明根据本公开的车辆推进系统控制系统的示例性信号的曲线图；
图3是说明根据本公开的车辆推进系统控制系统的示例性信号的另一个曲线图；
图4是说明由本公开的示例性实施例提供的改进响应的车辆推进系统信号的曲线图400；
图5是说明根据本公开的另一个示例性实施例的车辆推进系统控制系统的信号的曲线图；并且
图6是根据本公开的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中说明的本公开的几个示例。附图和说明书中尽可能使用相同或类似的元件符号来指代相同或相似部分或步骤。附图是以简化形式呈现并且没有按精确比例绘制。仅为了方便和清楚起见，可以对附图使用诸如顶部、底部、左侧、右侧、向上、上方、上面、下面、下方、后面和前面等方向术语。这些和类似方向术语不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
现在参考附图，其中相同的附图标记在全部几个附图中对应于相同或类似的部件，图1示意地说明了总体标记为10的机动车辆。机动车辆10可以是任何类型的车辆，诸如汽车、卡车、面包车、运动型多功能车辆等。
机动车辆10包括被配置为推进机动车辆10的推进系统12。推进系统12可以包括原动机14、变矩器联接器16、前进驱动离合器或切换机构18、无级变速器(CVT)20和最终传动组件22。作为示例，原动机14可以是内燃机、电动机或混合动力型。原动机14可以是可操作以驱动机动车辆10的发动机，并且包括曲轴24，该曲轴被配置为旋转以在多个活塞汽缸26内移动多个活塞(未示出)。曲轴24被配置为使每个活塞在其相应的汽缸26内移动。
虽然原动机14被描绘为包括四个汽缸26，但是作为示例，原动机14可以包括任何期望数量的汽缸26，诸如2、3、4、6或8个。每个汽缸26都被配置为经历燃烧事件以对机动车辆10提供动力。原动机14具有被配置为将转矩传递到变矩器联轴器16的输出轴28。
变矩器联轴器16连接到输出轴28并且包括变矩器30和变矩器锁止离合器32。变矩器30具有通常由定子(未示出)分离的叶轮(或泵)34和涡轮36。叶轮34固定到发动机输出轴28。如本领域中已知，叶轮34被配置为在某些条件下与涡轮36形成流体联接。变矩器锁止离合器32被配置为选择性地增大叶轮34与涡轮36之间的转矩传输容量，以在叶轮34与涡轮36之间传输转矩和旋转。
作为示例，涡轮36连接到前进驱动联接/切换装置18，其可以包括摩擦离合器、二进制离合器或Sprague型装置。前进驱动联接/切换装置18在前进方向上将原动机14和CVT20联接。CVT20被配置为选择性地改变输出轴28与变速器输出轴38之间的传动比。前进驱动联接/切换装置18被配置为选择性地将涡轮36连接到CVT20。CVT20与最终传动单元22互连以推进机动车辆10的一组车轮40。虽然通常称为CVT20，但是作为示例，CVT20可以是无级变速器或无限式无级变速器。
控制系统44可以用于控制发动机14和/或CVT20。作为示例，在一些变型中，控制系统44包括发动机控制模块46和变速器控制模块48。发动机14和CVT20可以配备有多个致动器和感测装置，其用于监控操作并且在发动机14的情况下用于输送燃料以形成燃烧充量以产生响应于操作者转矩请求的转矩。与发动机14或CVT20相关联的传感器可以被配置为向控制系统44提供反馈。
图2是说明根据本公开的车辆推进系统控制系统的示例性信号的曲线图200。曲线图200说明了变矩器离合器模式202、发动机转速204、变矩器涡轮速度206、实际CVT比208、期望CVT比210、换挡结束的估计时间212以及换挡状态机214。第一垂直虚线216指示降挡的开始，而第二垂直虚线218指示降挡的结束，这两者也都由换挡状态机214相应地指示。在216处开始降挡之前，变矩器离合器在220处于滑行锁定模式。
响应于对从222处的当前比转变为较低目标比224的请求、当前比222与较低目标比相差指定量(其可以被称为“阶跃换挡”)的确定以及发动机转速低于预定发动机转速226的确定，示例性实施例可以解锁并打开变矩器离合器以转变为“TCC关闭”模式228。另外，示例性实施例可以确定换挡结束的估计时间230。
释放、打开或解锁变矩器离合器使发动机脱离变矩器的涡轮，从而使得发动机转速204能够更快地增大到提供更高转矩的发动机转速。由于变矩器中的流体联接，涡轮速度206能够跟随发动机转速。另外，变矩器的流体联接可实现转矩倍增，从而改进转矩输出。由于发动机能够更快速地提高转速并更快提供更高的转矩输出，CVT液压泵的可用动力增加得更快，这进而使得从初始比朝目标比的转变比原本已经可能的更快。换言之，以此方式打开变矩器离合器会使得发动机转速能够更快增加，导致发动机转矩输出的更快增加，变矩器两端的转矩倍增，并且还向CVT液压控制系统更快地提供更多动力以改进比变化响应。
当CVT比208移动更接近目标比并且所产生的换挡结束的估计时间穿过“零时间线”232时，变矩器离合器然后可以转变为开启模式，该开启模式可对应于例如在换挡结束218时的滑移控制模式。当可控地施加变矩器离合器时，涡轮速度可控地接近发动机转速直到它们大致上匹配并且变矩器然后可以转变为锁定模式。在示例性实施例中，换挡结束的估计时间以及何时移动到变矩器离合器开启或滑移模式的所产生的确定可以与CVT的比控制协调和/或响应于CVT的比控制。变矩器离合器实际在关闭模式与施加模式之间转变的时刻可以基于各种已知因素进行调整和/或校准。优选地，变矩器离合器可以恰好在实际换挡结束之前被命令为施加模式，以补偿液压和/或机械系统中的固有延迟。
图3是说明根据本公开的车辆推进系统控制系统的变矩器离合器关闭模式和变矩器离合器施加模式之间的转变期间的示例性信号的曲线图300。曲线图300包括变矩器离合器模式302、发动机转速304、期望发动机转速306、预计涡轮速度308、瞬时涡轮加速度310、CVT比312和目标CVT比314。以此方式，一旦变矩器离合器进入施加模式，对变矩器离合器滑移速率的控制可以依赖于实际涡轮加速度310以及在时刻318的实际或当前比316以及知道目标比，就可以预测换挡结束320时的最终涡轮加速度，并且系统可以被校准和控制以提供期望发动机加速度(或期望发动机接近速率322)。以此方式，可以精确和可靠地控制发动机加速的速率。
在共同未决的共同转让的美国专利申请号15/469,796(代理人案号P040578-US-NP)中描述了从变矩器施加模式和锁定模式可控地转变的类似方式，该专利申请的全部内容特此并入本文。在先前参考文献描述的转变期间控制CVT的方式之间的差异在于先前参考文献描述了比增加(而不是比下降)期间的转变，并且该控制是基于预测状况而不是实际测量状况。
图4是说明由本公开的示例性实施例提供的改进响应的车辆推进系统信号的曲线图400。曲线图400说明了当变矩器离合器在整个比降低转变中保持锁定时的发动机转速402和CVT比404以及变矩器解锁时的发动机转速406和CVT比408。图4中所说明的信号对应于实际车辆在高出海平面大约7000英尺高度下获取的数据。在这种情况下，在相同的、有些极端的高度状况下，换挡时间减少了大约一秒半。
在示例性实施例中，在高度对发动机可用动力具有显著影响的情况下，可以校准和/或调整控制系统以补偿以更频繁地打开变矩器离合器。例如，控制系统不仅可以响应于加速器踏板输入和发动机转速，而且还可以响应于发动机提供动力的容量(可能受高度影响)，以确定在降挡CVT比变化期间何时以及是否打开变矩器离合器。在一个示例性实施例中，环境气压传感器可以提供指示高度的信号。在一些车辆推进系统中，发动机控制器也可以计算对应于在当前状况下发动机的“百分比能力”的变量。该“百分比能力”变量也可以作为确定是否以及何时在降挡期间解锁变矩器离合器的可靠指示器。
图4的曲线图400说明了不仅发动机转速增加更快，而且比变化发生得更快，但是因此车辆加速更快。曲线图400说明了根据本公开的示例性实施例的变矩器离合器在整个比变化期间保持锁定时的车速410以及当变矩器离合器打开时的车速412。车辆的速度412明显高于车速410。
图5是说明根据本公开的另一个示例性实施例的车辆推进系统控制系统的信号的曲线图500。作为基于关于响应于发动机转速与阈值发动机转速的关系是否打开变矩器离合器的确定的补充或替代，该决定可以基于CVT系统提供期望速比的能力。曲线图500包括加速器踏板位置502、发动机转速504、涡轮速度506、期望速比508、泵限制速比510和变矩器离合器模式(状态机)512。当加速器踏板位置502指示驾驶员对增大车辆推进系统的输出转矩的请求时，可以确定期望速比508。首先，CVT能够使实际比遵循期望速比508，然而，当前状况可能会限制CVT继续遵循期望速比508的能力。在一个示例性实施例中，该限制可能与提供控制CVT的比所需的液压流量和压力的泵的状况和/或配置有关。这可能是已知的并且被确定为泵限制速比510。当泵限制速比510与期望速比508之间的差值满足或超过预定阈值514时，然后如变矩器离合器模式信号512所说明，控制系统可使变矩器打开。作为响应，发动机转速504然后可以更快速地增加并且偏离涡轮速度506发散，这进而使得发动机能够更快地达到提供更高转矩输出的状况，然后，这进而可以提高泵提供液压流量和压力的能力，从而使得该比更严格地遵循期望速比508，如限制速比510更严格地遵循期望速比508的变化所指示。
在示例性实施例中，CVT泵提供比变化的能力可基于CVT泵操作的模式而受到限制。例如，一些CVT泵可以降低流量/压力模式和全流量/压力模式中的一种模式来操作。由于该结构，示例性实施例可以基于泵是否以降低流量/压力模式操作来确定速比是否受泵限制。如果它以降低流量/压力模式操作，则CVT遵循期望速比的能力可能受到限制，并且示例性控制系统可以响应于确定泵未以降低流量/压力模式操作而打开变矩器离合器。其它状况和/或信号也可以没有限制地用于确定何种限制(如果有)可以无限制地施加于速比，并且然后可以相应地校准变矩器离合器的操作。
图6说明了根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图600。该方法在步骤602处开始并且继续到步骤604。在步骤604中，感测、计算、确定和/或测量车辆推进系统的状况。这些状况可以包括例如驾驶员的加速器踏板位置、发动机转速、CVT比、CVT比控制泵的配置、高度、发动机容量等而没有限制。该方法然后继续到步骤606。在步骤606中，该方法确定是否请求阶跃比降低。例如，用于车辆推进系统的控制器可以基于在步骤604中收集的信息来确定是否请求CVT比的阶跃降低。如果在步骤606中该方法确定请求了CVT比的阶跃降低，则该方法继续到步骤608。在步骤608中，该方法基于在步骤604中收集的信息来确定这些状况是否指示是否打开变矩器离合器。如果在步骤608中该方法确定打开变矩器离合器，则该方法继续到步骤610，在该步骤中该方法打开变矩器离合器。
该方法然后继续到步骤612。在步骤612中，该方法确定比变化是否已大致完成。如果在步骤612中该方法确定比变化已大致完成，则该方法施加变矩器离合器。例如，然后可以控制变矩器离合器进入滑移模式并转变为锁定模式。该方法然后继续到步骤616，在该步骤中结束该方法。如果在步骤606中该方法确定没有请求阶跃比降低，或者如果在步骤608中该方法确定这些状况指示不应打开变矩器离合器，则方法继续到步骤616，在该步骤616中结束该方法。
本描述本质上仅仅是说明性的，而决不意图限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以通过各种形式来实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当局限于此，因为当研究图示、说明书和以下权利要求书之后将明白其它修改。

Claims (7)

1.一种车辆推进系统，所述系统包括：
原动机，其具有输出轴；
变矩器，其包括联接到所述原动机的所述输出轴的压缩机、流体地联接到所述压缩机的涡轮以及用于选择性地将所述压缩机机械地联接到所述涡轮的变矩器离合器；
无级变速器，其联接到所述变矩器的所述涡轮；以及
控制器，其被编程为：
接收指示所述车辆推进系统的操作状况的信号；
确定所述接收到的信号是否指示所述无级变速器中的比即将降低；
基于确定比即将降低来确定是否打开所述变矩器离合器；并且
响应于确定打开所述变矩器离合器而打开所述变矩器离合器，
其中，所述接收到的信号包括指示所述原动机提供转矩的容量的原动机容量信号和指示所述车辆推进系统的高度的信号，所述控制器进一步被编程为基于所述高度是否高于预定高度来确定所述原动机提供转矩的所述容量是否低于预定阈值，所述确定是否打开所述变矩器离合器进一步基于所述原动机提供转矩的所述容量是否低于所述预定阈值。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收到的信号包括加速器踏板位置信号，并且其中，所述控制器基于所述加速器踏板位置信号来确定比即将降低。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器进一步确定期望比阶跃变化是否是超过预定阈值的阶跃变化。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述原动机包括发动机，并且所述接收到的信号包括指示发动机转速的发动机转速信号，并且其中，所述控制器基于所述发动机转速是否低于预定发动机转速的确定来确定所述原动机的所述容量是否低于预定阈值。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收到的信号指示所述无级变速器能够改变比的速率，并且其中，是否打开所述变矩器离合器的所述确定是基于所述无级变速器能够改变比的所述速率与期望速率之间的差值是否超过预定阈值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述无级变速器包括可以多种模式操作的液压泵，并且其中，所述液压泵操作的模式指示所述无级变速器能够改变比的速率。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器进一步被编程为：
基于所接收的信号来计算换挡结束的估计时间；
基于所述换挡结束的估计时间来确定何时施加所述变矩器离合器；以及
响应于确定打开所述变矩器离合器而施加所述变矩器离合器。
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