CN109312853B - 减少无级变速器启动期间输出扭矩不足的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供了一种在具有无级变速器的交通工具启动期间减少输出扭矩不足的方法，其中变换器具有连接到主动力机的输入和输出。该方法包括以下步骤：确定(202)变速器中比率的变化率，并基于以下因素预测(204)变换器的所需马达速度比率变化率值：(i)变速器中的比率的确定变化率(202)，以及(ii)变速器的配置(205)。变换器输出的速度被调节(206、208)，以得到所需的马达速度比率变化率值。

Description

减少无级变速器启动期间输出扭矩不足的方法
发明领域
本发明涉及交通工具的领域，更具体地说，涉及采用具有变换器(variator)的无级变速器(continuously variable transmission，CVT)的交通工具。本发明提供了一种在CVT的启动阶段期间减少输出扭矩不足或“扭矩洞(torque holes)”的方法。
发明背景
CVT通常在其中具有多个区间。在CVT的较低区间内运行期间，变换器可以相对快速地加速通过这些区间。CVT具有的区间越多，变换器经过这些区间的加速率越大。这可能导致变速器中产生“扭矩洞”或扭矩不足，因为变换器在经过较低区间时变化率很高。例如，在使用静液压变换器(hydrostatic variator)和启动离合器的CVT的启动期间，变换器泵排量保持稳定，同时启动离合器将变速器输出速度提升到行星系输入速度。当速度在彼此的预定区间内时，离合器将锁定，且变换器泵必须在非常短的时间间隔内从稳定排量过渡到高行程速率。这个过渡时期可能导致产生这样的扭矩洞。
本发明的目的是在该CVT启动阶段期间消除或减轻扭矩洞的这个问题。
发明概述
根据本发明，提供了一种在具有无级变速器的交通工具启动期间减少输出扭矩不足的方法，其中变换器具有连接到主动力机的输入和输出。该方法包括以下步骤：确定变速器中比率的变化率，并基于以下各项预测变换器的所需马达速度比率变化率值：(i)变速器中的比率的确定变化率，以及(ii)变速器的配置。变换器输出的速度被调节，以达到所需的马达速度比率变化率值。
附图简述
本发明的优选的实施方案现在将仅以示例的方式、参考下面的附图进行描述，在附图中：
图1是无级变速器的示例的示意图；
图2是示出减少图1所示变速器中的输出扭矩不足的方法的第一实施例的步骤的流程图；和
图3是示出减少图1所示变速器中的输出扭矩不足的方法的第二实施例的步骤的流程图。
附图详述
图1示意性地示出了可使用本发明的方法控制的无级变速器(CVT)的示例。然而，应该理解的是，本发明的方法不仅仅旨在应用于这里所示的特定CVT布置。例如，尽管下面描述的变换器是液压-机械变换器，但是也可以使用其它类型的变换器。例如，合适的替代变换器是电气和机械变换器。
该变速器包括连接至交通工具的主动力机1(例如，内燃发动机、电动机)的变速器输入轴2和将连接至诸如交通工具的轮的负载(未示出)的变速器输出轴4。输入轴2承载输入齿轮6，输入齿轮6啮合第一卫星齿轮8，第一卫星齿轮8被承载在变换器输入轴10上，变换器输入轴10与输入轴2平行。输入轴10驱动总体上由12表示的液压-机械变换器。变换器12包括由输入轴10驱动的可变容积泵14。泵14具有已知类型的控制元件或导流板16(swashplate)，且通过一对液压管路20、22流体连接至液压马达18。马达18连接到变换器输出轴24，变换器输出轴24承载变换器输出齿轮26。副轴28平行于变换器轴10、24，并具有与输出齿轮26啮合的第一副轴齿轮30和与累加变速器(summing transmission)34的第一太阳齿轮36啮合的第二副轴齿轮32。
累加或差动变速器34包括第一行星齿轮组38和第二行星齿轮组48。第一行星系38的第一齿圈40和第二行星系48的第二行星架49连接至输入轴2，使得输入轴2的旋转也使这两个元件旋转。第一行星系38的第一行星架39和第二行星系48的第二齿圈50连接至第一低速离合器52的输入侧。第二行星系48的第二太阳齿轮46连接至第一高速离合器56的输入侧。中间轴58连接至第一低速离合器52和第一高速离合器56的输出侧。中间轴58与输入轴2和输出轴4同轴。
第一低速离合器52和第一高速离合器56将累加变速器34与输出变速器或有级式变速器(range transmission)60选择性地连接在一起，使得变速器34、60彼此同轴。两个离合器52、56位于界定在累加变速器34和输出变速器60之间的连接空间中。如上所述，低速离合器52和高速离合器56中的每一个的输入侧连接到累加变速器34的至少一个元件。第一低速离合器52和第一高速离合器56中的每一个的输出侧连接到中间轴58，中间轴58与变速器输入轴2和输出轴4同轴。输出变速器60包括第三行星齿轮组64和第四行星齿轮组74，其各自的第三太阳齿轮62和第四太阳齿轮72都连接到中间轴58。第三行星系64的第三行星架65连接到反向构件80，为了在输出轴4处提供反向旋转，反向构件80可以通过滑动轴环82选择性地保持不旋转。
除了选择性地连接到中间轴58，第一低速离合器52和第一高速离合器56还选择性地连接到第二高速离合器84的输入侧。第二高速离合器84位于具有第一低速离合器52和第一高速离合器56的连接空间中，并且具有连接到第三行星架65的输出侧。因此，当第二高速离合器84被接合时，第三行星系64的第三太阳齿轮和行星齿轮被锁定在一起并将作为一体旋转。
第三行星系64的第三齿圈66和第四行星系74的第四齿圈67连接至彼此并且连接至第二低速离合器或制动元件90。当第二低速离合器90被接合时，第三齿圈66和第四齿圈76被阻止旋转。第四行星系74的第四行星架75被连接至输出轴4。
图1中还示出了可用于执行本发明方法的控制部件。本方法步骤由第一电子控制单元(ECU)或变速器控制器120执行，第一电子控制单元(ECU)或变速器控制器120与RAM存储器122双向通信。存储器122存储在本方法中处理的数据，这将在下面更详细地解释。控制器120与变换器12通信，使得控制器120可以控制导流板16，从而控制变换器泵14的排量和随之的变换器马达18的输出。至少一个输入旋转速度传感器123和至少一个输出旋转速度传感器124分别位于变速器输入端2和变速器输出端4附近，以便向控制器120提供关于变速器的输入和输出速度的信号。至少一个操作者需求传感器126位于交通工具的操作者环境中，并且当操作者提出需求时向控制器120发送信号。需求传感器126可以被定位成例如测量加速踏板(如所示)或手动控制器的运动。图示的系统还包括至少一个负载传感器128，该负载传感器128向变速器控制器120发送关于施加在变速器输出4上的负载的信号。负载传感器128可以监控例如制动力和/或遇到的坡度等因素。最后，主动力机1具有控制主动力机性能的各个方面的第二ECU或主动力机控制器130，并且主动力机控制器130和变速器控制器120彼此双向通信。
工业适用性
图2示出了详细描述当采用如图1所示的CVT的启动期间预测变换器比率变化率的方法的第一实施例时变速器控制器120所采取的步骤的流程图。首先，在开始步骤200之后，控制器120从输入速度传感器123和输出速度传感器124接收与变速器输入速度201和变速器输出速度203相关的数据。然后，在过程步骤202，这些输入速度201和输出速度203允许控制器120确定变速器比率变化率。然后，在转换过程步骤204中，控制器120应用变速器比率变化率和存储在系统存储器122中的与CVT的配置相关的数据205，以便预测变换器12的马达速度比率变化率或泵排量变化率。转换过程步骤204可以涉及将变换器比率区间除以第一齿轮变速器比率区间，以计算两个比率区间之间的因数。替代地，转换过程步骤204可以涉及使用输入和输出速度值(应用行星系速度方程)来计算变换器马达速度或输入速度。变换器输入速度比率/马达速度比率的变化率(通过将变换器输入速度/马达速度除以变换器输出速度/泵速度获得)通过取导数来计算。
在过程步骤204的该预测之后，本方法随后应用控制信号，以得到预测的马达速度比率变化率，从而避免由于在该启动阶段中变换器泵14中的快速排量变化而导致的扭矩“洞”或输出扭矩不足。这可以通过使变速器控制器120向变换器12发送控制信号以调节泵14的排量(从而调节马达18的速度)的过程步骤206和/或通过基于预测的马达速度比率变化率计算扭矩补偿值并向主动力机控制器130发送扭矩补偿命令的过程步骤208来完成。一旦接收到扭矩补偿命令，主动力机控制器130将相应地改变主动力机的输出速度(并因此改变变换器泵14的速度)。
图3示出了详细描述当采用如图1所示的CVT的启动期间预测变换器排量的方法的替代实施例时变速器控制器120所采取的步骤的流程图。该替代实施例与图2所示实施例之间的主要区别在于变速器比率变化率是基于预测的变速器输出速度而不是实际测量的变速器输出速度来确定的。预测变速器输出速度是基于操作者的命令(例如扭矩需求)，且因此，当操作者在启动期间改变命令时，这种替代方法可以容易地改变预测的输出速度。它还产生更稳定、更少受反馈驱动的信号。
在开始步骤300之后，本方法接收以下输入中的一个或多个：通过需求传感器126从交通工具操作者接收的变速器输出扭矩需求301；从至少一个负载传感器128接收的交通工具负载指示303；和映射到变速器输出4的交通工具惯性305。交通工具负载指示303可以包括交通工具空质量和载重量的值。交通工具惯性305然后可以通过将交通工具负载映射回变速器输出轴来计算(即，考虑通过交通工具轴和任何输出传动齿轮组的比率变化)。坡度和制动力值也作为负载扭矩映射回变速器输出轴。
在过程步骤302，使用这些输入301、303、305中的一个或更多个来预测变速器输出速度变化率。这可以通过将扭矩之和(即施加的扭矩减去负载扭矩)除以交通工具惯性值来得到。然后在过程步骤304，基于预测的变速器输出速度变化率建立预测的变速器输出速度。接下来，通过输出速度传感器124测量实际变速器输出速度，并且该数据306在认可步骤308中的过程中被使用，在认可步骤308中，将来自计算步骤304的预测输出速度与测量的输出速度数据306进行比较。如果两个输出速度值不在预定的彼此的误差值内，则该过程将默认使用测量的输出速度数据306用于剩余的过程步骤。
然后在过程步骤312，将从输入速度传感器123获得的变速器输入速度数据310与预测的或测量的输出速度数据一起使用，以便建立变速器比率变化率。然后，在转换过程步骤316中，控制器120应用变速器比率变化率和存储在系统存储器122中的与CVT的配置相关的数据314，以便预测变换器12的马达速度比率变化率或排量变化率。在过程步骤316的该预测之后，本方法随后应用控制信号以得到预测的马达速度比率变化率。如同本方法的第一实施例一样，这可以通过使变速器控制器120向变换器泵14发送控制信号以调节变换器马达18的速度的过程步骤318和/或通过基于预测的马达速度比率变化率计算扭矩补偿值并向主动力机控制器130发送扭矩补偿命令的过程步骤320来完成。当接收到扭矩补偿命令时，主动力机控制器130将相应地改变主动力机的输出速度(并因此改变变换器泵14的输出速度)。
本发明的方法在启动阶段期间允许变速器控制器根据所确定的CVT内的变速器比率的变化率来预测变换器的马达速度比率或泵排量的所需变化率。然后，控制器可以使用马达速度比率的预测变化率来补偿变换器控制(直接补偿或通过主动力机的控制补偿)，从而避免或至少减少由于泵排量的高变化率而产生的任何“扭矩洞”或输出扭矩不足。
在不背离本发明的范围的前提下，可以并入修改和改进。

Claims (6)

1.一种在交通工具的启动期间减少输出扭矩不足的方法，所述交通工具具有包括变换器(12)的无级变速器，其中所述变换器具有泵(14)和马达(18)，并且所述变换器的泵(14)连接到主动力机(1)，所述方法包括以下步骤：
确定所述变速器中的比率的变化率；
基于以下各项预测所需的变换器马达速度比率变化率值：
(i)所确定的所述变速器中的比率的变化率，以及
(ii)所述变速器的配置(205、314)；和
调节所述变换器的泵(14)的速度，以得到所需的变换器马达速度比率变化率值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述变换器马达速度通过改变所述变换器的泵(14)的排量来调节。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述变换器马达速度通过以下方式来调节：基于预测的变换器马达速度比率变化率值计算扭矩补偿值，将基于所述扭矩补偿值的扭矩补偿命令应用于控制所述主动力机的扭矩控制过程，以及响应于所述扭矩补偿命令改变所述主动力机(1)的输出速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中确定所述变速器中的比率的变化率的步骤(202)包括测量所述变速器的输入速度(201)和输出速度(203)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中确定所述变速器中的比率的变化率的步骤(312)包括基于以下变量中的一个或更多个变量预测所述变速器的输出速度变化率(302)：从所述交通工具的操作者接收的变速器输出扭矩需求(301)；施加到所述变速器输出的交通工具负载(303)；以及映射到所述变速器输出的交通工具惯性(305)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定所述变速器中的比率的变化率的步骤包括：
测量所述变速器的输入速度(310)；
测量所述变速器的输出速度(306)；
基于所测量的变速器的输入速度(310)和变速器的输出速度(306)计算变速器比率变化率(312)；
基于以下变量中的一个或更多个变量预测所述变速器的输出速度变化率(302)：从所述交通工具的操作者接收的变速器输出扭矩需求(301)；施加到所述变速器输出的交通工具负载(303)；以及映射到所述变速器输出的交通工具惯性(305)；和
确定所计算的变速器比率变化率和所预测的变速器输出速度变化率是否在彼此的预定误差因数内。
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