CN110056648B - 变速器控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变速器(100)，其包括与驱动发动机连接的输入轴(105)以及可比例控制的第一和第二切换元件(A‑F)。本发明还涉及一种用于控制变速器(100)的方法(200)，其包括：基于开环控制曲线(340)和闭环控制曲线(345)确定(210)对驱动发动机的绝对扭矩请求(330)；确定(220)该绝对扭矩请求(330)是否即将超过预定阈值(335)；并且如果是这种情况，则减少(225)闭环控制分量。

Description

变速器控制
技术领域
本发明涉及一种变速器控制。尤其是本发明涉及用于应用在机动车中的变速器的控制。
背景技术
机动车具有动力传动系，其包括驱动发动机、变速器和驱动轮。在变速器中可挂入不同挡位，以便使驱动发动机的转速适应驱动轮的转速。变速器包括多个齿轮组，它们可借助切换元件不同地配置和组合。控制装置控制这些切换元件并且确定挂入哪个挡位，即在变速器的输入侧和输出侧之间存在何种减速比(或增速比)，并且借助哪些齿轮组以哪种配置实现该减速比(或增速比)。在从一个挡位改变为另一挡位时，通常必须打开至少一个切换元件并且闭合另一切换元件，以便实现尽可能平稳的过渡。
为了辅助换挡，可借助请求将由驱动发动机输入变速器中的扭矩限制到预定值。但这种限制起作用的范围是有限的，因此通过预规定输入的扭矩很难将变速器例如控制到待挂入挡位的同步点上。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于改变在变速器中挂入的挡位的改进技术。
根据本发明的用于控制变速器的方法解决了所述任务，其中，变速器包括与驱动发动机连接的输入轴和可比例控制的第一和第二切换元件。用于控制变速器的方法包括下述步骤：基于开环控制曲线和闭环控制曲线确定对驱动发动机的绝对扭矩请求；确定该绝对扭矩请求是否即将超过预定阈值；并且如果是这种情况，则减少闭环控制分量。
该方法可结合换挡实施，其中，换挡可包括打开第一切换元件以便脱出旧的挡位并且闭合第二切换元件以便挂入新的挡位。所述减少优选以刚刚不超过阈值的程度进行。由此可确保不会发出驱动发动机无法满足的扭矩请求。以这种方式可避免在其它情况下作为“wind up”已知的效果。通过闭合第二切换元件挂入挡位可平稳地实施。这也适用于当第二切换元件为形锁合的并且不能像摩擦离合器那样以可变滑差传递扭矩时。
所述预定阈值可借助特性场确定。特性场的输入变量例如可包括输入轴的转速和/或主导气压。通过本地确定可自给自足地预规定有意义的阈值，从而省却外部源。
所述预定阈值也可由驱动发动机提供。在此可评估附加参数或条件，其可能不存在于变速器侧。因而由驱动发动机提供的阈值可更加真实。另一方面驱动发动机提供的阈值有时可能会延迟。在这种和其它情况下可使用本地确定的阈值。所描述的阈值源之间的变换在实践中可以任意频率进行。在另一种实施方式中，也可将两个源的阈值合并，例如方式为：确定最小值、最大值或算术平均值或加权平均值。
可借助滞后开始和停止所述减少，尤其是可在请求的扭矩和所述预定阈值之间的差值低于预定的第一阈值时开始减少闭环控制分量，并且在该差值超过预定的第二阈值时停止减少闭环控制分量。在此第二阈值大于第一阈值。
滞后可阻止在作为基础的同步控制的受限运行和不受限运行之间过于频繁的变换。尤其是当所用阈值以低分辨率被数字量化以致阈值的值之间的最小可示差异具有显着量时，使用滞后可稳定该同步的响应特性。这通常特别适合于与上述驱动发动机预规定阈值的方案结合。
此外在另一种实施方式中，当输入轴已达到预定转速时，可闭合第二切换元件。每个切换元件通常分配给一个齿轮组，该齿轮组在变速器中实现一个挡位。通过闭合，可实施与输入轴的转速同步地挂入一个挡位。可选地，该方法还可包括打开第一切换元件。
根据本发明的用于解决上述任务的用于控制变速器的控制装置，该变速器包括与驱动发动机连接的输入轴以及第一和第二切换元件，所述控制装置具有用于与驱动发动机连接的接口和具有处理单元，该处理单元构造成用于：基于开环控制曲线和闭环控制曲线确定对驱动发动机的绝对扭矩请求；确定该绝对扭矩请求是否即将超过预定阈值；并且如果是这种情况，则减少闭环控制分量。
用于控制上述变速器的装置具有用于与驱动发动机连接的接口和处理单元，该处理单元构造成用于基于开环和闭环控制曲线确定对驱动发动机的绝对扭矩请求；确定该绝对扭矩请求是否即将超过预定阈值；并且如果是这种情况，减少闭环控制分量。
接口尤其是可包括CAN总线。用于变速器的控制装置也称为TCU(变速器控制单元)，与接口或CAN总线连接的、用于驱动发动机的控制装置也称为ECU(发动机控制单元)。
该装置可用于实施本文所描述的方法。该方法的优点或特征可以转移到装置，反之亦然。
所述装置还包括致动器，其用于在输入轴已达到预定转速时闭合第二切换元件。致动器可以实现尤其是液压地操作切换元件。通常，当切换元件构造成用于成比例传递扭矩时、例如当其以摩擦离合器的方式工作时，致动器可比例控制。当切换元件只能数字地、即要么完全要么不传递扭矩时、例如当其构造为牙嵌离合器时，致动器也可数字地构造并且不支持中间级。致动器通常是电操作的并且处理单元通常包括可编程的微计算机或微控制器，其为致动器提供电控制信号。
附图说明
现在参考附图详细阐述本发明。附图如下：
图1示出变速器，其例如用于机动车的动力传动系中；
图2示出用于控制变速器的方法流程图；和
图3示出在改变挂入的挡位期间变速器上的示例性曲线。
具体实施方式
图1示出一种示例性变速器100的示意图，其构造为多级行星齿轮变速器。在变速器100中挂入的挡位的改变优选是可液压控制的。本发明参照所显示的变速器100来说明，但本发明也可用于其它允许可控地挂入或脱出挡位的变速器类型。
变速器100示例性设计为具有倒挡的9挡变速器并且优选可用在机动车中。变速器100包括四个齿轮组RS1至RS4，它们可分别实现为旋转传动机构、尤其是行星齿轮传动机构的形式。输入轴105构造成用于与驱动发动机连接。可选地，液力变矩器110设置在驱动发动机和输入轴105之间。变矩器110可与变速器100集成构造或包含在变速器100中。变速器100的输出轴115优选构造成用于与机动车的驱动轮以传递扭矩的方式连接。
液力变矩器110包括驱动泵110.2的输入侧110.1和由涡轮110.4驱动的输出侧110.3。耦合借助流体110.5进行，其在泵110.2和涡轮110.4之间流动。优选设置导轮110.6，用于引导并必要时控制流体流。变矩器110尤其是用作起动离合器并且可根据输入侧110.1与输出侧110.3之间的滑差引起扭矩提高。输出侧110.3可与减振器110.7连接，以减少扭矩路径中的扭转振动。当省却变矩器110时，也可设置减振器110.7。通常设置锁止离合器110.8，以便尤其是在较高转速下、即在起动之后将输入侧110.1和输出侧110.3之间的转速差减小为零并且因此最小化变矩器110中的流动损耗。
齿轮组RS1至RS4示例性地以所示方式互连。每个齿轮组包括三个元件，它们借助齿部相互啮合。径向最内侧的元件也称为太阳齿轮，最外面的是齿圈并且它们之间是行星齿轮。行星齿轮相对于行星架可旋转地支承，行星架自身围绕与太阳齿轮和齿圈相同的旋转轴线可旋转地支承。在图1的图示中，旋转轴线(未示出)沿输入轴105水平延伸。轴对称地位于旋转轴线下方的齿轮组RS1至RS4部件及其轴未示出。如果太阳齿轮、行星齿轮架和齿圈之一固定，尤其是通过使其相对于变速器壳体120制动，则另外两个元件可用于联接和分离扭矩，由此实现预定的增速比或减速比。
为了控制通过齿轮组RS1至RS4的扭矩流，在所示实施方式中总共提供六个切换元件A至F，其可分别被控制以便打开或闭合。切换元件C和D分别在可旋转元件和变速器壳体120之间作用并且也称为制动器。切换元件A、B、E和F分别在两个可旋转元件之间作用并且也称为离合器。至少其中一个切换元件A至F优选构造用于在完全打开的位置和完全闭合的位置之间可比例控制地断开或建立扭矩传递。为此可设置摩擦元件，这些摩擦元件彼此轴向压靠，以便建立可变的摩擦锁合。轴向压紧力尤其是可液压地产生，为此例如电子调压器可根据控制信号来调节液压控制压力，以便控制扭矩传递的程度。
在本实施方式中至少切换元件B至E的传递特性是可比例控制的。尤其是切换元件A和F也可构造为形锁合切换元件，其仅可完全打开或完全闭合。下表示出示例性换挡图。对于每个挡位以点标记出为挂入该挡位必须闭合的切换元件A至F，其它切换元件A至F则必须是打开的。
挡位 C D B E F A
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从一个挂入挡位向另一挡位的过渡需要打开至少一个闭合的切换元件A到F并且闭合至少一个打开的切换元件A到F。
当变速器100例如挂在二挡中时，扭矩从输入轴105经切换元件A传递到第一齿轮组RS1的齿圈上。其太阳齿轮通过切换元件C与壳体120连接。切换元件D打开，因此第二齿轮组RS2不转换扭矩。由第一齿轮组RS1在其行星架上提供的扭矩被传递到第三齿轮组RS3的齿圈上。第三齿轮组RS3的和第四齿轮组RS4的太阳齿轮通过切换元件F与壳体120连接。由第三齿轮组RS3的行星架将扭矩传入第四齿轮组RS4的齿圈中。由第四齿轮组RS4的行星架驱动输出轴115。
现在为了挂入三挡，闭合切换元件B并且打开切换元件A。齿轮组RS2至RS4的功能保持不变。如在二挡中那样，第一齿轮组RS1通过齿圈驱动并且通过行星架提供扭矩。但现在太阳齿轮通过切换元件A和B与齿圈连接，因此第一齿轮组RS1的减速比被设定为一。
为了确保高度的换挡舒适性或高换挡速度，切换元件A至F上的状态变化必须彼此精确协调。通常在换挡期间暂时两个挡位同时挂入并传递扭矩，在此至少其中一个切换元件A至F处于打滑状态。
控制装置125构造成用于匹配地打开或闭合切换元件A至F并且因此在变速器100中挂入希望的挡位。切换元件A至F通常被液压操作，在此切换元件A至F的打开或闭合力或打开或闭合位置与施加的液压压力有关。为了控制液压压力，通常为每个切换元件A至F分配一个电子调压器。该调压器将预定的、通常为电的信号转换成相应的液压压力并且能够以比例阀、调节阀或伺服阀的方式工作。控制装置125优选以电气方式工作并且可包括可编程的微计算机或微控制器。提供给电子调压器的信号可以作为脉宽调制信号(PWM)存在。
控制装置125通常根据事件、时间或可借助适合的传感器检测的变速器参数来确定待为切换元件A至F设定的控制信号。变速器参数例如可包括变速器100不同位置处的转速、液压压力、正作用的或待传递的扭矩、切换元件A至F的温度或位置。事件可由检测到的一个参数或多个参数的组合导出。例如当切换元件A至F上出现打滑并且摩擦元件具有不同转速时，可认定偏离同步点。偏离同步点也可借助输入轴105与输出轴110的转速比来确定。如果该比值与挡位的预定传动比不一致，则没有实现该挡位的同步点。也可根据外部参数来确定事件，例如当检测到关于驾驶员愿望变化、驱动发动机运行变化或在动力传动系中输出轴115与驱动轮之间的变化的信号时。
处理单元125能够以时间曲线的形式预规定待为切换元件A至F设定的液压控制压力，该时间曲线也称为控制曲线或梯度。为了实现变速器100中的预定进程，例如从三挡挂入二挡，通常为切换元件A至F确定并提供多个相互匹配的曲线。换挡可需要大约四分之一秒或更短的时间，但在特定前提下也可在更长的时间上进行。控制曲线可包括多个分量，它们可相加地彼此组合。当一个分量仅与时间有关而与事件或参数无关时，该分量可以是局部地或完全地静态的。当一个分量与事件或参数有关时，其也可以是动态的。在此情况下，控制曲线可在其已经用于控制切换元件A至F期间被确定或改变。例如第一分量可按照第一近似确保希望的功能，第二分量则可实现改善，例如为了提高舒适度，第三分量可在特殊情况下实现进一步优化，例如在驱动轮被制动情况下的降挡期间。
为了辅助挂入挡位的改变，也可向与驱动轴105连接的驱动发动机发送请求，以将由驱动发动机提供的扭矩限制到预定值。
图2示出用于控制变速器100的方法200的流程图。该方法200尤其是可结合上一级或交错的用于改变变速器100中的挂入挡位的方法应用。尤其是优选，换挡包括闭合一个形锁合的、尤其是构造为牙嵌离合器的切换元件A至F。
方法200在步骤205中开始。在步骤210中确定由与输入轴105连接的驱动发动机提供的扭矩必须增加多少绝对量以实施换挡。为此通常确定两个值或者说时间曲线，将它们相加。第一曲线是开环控制的，即一次性确定并且在换挡期间不再改变。在闭合牙嵌离合器A或F来降挡情况下，例如可预规定或一次性确定必须如何影响输入轴105的转速，以便达到同步点并且能够使牙嵌离合器闭合。第二曲线是闭环控制的并且根据当前参数或变速器100上的条件动态地确定。两个曲线之和为发动机扭矩的相对请求，该相对请求是针对零Nm的传递扭矩的。基于当前提供的扭矩由相对请求确定绝对请求，并且绝对请求优选也马上输出到驱动发动机。
在独立于此的步骤215中可确定最大可控的发动机干预。这涉及绝对阈值，其例如可以Nm给出。在第一种变型方案中，该阈值由驱动发动机周期性地或根据请求提供。在此可考虑动态参数、如发动机温度或主导气压。在第二种变型方案中，该阈值由变速器100的控制装置确定。为此尤其是可预规定特性场，其包括例如与输入轴105转速和/或主导气压相关的查询值。其它参数、如变速器温度也可纳入确定中。阈值源可动态地选择，从而例如可优选使用由驱动发动机提供的值，但该提供值未出现或怀疑其正确性或精确度时使用内部确定的值。可选地，也可使用两个值中的较大者或较小者。
在步骤220中确定所确定的绝对请求值是否即将超过阈值。如果不是这种情况，则对变速器100的同步传统控制可在当前换挡过程中不变地继续进行。相反，如果绝对请求值即将、可能或已经超过阈值，则可在步骤225中调整同步控制，以防止过冲(或者说超越)。由于上述开环控制分量不能改变，以避免在切换元件A或F闭合时产生不能同步的危险，所以优选至少如此程度地撤回闭环控制分量，使得防止过冲。优选至少这样减少闭环控制分量，使得仅刚刚防止过冲，因此绝对请求以预定的、尤其是较小量、如1-5Nm保持低于确定阈值。
方法200优选循环地进行。因此，可选择性地在调整闭环控制分量之前或之后输出确定的发动机请求。优选尤其是当步骤215中的阈值源是驱动发动机时，设置滞后，以避免过于频繁地开始和停止闭环控制分量的减少。例如当绝对请求低于阈值少于4Nm时，可开始(或者说激活)减少，而当绝对请求在此之后低于阈值多于20Nm，则停止减少。
图3示出变速器100上参数的示例性曲线300。在左侧区域中以图形方式示出时间曲线，在右侧区域中以数字方式给出在第一时刻305和第二时刻310变速器100上变量的绝对值。所示值在真实的示例性变速器100上在同样为示例性的从高挡到低挡的降挡期间被确定。在此待闭合的切换元件A至F构造为形锁合的，尤其是牙嵌离合器。
作为曲线绘出输入轴105的实际转速315、正在断开的切换元件A至F的规定压力曲线320(PKAB)、施加在输入轴105上的扭矩325m_t、绝对变速器-发动机干预请求330me_red_abs、最大可由特性场提供的发动机扭矩335KF_MEGLSNMOTPAIR、发动机干预请求的开环控制分量340me_sas_int、发动机干预(ME)请求的闭环控制分量345me_gls以及作为分量340和345之和被确定的相对请求350me_sas。
在根据曲线320打开切换元件A至F之后或期间，必须通过加速驱动发动机来提高输入轴105的转速，以便能够闭合分配给待挂入挡位的牙嵌离合器A或F。为此预规定开环控制曲线340，其充分提高输入轴105的转速以闭合牙嵌离合器A或F。闭环控制曲线345基于当前参数、如变速器流体的与温度有关的粘度来确定并且动态地调整发动机请求曲线。曲线340和345之和反映在曲线350中，该曲线表示针对零扭矩的驱动发动机相对请求。
基于由驱动发动机提供的扭矩325，由此例如通过相乘来确定绝对请求曲线330。驱动发动机仅接收该值来控制由其提供的扭矩。请求330使得在第一时刻305之前即将超过所选择的阈值335。阈值335在所示示例中在变速器或控制装置125侧例如基于特性场、尤其是基于输入轴105的转速和/或主导气压被确定。在另一种变型方案中，阈值也可由驱动发动机静态或动态地预规定(m_reserve)。为了防止过冲，限制闭环控制分量340，如借助于其直至第二时刻310前不久的平缓曲线可见。相对请求曲线350和绝对请求曲线330反映了该限制。
在图3的下部绘出示例性的时间相关状态或条件355。当输入轴105具有预定同步转速时，条件355为高电位，否则为低电位。
附图标记列表
100 变速器
105 输入轴
110 液力变矩器
110.1 输入侧
110.2 泵
110.3 输出侧
110.4 涡轮
110.5 流体
110.6 导轮
110.7 减振器
110.8 锁止离合器
115 输出轴
120 变速器壳体
A-F 切换元件
200 方法
205 开始
210 确定请求的发动机干预
215 确定最大发动机干预
220 即将出现无法满足的请求？
225 减少请求的发动机干预的闭环控制分量
300 曲线
305 第一时刻
310 第二时刻
315 输入轴的实际转速
320 正在断开的切换元件的规定压力(PKAB)
325 提供的驱动发动机扭矩
330 绝对发动机请求
335 最大可提供的发动机扭矩
340 发动机干预请求的开环控制分量
345 发动机干预请求的闭环控制分量
350 相对发动机干预请求

Claims (7)

1.用于控制变速器(100)的方法(200)，该变速器包括与驱动发动机连接的输入轴(105)以及可比例控制的第一和第二切换元件(A-F)，该方法(200)包括下述步骤：基于开环控制曲线(340)和闭环控制曲线(345)确定(210)对驱动发动机的绝对扭矩请求(330)；确定(220)该绝对扭矩请求(330)是否即将超过预定阈值(335)；并且如果是这种情况，则减少(225)闭环控制分量。
2.根据权利请求1所述的方法(200)，其中，所述预定阈值(335)借助特性场确定。
3.根据权利请求1所述的方法(200)，其中，所述预定阈值(335)由驱动发动机提供。
4.根据权利请求1至3中任一项所述的方法(200)，其中，当绝对扭矩请求(330)和所述预定阈值(335)之间的差值低于预定的第一阈值时，开始减小(225)闭环控制分量，并且当该差值超过预定的第二阈值时，停止减小闭环控制分量，其中，第二阈值大于第一阈值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(200)，还包括：当输入轴(105)已达到预定转速时，闭合第二切换元件。
6.用于控制变速器(100)的控制装置(125)，该变速器包括与驱动发动机连接的输入轴(105)以及第一和第二切换元件(A-F)，所述控制装置(125)具有用于与驱动发动机连接的接口和具有处理单元，该处理单元构造成用于：基于开环控制曲线(340)和闭环控制曲线(345)确定对驱动发动机的绝对扭矩请求(330)；确定该绝对扭矩请求(330)是否即将超过预定阈值(335)；并且如果是这种情况，则减少闭环控制分量。
7.根据权利要求6所述的控制装置(125)，还包括致动器，用于在输入轴(105)已达到预定转速时闭合第二切换元件。
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