CN110056649B - 变速器控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制变速器(100)的方法(200)，该变速器包括输入轴(105)、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：根据第一控制曲线打开(215)第一切换元件(A‑F)并且根据第二控制曲线闭合(220)变速器(100)的第二切换元件(A‑F)，在打开或闭合期间循环地实施下述步骤：确定(230)在输入轴(105)的转速和在第二切换元件(A‑F)完全闭合时输入轴所具有的转速之间的差值；确定(230)差值的梯度；并且基于梯度调整(230)第一控制曲线。

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。
切换元件的打开和闭合通常根据控制曲线来实施，该控制曲线在实施控制之前被确定并且随后静态地实现。所述过程也称为闭环控制的负载换挡(GLS)。在特定情况下，在换挡范围中预定控制曲线和受控切换元件所呈现的闭合程度之间的偏差有可能如此之大，以致不能舒适地换挡。这种情况例如可出现在强烈制动的滑行换挡(Ausrollschaltung)中或出现在换挡期间牵引负载和惯性负载之间的负载改变时。
发明内容
本发明所基于的任务在于提供一种用于改变变速器中挂入的挡位的改进技术。
通过本发明的一种用于控制变速器的方法解决所述任务，其中，该变速器包括输入轴、可比例控制的第一和第二切换元件，该方法包括下述步骤：根据第一控制曲线打开第一切换元件并且根据第二控制曲线闭合变速器的第二切换元件，在打开或闭合期间循环地实施下述步骤：确定在输入轴的转速和在第二切换元件完全闭合时输入轴所具有的转速之间的差值；确定差值的梯度；并且基于所述梯度和/或差值调整第一控制曲线。
因此，与现有方法相反可根据控制或调节偏差进行循环调整。优选调整以预定的周期或周期持续时间周期性地进行，该周期持续时间例如可以是几毫秒或几十毫秒。从一次性确定并且在换挡期间不再改变的控制曲线出发的现有控制因此能够以简单且有效的方式增加动态特性，从而可有效地进行动态调节。优选基于梯度和/或差值调整用于这两个切换元件的控制曲线。
尤其是当切换元件之一的打滑时间的预定值改变时，可调整第一控制曲线。打滑时间是指切换元件之一处于打滑状态的时间，即既不处于完全打开也不处于完全闭合的状态中的时间。例如当在输出轴被制动的情况下从高挡向低挡降挡时，可在输出轴上的制动力变化时调整打滑时间。在机动车中这可相应于制动期间的降挡，降挡的速度随着制动减弱而减小。通过在预定打滑时间改变时调整控制曲线可使切换元件的控制更好地适应输出轴的转速梯度。
当在换挡阶段中的预定点处未达到梯度时，可暂停差值的确定。在此情况下可继续使用之前确定的梯度来控制切换元件。因此，朝向基于梯度确定的目标值的现有控制可以被赋予这样的机会，即针对现有偏差调整其控制性能。由此可预防控制的振荡趋势。
当切换元件之一的打滑时间偏离预定打滑时间超过预定量时，可确定与预定打滑时间的偏差。对于正偏差和负偏差可预规定不同的量。因此可在实现预定控制值之外使用警告或错误阈值。从而控制值的提供可更好地独立于控制值的实现进行。
变速器包括输入轴以及可比例控制的第一和第二切换元件。用于解决本发明的任务的用于控制该变速器的控制装置包括用于与第一切换元件连接的第一接口、用于与第二切换元件连接的第二接口和处理单元。在此所述处理单元构造成用于根据第一控制曲线打开第一切换元件并且根据第二控制曲线闭合变速器的第二切换元件，并且还构造成用于在所述打开或闭合期间循环地实施下述步骤：确定在输入轴的转速和在第二切换元件完全闭合时输入轴所具有的转速之间的差值；确定差值的梯度；并且基于梯度和/或差值调整第一控制曲线。
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转移到装置，反之亦然。
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；
图3示出在挂入挡位改变期间变速器上的示例性曲线；和
图4示出其它示例性的曲线。
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之间的打滑引起扭矩提高。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和/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尤其是构造成用于在控制装置125上运行并且作为用于控制变速器100的、具有程序代码装置的计算机程序产品存在。
方法200在步骤205中开始。基于预定事件，请求改变变速器100中挂入的挡位。在步骤210中可确定参与换挡的切换元件A至F或相配的调压器。通常只需打开一个切换元件A至F并且只需闭合另一切换元件，但也可有多个切换元件参与换挡。
随后，在步骤215中确定用于打开切换元件A至F的第一控制曲线并且根据确定的第一控制曲线控制切换元件A至F。在此可确定多个时间相关分量，其可与第一控制曲线相加地组合。通常至少一个分量与步骤215期间的至少一个参数或事件有关，因此可在控制切换元件A至F期间确定或改变第一控制曲线。相应地，在步骤220中确定用于待闭合切换元件A至F的第二控制曲线并且根据确定的第二控制曲线控制切换元件A至F。两个步骤215和220可相互影响，例如其方式为：一个因切换元件A至F打开而在步骤220中触发的事件改变步骤215中第一控制曲线的确定。
当已经完全确定和激活控制曲线，以致预定切换元件A至F完全打开或闭合，则换挡完成并且方法200可在步骤225中结束。
建议，在步骤215、220开始时确定用于第一和第二切换元件A至F的至少一个控制曲线并且在实施步骤215、220期间在步骤230中循环地更新。步骤230可与方法200的剩余部分同时实施并且动态地调整已知控制的目标值。
尤其是建议，在步骤230的范围中确定输入轴105的转速与待挂入挡位的同步转速之间的差值nd_syn_soll。当输入轴105的转速与变速器100输出轴110的转速之间的比值相应于待挂入挡位、即当第二切换元件A至F完全闭合时挂入的挡位的传动比时，达到同步转速。换句话说，同步转速可基于待挂入挡位的预定传动比和输出轴110的转速确定。
可根据时间导出转速差以确定差值的梯度w_ngdsyn_gls。然后可基于该梯度调整控制曲线。尤其是可预规定新的控制值w_ngdsyn_gls-ng_tgls。
在步骤230中还可检验特定基本条件。例如可确定是否已经偏离预定梯度超过预定量。正偏差和负偏差可作为单独的量确定。此外，可确定切换元件A至F的打滑时间w_tsgls是否相应于预定打滑时间。打滑时间表示切换元件A至F处于或应处于打滑状态中的时间间隔。在快速换挡、例如在输出轴110剧烈加速时，打滑时间可很短，而例如在输出轴110缓慢减速时打滑时间可较长。通常的打滑时间可介于约400-800ms的范围内。
当在换挡预定点处偏离预定梯度超过预定量时，则可暂停控制曲线的重新确定或更新。随后可在预定的时间上或在步骤230的预定迭代次数上维持上一次预定的控制曲线。
在步骤215或220中可引入根据控制偏差的控制参数的因式分解，以便能够在中期取代目标值梯度校正。换句话说，控制参数与其目标值的偏差量可确定一个因数，借助该因数尝试最小化偏差。
图3示出动变速器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二挡到三挡的升挡且同时负载减小期间被确定。
作为曲线绘出输入轴105的实际转速315、目标打滑时间320、用于切换元件A至F的致动器的控制曲线325、所测量的在输入轴105转速与待挂入挡位的同步转速之间的转速差的梯度325、从nd_syn_soll导出的转速差梯度330以及目标转速335。另外，还给出DKI 340、传递扭矩345和与待挂入挡位的同步转速的实际转速差350。
在图3的下部区域中绘出示例性的时间相关状态或条件355。第一条件355通过高电位指示在步骤230中确定转速差，或者通过低电位指示没有发生新的确定。第二条件360通过高电位指示输入轴105的转速已达到同步转速，或者通过低电位指示不是这种情况。
图4示出变速器100上其它的示例性曲线400。第一图示405表示预定曲线，第二图示410表示第一图示405的曲线的时间导数。第三图示415包括其它曲线，第四图示420表示第三图示415的曲线的时间导数。
第一图示405中的曲线包括输入轴105的转速425n_t_ungebremst、输出轴110的转速430n_ab_gebremst、制动期间输入轴105的转速435n_t_gebremst以及制动期间的转速440n_ab_gebremst。
在第二图示410中示出无制动时输出轴110转速的梯度445ng_t_ungebremst和无制动时输入轴105转速的梯度450ng_t_gebremst。
在第三图示415中示出无制动时与同步转速的转速差445nd_syn_ungebremst和制动时与同步转速的转速差450nd_syn_gebremst。
在第四图示420中示出无制动时待挂入挡位的同步转速的梯度465ng_dsynzielgang_ungebremst和制动时待挂入挡位的同步转速的梯度470ng_dsynzielgang_gebremst。
当信号涉及输入轴105或与其连接的涡轮110.4时，为所示信号使用的名称包括组成“_t”；当涉及输出轴110时，包括组成“_ab”；并且当涉及待挂入挡位的同步转速时，包括组成“_nd_syn”。
从所示曲线可以清楚地看出，变速器100上转速的曲线和梯度可以是非常不同的，这取决于在从高挡向低挡换挡期间是否存在制动。制动在机动车中通常作用在驱动轮上并且在与其连接的动力传动系中最终作用在变速器100的输出轴110上。制动越强，所示曲线和梯度的差异就越大。无论制动程度如何，本文提出的技术都可有序地且平稳地实施换挡。也可更好地补偿换挡期间制动力的变化。
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 确定第一和第二切换元件
215 确定用于打开第一切换元件的曲线
220 确定用于闭合第二切换元件的曲线
225 结束
230 循环地更新目标值
300 曲线
305 第一时刻
310 第二时刻
315 输入轴的实际转速
320 控制曲线
325 测量的转速差梯度
330 从nd_syn_soll导出的转速差梯度
335 目标转速
340 DKI
345 传递扭矩
350 实际转速差
355 确定转速差
360 达到同步转速
400 曲线
405 第一图示
410 第二图示
415 第三图示
420 第四图示
425 无制动时输入轴的转速
430 无制动时输出轴的转速
435 有制动时输入轴的转速
440 有制动时输出轴的转速
445 无制动时与同步转速的转速差
450 有制动时与同步转速的转速差
455 无制动时输出轴转速梯度
460 有制动时输出轴转速梯度
465 无制动时同步转速梯度
470 有制动时同步转速梯度

Claims (5)

1.用于控制变速器(100)的方法(200)，该变速器包括输入轴(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：根据第一控制曲线打开(215)第一切换元件并且根据第二控制曲线闭合(220)变速器(100)的第二切换元件，在所述打开或闭合期间循环地实施下述步骤：确定在输入轴(105)的转速和在第二切换元件完全闭合时输入轴所具有的转速之间的差值；确定差值的梯度；并且基于所述梯度调整第一控制曲线。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，当所述切换元件之一的打滑时间预定值改变时，基于所述梯度调整所述第一控制曲线。
3.根据权利要求1或2所述的方法(200)，其中，当在换挡阶段中在预定点处未达到所述梯度时，暂停所述差值的确定。
4.根据权利要求1或2所述的方法(200)，其中，当所述切换元件之一的打滑时间偏离预定打滑时间超过预定量时，确定与预定打滑时间的偏差。
5.用于控制变速器(100)的控制装置(125)，该变速器包括输入轴(105)以及可比例控制的第一和第二切换元件(A-F)，所述控制装置(125)包括用于与第一切换元件连接的第一接口、用于与第二切换元件连接的第二接口和处理单元，所述处理单元构造成用于根据第一控制曲线打开变速器(100)的第一切换元件并且根据第二控制曲线闭合变速器(100)的第二切换元件，并且还构造成用于在所述打开或闭合期间循环地实施下述步骤：确定在输入轴(105)的转速和在第二切换元件完全闭合时输入轴(105)所具有的转速之间的差值；确定所述差值的梯度；并且基于所述梯度调整第一控制曲线。
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