CN110352313B - 对车辆变速器换挡的方法、变速器控制器和车辆传动系 - Google Patents

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Abstract

一种对包括第一离合装置(8a)和第二离合装置(8b)的车辆变速器(3)进行换挡的方法，其中所述第一离合装置(8a)的至少一部分与所述第二离合装置(8b)的至少一部分联接或被配置成与其联接，所述方法包括以下步骤：接合所述第二离合装置(8b)，其中接合所述第二离合装置(8b)包括：通过改变所述第一离合装置(8a)的状态来控制所述第二离合装置(8b)的状态。本发明还涉及变速器控制器(6)和车辆传动系(1)。

Description

对车辆变速器换挡的方法、变速器控制器和车辆传动系
技术领域
本文件主要涉及对车辆变速器进行换挡的方法、用于控制车辆变速器的变速器控制器、以及包括变速器和变速器控制器的车辆传动系。
背景技术
在车辆中，特别是在非公路车辆(诸如轮式装载机、反铲装载机、叉车、采矿车、拖拉机等)中，在车辆动力源(诸如内燃机或电发动机)与车辆输出(诸如传动轴或一个或多个车轮)之间传递的动力和/或扭矩应当以优选平稳的方式传递而通过传动系(包括在换挡期间)，以便提供良好的可操作性和可操纵性并保证良好的车辆性能。
因此，目前提出的主题的目的是设计一种对车辆变速器进行换挡的方法，其在换挡时提供通过车辆传动系的优选平稳且连续的动力流。
该目的通过本申请所提出的方法、通过被配置成执行该方法的变速器控制器、以及包括所述变速器控制器的车辆传动系来解决。还描述了特定实施例。
发明内容
因此，目前提出了一种对车辆变速器进行换挡的方法。所述变速器包括第一离合装置和第二离合装置，其中所述第一离合装置的至少一部分与所述第二离合装置的至少一部分联接或配置成与其联接，例如通过一个或多个轴、一个或多个齿轮、或一个或多个离合器来机械地联接。所述方法包括以下步骤：
接合所述第二离合装置，其中接合所述第二离合装置包括：通过改变所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态。
使用所述第一和第二离合装置之间的联接，用于通过改变和/或控制所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态，这开辟了用于控制变速过程的新路径。这可以导致更快、更平稳和更有效的换挡过程。作为旨在控制所述第二离合装置的状态的控制程序的一部分而改变的第一离合装置的状态可以包括：例如所述第一离合装置中的接合压力或所述第一离合装置的输入轴的速度。通过改变所述第一离合装置的状态来控制的所述第二离合装置的状态可以包括：例如所述第二离合装置的滑差速度、所述第二离合装置中的接合压力或所述第二离合装置的离合器轴速。
所述方法还可包括：使第一离合装置脱离。也就是说，通常所述第一离合装置在换挡程序期间从接合状态转换到脱离状态，而所述第二离合装置从脱离状态转换到接合状态。
当通过改变所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态时，没有扭矩和/或没有动力可以被传递通过所述第二离合装置。
改变所述第一离合装置的状态可以包括：改变所述第一离合装置的接合压力，具体是降低所述第一离合装置的接合压力。附加地或可替代地，改变所述第一离合装置的状态可以包括：改变所述第一离合装置的输入速度和/或输出速度。
通过改变所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态可以包括：执行第一反馈控制程序。所述第一反馈控制程序可以包括：使用所述第一离合装置的接合压力，和/或输入速度作为第一控制变量。附加地或可替代地，所述第一反馈控制程序可以包括使用所述第二离合装置的滑差速度和/或接合压力作为所述第一过程变量。所述滑差速度是所述离合器输入和所述离合器输出的转速之间的差值：nslip＝nin-nout。因此，当使用绝对速度值时，指示正在传递扭矩或者在接合所述离合装置的正滑差速度可以从所述离合器输入传递到所述离合器输出。指示正在传递扭矩或者在接合所述离合装置的负滑差速度可以从所述离合器输出传递到所述离合器输入。
所述方法还可以包括以下步骤：
确定所述车辆的动力源与所述车辆的所述变速器之间的第一扭矩传递方向，其中所述第一扭矩传递方向是(i)朝向所述动力源的扭矩传递和(ii)朝向车辆输出的扭矩传递中的一个；
基于所述第二离合装置的当前状态来确定所述第二离合装置的输入与输出之间的第二扭矩传递方向，其中所述第二离合装置的输入与所述动力源联接或选择性地联接，并且其中所述第二离合装置的输出与所述车辆输出驱动地接合或选择性地与所述车辆输出驱动地接合，其中所述第二扭矩传递方向是(i)朝向所述动力源的扭矩传递和(ii)朝向所述车辆输出的扭矩传递中的一个；
将所述第一扭矩传递方向和所述第二扭矩传递方向进行比较；以及
基于所述比较的结果来控制所述第二离合装置的状态。
例如，仅当发现所述第一扭矩传递方向和所述第二扭矩传递方向相等时，才可以执行通过改变所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态的步骤。
确定所述第一扭矩传递方向可以包括：确定扭矩变换器的涡轮部分与泵轮部分之间的速度比，所述扭矩变换器将所述动力源与所述变速器联接或选择性地联接。附加地或可替代地，确定所述第一扭矩传递方向可以包括：确定将所述动力源与所述变速器联接的轴的扭转偏向的量值和/或方向。
类似地，确定所述第二扭矩传递方向可以包括：确定所述第二离合装置的输入的当前速度和/或旋转方向，以及确定所述第二离合装置的输出的当前速度和/或旋转方向。
如果上述比较的结果是所述第一扭矩传递方向和所述第二扭矩传递方向彼此相对，则通过改变所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态的步骤可以包括：例如通过反转所述第二离合装置的滑差速度的符号来反转所述第二扭矩传递方向。
所述方法还可以包括以下步骤：通过使用用于所述第二离合装置的第一前馈接合压力曲线执行第一前馈控制程序来增加所述第二离合装置的接合压力。所述第一前馈曲线可以包括自适应端点。可以基于所述第二离合装置的当前输入扭矩来确定所述第一前馈曲线。
所述方法还可以包括通过执行以下中的至少一个来减少所述第一离合装置的接合压力的步骤：
第二反馈控制程序，其使用所述第一离合装置的滑差速度作为第二过程变量，并使用所述第一离合装置的接合压力作为第二控制变量；以及
第二前馈控制程序，其使用用于所述第一离合装置的第二前馈接合压力曲线。
如果或者一旦所述第一扭矩传递方向等于所述第二扭矩传递方向，则可以执行减少所述第一离合装置的接合压力和/或增加所述第二离合装置的接合压力。
由于所述离合器轴的旋转，考虑到在所述第一和/或第二离合装置中积聚的动态压力，使上述前馈压力曲线减小/可以减小平均动态压力，其中所述平均动态压力
Figure GDA0002719166130000041
优选根据以下来计算：
Figure GDA0002719166130000042
其中ω是所述离合器轴的角速度，Ri,Ro,Rp是所述离合器活塞的局部半径、内半径和外半径以及油管线管道半径，ρ是所述变速器内部的油(自动变速器油)的密度。
此外，目前提出了一种用于控制车辆变速器的变速器控制器，其中所述变速器控制器被配置成执行上述方法。
目前提出的车辆传动系包括：
动力源；
变速器，其与所述动力源驱动地接合或选择性地驱动地接合；
车辆输出，其与所述变速器驱动地接合或选择性地驱动地接合；以及
以上提及的变速器控制器。
所述变速器包括具有第一输入和第一输出的第一离合装置以及具有第二输入和第二输出的第二离合装置，其中所述第一输入与所述第二输入驱动地接合并且其中所述第一输出与所述第二输出驱动地接合。
所述传动系还可以包括流体联接装置，具体是扭矩变换器，所述流体联接装置将动力源与所述变速器联接或选择性地联接，具体是与所述第一输入和所述第二输入联接。
附图说明
当根据附图考虑以下详细描述时，本领域技术人员将容易理解目前提出的主体的上述优点以及其他优点，在所述附图中：
图1示出了目前提出的车辆传动系的实施例，其中传动系包括变速器和用于控制变速器的控制器；
图2示出了说明对图1的变速器进行换挡的方法的实施例的不同阶段的流程图，换挡程序包括将扭矩传递从分离(off-going)离合器移交到接合(on-coming)离合器；
图3示出了在图2的换挡程序期间分离离合器和接合离合器中的压力曲线的实施例；
图4示出了在压力下降阶段期间分离离合器中的压力曲线的实施例；
图5示出了在填充阶段期间接合离合器中的压力曲线的实施例；
图6示出了在重叠阶段期间接合离合器中的压力曲线的实施例；
图7示出了在压力释放阶段期间分离离合器中的压力曲线的实施例；以及
图8示出了在锁定阶段期间接合离合器中的压力曲线的实施例。
具体实施方式
图1示出了传动系1的实施例。传动系1包括动力源2(诸如内燃机或电发动机)、变速器(也可译作“传动装置”)3、扭矩变换器4、车辆输出或输出惯性5、以及与变速器3通信以用于控制变速器3的变速器控制器6。变速器3通过扭矩变换器4联接或选择性地联接到动力源2。扭矩变换器4包括联接到动力源2的泵轮部分4a和联接到变速器3的涡轮部分4b。通常，扭矩变换器4还包括定子部分(未示出)。锁止离合器(lockup clutch)4c被配置成选择性地将扭矩变换器4的泵轮部分4a锁定到涡轮部分4b，以例如避免或减小损失。此外，变速器3与车辆输出5驱动地接合或选择性地驱动地接合。例如，车辆输出5可以包括驱动轴、驱动桥、差速器、主减速器和一个或多个车轮中的至少一个。
变速器3包括通过滚筒轴(drum shaft)7彼此联接的第一变速器级3a和第二变速器级3b。第一变速器级3a分别包括离合装置8a-c和速度比9a-c，其中离合装置8a-c和速度比9a-c并联布置在涡轮4b与滚筒轴7之间，以分别提供涡轮4b与滚筒轴7之间的选择性的驱动接合。类似地，第二变速器级3b分别包括离合装置10a-c和速度比11a-c，其中离合装置10a-c和速度比11a-c并联布置在滚筒轴7与车辆输出5之间，以分别提供滚筒轴7与车辆输出5之间的选择性的驱动接合。应当理解的是，速度比9a-c可以在涡轮4b与滚筒轴7之间提供不同的传动比和/或不同的相对旋转方向。类似地，应当理解的是，速度比11a-c可以在滚筒轴7与车辆输出5之间提供不同的传动比和/或不同的相对旋转方向。
离合装置8a-c、10a-c中的每一个具有面向动力源2的输入和面向车辆输出5的输出。如12处所指示的，第一变速器级3a的离合装置8a-c的输入彼此机械联接。也就是说，离合装置8a-c中的一个输入的旋转导致离合装置8a-c的其他输入的旋转。如13处所指示的，第一变速器级3a的离合装置8a-c的输出彼此机械联接。也就是说，离合装置8a-c中的一个输出的旋转导致离合装置8a-c的其他输出的旋转。如14处所指示的，第二变速器级3b的离合装置10a-c的输入彼此机械联接。也就是说，离合装置10a-c中的一个输入的旋转导致离合装置10a-c的其他输入的旋转。如15处所指示的，第二变速器级3b的离合装置10a-c的输出彼此机械联接。也就是说，离合装置10a-c中的一个输出的旋转导致离合装置10a-c的其他输出的旋转。
传动系1还可包括与控制器6通信的一个或多个速度传感器(未示出)，例如用于测量以下中的一些或全部：泵轮部分4a、涡轮部分4b的转速和/或旋转方向，离合装置8a-c、10a-c和滚筒轴7的输入/输出。
应当理解的是，图1中描绘的传动系1可以仅具有一个变速器级或者三个或更多个变速器级。还应当理解的是，传动系1的变速器级可以具有少于或多于三个的离合装置和传动比。然而，传动系1包括具有至少两个并联布置并彼此联接的离合装置的至少一个变速器级。
离合装置8a-c、10a-c中的一些或所有可以被配置为可通过改变离合器腔室中的液压来致动液压离合器(诸如湿板离合器)。液压离合器在汽车变速器领域中是众所周知的。而且，离合装置8a-c、10a-c中的一些或全部可以被配置为可电子致动的离合器。可电子致动的离合器在汽车变速器领域中同样是众所周知的。在这两种情况下，可以通过增加离合装置内部的接合压力(例如高于第一阈值压力)来接合或锁定离合装置的输入和输出。相反，可以通过减少或降低离合装置内部的接合压力(例如低于第二阈值压力)来脱离离合装置的输入和输出。
通过闭合每个变速器级3a、3b中的一个离合装置，可以在动力源2与车辆输出5之间传递扭矩和/或动力。换挡通常包括分别在至少一个变速器级3a、3b中的两个离合装置之间移交扭矩传递。例如，对变速器3进行换挡可以包括：将第一变速器级3a中的离合装置8a从接合状态转移到脱离状态，以及将相同变速器级3a中的离合装置8b从脱离状态转移到接合状态，其中接合和脱离过程通常在时间上重叠，例如至少部分地重叠。两个闭合的离合装置的每个组合(一个挡位组)具有不同的速度比，并且通过闭合对应的离合装置或离合器来选择该速度比。
该目前提出的方法涉及被使用或采用来操作变速器3中的离合器8a-c、10a-c以在相同级3a、3b中的两个离合器之间执行换挡或动力换挡的致动压力曲线，并且更确切地说，还可以涉及如何应对在这种换挡期间可能发生的固有的可变性的问题。
换挡或动力换挡通常可以被分解为至少三个连续阶段。针对升挡：加压(例如，填充)待接合的离合器(也表示接合离合器)、扭矩阶段和惯性阶段。针对降挡，后两个阶段通常将被倒置，并且在加压阶段(或者在液压离合器的情况下为填充阶段)之后，通常会有被称为扭矩方向阶段的附加阶段，其目的在于使流入变速器3的扭矩的方向和从变速器3流出的扭矩的方向相等。换言之，目前提出的方法基于流过变速器的扭矩的符号(估计)来解决在换挡期间采用上述序列中的第一者还是第二者的决定。
虽然这里应用于非公路应用，但本文件中描述的技术可以用于控制使用可致动离合器的任何装置。例如，这些离合器可以是用电动液压比例阀或者通过使用具有电动执行器(electric actuator)的滚珠坡道来驱动的湿板离合器。
在给定图1中描绘的变速器3的布局的情况下，在动力源1与车辆输出5之间通常存在许多可能的机械路径，并且甚至可能存在从一个机械变压器路径换挡到另一个机械变压器路径的更多可能情况。
然而，为了成功的换挡，应当优选满足一些要求。例如，动力源1与车辆输出5之间的扭矩的扭矩流应当优选是不中断的，或者在换挡期间，流入和流出变速器3的扭矩应当优选不改变方向。另一个要求是，在改变外部因素的影响下具有高换挡质量。这里，换挡的质量与传动系输出扭矩的不连续的数量(也称为跳跃(jerk))有关，因为它与车辆加速度直接相关。实际上，从驾驶员的角度来看，在换挡期间发生的加速度不连续或中断可能被经历作为低质量换挡。
假设存在从扭矩变换器(也简称为TC)4到车辆输出5的闭合机械路径。这意味着在变速器3的每个级3a、3b中，仅分别闭合离合器8a-c、9a-c中的一个。传递扭矩量及其方向通常可以通过基于变速器3的布局和可能的附加规格的一组动态方程来描述。当要求换挡时，经由粘着分离离合器传递的扭矩流的方向是非常重要的，其中术语“分离离合器”是指在换挡过程开始时闭合或接合并且在换挡过程期间打算开放或脱离的离合装置(例如离合器8a)。它与经由TC 4传递的扭矩流的方向直接相关并因此仅使用后者。如果对(滑动)接合离合器施加压力(例如对离合器8b施加压力)，则经由接合离合器8b传递或要经由接合离合器8b传递的扭矩流的方向由接合离合器8b的输入和输出的速度和旋转方向来确定。如果经由接合离合器8b传递或要经由接合离合器8b传递的扭矩流的方向等于经过TC 4传递的扭矩流的方向，则压力可以毫无问题地施加到接合离合器8b。然而，如果经由TC 4传递以及经由接合离合器8b传递或要经由接合离合器8b传递的扭矩流的方向不相等，则对接合离合器8b加压可能导致不平稳的换挡。
要应用于分离离合器8a和接合离合器8b两者的最佳压力曲线可以取决于许多状况，诸如：润滑剂(通常为油)的温度、变速器油的类型、车辆的负荷、道路状况、驾驶员加速踏板位置、变速器的使用年限、离合器的磨损等。这些影响中的一些是在变速器使用寿命期间缓慢变化的过程，诸如磨损；其他的是快速变化的，诸如油温或道路状况。
为了应对这些不同的状况，目前提出的换挡方法可以包括开环、前馈、反馈和学习控制过程的混合。由于换挡操作可能受许多因素和/或状况的影响，因此在所有情况下都获得平稳且快速的换挡而不依赖于复杂控制器逻辑并非易事。虽然换挡是可变的，但优选的是实现一种与大量换挡类型或优选地与所有换挡类型一起工作的通用换挡策略。为此目的，目标是实现一种优选适用于所有可能的换挡的通用策略。
目前提出的方法提供了在变化状况下在变速器中执行换挡的问题的解决方案。本文描述的目前提出的方法的实施例包括用于接合离合器8b和分离离合器8a两者的进程逻辑。在该逻辑流程内，可以执行有助于在换挡期间应对可变状况的若干控制程序。这些控制程序可以包括前馈、反馈或开环控制程序中的至少一个。
为了成功执行这些不同的换挡，应当优选地满足特定要求。例如，一些换挡类型可能要求改变扭矩方向，然而其他换挡类型不要求。图2示出了描绘根据当前提出的方法的通用换挡策略的实施例的流程图。它为接合离合器8b和分离离合器8a两者提供换挡逻辑。这里和以下的重复特征由相同的附图标记指定。
当控制器6未接收到换挡请求时，逻辑处于等待状态16并且当前致动的离合器保持加压。当接收到换挡请求时，控制器6同时为接合离合器8b和分离离合器8a两者启动逻辑序列。在图2中，左侧描绘了分离离合器逻辑并且右侧描绘了接合离合器逻辑。在图2的右端，示出了时间条17，其指示分离离合器8a和接合离合器8b同步的时间点。在程序可以行进到下一阶段之前，分离离合器8a和接合离合器8b都必须同步。时间条17指示：
-控制器6在换挡请求后同时启动接合离合器逻辑和分离离合器逻辑两者；
-控制器6同时启动用于接合离合器8b的重叠阶段18b和用于分离离合器8a的重叠阶段18a；以及
-控制器6同时结束用于接合离合器8b的重叠阶段18b和用于分离离合器8a的重叠阶段18a。
控制器6通过填充阶段19启动接合离合器逻辑。在填充阶段19期间，控制器6对接合离合器8b进行加压或填充，以将接合离合器置于可通过离合器传递扭矩的状态。控制器6以某个设定压力曲线用变速器油填充接合离合器8b。这是开环控制。控制器6在稳定阶段开始时结束填充阶段，在所述稳定期间控制器6将接合离合器8b的压力保持在吻合压力，其中术语吻合压力是指离合器的输入和输出仅仅接触但没有扭矩可以传递通过离合器的离合器压力的值。控制器6将压力保持在吻合压力，直到控制器结束分离离合器8a的扭矩方向阶段(如果控制器6执行扭矩方向阶段20)。
控制器6通过下降阶段21启动分离离合器逻辑。在下降阶段21期间，控制器6将分离离合器8a的压力从其初始值减少到离合器仍然粘着的值。尽管这是前馈控制过程，但如果控制器6检测到分离离合器8a正在滑动，则控制器6可以将控制逻辑切换到反馈控制过程。
当分离离合器8a的压力已经下降时，控制器6检查由接合离合器8a传递或要由接合离合器8a传递的扭矩流的方向是否与在动力源1与变速器3之间传递的扭矩流的方向相匹配。如果是，控制器6为接合离合器8b和分离离合器8a两者启动重叠阶段18。如果不是，则控制器6启动扭矩方向阶段20。在该阶段期间，控制器6使用接合离合器8b的滑差速度作为过程变量并使用分离离合器8a的压力作为控制变量来控制分离离合器8a的压力的改变，以在反馈控制过程中控制接合离合器8b的滑动。当经由接合离合器8b传递(或者在其关闭时传递)的扭矩流的方向等于经由TC 4传递的扭矩流的方向时，控制器6终止扭矩方向阶段20，使得控制器6可以启动重叠阶段18。
然后，控制器6同时启动用于接合离合器8b的重叠阶段18b和用于分离离合器8a的重叠阶段18a。在重叠阶段18期间，控制器6致使分离离合器8a将动力源1与车辆输出5之间的扭矩传递移交到接合离合器8b。用于接合离合器8b的重叠阶段是前馈控制过程，而用于分离离合器8a的重叠阶段是前馈和反馈控制过程两者。
在重叠阶段18之后，控制器6致使分离离合器8a进入分离释放阶段22，在所述分离释放阶段22期间，控制器6通过前馈控制过程将分离离合器8a的压力从其初始值减少到其最小值。控制器6控制接合离合器8b以进入同步阶段23。在同步阶段期间，控制器6使用反馈控制程序使接合离合器8b同步，所述反馈控制程序使用接合离合器8b的滑差速度作为过程变量并使用接合离合器8b中的压力作为控制变量。在控制器6终止接合离合器6的同步之后，控制器6启动锁定阶段，在所述锁定阶段期间，控制器6在开环控制过程中将接合离合器8b的压力从其初始值增加到其最大值。
当控制器6已经将分离离合器8a的压力减少到其最小压力并且已经将接合离合器8b的压力增加到其最大压力时，控制器6确定换挡已成功执行并使逻辑返回等待状态16。
除了双交换(double swap)之外，上述通用换挡方法适用于所有不同类型的换挡。
在下文中，稍微更详细地描述了如图2所描绘的方法的不同阶段。在图2中示意性描绘的方法的过程期间的分离离合器8a和接合离合器8a中的典型压力曲线在图3中示出。图3中突出显示了图2所示的不同阶段的开始和结束。
下降阶段
在下降阶段21期间，控制器6使用前馈曲线将分离离合器8a的压力减少到离合器8a刚好能够传递所需扭矩的值。控制器6可以使用所估计的通过扭矩变换器4传递的扭矩来从压力-扭矩表读取该压力值。下面进一步描述用于估计扭矩的方法。
当控制器6已经执行该控制程序到结束时，离合器8a的离合器片通常仍然接触并且未滑动。然而，如果控制器6在执行前馈曲线期间检测到任何滑动，则控制器6启动反馈控制过程，所述过程适配于离合器8a的压力以使得分离离合器8a保持在低滑动模式。在图4中描绘了控制器6用于在下降阶段21期间控制分离离合器8a的典型前馈压力曲线的实施例。
填充阶段
控制器6执行填充阶段19，以通过变速器油有效地填充接合离合器8b。在该阶段结束时，离合器片应当刚好处于其接触点处，而不处于会传递扭矩的位置。该点称为吻合点。将离合器8b保持在该位置所需的压力被称为吻合压力。用油来填充离合器及其进料管线所需的时间被称为填充时间。
在填充阶段19期间，由控制器6施加的控制程序是开环控制，其中以上提及的吻合压力和填充时间仅是两个变量。可从查找表中读取这些变量。进一步的细节可以从文件US9,109,645和US2014277978中推断出来，所述文件通过引用以其整体并入本文。在图5中描绘了在接合离合器8b中的填充阶段19期间由控制器6施加的典型压力曲线的实施例。
扭矩方向阶段
换挡过程通常可以分为两种不同的换挡类型。分类通常取决于系统的状态，并且更确切地说，取决于通过TC 4传递的扭矩流的方向以及通过接合离合器8b传递或要通过接合离合器8b传递的扭矩流的方向。
如果控制器6确定以上提及的扭矩流动方向相等，则控制器6跳过扭矩方向阶段20。然而，如果控制器6确定以上提及的扭矩流动方向彼此相反，则控制器6启动扭矩方向阶段20以便改变接合离合器8b的滑动方向。只要尚未发生这种情况，对接合离合器8b加压将导致将负扭矩施加到接合离合器8b。然而，由于分离离合器8a和接合离合器8b的输入和输出之间的联接12、13，控制器6可以通过改变分离离合器8a中的压力来反转接合离合器8b的滑差速度。当控制器6减小分离离合器8a中的压力时，离合器8a传递较小的扭矩，从而导致分离离合器8a的输入加速。以此方式，控制器6可以减小接合离合器8b的负滑差速度，直到接合离合器8b的滑差速度为正。
然而，随着分离离合器8a中的压力减小，分离离合器8a的输出扭矩同样减小。因此，应当优选实现以下两个目标之间的平衡：
-应当减少分离离合器压力以尽快反转接合离合器的滑动；以及
-应当优选保持输出扭矩以避免扭矩下降。
控制器6可以控制分离离合器8b以跟随滑差速度参考值-从当前值到具有相反符号的较小值的滑差速度曲线-使得可以实现时间与输出扭矩之间的平衡。为此，控制器6可以控制分离离合器8a的滑差速度，以减小分离离合器8a中的压力并且可以稍后使其再次增加以跟随该轨迹。当控制器6已经达到该状况(滑差速度符号被反转)时，对接合离合器8b施加压力导致正扭矩。这是控制器6可以启动重叠阶段18的时刻，在所述重叠阶段18期间，接合离合器8b接管分离离合器8a的扭矩。
经由TC传递的扭矩流的方向
如以上所提及的，经由TC 4传递的扭矩流的方向通常在换挡过程期间起重要作用。可以使用不同的方法来测量或估计该方向。所使用的方法无关紧要，只要其产生对变速器3处的输入扭矩的足够准确的估计即可。例如，经由TC 4传递的扭矩流的方向可以经由一个或多个传感器来测量，可以基于发动机或扭矩变换器特性来估计，或者可以基于描述该系统的动态方程来确定。这里通过使用扭矩变换器特性来说明该方法。
TC通常用下面所示的方程组很好地表征。Tp2000(泵速为2000rpm时的泵扭矩)和TR(增加泵扭矩以获得涡轮扭矩的扭矩比)(作为速度比的函数)是通常提供的特性。作为SR_TC的函数，它们可以简单地重新用作查找表。
Figure GDA0002719166130000131
经由滑动离合器传递的扭矩流的方向
控制器6可以基于TC 4的操作点估计扭矩方向。通常，针对扭矩变换器的速度比SRTC小于1的情况，扭矩方向为正(从ICE到输出)。这被称为传动(驱动)情况。针对SRTC>1，扭矩方向通常为负并且可以被称为制动情况。开关点(SRTC＝1)周围的一些小变化是可能的，因此通常优选通过在实际SRTC下使用Tp2000映射来获取扭矩，并提取所计算的涡轮扭矩的符号。如上所述，控制器6可以基于TC 4的操作点确定扭矩方向。
当选择新挡位时，可以根据下面所示的计算来确定在该离合器被致动时的扭矩方向。这通常不同于也可以提供的滑差速度定义。
nslip＝nin-nout；Tdir＝sign(nin)·sign(nslip)
为了反转接合离合器的扭矩方向，在离合器开始传递扭矩之前，通常必须反转接合离合器滑差速度的符号，例如通过控制分离离合器压力。
重叠阶段：接合离合器
在重叠阶段18期间，控制器6通常将接合离合器8B中的压力增加到离合器可以传递来自扭矩变换器4的所有扭矩的水平。为此，控制器6可以使用具有自适应端点的前馈曲线，其基于接合离合器8b的压力-扭矩关系。
接合离合器8b在该阶段期间通常处于滑动状态。然而，可以设想接合离合器8b已经开始粘着，因为接合离合器8b的滑差速度很小。在这种情况下，优选的是，控制器6保持接合离合器8b闭合，并快速增加压力以避免离合器8b再次开始滑动。然后，控制器6可以结束重叠阶段18并且启动用于接合离合器8b的同步阶段23和锁定阶段24。
然而，如果因为滑动的符号先前不正确而执行扭矩方向阶段20并且所述符号现在已经由控制器6校正，则滑差速度通常已经是很小的。在这种情况下，可以忽略所描述的状况以继续完成扭矩的移交。在图6中描绘了接合离合器8b的典型压力曲线的实施例。
重叠阶段：分离离合器
该阶段期间的目标通常是减小通过分离离合器8a传递的扭矩。可以从两个不同的先前阶段进入该阶段：
-如果扭矩方向正确，则从下降阶段21进入；以及
-如果扭矩方向先前不正确但现在已经被校正，则从扭矩方向阶段20进入。
在第一种情况下，分离离合器8a处于粘着或滑动状态，这取决于其离开下降阶段的方式。在第二种情况下，离合器8a必须是滑动状态。在两种情况下，控制器6通过使用恒定的滑差速度参考值(即在重叠阶段18开始时捕获的分离滑差速度值)来控制分离滑差速度。为了完全通用，反馈误差可以如下计算：
误差＝(ns,off-ns,off,capt)*sign(Ttur,capt)*sign(nin),
其中ns,off是分离滑差速度，ns,off,capt是在重叠开始时捕获的分离滑差速度，Ttur,capt是在重叠开始时捕获的涡轮扭矩，并且nin是离合器输入轴转速。
当控制器6增加接合压力以接管扭矩时，接合离合器8b中的压力通常将影响被反馈控制的分离离合器8a的滑差速度。因此，接合离合器8b中的压力也可能影响分离离合器8a中的压力。实际上，当接合离合器8b接管扭矩时，分离离合器8a的施加压力(当处于滑动状态时)可过太高，由此趋向于再次使分离离合器8a同步。因此，控制器6可以减小分离离合器8a中的压力以再次增加滑差速度。理想地，在重叠阶段18结束时，所有扭矩都已经被移交到接合离合器8b。
同时，可以向分离离合器施加前馈压力曲线，其目的在于，将其压力从其在阶段开始时的水平减少到离合器释放压力。
还可以计算最大前馈压力曲线，以便在其达到计算值的情况下迫使分离压力减少。理论上，在重叠阶段结束时，分离离合器的最大压力等于吻合压力。然而，由于整个系统中的各种滞后效应，应当使用比吻合压力更低的压力。该水平被称为释放压力并且可以设定为实际吻合压力的一部分。这通常允许将释放压力与吻合压力直接相关联，因为后者可以例如随着温度而变化。用于行进到下一阶段的退出状况通常包括：使分离压力到达释放压力水平。
同步阶段
在重叠阶段18结束时，接合离合器8b通常传递由扭矩变换器4产生但不一定同步的所有扭矩。在该阶段中，可以通过跟随平稳参考滑差速度轨迹来使接合离合器8b同步。对平稳地变为零的滑差速度参考值的跟踪允许以可能自然地限制机械跳跃的方式执行从滑动到粘着的转变。
分离离合器的释放阶段
通常，在该阶段期间的目标是使分离离合器8a的压力为零，并且在一些情况下，将扭矩从分离离合器8a移交到接合离合器8b。
该部分通常使用从重叠控制器的最后压力值开始的前馈曲线。控制器6可以保持压力恒定持续一段时间并且然后可以达到释放压力水平。然后，控制器6可以将压力进一步减小到零。
在大多数情况下，重叠的最后值已经是释放压力。在接合离合器在重叠阶段18中同步的情况下，分离离合器8a的捕获压力可以是更高的，并且扭矩仍必须从分离离合器8a传递到接合离合器8b。通过以平稳的方式减小分离离合器8a中的压力，可以将扭矩移交到接合离合器8b。因此，优选使该曲线平稳以应对这些情况。图7示出了在压力释放阶段期间分离离合器8a中的典型压力曲线的实施例。
锁定阶段
利用开环控制，控制器6可以将接合离合器8b的压力增加到最大压力(通常为20巴)，从而锁定离合器以进行无损扭矩传递。图8示出了在锁定阶段期间接合离合器8b中的典型压力曲线的实施例。
动态压力补偿
为了能够补偿可能在离合器中积聚并且可以是变速器轴速、离合器几何形状和油管线压力及直径的函数的动态压力，控制器6可以应用以下策略。
在所有阶段中以及在分离离合器和接合离合器上，可能存在通过离合器中的大量油的旋转而产生的动态压力。由于离心效应，该质量旋转通常在离合器活塞上产生力。离合器中的该动态压力可能在换挡的所有阶段期间产生干扰，因为它可能产生额外的压力，该额外的压力可能干扰接合离合器压力，这可能延迟分离离合器的打开。
为了补偿动态压力，控制器6可以在每个换挡期间实时计算估计并且可以从设定的压力曲线减小估计的压力值。可以使用以下关系来进行估计
Figure GDA0002719166130000171
其中ω是角轴速，
Figure GDA0002719166130000172
是由离心力而引起的离合器-活塞上的平均动压力，Ri,Ro,Rp是离合器活塞的局部、内部和外部的油管线管道半径，并且ρ是变速器油(自动变速器油)密度。还可以补偿在不同发动机转速下由油泵容量引起的压力变化(在更高的发动机转速下，油泵可能更强)。该模型可以用于扭矩转换器的LU离合器以及分离离合器和接合离合器以使控制器能够抵抗不同的轴速和油密度改变。此外，还考虑到离合器-活塞的几何形状和油管线直径。
如何处理各种换挡类型
在换挡过程期间，(TC的)扭矩方向可能改变，例如由于道路负荷的改变、节流阀的应用、换挡的性质(运动传动比)。换挡策略应当优选地能够应对这些情况。如果我们考虑到这些影响，则可以制作所有换挡类型的详尽清单。
不同的换挡类型由两个组合的词语定义，例如“驱动驱动”。第一词语指示系统在换挡开始时的状态并且第二词语是指换挡后的状态。“驱动”意味着正扭矩流(从发动机到输出)并且“制动”意味着负扭矩流量(从输出到发动机)。应当注意的是，在这种意义上，制动与应用车辆的制动器没有直接关系。它是指动力系对车辆的贡献。
总共可以定义10种换挡类型：
1.简单关闭(关闭1个离合器，不会构成从TC到外部的机械路径)。
2.启动(关闭构成从TC到外部的机械路径的离合器)。
3.驱动驱动升挡→升挡输出正扭矩。
4.驱动驱动降挡→“换抵挡”，用于获得更多牵引力。
5.制动制动升挡→沿下坡驱动，从而减小发动机转速和制动扭矩。
6.制动制动降挡→发动机制动增加，沿下坡增加发动机制动，防止发动机失速。
7.制动驱动升挡→在低速挡TC>1并且在高速挡TC<1。
8.制动驱动降挡→在高速挡TC>1并且在低速挡TC<1(非常不可能)。
9.驱动制动降挡→在高速挡TC<1并且在低速挡TC>1。
10.驱动制动升挡→在低速挡TC<1并且在高速挡TC>1(非常不可能)。
简单关闭
没有分离离合器。接合离合器执行填充、同步和锁定阶段。不需要重叠，这是因为没有分离离合器。因此，在这种情况下，同步可以在填充后直接开始。换挡以锁定阶段结束。
启动(launch)
没有分离离合器。因此，可以跳过这些部分。通常，仅需要用于接合离合器的工作流。通常，需要填充，不需要重叠，因为没有分离离合器。因此，在这种情况下，同步可以在填充后直接开始。换挡可以终止于锁定阶段。
驱动驱动升挡
在驱动驱动升挡情况下，输出扭矩在换挡前后为正。为确保在没有输出扭矩损失的情况下进行良好换挡，可以使用以下策略：
1.使分离离合器的压力下降，但将其保持在粘着状态并填充接合离合器。
2.执行重叠(扭矩)阶段，接合离合器接管来自分离离合器的扭矩。分离离合器在开始时仍处于粘着状态，并且其在重叠阶段可能开始滑动。在重叠阶段结束时，分离通常不再传递任何扭矩，并且压力等于或低于吻合压力。
3.将分离离合器中的压力的最后部分减小到零并使接合离合器同步。
驱动驱动降挡
驱动/驱动降挡是其中输出扭矩保持为正的降挡。当需要更大的牵引扭矩时，需要这种情况。
有关这种换挡类型的挑战是扭矩方向不相等。TC的方向是正的，这通常是期望的。然而，接合离合器的扭矩方向(低速挡)在换挡开始时是负的。必须采取一些措施以使接合离合器的扭矩方向为正。
该换挡可以包括以下步骤中的一个或多个：
1.使分离离合器中的压力下降，但将其保持在粘着状态并且已经填充接合离合器。
2.减小分离离合器中的压力并使分离离合器进入滑动。将接合离合器保持在吻合压力。通过改变扭矩方向的分离压力来控制接合离合器的滑动。
3.重叠，从分离离合器到接合离合器接管扭矩。
4.同步
5.使分离离合器中的压力下降，但将其保持在粘着状态并且已经填充接合离合器。
6.减小分离离合器中的压力并使分离离合器进入滑动。将接合离合器保持在吻合压力。通过控制分离离合器的压力来改变扭矩方向，从而控制接合离合器的滑动。
7.重叠，从分离离合器到接合离合器接管扭矩。但是这里接合离合器通常在重叠期间已经同步。
8.锁定接合离合器并减小分离离合器中的压力，以将扭矩交给闭合的离合器。
制动制动升挡/降挡
制动制动升挡可以包括与驱动驱动降挡相同的策略(参见上文)。制动制动降挡可以包括与驱动驱动升挡相同的策略(参见上文)。
制动驱动升挡/降挡
在制动驱动升挡情况下，输出扭矩在换挡开始时为负，并且在过程期间的某个点处改变符号。这可以对应于使用发动机制动器沿下坡行驶以及升挡以再次开始加速车辆。换挡过程开始，如同制动制动升挡(参见上文)，不同之处在于，在四个步骤中的一个步骤中，TC扭矩方向反转。
-如果在步骤1期间发生反转，则换挡可以像驱动驱动升挡一样进行。
-如果在步骤2期间发生反转，则释放分离离合器中的压力可能不会反转滑差速度符号。这通常由控制器检测，因为分离离合器中的压力可能达到吻合压力水平(或更低)。然后，它可以立即跳到同步阶段(步骤4)，因为分离离合器不再传递任何扭矩。
-如果在步骤3期间发生反转，则在步骤2后将滑差速度控制到低水平的事实可以帮助自动反转接合离合器的扭矩方向。通常，这对输出扭矩没有负面影响，因为在它改变符号的时刻，它也必然处于非常低的水平。取决于反转后的扭矩水平，接合离合器扭矩方向将非常快地与TC扭矩方向匹配，或者接合离合器将自动同步，从而有助于步骤4。
-如果在步骤4期间发生反转，则这只会使其更快。
通常，不太可能发生制动驱动降挡。它以制动制动降挡开始(参见上文)。通常，在分离离合器粘着时(其在同步之前是需要的)产生扭矩反转的唯一方法是：通过推动制动踏板来减慢涡轮轴速或通过推动加速踏板来加速发动机。如果分离离合器开始滑动，则通常有两种反转TC扭矩方向的可能情况：随后的涡轮轴减速将扭矩变换器从制动状况切换到驱动状态。如果在下降阶段期间发生反转，则换挡可以无缝地行进，如同驱动驱动降挡(参见上文)。如果在重叠期间发生反转，则这通常对输出扭矩没有负面影响，因为在它改变符号的时刻，它也必然处于非常低的水平。如果在同步期间发生反转，则这通常只会使其更快。
驱动制动降挡/升挡
在驱动制动降挡情况下，输出扭矩在换挡开始时为正并且在过程期间的某个点改变符号。这可以对应于在牵引力下驱动以及降挡，以使用发动机制动来减速车辆。
换挡过程可以开始，如同驱动驱动降挡(参见上文)，不同之处在于，在四个步骤中的一个步骤中，TC扭矩方向反转。这种情况是制动驱动升挡的双重情况并且相同评论适用，唯一的区别是：如果在步骤1期间发生反转(参见上文)，则“驱动驱动升挡”需要用“制动制动降挡”来替换。
通常，不太可能发生驱动制动升挡。该换挡可以开始，如同驱动驱动升挡(参见上文)，并且可能有两种触发该换挡的可能情况。首先，分离离合器在同步阶段之前开始滑动(这在该情况下是不希望的)，并且涡轮轴加速使扭矩变换器状况从驱动切换到制动。其次，由于发动机转速下降，扭矩变换器的扭矩方向反转。这通常意味着驾驶员在换挡过程中突然完全释放加速踏板(但分离离合器不需要滑动)。在任何情况下，如果在下降阶段期间发生反转，则换挡可以无缝地行进，如同制动制动升挡(参见上文)。如果在重叠期间发生反转，则这通常对输出扭矩没有负面影响，因为在它改变符号的时刻，它通常处于非常低的水平。如果在同步期间发生反转，则这通常只会使其更快。

Claims (14)

1.一种对包括第一离合装置(8a)和第二离合装置(8b)的车辆变速器(3)进行换挡的方法，其中所述第一离合装置(8a)的至少一部分与所述第二离合装置(8b)的至少一部分联接或被配置成与其联接，所述方法包括以下步骤：
接合所述第二离合装置(8b)，其中接合所述第二离合装置(8b)包括：通过改变所述第一离合装置(8a)的状态来控制所述第二离合装置(8b)的状态；
确定所述车辆的动力源(2)与所述车辆的所述变速器(3)之间的第一扭矩传递方向，其中所述第一扭矩传递方向是(i)朝向所述动力源(2)的扭矩传递和(ii)朝向车辆输出的扭矩传递中的一个；
基于所述第二离合装置(8b)的当前状态来确定所述第二离合装置(8b)的输入与输出之间的第二扭矩传递方向，其中所述第二离合装置(8b)的输入与所述动力源(2)联接或选择性地联接，并且其中所述第二离合装置(8b)的输出与所述车辆输出(5)驱动地接合或选择性地与所述车辆输出(5)驱动地接合，其中所述第二扭矩传递方向是(i)朝向所述动力源(2)的扭矩传递和(ii)朝向所述车辆输出(5)的扭矩传递中的一个；
将所述第一扭矩传递方向和所述第二扭矩传递方向进行比较；
基于比较的结果来控制所述第二离合装置(8b)的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当通过改变所述第一离合装置的状态来控制所述第二离合装置的状态时，存在这样的情况，即，没有扭矩和/或没有动力被传递通过所述第二离合装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述第一离合装置(8a)的状态包括：改变所述第一离合装置(8a)的接合压力，具体是降低所述第一离合装置(8a)的接合压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过改变所述第一离合装置(8a)的状态来控制所述第二离合装置(8b)的状态包括：执行第一反馈控制程序，所述第一反馈控制程序包括：使用所述第一离合装置(8a)的接合压力作为第一控制变量，和/或使用所述第二离合装置(8b)的滑差速度作为第一过程变量。
5.根据权利要求1所述的方法，
其中确定所述第一扭矩传递方向包括以下中的至少一个：
确定将所述动力源(2)与所述变速器(3)联接或选择性地联接的扭矩变换器(4)的涡轮部分(4b)与泵轮部分(4a)之间的速度比，以及
确定将所述动力源(2)与所述变速器(3)联接的轴的扭转偏向的量值和/或方向；和/或
其中确定所述第二扭矩传递方向包括：确定所述第二离合装置(8b)的输入的当前速度和/或旋转方向，以及确定所述第二离合装置(8b)的输出的当前速度和/或旋转方向。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述比较的结果是所述第一扭矩传递方向和所述第二扭矩传递方向彼此相对，则通过改变所述第一离合装置(8a)的状态来控制所述第二离合装置(8b)的状态的步骤包括：通过反转所述第二离合装置(8b)的滑差速度的符号来反转所述第二扭矩传递方向。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括以下步骤：通过使用用于所述第二离合装置(8b)的第一前馈接合压力曲线执行第一前馈控制程序来增加所述第二离合装置(8b)的接合压力，所述第一前馈接合压力曲线具有自适应端点，其中所述第一前馈接合压力曲线是基于所述第二离合装置(8b)的当前输入扭矩来确定的。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括通过执行以下中的至少一个来减少所述第一离合装置(8a)的接合压力的步骤：
第二反馈控制程序，其使用所述第一离合装置(8a)的滑差速度作为第二过程变量，并使用所述第一离合装置(8a)的接合压力作为第二控制变量，以及
第二前馈控制程序，其使用用于所述第一离合装置(8a)的第二前馈接合压力曲线。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中如果或者一旦所述第一扭矩传递方向等于所述第二扭矩传递方向，则执行减少所述第一离合装置(8a)的接合压力的步骤和/或增加所述第二离合装置(8b)的接合压力的步骤。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中由于离合器轴的旋转，考虑到在所述第一离合装置(8a)和/或第二离合装置(8b)中积聚的动态压力，使压力曲线减小平均动态压力，其中所述平均动态压力基于以下中的至少一个来计算：离合器轴的角速度、离合器活塞的局部半径、离合器活塞的内半径、离合器活塞的外半径、与离合器活塞流体连通的管道的半径、以及润滑剂的密度。
11.根据权利要求10所述的方法，所述润滑剂是所述离合器腔室内的自动变速器油。
12.一种用于控制车辆变速器(3)的变速器控制器(6)，其中所述变速器控制器(6)被配置成执行根据前述权利要求中一项所述的方法。
13.一种车辆传动系(1)，其包括：
动力源；
变速器(3)，其与所述动力源驱动地接合或选择性地驱动地接合；
车辆输出，其与所述变速器(3)驱动地接合或选择性地驱动地接合；以及
根据权利要求12所述的用于控制所述变速器(3)的变速器控制器(6)；
其中所述变速器(3)包括具有第一输入和第一输出的第一离合装置(8a)以及具有第二输入和第二输出的第二离合装置(8b)，其中所述第一输入与所述第二输入驱动地接合并且其中所述第一输出与所述第二输出驱动地接合。
14.根据权利要求13所述的传动系(1)，其还包括流体联接装置，具体是扭矩变换器，所述流体联接装置将动力源与所述变速器(3)联接或选择性地联接，具体是与所述第一输入和所述第二输入联接。
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