CN111810597A - 一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法 - Google Patents

一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,其特征在于,包括四个前进挡行星排和一个倒挡行星排,每个行星排包含两个离合器,当单个换挡油压作动时,其中一个离合器分离,同时另一个离合器接合,形成双态逻辑结构,可提高变速器的功率密度,简化变速器液压系统结构;该双态逻辑变速器换挡过程分为单油压作动下换挡和组合油压作动下换挡,通过分析离合器的转矩容量与油压的关系,以换挡时间为约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为评价指标,来优化单油压作动下升压曲线和单油压作动下降压曲线,并通过两者的组合确定组合油压作动下油压曲线组,可以显著降低换挡冲击度,减少离合器滑摩功,提高整车换挡品质。

Description

一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法
技术领域
本发明属于变速器控制技术领域,更确切地说,本发明涉及一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法。
背景技术
随着汽车节能减排的法律法规日益严苛和电子自动控制技术的不断提高,近年来车用自动变速器的装车率不断提高,自动变速控制能够合理的增减挡位,自动调整最佳的发动机工作区间从而满足工况行驶需求,能够显著降低驾驶员的工作强度,提高驾驶舒适性和改善燃油经济性。其中以行星齿轮传动的液力自动变速器凭借换挡平顺且动力不间断,控制实现容易等优点在乘用车上应用最为广泛,但以行星齿轮传动的液力自动变速器的传递功率和传动效率有限,在行驶驱动功率需求大,挡位多的车辆上难以推广,使其发展受到限制。
当前一些研究利用双态逻辑传动具有超多挡位的优势对行星排传递机构进行了再次开发,如专利号为CN 110939702A的发明专利公开了一种复合行星排汇流机构,该复合行星排汇流机构用于双态逻辑双流传动变速箱,通过纯机械四元件功率汇流机构,拓宽了变速器的传动范围,提高了传动效率,但是该专利没有提出如何去控制该复合行星排汇流机构工作,双态逻辑传动机构工作时仅由一路油压控制,相比传统变速器用两路油压分别控制两个离合器的接合与分离,双态逻辑传动在换挡过程会存在较大的冲击,这也是当前双态逻辑传动技术亟待解决的问题。
本发明提出的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,公开了一种双态逻辑变速器的内部结构及其工作原理,提高了变速器的传递效率和功率密度,并提出了如何控制双态逻辑变速器的换挡动作过程,以及如何优化换挡油压曲线来减小换挡冲击度和离合器滑摩功。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服传统行星排变速器功率密度低,换挡冲击度大等问题,根据双内啮合行星排传递效率高的特点,设计了一种双态逻辑变速器,并提出了该双态逻辑变速器的换挡过程控制方法。
为解决上述技术问题,本发明是采用如下技术方案实现的:所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,其特征在于,一种双态逻辑变速器包括行星排X1、行星排X2、行星排X3和行星排X4,行星排X1、行星排X2、行星排X3均为前进挡行星排,行星排X4 为倒挡行星排,行星排X1包括太阳轮S1、行星轮P1、齿圈R1、行星架CA1、离合器C1 和离合器C2,行星排X2包括太阳轮S2、行星轮P2、齿圈R2、行星架CA2、离合器C3和离合器C4,行星排X3包括太阳轮S3、行星轮P3、齿圈R3、行星架CA3、离合器C5和离合器C6,行星排X4包括太阳轮S4、行星轮P4、齿圈R4、行星架CA4、离合器C7和离合器C8,各行星排均为双内啮合行星排,各行星排中的行星轮均以内啮合的方式与对应的太阳轮和齿圈进行啮合;变速器动力输入端与行星排X1的齿圈R1相连,行星排X1的太阳轮S1 与行星排X2的太阳轮S2相连,行星排X2的齿圈R2与行星排X3的太阳轮S3相连,行星排X3的齿圈R3与行星排X4的行星架CA4相连,行星排X4的太阳轮S4与变速器动力输出端相连;
行星排中的换挡元件的组成均相同,换挡元件包括两个对侧分布的换挡元件1(1)、两个对侧分布的摩擦片1(2)、摩擦片2(3)、摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6),其中各换挡元件均为环形旋转元件;对于前进挡行星排,摩擦片4(5)与齿圈同步转动,摩擦片5(6)、摩擦片3(4)和摩擦片2(3)与行星架同步转动,换挡元件1(1)和摩擦片1 (2)均与变速器壳体相连,两个对侧分布的换挡元件1(1)之间布置回位弹簧,摩擦片3 (4)左侧与回位弹簧相连,换挡元件1(1)与摩擦片1(2)之间的初始间隙为m1,左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间的初始间隙为n1,右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4) 之间的初始间隙为n1,摩擦片2(3)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n1;当离合器Ci(i=1, 3,5)接合时,换挡油压推动两侧的换挡元件1(1)进而推动右侧的摩擦片1(2)与摩擦片 3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间分别产生压紧力,所有回位弹簧均压缩,同时摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间逐渐分离,此时行星架与齿圈分离,而与变速器壳体相连;当离合器Cj(j=2,4,6)接合时,卸去油压,所有回位弹簧复位,回位弹簧压紧摩擦片3(4)使其与摩擦片4(5)、摩擦片5(6)之间产生摩擦,同时右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)分别逐渐分离,换挡元件 1(1)和摩擦片1(2)均复位,此时行星架与变速器壳体分离,而与齿圈同步转动;对于倒挡行星排,摩擦片4(5)与行星架同步转动,摩擦片5(6)、摩擦片3(4)和摩擦片2(3) 与齿圈同步转动,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均与变速器壳体相连,两个对侧分布的换挡元件1(1)之间布置回位弹簧,摩擦片3(4)左侧与回位弹簧相连,换挡元件1(1)与摩擦片1(2)之间的初始间隙为m2,左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间的初始间隙为n2,右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n2,摩擦片2(3)与摩擦片 3(4)之间的初始间隙为n2;当离合器C7接合时,换挡油压推动两侧的换挡元件1(1)进而推动右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间分别产生压紧力,所有回位弹簧均压缩,同时摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间逐渐分离,此时齿圈与行星架分离,而与变速器壳体相连;当离合器C8接合时,卸去油压,所有回位弹簧复位,回位弹簧压紧摩擦片3(4)使其与摩擦片4(5)、摩擦片5(6)之间产生摩擦,同时右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)分别逐渐分离,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均复位,此时齿圈与变速器壳体分离,而与行星架同步转动。
根据权利要求1所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,其特征在于,所述双态逻辑变速器换挡过程控制方法包括:
所述双态逻辑变速器共有8个前进挡和8个倒挡,各个挡位切换的过程分为两类,分别为单油压作动下换挡和组合油压作动下换挡;
①单油压作动下换挡
1)换挡油压的初始作动时刻的确定
根据动力性换挡规则求出换挡时该节气门开度下的发动机转速,该发动机转速对应的时刻即为换挡油压的初始作动时刻;
2)求出离合器的转矩容量与油压的关系
每个行星排中有两个离合器,其中一个离合器的转矩容量随着油压的升高呈上升趋势,另一个离合器的转矩容量随着油压的升高呈下降趋势;
3)根据离合器的转矩容量与油压的关系确定消除间隙油压和摩擦转矩二次增长临界油压
对于转矩容量随着油压的升高呈上升趋势的离合器,该离合器的转矩容量从零开始增加时对应的油压为消除间隙油压,该离合器的转矩容量以第一个斜率增长结束时对应的油压为摩擦转矩二次增长临界油压;
4)单油压作动下升压曲线的确定
换挡油压初始值为零,当时间达到换挡油压的初始作动时刻,换挡油压直接升到消除间隙油压,该阶段为消除间隙阶段;然后油压曲线以一定斜率进行升压,直到换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压,该阶段为换挡过程中升压阶段,换挡过程中升压阶段时间为a;保持摩擦转矩二次增长临界油压不变作用一段时间,该阶段为换挡过程中油压保持阶段,换挡过程中油压保持阶段时间为b;换挡过程中油压保持阶段结束后,直接将换挡油压升高到系统工作油压,之后将换挡油压保持在系统工作油压;
单油压作动下升压曲线的优化方法为:控制换挡时间在2s或2s以内,即a+b≤2作为单油压作动下升压曲线求解的约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为换挡过程评价指标;首先保证油压保持阶段不出现换挡冲击,对于前进挡行星排,b的最优值=行星架锁止时刻-换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时刻,对于倒挡行星排,b的最优值=齿圈锁止时刻-换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时刻;在保证b值为最优值的条件下,研究a值与换挡冲击度和滑摩功的关系,设定换挡冲击度和滑摩功的权重系数为1:k,定义量化换挡品质=归一化换挡冲击度×换挡冲击度的权重系数+归一化滑摩功×滑摩功的权重系数,量化换挡品质最小时对应的a值即为a的最优值;
5)单油压作动下降压曲线的确定
换挡油压初始值为系统工作油压,当时间达到换挡油压的初始作动时刻,油压曲线以一定的斜率下降,该阶段为换挡降压阶段,换挡降压阶段的时间为c;当换挡油压降低至消除间隙油压时,换挡油压直接降低至零,该阶段为快速降压阶段,之后将换挡油压保持在零;
单油压作动下降压曲线的优化方法为:以c≤1作为单油压作动下降压曲线求解的约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为换挡过程评价指标,研究c值与换挡冲击度和滑摩功的关系,设定换挡冲击度和滑摩功的权重系数为1:k,定义量化换挡品质=归一化换挡冲击度×换挡冲击度的权重系数+归一化滑摩功×滑摩功的权重系数,量化换挡品质最小时对应的c值即为 c的最优值;
②组合油压作动下换挡
组合油压作动下换挡时换挡油压的初始作动时刻的确定方法与单油压作动下换挡时换挡油压的初始作动时刻的确定方法相同,组合油压作动下换挡的换挡油压曲线为单油压作动下升压曲线、单油压作动下降压曲线的组合,其中,单油压作动下升压曲线和单油压作动下降压曲线的优化方法与单油压作动下换挡时相同。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的双内啮合行星排具有较大的重合度和较高的传递效率,提高了行星齿轮的承载能力,同时提高了变速器的传递效率和功率密度;
2.本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法减小了行星元件的数量,不再需要均载装置,使用较少的元件即可实现8个前进挡和8个倒挡,有利于变速器结构的轻量化;
3.本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法使用一个油压即可实现单个行星排中两个离合器的同时作动,有利于简化变速器液压系统的结构,提高了换挡过程的安全性和可靠性;
4.本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法将双态逻辑变速器的换挡过程分为单油压作动下换挡和组合油压作动下换挡,且每个油压曲线都分阶段进行设计,使双态逻辑变速器的换挡过程更加清晰化、系统化;
5.本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法根据离合器转矩容量与油压的关系进行油压曲线的设计,以换挡时间为约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为优化目标,来确定换挡油压曲线中的未知量,大大降低了换挡冲击度,减小了离合器的产热量,提高了换挡品质。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明:
图1为本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的双态逻辑变速器的结构简图;
图2为本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的换挡元件的局部结构剖面图;
图3为本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的换挡过程控制方法流程图;
图4为本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的单个行星排中两离合器转矩容量与油压的关系示意图;
图5为本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的单油压作动下升压曲线设计图;
图6为本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中的单油压作动下降压曲线设计图。
图2中:1—换挡元件1;2—摩擦片1;3—摩擦片2;4—摩擦片3;5—摩擦片4;6—摩擦片5。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚,下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参阅图1,为解决现有技术问题,本发明提供一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,所述一种双态逻辑变速器包括行星排X1、行星排X2、行星排X3和行星排X4,行星排X1、行星排X2、行星排X3均为前进挡行星排,行星排X4为倒挡行星排,行星排X1包括太阳轮S1、行星轮P1、齿圈R1、行星架CA1、离合器C1和离合器C2,行星排X2包括太阳轮S2、行星轮P2、齿圈R2、行星架CA2、离合器C3和离合器C4,行星排X3包括太阳轮S3、行星轮P3、齿圈R3、行星架CA3、离合器C5和离合器C6,行星排X4包括太阳轮 S4、行星轮P4、齿圈R4、行星架CA4、离合器C7和离合器C8,各行星排均为双内啮合行星排,各行星排中的行星轮均以内啮合的方式与对应的太阳轮和齿圈进行啮合;变速器动力输入端与行星排X1的齿圈R1相连,行星排X1的太阳轮S1与行星排X2的太阳轮S2相连,行星排X2的齿圈R2与行星排X3的太阳轮S3相连,行星排X3的齿圈R3与行星排X4的行星架CA4相连,行星排X4的太阳轮S4与变速器动力输出端相连;
参阅图2,行星排中的换挡元件的组成均相同,换挡元件包括两个对侧分布的换挡元件1 (1)、两个对侧分布的摩擦片1(2)、摩擦片2(3)、摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片 5(6),其中各换挡元件均为环形旋转元件;对于前进挡行星排,摩擦片4(5)与齿圈同步转动,摩擦片5(6)、摩擦片3(4)和摩擦片2(3)与行星架同步转动,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均与变速器壳体相连,两个对侧分布的换挡元件1(1)之间布置回位弹簧,摩擦片3(4)左侧与回位弹簧相连,换挡元件1(1)与摩擦片1(2)之间的初始间隙为m1,左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间的初始间隙为n1,右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3 (4)之间的初始间隙为n1,摩擦片2(3)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n1;当离合器 Ci(i=1,3,5)接合时,换挡油压推动两侧的换挡元件1(1)进而推动右侧的摩擦片1(2) 与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间分别产生压紧力,所有回位弹簧均压缩,同时摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间逐渐分离,此时行星架与齿圈分离,而与变速器壳体相连;当离合器Cj(j=2,4,6)接合时,卸去油压,所有回位弹簧复位,回位弹簧压紧摩擦片3(4)使其与摩擦片4(5)、摩擦片5(6)之间产生摩擦,同时右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)分别逐渐分离,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均复位,此时行星架与变速器壳体分离,而与齿圈同步转动;对于倒挡行星排,摩擦片4(5)与行星架同步转动,摩擦片5(6)、摩擦片3(4)和摩擦片 2(3)与齿圈同步转动,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均与变速器壳体相连,两个对侧分布的换挡元件1(1)之间布置回位弹簧,摩擦片3(4)左侧与回位弹簧相连,换挡元件1(1) 与摩擦片1(2)之间的初始间隙为m2,左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间的初始间隙为n2,右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n2,摩擦片2(3)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n2;当离合器C7接合时,换挡油压推动两侧的换挡元件1(1) 进而推动右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间分别产生压紧力,所有回位弹簧均压缩,同时摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间逐渐分离,此时齿圈与行星架分离,而与变速器壳体相连;当离合器C8接合时,卸去油压,所有回位弹簧复位,回位弹簧压紧摩擦片3(4)使其与摩擦片4(5)、摩擦片5(6)之间产生摩擦,同时右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3) 分别逐渐分离,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均复位,此时齿圈与变速器壳体分离,而与行星架同步转动。
本发明所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法中双逻辑变速器各挡位及传动比,如表1所示。
表1双态逻辑变速器各挡位及传动比
挡位 行星排X1 行星排X2 行星排X3 行星排X4 传动比
前进1挡 k<sub>1</sub> 1 1 1 k<sub>1</sub>
前进2挡 k<sub>1</sub> k<sub>2</sub> 1 1 k<sub>1</sub> k<sub>2</sub>
前进3挡 1 1 1 1 1
前进4挡 1 k<sub>2</sub> 1 1 k<sub>2</sub>
前进5挡 k<sub>1</sub> 1 k<sub>3</sub> 1 k<sub>1</sub> k<sub>3</sub>
前进6挡 k<sub>1</sub> k<sub>2</sub> k<sub>3</sub> 1 k<sub>1</sub> k<sub>2</sub> k<sub>3</sub>
前进7挡 1 1 k<sub>3</sub> 1 k<sub>3</sub>
前进8挡 1 k<sub>2</sub> k<sub>3</sub> 1 k<sub>2</sub> k<sub>3</sub>
倒1挡 k<sub>1</sub> 1 1 -1 -k<sub>1</sub>
倒2挡 k<sub>1</sub> k<sub>2</sub> 1 -1 -k<sub>1</sub> k<sub>2</sub>
倒3挡 1 1 1 -1 -1
倒4挡 1 k<sub>2</sub> 1 -1 -k<sub>2</sub>
倒5挡 k<sub>1</sub> 1 k<sub>3</sub> -1 -k<sub>1</sub> k<sub>3</sub>
倒6挡 k<sub>1</sub> k<sub>2</sub> k<sub>3</sub> -1 -k<sub>1</sub> k<sub>2</sub> k<sub>3</sub>
倒7挡 1 1 k<sub>3</sub> -1 -k<sub>3</sub>
倒8挡 1 k<sub>2</sub> k<sub>3</sub> -1 -k<sub>2</sub> k<sub>3</sub>
(注:k1-表示行星排X1的特征参数;k2-表示行星排X2的特征参数;k3-表示行星排X3的特征参数)
参阅图3,本发明所述的双态逻辑变速器换挡过程控制方法包括,所述双态逻辑变速器共有8个前进挡和8个倒挡,各个挡位切换的过程分为两类,分别为单油压作动下换挡和组合油压作动下换挡;
①单油压作动下换挡
1)换挡油压的初始作动时刻的确定
根据动力性换挡规则求出换挡时该节气门开度下的发动机转速,该发动机转速对应的时刻即为换挡油压的初始作动时刻;
2)求出离合器的转矩容量与油压的关系
每个行星排中有两个离合器,其中一个离合器的转矩容量随着油压的升高呈上升趋势,另一个离合器的转矩容量随着油压的升高呈下降趋势;
3)根据离合器的转矩容量与油压的关系确定消除间隙油压和摩擦转矩二次增长临界油压
参阅图4,对于转矩容量随着油压的升高呈上升趋势的离合器,该离合器的转矩容量从零开始增加时对应的油压为消除间隙油压,该离合器的转矩容量以第一个斜率增长结束时对应的油压为摩擦转矩二次增长临界油压,该离合器产生摩擦转矩二次增长的原因是,换挡油压推动右侧换挡元件1(1)向左运动,使摩擦片1(2)与摩擦片3(4)接合,但由于摩擦片2(3)与摩擦片3(4)之间存在间隙,所以左侧摩擦片1(2)与摩擦片2(3)没有接合,只有油压达到摩擦转矩二次增长临界油压,左侧摩擦片1(2)与摩擦片2(3)才能继续接合,直到换挡油压达到系统工作油压,左侧摩擦片1(2)与摩擦片2(3)才能完全接合,进而导致在换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时,该离合器摩擦转矩出现二次增长;对于转矩容量随着油压的升高呈下降趋势的离合器,在未加换挡油压前,回位弹簧压紧摩擦片3(4),使其与摩擦片4(5)和摩擦片5(6)产生压紧力,进而使行星架与齿圈同步转动,在回位弹簧压紧力下,该离合器转矩容量为一定值,当换挡油压达到消除间隙油压时,换挡油压推动换挡元件1(1),使右侧摩擦片1(2)与摩擦片3(4)开始接合,右侧摩擦片1(2)对摩擦片3(4)的作用力抵消掉回位弹簧对摩擦片3(4)的压紧力,使该离合器的转矩容量瞬间降为零;
4)单油压作动下升压曲线的确定
参阅图5,换挡油压初始值为零,当时间达到换挡油压的初始作动时刻,换挡油压直接升到消除间隙油压,该阶段为消除间隙阶段;然后油压曲线以一定斜率进行升压,直到换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压,该阶段为换挡过程中升压阶段,换挡过程中升压阶段时间为a;保持摩擦转矩二次增长临界油压不变作用一段时间,该阶段为换挡过程中油压保持阶段,换挡过程中油压保持阶段时间为b,当换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时,右侧的摩擦片1(2)已经与摩擦片3(4)完全接合,此时行星架正在进行锁止,换挡过程中油压保持阶段是为了行星架在该阶段能够完成锁止过程,即完成换挡过程,如果换挡油压超过摩擦转矩二次增长临界油压,接合离合器的转矩容量会发生突增,该离合器的摩擦转矩也会发生突增,进而导致整个换挡过程产生较大冲击,所以在换挡完成前换挡油压要稳定在摩擦转矩二次增长临界油压,以避免产生较大的换挡冲击;换挡过程中油压保持阶段结束后,换挡过程完成,直接将换挡油压升高到系统工作油压,之后将换挡油压保持在系统工作油压;
单油压作动下升压曲线的优化方法为:控制换挡时间在2s或2s以内,即a+b≤2作为单油压作动下升压曲线求解的约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为换挡过程评价指标;首先保证油压保持阶段不出现换挡冲击,对于前进挡行星排,b的最优值=行星架锁止时刻-换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时刻,对于倒挡行星排,b的最优值=齿圈锁止时刻-换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时刻;在保证b值为最优值的条件下,研究a值与换挡冲击度和滑摩功的关系,设定换挡冲击度和滑摩功的权重系数为1:k,定义量化换挡品质=归一化换挡冲击度×换挡冲击度的权重系数+归一化滑摩功×滑摩功的权重系数,量化换挡品质最小时对应的a值即为a的最优值;
5)单油压作动下降压曲线的确定
参阅图6,换挡油压初始值为系统工作油压,当时间达到换挡油压的初始作动时刻,油压曲线以一定的斜率下降,该阶段为换挡降压阶段,换挡降压阶段的时间为c,;当换挡油压降低至消除间隙油压时,换挡油压直接降低至零,该阶段为快速降压阶段,之后将换挡油压保持在零;当换挡油压降低至消除间隙油压时,回位弹簧复位,弹簧力压紧摩擦片3(4),使摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间产生压紧力,接合离合器转矩容量瞬间达到最大,接合离合器转矩容量不存在缓慢上升的过程,所以行星架与齿圈开始滑转时,换挡油压已经为零,换挡完成的过程也发生在换挡油压为零的时间段,在固定弹簧力下,行星架与齿圈从开始滑转到同步转动的过程所经历的时间为定值,该换挡过程中唯一可控变量为 c值;
单油压作动下降压曲线的优化方法为:以c≤1作为单油压作动下降压曲线求解的约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为换挡过程评价指标,研究c值与换挡冲击度和滑摩功的关系,设定换挡冲击度和滑摩功的权重系数为1:k,定义量化换挡品质=归一化换挡冲击度×换挡冲击度的权重系数+归一化滑摩功×滑摩功的权重系数,量化换挡品质最小时对应的c值即为 c的最优值;
②组合油压作动下换挡
组合油压作动下换挡时换挡油压的初始作动时刻的确定方法与单油压作动下换挡时换挡油压的初始作动时刻的确定方法相同,组合油压作动下换挡的换挡油压曲线为单油压作动下升压曲线、单油压作动下降压曲线的组合,其中,单油压作动下升压曲线和单油压作动下降压曲线的优化方法与单油压作动下换挡时相同。
在上述说明的基础上可对该双态逻辑变速器中的双内啮合行星排及其换挡油压曲线做出多种其他组合、变型,这里不再对所有实施例组合给予穷举,而由此引申出的明显变化或改动仍属于本发明创造的保护范围之内,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,其特征在于,一种双态逻辑变速器包括行星排X1、行星排X2、行星排X3和行星排X4,行星排X1、行星排X2、行星排X3均为前进挡行星排,行星排X4为倒挡行星排,行星排X1包括太阳轮S1、行星轮P1、齿圈R1、行星架CA1、离合器C1和离合器C2,行星排X2包括太阳轮S2、行星轮P2、齿圈R2、行星架CA2、离合器C3和离合器C4,行星排X3包括太阳轮S3、行星轮P3、齿圈R3、行星架CA3、离合器C5和离合器C6,行星排X4包括太阳轮S4、行星轮P4、齿圈R4、行星架CA4、离合器C7和离合器C8,各行星排均为双内啮合行星排,各行星排中的行星轮均以内啮合的方式与对应的太阳轮和齿圈进行啮合;变速器动力输入端与行星排X1的齿圈R1相连,行星排X1的太阳轮S1与行星排X2的太阳轮S2相连,行星排X2的齿圈R2与行星排X3的太阳轮S3相连,行星排X3的齿圈R3与行星排X4的行星架CA4相连,行星排X4的太阳轮S4与变速器动力输出端相连;
行星排中的换挡元件的组成均相同,换挡元件包括两个对侧分布的换挡元件1(1)、两个对侧分布的摩擦片1(2)、摩擦片2(3)、摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6),其中各换挡元件均为环形旋转元件;对于前进挡行星排,摩擦片4(5)与齿圈同步转动,摩擦片5(6)、摩擦片3(4)和摩擦片2(3)与行星架同步转动,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均与变速器壳体相连,两个对侧分布的换挡元件1(1)之间布置回位弹簧,摩擦片3(4)左侧与回位弹簧相连,换挡元件1(1)与摩擦片1(2)之间的初始间隙为m1,左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间的初始间隙为n1,右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n1,摩擦片2(3)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n1;当离合器Ci(i=1,3,5)接合时,换挡油压推动两侧的换挡元件1(1)进而推动右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间分别产生压紧力,所有回位弹簧均压缩,同时摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间逐渐分离,此时行星架与齿圈分离,而与变速器壳体相连;当离合器Cj(j=2,4,6)接合时,卸去油压,所有回位弹簧复位,回位弹簧压紧摩擦片3(4)使其与摩擦片4(5)、摩擦片5(6)之间产生摩擦,同时右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)分别逐渐分离,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均复位,此时行星架与变速器壳体分离,而与齿圈同步转动;对于倒挡行星排,摩擦片4(5)与行星架同步转动,摩擦片5(6)、摩擦片3(4)和摩擦片2(3)与齿圈同步转动,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均与变速器壳体相连,两个对侧分布的换挡元件1(1)之间布置回位弹簧,摩擦片3(4)左侧与回位弹簧相连,换挡元件1(1)与摩擦片1(2)之间的初始间隙为m2,左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间的初始间隙为n2,右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n2,摩擦片2(3)与摩擦片3(4)之间的初始间隙为n2;当离合器C7接合时,换挡油压推动两侧的换挡元件1(1)进而推动右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)之间分别产生压紧力,所有回位弹簧均压缩,同时摩擦片3(4)、摩擦片4(5)和摩擦片5(6)之间逐渐分离,此时齿圈与行星架分离,而与变速器壳体相连;当离合器C8接合时,卸去油压,所有回位弹簧复位,回位弹簧压紧摩擦片3(4)使其与摩擦片4(5)、摩擦片5(6)之间产生摩擦,同时右侧的摩擦片1(2)与摩擦片3(4)、左侧的摩擦片1(2)与摩擦片2(3)分别逐渐分离,换挡元件1(1)和摩擦片1(2)均复位,此时齿圈与变速器壳体分离,而与行星架同步转动。
2.根据权利要求1所述的一种双态逻辑变速器及其换挡过程控制方法,其特征在于,所述双态逻辑变速器换挡过程控制方法包括:
所述双态逻辑变速器共有8个前进挡和8个倒挡,各个挡位切换的过程分为两类,分别为单油压作动下换挡和组合油压作动下换挡;
①单油压作动下换挡
1)换挡油压的初始作动时刻的确定
根据动力性换挡规则求出换挡时该节气门开度下的发动机转速,该发动机转速对应的时刻即为换挡油压的初始作动时刻;
2)求出离合器的转矩容量与油压的关系
每个行星排中有两个离合器,其中一个离合器的转矩容量随着油压的升高呈上升趋势,另一个离合器的转矩容量随着油压的升高呈下降趋势;
3)根据离合器的转矩容量与油压的关系确定消除间隙油压和摩擦转矩二次增长临界油压对于转矩容量随着油压的升高呈上升趋势的离合器,该离合器的转矩容量从零开始增加时对应的油压为消除间隙油压,该离合器的转矩容量以第一个斜率增长结束时对应的油压为摩擦转矩二次增长临界油压;
4)单油压作动下升压曲线的确定
换挡油压初始值为零,当时间达到换挡油压的初始作动时刻,换挡油压直接升到消除间隙油压,该阶段为消除间隙阶段;然后油压曲线以一定斜率进行升压,直到换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压,该阶段为换挡过程中升压阶段,换挡过程中升压阶段时间为a;保持摩擦转矩二次增长临界油压不变作用一段时间,该阶段为换挡过程中油压保持阶段,换挡过程中油压保持阶段时间为b;换挡过程中油压保持阶段结束后,直接将换挡油压升高到系统工作油压,之后将换挡油压保持在系统工作油压;
单油压作动下升压曲线的优化方法为:控制换挡时间在2s或2s以内,即a+b≤2作为单油压作动下升压曲线求解的约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为换挡过程评价指标;首先保证油压保持阶段不出现换挡冲击,对于前进挡行星排,b的最优值=行星架锁止时刻-换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时刻,对于倒挡行星排,b的最优值=齿圈锁止时刻-换挡油压达到摩擦转矩二次增长临界油压时刻;在保证b值为最优值的条件下,研究a值与换挡冲击度和滑摩功的关系,设定换挡冲击度和滑摩功的权重系数为1:k,定义量化换挡品质=归一化换挡冲击度×换挡冲击度的权重系数+归一化滑摩功×滑摩功的权重系数,量化换挡品质最小时对应的a值即为a的最优值;
5)单油压作动下降压曲线的确定
换挡油压初始值为系统工作油压,当时间达到换挡油压的初始作动时刻,油压曲线以一定的斜率下降,该阶段为换挡降压阶段,换挡降压阶段的时间为c;当换挡油压降低至消除间隙油压时,换挡油压直接降低至零,该阶段为快速降压阶段,之后将换挡油压保持在零;
单油压作动下降压曲线的优化方法为:以c≤1作为单油压作动下降压曲线求解的约束条件,以换挡冲击度和滑摩功为换挡过程评价指标,研究c值与换挡冲击度和滑摩功的关系,设定换挡冲击度和滑摩功的权重系数为1:k,定义量化换挡品质=归一化换挡冲击度×换挡冲击度的权重系数+归一化滑摩功×滑摩功的权重系数,量化换挡品质最小时对应的c值即为c的最优值;
②组合油压作动下换挡
组合油压作动下换挡时换挡油压的初始作动时刻的确定方法与单油压作动下换挡时换挡油压的初始作动时刻的确定方法相同,组合油压作动下换挡的换挡油压曲线为单油压作动下升压曲线、单油压作动下降压曲线的组合,其中,单油压作动下升压曲线和单油压作动下降压曲线的优化方法与单油压作动下换挡时相同。
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