CN112901763B - 一种变速箱的控制方法、控制系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变速箱的控制方法、控制系统及车辆，属于车辆领域。该控制方法包括：采集车辆当前的转动方向信息和所述变速箱当前的挡位信息，所述转动方向信息包括车轮的转动方向信息、所述泵轮的转动方向信息和所述涡轮的转动方向信息中的一个或多个；根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比，所述真实速比包括正速比和负速比；根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数；根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值；控制所述发动机的输出扭矩不超过所述目标输出扭矩上限值本发明的控制方法、控制系统及车辆能够在所有使用工况下保证变速箱的硬件耐久性。

Description

一种变速箱的控制方法、控制系统及车辆
技术领域
本发明属于车辆领域，特别是涉及一种变速箱的控制方法、控制系统及车辆。
背景技术
在汽车动力系统中，变速箱负责传递动力。在带液力变矩器的自动变速箱系统中，发动机的输出轴通过液力变矩器接变速箱输入轴。变速箱在设计时规定了各档的最大输入扭矩。该最大扭矩由变速箱硬件决定的，用于保证变速箱输入扭矩满足设计状态，保护变速箱硬件不因扭矩过大而损坏，该扭矩称为最大变速箱输入扭矩。发动机输出轴连接液力变矩器泵轮，液力变矩器涡轮连接变速箱输入轴，泵轮和涡轮之间充满油液，在起步和低速阶段液力变矩器具有扭矩放大的作用。在起步阶段，涡轮转速泵轮转速比较小，扭矩放大系数大于1，即变速箱输入扭矩大于发动机扭矩。变速箱要求变速箱输入扭矩在任何情况下都不应该超过最大变速箱输入扭矩，因此变速箱控制单元(TCU)需要根据最大变速箱输入扭矩和液力变矩器扭矩放大系数计算得到发动机限扭，然后通过CAN总线告诉发动机控制单元(ECU)按照此扭矩输出。
目前变速箱一般只考虑涡轮泵轮转速比为正值时的情况。但是实际情况是当车辆处于R档向前溜坡工况下，因为涡轮为反转状态，此时实际涡轮泵轮速度比(i)为负值。因变速箱涡轮转速传感器不能识别方向，且变速箱限扭策略上也未考虑此时的增扭特性，导致实际变速箱限扭仅按照当下速比绝对值的增扭特性进行发动机扭矩限制。导致实际发动机扭矩放大后的涡轮扭矩远超出变速箱可承受最大涡轮扭矩，从变速箱角度来说，这种特定的情况下有硬件损坏的风险。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种变速箱的控制方法，能够在所有使用工况下保证变速箱的硬件耐久性。
本发明的进一步的一个目的是要在不增加成本的基础上确保变速箱的硬件耐久性。
本发明第二方面的一个目的是提供一种变速箱的控制系统，能够在所有使用工况下保证变速箱的硬件耐久性。
本发明第三方面的一个目的是提供一种包括上述变速箱的控制系统的车辆。
特别地，本发明提供了一种变速箱的控制方法，用于设有液力变矩器的车辆，所述液力变矩器包括与发动机的输出轴相连的泵轮以及与所述变速箱的输入轴相连的涡轮，所述控制方法包括：
采集车辆当前的转动方向信息和所述变速箱当前的挡位信息，所述转动方向信息包括车轮的转动方向信息、所述泵轮的转动方向信息和所述涡轮的转动方向信息中的一个或多个；
根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比，所述真实速比包括正速比和负速比；
根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数；
根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值；
控制所述发动机的输出扭矩不超过所述目标输出扭矩上限值。
可选地，根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比的步骤，包括：
根据所述转动方向信息和所述挡位信息判断所述车辆是否处于目标工况，所述目标工况包括所述车辆处于向前行驶状态且所述变速箱处于倒挡、或所述车辆处于向后行驶状态且所述变速箱处于前进挡；
在所述车辆处于目标工况时将所述液力变矩器的真实速比确定为负速比，否则，将所述液力变矩器的真实速比确定为正速比。
可选地，根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数的步骤具体包括：
查找所述液力变矩器的增扭特性图中与所述真实速比相对应的扭矩放大系数，所述增扭特性图用于反映所述液力变矩器的真实速比和扭矩放大系数的对应关系；其中
所述增扭特征图是通过对所述液力变矩器进行正转和反转的标定试验获得的数据进行整理得来的。
可选地，所述增扭特性图中，所述负速比对应的负向扭矩放大系数中的最小值大于所述正速比正向扭矩放大系数中的最大值。
可选地，所述增扭特性图中，所述负速比对应的负向扭矩放大系数的增长率大于所述正速比正向扭矩放大系数的增长率。
可选地，根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值的步骤，包括：
所述目标输出扭矩上限值为所述变速箱当前的输入扭矩上限值与所述扭矩放大系数的商。
特别地，本发明还提供了一种变速箱的控制系统，用于控制设有液力变矩器的车辆，所述液力变矩器包括与发动机的输出轴相连的泵轮以及与所述变速箱的输入轴相连的涡轮，所述控制系统包括：
转向采集单元，用于采集车辆当前的转动方向信息，所述转动方向信息包括车轮的转动方向信息、所述泵轮的转动方向信息和所述涡轮的转动方向信息中的一个或多个；
挡位信息采集单元，用于采集所述变速箱当前的挡位信息；
控制器，与所述转向采集单元和所述挡位信息采集单元均相连，用于根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比，所述真实速比包括正速比和负速比，并根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数，所述控制器还用于根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值，以控制所述发动机的输出扭矩不超过所述目标输出扭矩上限值。
可选地，所述转向采集单元包括用于采集车辆的转动方向信息的车轮转速传感器、用于采集所述泵轮的转动方向信息的泵轮转速传感器和用于采集所述涡轮的转动方向信息的涡轮转速传感器的一种或多种。
特别地，本发明还提供了一种车辆，包括发动机、液力变矩器、变速箱以及上述的变速箱的控制系统。
本发明通过采集车轮、泵轮或涡轮的转动方向信息可以确定液力变矩器中的泵轮和涡轮的转动方向，通过将该转动方向可以通过对液力变矩器的速比的正负来体现。然后在根据可以体现正负的真实速比去查询相应的当前的扭矩放大系数，以当前的扭矩放大系数来计算发动机的目标输出扭矩上限值。这样在发动机进行输出时，可以约束发动机的输出扭矩不超过该目标输出扭矩上限值，从而达到保证变速箱硬件不被损坏的目的，特别是在液力变矩器处于反转状态时也能保护变速箱的硬件，使其在所有使用工况下的硬件耐久性能。
进一步地，当只采集车轮的转动方向信息时，只需要利用车辆原有的车轮转速传感器即可，而不需要改变当前变速箱涡轮转速传感器硬件(现有技术中车辆会设置变速箱涡轮转速传感器来识别涡轮的转速，但不能识别转动方向)，即在不增加成本的基础上确保了变速箱的硬件耐久性。
进一步地，本发明中的试验数据证实，自动变速箱液力变矩器负向增扭特性远大于正向时增扭特性。因此在扭矩控制过程中区分速比的正负是很重要的，将会对是否能够真正保护变速箱硬件起到效果。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的变速箱输入扭矩控制方法的流程图；
图2是根据本发明另一个实施例的变速箱输入扭矩控制方法的流程图；
图3是根据本发明一个实施例的车辆的液力变矩器的增扭特性图；
图4是根据本发明一个实施例的变速箱输入扭矩控制系统的连接框图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的变速箱输入扭矩控制方法的流程图。本发明提供了一种变速箱输入扭矩控制方法，用于设有液力变矩器的车辆，液力变矩器包括与发动机的输出轴相连的泵轮以及与变速箱的输入轴相连的涡轮。如图1所示，一个实施例中，变速箱输入扭矩控制方法包括：
步骤S10：采集车辆当前的转动方向信息，转动方向信息包括车轮的转动方向信息、泵轮的转动方向信息和涡轮的转动方向信息中的一个或多个。这里可以通过转速传感器设置在车轮、泵轮或涡轮处来采集相关的转动方向信息。当然也可以是其他能够采集转动方向的采集单元。
步骤S20：采集变速箱当前的挡位信息。即车辆处于P/R/N/D中的哪一个挡位。
步骤S30：根据转动方向信息和挡位信息确定液力变矩器当前的真实速比，真实速比包括正速比和负速比。由于车辆处于一些特殊工况时，液力变矩器中的泵轮和涡轮的转向可能会发生变化，可以通过真实速比的正负来确定液力变矩器中的泵轮和涡轮的真实转动方向。例如在正常的动力输出过程中，都是发动机带动泵轮转动，泵轮带动涡轮转动，涡轮再带动变速箱的输入轴转动，这种情况可认为速比为正速比。而在车辆处于一些特殊工况时，例如车辆处于R档向前溜坡工况下，涡轮为反转状态，此时实际涡轮泵轮速度比可以认为是负值。步骤30中可以通过自动变速箱控制单元(TCU)接收车轮方向信号，通过与变速箱档位比较，识别速比i正负值。
步骤S40：根据真实速比确定其对应的扭矩放大系数。由于对于一个确定的液力变矩器来说，其速比和扭矩放大系数是对应，因此可以依据这种对应关系以真实速比去查找对应的当前的扭矩放大系数。
步骤S50：根据扭矩放大系数和变速箱当前的输入扭矩上限值计算发动机的目标输出扭矩上限值。
步骤S60：控制发动机当前的输出扭矩不超过目标输出扭矩上限值。
本实施例中，通过采集车轮、泵轮或涡轮的转动方向信息可以确定液力变矩器中的泵轮和涡轮的转动方向，通过将该转动方向可以通过对液力变矩器的速比的正负来体现。然后在根据可以体现正负的真实速比去查询相应的当前的扭矩放大系数，以当前的扭矩放大系数来计算发动机的目标输出扭矩上限值。这样在发动机进行输出时，可以约束发动机的输出扭矩不超过该目标输出扭矩上限值，从而达到保证变速箱硬件不被损坏的目的，特别是在液力变矩器处于反转状态时也能保护变速箱的硬件，使其在所有使用工况下的硬件耐久性能。
进一步地，当只采集车轮的转动方向信息时，只需要利用车辆原有的车轮转速传感器11即可，而不需要改变当前变速箱涡轮转速传感器13硬件(现有技术中车辆会设置变速箱涡轮转速传感器13来识别涡轮的转速，但不能识别转动方向)，即在不增加成本的基础上确保了变速箱的硬件耐久性。
图2是根据本发明另一个实施例的变速箱输入扭矩控制方法的流程图。如图2所示，另一个实施例中，步骤S30包括：
步骤S31：根据转动方向信息和挡位信息判断车辆是否处于目标工况，目标工况包括车辆处于向前行驶状态且变速箱处于倒挡、或车辆处于向后行驶状态且变速箱处于前进挡，若是，进入步骤S32，否则进入步骤S33。
步骤S32：在车辆处于目标工况时将液力变矩器的真实速比确定为负速比。即真实速比i＝(-1)*涡轮转速/泵轮转速。
步骤S33：在车辆不处于目标工况时将液力变矩器的真实速比确定为正速比。即真实速比i＝涡轮转速/泵轮转速。这里的涡轮转速和泵轮转速均为正数，可以认为是在未设置能够辨别涡轮和泵轮转向的情况下的转速。
图3是根据本发明一个实施例的车辆的液力变矩器的增扭特性图。进一步的一个实施例中，步骤S40具体包括：查找液力变矩器的增扭特性图(参见图3)中与真实速比相对应的扭矩放大系数，即通过当前的真实速比去对应图3中的横坐标查询曲线上对应的纵坐标，该纵坐标即为当前的扭矩放大系数。增扭特性图用于反映液力变矩器的真实速比和扭矩放大系数的对应关系。其中，增扭特征图是通过对液力变矩器进行正转和反转的标定试验获得的数据进行整理得来的。如图3所示，负速比对应的负向扭矩放大系数中的最小值大于正速比正向扭矩放大系数的最大值。进一步地，负速比对应的负向扭矩放大系数的增长率大于正速比正向扭矩放大系数的增长率。如图3所示，正速比从0变化到0.9的过程中，正速比正向扭矩放大系数从1.9降低为1，负速比从0变化为-0.6时，负向扭矩放大系数从1.9变化为3。
也就是说，经试验证实，自动变速箱液力变矩器负向增扭特性远大于正向时增扭特性，不仅体现在扭矩放大系数的值的大小，还体现在其增长率上。因此也证实了在扭矩控制过程中区分速比的正负是很重要的，将会对是否能够真正保护变速箱硬件起到效果。
一个实施例中，步骤S50包括：
目标输出扭矩上限值为变速箱当前的输入扭矩上限值与扭矩放大系数的商。
变速箱控制单元(TCU)需要根据计算出的目标输出扭矩上限值通过CAN总线告诉发动机控制单元(ECU)按照此扭矩输出。
图4是根据本发明一个实施例的变速箱的控制系统的连接框图。本发明还提供了一种变速箱的控制系统，用于控制设有液力变矩器的车辆，液力变矩器包括与发动机的输出轴相连的泵轮以及与变速箱的输入轴相连的涡轮。如图4所示，变速箱输入扭矩控制系统系统包括转向采集单元10、挡位信息采集单元20和控制器30。转向采集单元10，用于采集车辆当前的转动方向信息，转动方向信息包括车轮的转动方向信息、泵轮的转动方向信息和涡轮的转动方向信息中的一个或多个。可选地，转向采集单元10包括用于采集车辆的转动方向信息的车轮转速传感器11、用于采集泵轮的转动方向信息的泵轮转速传感器12和用于采集涡轮的转动方向信息的涡轮转速传感器13的一种或多种。挡位信息采集单元20用于采集变速箱当前的挡位信息。控制器30与转向采集单元10和挡位信息采集单元20均相连。可选地，控制器30为变速箱控制单元，可以从CAN总线上收集变速器当前的挡位信息。控制器30用于根据转动方向信息和挡位信息确定液力变矩器当前的真实速比，真实速比包括正速比和负速比，并根据真实速比确定其对应的扭矩放大系数，控制器30还用于根据扭矩放大系数和变速箱当前的输入扭矩上限值计算发动机的目标输出扭矩上限值，以控制发动机的输出扭矩不超过目标输出扭矩上限值。
本实施例的控制系统通过采集车轮、泵轮或涡轮的转动方向信息可以确定液力变矩器中的泵轮和涡轮的转动方向，通过将该转动方向可以通过对液力变矩器的速比的正负来体现。然后在根据可以体现正负的真实速比去查询相应的当前的扭矩放大系数，以当前的扭矩放大系数来计算发动机的目标输出扭矩上限值。这样在发动机进行输出时，可以约束发动机的输出扭矩不超过该目标输出扭矩上限值，从而达到保证变速箱硬件不被损坏的目的，特别是在液力变矩器处于反转状态时也能保护变速箱的硬件，使其在所有使用工况下的硬件耐久性能。
进一步地，当只采集车轮的转动方向信息时，即转向采集单元10只包括车轮转速传感器11时，只需要利用车辆原有的车轮转速传感器11即可，而不需要改变当前变速箱涡轮转速传感器13硬件(现有技术中车辆会设置变速箱涡轮转速传感器13来识别涡轮的转速，但不能识别转动方向)，即在不增加成本的基础上确保了变速箱的硬件耐久性。
另一个实施例中，控制器30用于执行以下操作：
根据转动方向信息和挡位信息判断车辆是否处于目标工况，目标工况包括车辆处于向前行驶状态且变速箱处于倒挡、或车辆处于向后行驶状态且变速箱处于前进挡；
在车辆处于目标工况时将液力变矩器的真实速比确定为负速比；
在车辆不处于目标工况时将液力变矩器的真实速比确定为正速比。
一个实施例中，控制器30用于执行以下操作：
查找液力变矩器的增扭特性图(参见图3)中与真实速比相对应的扭矩放大系数，即通过当前的真实速比去对应图3中的横坐标查询曲线上对应的纵坐标，该纵坐标即为当前的扭矩放大系数。增扭特性图用于反映液力变矩器的真实速比和扭矩放大系数的对应关系。其中，增扭特征图是通过对液力变矩器进行正转和反转的标定试验获得的数据进行整理得来的。
增扭特性图中，负速比对应的负向扭矩放大系数大于正速比正向扭矩放大系数。也就是说，经试验证实，自动变速箱液力变矩器负向增扭特性远大于正向时增扭特性。因此也证实了在扭矩控制过程中区分速比的正负是很重要的，将会对是否能够真正保护变速箱硬件起到效果。
本发明还提供了一种车辆，包括发动机、液力变矩器、变速箱以及上述任一种变速箱的控制系统。
该控制系统通过采集车轮、泵轮或涡轮的转动方向信息可以确定液力变矩器中的泵轮和涡轮的转动方向，通过将该转动方向可以通过对液力变矩器的速比的正负来体现。然后在根据可以体现正负的真实速比去查询相应的当前的扭矩放大系数，以当前的扭矩放大系数来计算发动机的目标输出扭矩上限值。这样在发动机进行输出时，可以约束发动机的输出扭矩不超过该目标输出扭矩上限值，从而达到保证变速箱硬件不被损坏的目的，特别是在液力变矩器处于反转状态时也能保护变速箱的硬件，使其在所有使用工况下的硬件耐久性能。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种变速箱的控制方法，用于设有液力变矩器的车辆，所述液力变矩器包括与发动机的输出轴相连的泵轮以及与所述变速箱的输入轴相连的涡轮，其特征在于，所述控制方法包括：
采集车辆当前的转动方向信息和所述变速箱当前的挡位信息，所述转动方向信息包括车轮的转动方向信息、所述泵轮的转动方向信息和所述涡轮的转动方向信息中的一个或多个；
根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比，所述真实速比包括正速比和负速比；
根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数；
根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值；
控制所述发动机的输出扭矩不超过所述目标输出扭矩上限值。
2.根据权利要求1所述的变速箱的控制方法，其特征在于，根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比的步骤，包括：
根据所述转动方向信息和所述挡位信息判断所述车辆是否处于目标工况，所述目标工况包括所述车辆处于向前行驶状态且所述变速箱处于倒挡、或所述车辆处于向后行驶状态且所述变速箱处于前进挡；
在所述车辆处于目标工况时将所述液力变矩器的真实速比确定为负速比，否则，将所述液力变矩器的真实速比确定为正速比。
3.根据权利要求2所述的变速箱的控制方法，其特征在于，根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数的步骤具体包括：
查找所述液力变矩器的增扭特性图中与所述真实速比相对应的扭矩放大系数，所述增扭特性图用于反映所述液力变矩器的真实速比和扭矩放大系数的对应关系；其中
所述增扭特性 图是通过对所述液力变矩器进行正转和反转的标定试验获得的数据进行整理得来的。
4.根据权利要求3所述的变速箱的控制方法，其特征在于，
所述增扭特性图中，所述负速比对应的负向扭矩放大系数中的最小值大于所述正速比正向扭矩放大系数中的最大值。
5.根据权利要求3所述的变速箱的控制方法，其特征在于，
所述增扭特性图中，所述负速比对应的负向扭矩放大系数的增长率大于所述正速比正向扭矩放大系数的增长率。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的变速箱的控制方法，其特征在于，根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值的步骤，包括：
所述目标输出扭矩上限值为所述变速箱当前的输入扭矩上限值与所述扭矩放大系数的商。
7.一种变速箱的控制系统，用于控制设有液力变矩器的车辆，所述液力变矩器包括与发动机的输出轴相连的泵轮以及与所述变速箱的输入轴相连的涡轮，其特征在于，所述控制系统包括：
转向采集单元，用于采集车辆当前的转动方向信息，所述转动方向信息包括车轮的转动方向信息、所述泵轮的转动方向信息和所述涡轮的转动方向信息中的一个或多个；
挡位信息采集单元，用于采集所述变速箱当前的挡位信息；
控制器，与所述转向采集单元和所述挡位信息采集单元均相连，用于根据所述转动方向信息和所述挡位信息确定所述液力变矩器当前的真实速比，所述真实速比包括正速比和负速比，并根据所述真实速比确定其对应的扭矩放大系数，所述控制器还用于根据所述扭矩放大系数和所述变速箱当前的输入扭矩上限值计算所述发动机的目标输出扭矩上限值，以控制所述发动机的输出扭矩不超过所述目标输出扭矩上限值。
8.根据权利要求7所述的变速箱的控制系统，其特征在于，
所述转向采集单元包括用于采集车辆的转动方向信息的车轮转速传感器、用于采集所述泵轮的转动方向信息的泵轮转速传感器和用于采集所述涡轮的转动方向信息的涡轮转速传感器的一种或多种。
9.一种车辆，其特征在于，包括发动机、液力变矩器、变速箱以及权利要求7或8所述的变速箱的控制系统。
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