CN113803457A - 用于无级变速器的控制系统、无级变速器及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无级变速器的控制系统、无级变速器及汽车，具体包括基础层和应用层，而应用层又包括自适应管理层、接口层、变速箱调度层、功能控制层以及液压执行层，从数据流的角度，从接口层到变速箱调度层、功能控制层、液压执行层，整体清晰流畅；其次，由于各个层之间独立设置，其更易拓展和修改。同时，自适应管理层对功能控制层和液压执行层的第一功能模块和第二功能模块对应的零部件进行自适应的综合调度和管理，提高了自适应控制的可靠性。此外，通过自适应管理模块对相关的零部件进行统一的管理，将自适应边界和相应的功能层进行关联，能够间接识别硬件可能存在的故障。

Description

用于无级变速器的控制系统、无级变速器及汽车

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种用于无级变速器的控制系统、无级变速器及汽车。

背景技术

随着我国汽车工业的快速发展，汽车保有量不断增加，在汽车带来便利性的同时，人们也越来越关注动力性、经济性、驾驶舒适性及操控性等。无级变速器以其良好的平顺性、燃油经济性以及驾驶舒适性为越来越多的消费者所认可。请参见图1，图1为现有技术中的无级变速器的结构示意图，装有无级变速器的汽车，动力从发动机10输出后，经过液力变矩器11、前进倒挡离合器(Drive Reverse，DR)12及行星排13、带轮系统14、一级主减速器15和二级主减速器20、差速器16，然后传递至车轮17，驱动整车行驶。无级变速器的核心元件为钢带18和带轮系统14，其通过刚带18与带轮系统14之间的摩擦以及主动带轮141、从动带轮142工作半径的变化，实现速比的连续调节，进而根据驾驶员的意图以及道路负载控制发动机始终工作在最佳燃油经济区间，提高整车燃油经济性。同时，由于无级变速器速比连续可调，不存在换挡冲击，整车舒适性能也较优异。

实现无级变速器的控制，其核心为无级变速器的控制软件，其直接影响整车的动力性、燃油经济性、驾驶性、可靠性等关键性能，目前，无级变速器的控制软件专利大多局限于某一零部件，对该零部件进行单一的数据分析并控制，但是无级变速器的各个部件之间互相影响，存在相互关联关系，若仅考虑单一的零部件，无法实现较优的整体控制效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中无级变速器的控制大多局限于某一单一控制领域，没有统筹考虑的无级变速器的整体控制效果的问题。因此，本发明提供一种用于无级变速器的控制系统、无级变速器及汽车，提高了无级变速器的控制可靠性、通用性和优化了无级变速器的整体控制效果。

为解决上述问题，本发明的实施方式公开了一种用于无级变速器的控制系统，无级变速器的控制系统包括功能应用层和基础层，基础层为功能应用层提供运行载体；

功能应用层依据无级变速器的功能划分为多个功能层，各功能层之间互相关；

功能层包括自适应管理层、接口层、变速箱调度层、功能控制层和液压执行层，功能控制层包括针对车辆的各零部件设置的用于控制各零部件的第一功能模块，液压执行层包括用于对包含阀体的零部件进行阀体控制的第二功能模块；

接口层分别与自适应管理层、变速箱调度层和功能控制层连接，用于为自适应管理层、变速箱调度层和功能控制层提供基础层传输的车辆数据；

自适应管理层分别与功能控制层和液压执行层连接，用于对功能控制层和液压执行层中与第一功能模块和第二功能模块对应的零部件进行自适应控制，第一功能模块和第二功能模块中包含相关联的零部件。

采用上述技术方案，自适应管理层对功能控制层和液压执行层的第一功能模块和第二功能模块对应的零部件均进行考虑，针对该零部件结合第一功能模块和第二功能模块进行自适应控制，并非只考虑单一的零部件，提高了无级变速器自适应控制的可靠性和优化了整体的控制效果。

在本发明的一些实施例中，所述车辆的各所述零部件的第一功能模块独立设置，所述车辆各包含阀的零部件的第二功能模块独立设置。

采用上述技术方案，车辆的零部件的第一功能模块之间独立设置，第二功能模块之间独立设置，如此，本发明实施例的各功能模块能够较为灵活的拓展和修改，局限性小。

在本发明的一些实施例中，所述接口层包括：

诊断及出错管理模块，用于对来自于车辆的CAN总线信号和各传感器采集的信号进行校验；

输入输出接口模块，所述输入输出接口模块和所述诊断及出错管理模块连接，所述诊断及出错管理模块对所述CAN总线信号和各传感器采集的信号校验通过后作为所述车辆数据，将所述车辆数据传输至所述输入输出接口模块，所述输入输出接口模块将所述车辆数据传输至所述自适应管理层、所述变速箱调度层、所述功能控制层和所述液压执行层。

在本发明的一些实施例中，所述自适应管理层包括自适应激活判断模块和自适应管理控制模块；

所述自适应激活判断模块基于所述车辆数据判断与所述车辆数据对应的零部件的自适应激活条件是否满足，若满足，则所述自适应激活判断模块调度所述自适应管理控制模块对与所述车辆数据对应的零部件进行自适应控制，若不满足，则拒绝对与所述车辆数据对应的零部件进行自适应控制。

在本发明的一些实施例中，所述功能控制层的第一功能模块包括：DR离合器结合控制模块；

所述液压执行层中的第二功能模块包括DR离合器电磁阀控制模块；

所述DR离合器结合控制模块和所述DR离合器电磁阀控制模块的相关联的零部件包括DR离合器；

所述自适应管理层接收所述基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和涡轮转速数据对所述DR离合器进行预充自适应控制。

在本发明的一些实施例中，所述功能控制层中的第一功能模块还包括：TC离合器结合控制模块；

所述液压执行层中的第二功能模块还包括TC离合器电磁阀控制模块；

所述TC离合器结合控制模块和所述TC离合器电磁阀控制模块相关联的零部件包括TC离合器；

所述自适应管理层接收所述基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、涡轮转速数据、发动机扭矩数据、车速数据和油门开度数据对所述TC离合器的变矩到滑摩换向点以及离合器扭矩压力特性进行自适应控制。

在本发明的一些实施例中，所述功能控制层的第一功能模块还包括：速比控制模块；

所述液压执行层的第二功能模块还包括带轮阀体控制模块；

所述速比控制模块和所述带轮阀体控制模块相关联的零部件包括主动带轮和从动带轮；

所述自适应管理层接收所述基础层传输的主动带轮目标转速数据、主动带轮实际转速数据、从动带轮转动数据和发动机扭矩数据对所述主动带轮和从动带轮的目标控制压力以及主动带轮电磁阀的目标控制电流和从带轮电磁阀的目标控制电流进行自适应控制。

在本发明的一些实施例中，所述功能控制层还包括：钢带保护功能模块，所述钢带保护功能模块与所述速比控制模块连接；

所述钢带保护功能模块获取所述基础层传输的发动机扭矩数据、车速数据、整车加速度数据、制动压力数据和速比数据并对所述钢带的安全系数进行计算，针对所述安全系数的数值对发动机的扭矩进行调控以保护所述钢带。

在本发明的一些实施例中，所述变速箱调度层包括：变速箱管理模块和换挡图功能模块；

所述换挡图功能模块接收所述基础层传输的发动机扭矩数据、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据以确定目标主动带轮转速、换挡模式、坡道和车重；

所述变速箱管理模块接收所述基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据以确定变速箱控制状态和发动机状态。

在本发明的一些实施例中，所述车辆数据包括与发动机数据、车速数据、油门开度数据、底盘加速度数据、涡轮转速数据、主动带轮转速数据、从动带轮转速数据、变速箱控制模式数据、DR离合器控制状态数据、TC离合器控制状态数据、制动踏板开度数据、换挡模式数据、制动压力数据、速比数据和变速箱油温数据。

在本发明的一些实施例中，所述接口层的输入输出模块与所述基础层之间采用标准的接口函数进行数据交互。

此外，本发明实施例还公开了一种无级变速器，包括：控制器，所述控制器搭载如以上任意一项所述的用于无级变速器的控制系统。

最后，本发明实施例还公开了一种汽车，包括以上提到的无级变速器。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为现有技术中的无级变速器的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种用于无级变速器的控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种基础层的架构图；

图4为本发明实施例公开的一种接口层的信号流向图；

图5为本发明实施例公开的一种诊断及出错管理模块的功能示意图；

图6为本发明实施例公开的一种换挡图功能模块的功能示意图；

图7为本发明实施例公开的一种DR离合器的功能示意图；

图8为本发明实施例公开的一种TC离合器的功能示意图；

图9为本发明实施例公开的一种速比控制模块的功能示意图；

图10为本发明实施例公开的一种钢带保护控制模块的功能示意图；

图11为本发明实施例公开的一种自适应管理层的功能示意图。

现有技术的附图标记：

10：动力发动机；11：液力变矩器；12：DR离合器；13：行星排；14：带轮系统；141：主动带轮；142：从动带轮；15：一级主减速器；16：差速器；17：车轮；18：钢带；二级主减速器20。

本发明实施例的附图标记：

20：功能应用层；201：自适应管理层；202：接口层；203：变速箱调度层；204：功能控制层；205：液压执行层；

21：基础层；210：系统服务模块；211：内存服务模块；212：通讯服务模块；213：外设封装模块；214：内存封装模块；215：通信封装模块；216：硬件接口封装模块；217：微控制器驱动模块；218：内存驱动模块；219：通信驱动模块；220：接口驱动模块；221：复杂驱动模块。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

图2为本发明实施例公开的一种用于无级变速器的控制系统的结构示意图，图3为本发明实施例公开的一种基础层的架构图，图4为本发明实施例公开的一种接口层的信号流向图，图5为本发明实施例公开的一种诊断及出错管理模块的功能示意图，图6为本发明实施例公开的一种换挡图功能模块的功能示意图，图7为本发明实施例公开的一种DR离合器的功能示意图，图8为本发明实施例公开的一种TC离合器的功能示意图，图9为本发明实施例公开的一种速比控制模块的功能示意图，图10为本发明实施例公开的一种钢带保护控制模块的功能示意图，图11为本发明实施例公开的一种自适应管理层的功能示意图。

如图2所示的，用于无级变速器的控制系统包括功能应用层20和基础层21，基础层21为功能应用层提供运行载体。

功能应用层20依据无级变速器的功能划分为多个功能层，各功能层之间互相关。

多个功能层包括自适应管理层201、接口层202、变速箱调度层203、功能控制层204和液压执行层205，功能控制层204包括针对车辆的各零部件设置的用于控制各零部件的第一功能模块，液压执行层205包括用于对包含阀的零部件进行阀控制的第二功能模块。

接口层202分别与自适应管理层201、变速箱调度层203和功能控制层204连接，用于为自适应管理层201、变速箱调度层203和功能控制层204提供基础层21传输的车辆数据。

自适应管理层201分别与功能控制层204和液压执行层205连接，用于对功能控制层204和液压执行层205中的第一功能模块和第二功能模块对应的零部件进行自适应控制，第一功能模块和第二功能模块中包含相关联的零部件。

在本发明的一些实施例中，基础层21是控制器硬件与功能应用层20沟通的桥梁，也是功能应用层20运行的载体，主要包括操作系统管理、内存管理、通讯管理以及输入输出接口管理等，功能应用层20是基于硬件被控对象的特性，为实现产品开发需求而设计的控制逻辑，具体功能模块的划分视被控对象而定。

在本发明的一些实施例中，车辆数据包括与发动机数据(发动机转速、扭矩)、车速数据、油门开度数据、底盘加速度数据、涡轮转速数据、主动带轮转速数据、从动带轮转速数据、变速箱控制模式数据、DR离合器控制状态数据、液力变矩器离合器(Torque Converter，TC)控制状态数据、制动踏板开度数据、换挡模式数据、制动压力数据、速比数据和变速箱油温数据。

在本发明的一些实施例中，如图3所示的，基础层21所包含的功能模块以及各个功能模块主要实现的功能如下：

系统服务模块210，其提供通讯管理、看门狗管理以及基本软件模式管理等服务，其中，基本软件模块管理包括上下电模式、初始化模式、正常模式等。

内存服务模块211，其是将内存访问进行统一封装。

通讯服务模块212，其是提供统一的总线通讯接口和网络管理服务等，其中网络管理服务包括网络开启/关闭、网络的一些诊断等。

外设封装模块213，其是将电子控制单元((Electronic Control Unit)，ECU)硬件上特殊外设进行封装，其中，特殊外设包括复杂ASIC芯片的驱动接口等。

内存封装模块214，其是将片内内存资源进行统一封装。

通信封装模块215，其是将通信通道进行统一封装。

硬件接口封装模块216，其是通过输入输出接口(Inputs/OutPuts，I/O)硬件抽象中的信号接口来访问不同的输入输出设备。

微控制器驱动模块217，其是提供看门狗等微控制器驱动。

内存驱动模块218，其是提供带电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、闪存(Flash EEPROM Memory，Flash)等内存驱动。

通信驱动模块219，提供控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)、串行通讯网络((Local Interconnect Network，LIN)、以太网(Ethernet)等通信驱动。

接口驱动模块220，其主要包括模数转换(Analog to Digital Converter，ADC)、脉宽驱动控制(Pulse Width Modulation，PWM)等I/O驱动。

复杂驱动模块221，其是整合具有特殊目的且不能用复杂驱动进行配置的非标准功能模块。

在本发明的一些实施例中，为了便于本发明实施例提供的用于无级变速器的控制系统进行灵活的拓展和迁移，本发明一些实施例将车辆的各零部件的第一功能模块独立设置，车辆包含阀的零部件的第二功能模块独立设置。

在本发明的一些实施例中，如图4所示的，接口层202包括：诊断及出错管理模块，用于对来自于车辆的CAN总线信号和各传感器采集的信号进行校验(加入配置字)，例如，CAN网络信号发动机转速，CAN总线上该信号既有一帧表示发动机转速的具体值，也有一帧表示该信号是否有效，如果无效的话，输入输出接口模块就需要输出相应的状态，告知其他功能块该信号失效，无法使用。输入输出接口模块，输入输出接口模块和诊断及出错管理模块连接，诊断及出错管理模块对CAN总线信号和各传感器采集的信号校验通过后作为车辆数据，将车辆数据传输至输入输出接口模块，输入输出接口模块将车辆数据传输至自适应管理层、变速箱调度层、功能控制层和液压执行层。

诊断及出错管理模块，用于对来自于车辆的CAN总线信号和各传感器采集的信号进行校验；

输入输出接口模块，输入输出接口模块和诊断及出错管理模块连接，诊断及出错管理模块对CAN总线信号和各传感器采集的信号校验通过后作为车辆数据，将车辆数据传输至输入输出接口模块，输入输出接口模块将车辆数据传输至自适应管理层201、变速箱调度层、功能控制层和液压执行层。

外部功能交互处理指的是底盘和变速箱之间的挡位保持交互等等。

其中，在本发明的一些实施例中，如图5所示的，诊断及出错管理模块包括网络故障的检测，合理性故障的检测，电气故障的检测，车载诊断系统(On-Board Diagnostics，OBD)的诊断接口服务、失效模式后处理等功能，所有输入输出信号经过诊断及出错管理模块的处理，确保输入功能应用层中的信号安全、可靠，在识别到相关故障后，进入相应的失效模式(Failure Mode)，如限扭、停车等，确保驾驶员的安全；另外，通过诊断及出错管理模块可以实现售后对功能应用层软件中的一些基础操作，便于问题的排查。

在本发明的一些实施例中，对于输入输出接口模块包括CAN信号的接收和发送，变速箱本体传感器信号的接收，比如变速箱油温、转速等；外部环境的识别，比如高原、油温过热等信号的处理，比如信号的滤波、轮胎打滑的识别等；与其余控制器的交互，包括EMS的扭矩、转速请求，IPK(Instrument Pack)的挡位显示交互等。

在本发明的一些实施例中，输入输出接口模块通过统一、标准化的接口函数和基础层软件进行信号交互，且可直接利用相关工具生成接口函数，较大提高软件的可移植性；同时，引入配置字的概念，针对不同平台、不同配置的车型，通过配置字的使用，较大提高软件的可复用性以及拓展性。

在本发明的一些实施例中，输入输出接口模块主要区分输入和输出两大部分。其中输入部分包括传感器信号接收、CAN信号接收、输入信号故障后处理、外部功能交互处理共4部分。输出部分主要分为外部功能交互处理、传感器信号发送、CAN信号发送3部分，其中，外部功能交互处理指的是变速箱和发动机之间的转速请求、扭矩请求、底盘和变速箱之间的挡位保持交互等等。

当变速箱调度层匹配不同配置车型时，通过写入不同的配置字，对交互功能模块进行相应的功能切换，即可实现相同软件满足不同平台的控制需求。当变速箱调度层匹配其他CAN架构车型时，此时只需对CAN信号接收/发送模块进行等效替换，即可实现相同软件匹配不同架构车型，其中，配置字指的是不同功能的模块，通过这个模块，可以根据不同的整车配置，实现变速箱不同功能的开启和关闭。

值得注意的是，基础层21中，通过对各个模块间接口函数的标准化、统一化和规范化管理，各个功能模块间较为独立，可以较灵活的移植和替换。在自动变速箱控制单元(transmission control unit，TCU)上电后，基础层21开始运行，处理包括启动加载、程序刷新、任务调度等工作，并将来自于CAN以及传感器的信号处理后输出给应用功能层20.应用功能层20接收到来自于基础层21的信号后，先由功能应用层20中的接口层202中的诊断及出错管理模块201判断来自于基础层21的信号是否异常(异常的情况包括帧丢失、节点丢失、信号的合理性校核以及电气故障的检测等)，如果信号有异常，则对异常的信号进行处理(处理的方式可以包括替代)后输出至接口层202中的输入输出接口模块，如果信号没有异常，则正常输出到输入输出接口模块。输入输出接口模块接收到经过诊断及出错管理模块201诊断预处理后的信号，根据功能应用层20的信号需求，对诊断预处理后的信号进行滤波、打滑识别、高原识别以及过弯识别等处理，然后将处理后的信号输出给各功能模块使用，值得注意的是，替代的具体方式可以采用现有技术，如：DR离合器锁止的时候，液力变矩器涡轮转速信号报故障失效了，这时就可以根据变速箱的结构原理，确认此时可以利用主动带轮的转速代替涡轮转速信号，提供给其他模块使用。

在本发明的一些实施例中，输入输出接口模块中的输出接口接收来自液压执行层205的目标控制电流(或者控制占空比)信号、转速请求信号，来自功能控制层204的扭矩请求信号以及输入接口层的一些手柄位置、转速传感器实际转速等信号，发送至基础层21，基础层21一方面控制电磁阀的动作以实现应用层20的压力(流量)控制需求，另外一方面将信号发送至CAN网络，实现与其他控制器(比如发动机或者底盘高)等的交互，其中，目标控制电流是由功能控制层根据控制需求发出对被控对象的控制压力，控制压力信号再根据变速箱阀体的液压特性，再考虑一些补偿，然后转化为目标控制电流。

在本发明的一些实施例中，如图11所示的，自适应管理层201包括自适应激活判断模块和自适应管理控制模块；自适应激活判断模块基于车辆数据判断与车辆数据对应的零部件的自适应激活条件是否满足，若满足，则自适应激活判断模块调度自适应管理控制模块对与车辆数据对应的零部件进行自适应控制，若不满足，则拒绝对与车辆数据对应的零部件进行自适应控制。

在本发明的一些实施例中，自适应激活判断模块主要是根据当前整车的状态(车辆数据)，判断DR离合器、TC离合器、带轮等自适应激活条件是否满足，若满足，则调度相应的自适应管理控制模块激活自适应控制，若不满足，则维持各自适应管理控制模块原来的控制状态。

在本发明的一些实施例中，自适应管理控制模块是管理TCU所有功能模块自适应相关的变量，通过对控制层和阀体层自适应值的统筹管理，识别潜在的硬件问题，并报出相应故障码。

在本发明的一些实施例中，自适应管理控制模块的主要输入信号为发动机扭矩数据、车速数据、变速箱油温数据、DR离合器状态数据、TC离合器状态数据、涡轮转速数据等。自适应管理控制模块的主要输出信号为自适应使能信号、各功能模块的自适应EEPROM值。

其中，自适应使能信号指的是各个自适应的功能激活信号；不同的自适应其自适应激活的判断依据不同，以DR离合器预充自适应为例，其激活的条件包括油温判断、离合器结合状态判断、转速变化判断等等，自适应EEPROM值是在自适应激活后，根据相应的自适应逻辑，判断在当前控制值基础上，是应该如何调整某个控制参数，并将该参数写到EEPROM中，供下次控制使用。

在本发明的一些实施例中，为了对自适应管理控制进行详细的说明，下面以带轮自适应为例对自适应管理控制模块的逻辑进行如下阐述：

自适应管理层201主要是接收功能控制层204的各个功能控制模块的控制状态、接口层202的车速、油门、变速箱调度层203的变速箱控制状态等信号，调度各个功能控制层的自适应激活状态，同时对功能控制层204的各个功能控制模块返回的自适应值做合理性以及单调性校验，并在通过后存入EEprom供控制使用。

自适应管理层201主要分为自适应激活判断模块和自适应值合理性校验(自适应管理控制模块)。自适应激活判断模块中统筹带轮压力自适应和带轮电磁阀自适应功能的激活与否，然后输出给各个自适应功能执行模块。自适应功能执行模块接收到激活使能标志位后，执行相应的自适应逻辑，然后将原始自适应值反馈给自适应管理控制模块，自适应管理控制模块判断原始自适应值是否在合理值范围内，若在合理范围内，则再检查压力原始自适应值与电磁阀原始自适应值之和是否在合理值范围内，若也在合理范围内，则将该原始自适应值输出，存入EEPROM，否则，认为自适应值异常，若自适应值之和远远超出边界自适应值，则认为硬件可能存在故障，存入临时计数变量，若一个上电循环中，连续多次出现自适应值超出边界自适应值的现象，则报出相应故障码。

其中，在本发明的一些实施例中，根据被控对象的不同，自适应的激活逻辑是不一样的，以带轮自适应为例，自适应管理模块的控制逻辑阐述如下：自适应管理模块主要分为自适应激活判断和自适应值合理性校验。自适应激活判断模块中统筹带轮压力自适应和带轮电磁阀自适应功能的激活与否，然后输出给各个自适应功能执行模块。自适应功能执行模块接收到激活使能标志位后，执行相应的自适应逻辑，然后将原始自适应值反馈给自适应管理模块，自适应管理模块判断原始自适应值是否在合理值范围内，若在合理范围内，则再检查压力原始自适应值与电磁阀自适应值之和是否在合理值范围内，若也在合理范围内，则将该原始自适应值输出，存入EEPROM，否则，认为自适应值异常，若自适应值之和远远超出边界自适应值，则认为硬件可能存在故障，存入临时计数变量，若一个上电循环中，连续多次出现自适应值超出边界的现象，则报出相应故障码。

原始自适应在没有激活自适应前，值为0；在激活过自适应后，其值为上次自适应学习到的值，合理值范围主要取决于硬件的设计公差以及耐久后潜在的磨损公差范围，边界自适应值为标定参数，由硬件设计人员自定义设置，自适应值在连续3次或者5次超出自适应边界值时，输出故障代码。

在本发明的一些实施例中，变速箱调度层203包括变速箱管理模块和换挡图功能模块；换挡图功能模块接收基础层传输的发动机扭矩数据、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据以确定目标主动带轮转速、换挡模式、坡道和车重；变速箱管理模块接收基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据以确定变速箱控制状态和发动机状态。

在本发明的一些实施例中，变速箱管理模块主要功能是变速箱控制状态的管理和发动机状态的识别，其中变速箱的状态主要是基于当前驾驶员的意图以及硬件状态控制变速箱工作在最佳的工作模式，包括正常行驶、跛行等，若拓展用于混动，则变速箱的状态还可能包括纯电动、混动、纯内燃机模式等等；发动机状态包括关闭(OFF)、熄火(Stall)、启动(Crank)、启停(StartStop)等。对于变速箱管理模块而言，其输入信号主要包括手柄位置(如P档、R档、N档、D档、S档和M档等)、动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据等，其输出信号主要包括变速箱控制状态和发动机状态等。

在本发明的一些实施例中，变速箱管理模块接收到来自输入输出接口模块的手柄位置、发动机状态、车速等信号，综合判断当前变速箱理想的控制模式，如爬行、加速、重刹、跛行等等，输出给其他功能控制模块使用。换挡图模块根据变速箱管理模块输出的变速箱控制模式以及接口层的手柄位置、车速、油门、底盘加速度等信号，计算出当前的坡道、车重等信息，然后再基于这些信息，通过逻辑算法判断出当前车辆状态下最佳的动力性以及经济性换挡图并输出。

其中，在本发明的一些实施例中，坡道基于加速度传感器计算，车重可以基于整车的半载质量计算，也可以根据整车的加速度估算，坡道和车重的具体计算方式可以参见现有技术，本发明实施例对于此部分并未作出改进。

在本发明的一些实施例中，逻辑算法包括但不限于以下内容，如判断出当前有坡道，那么需要计算在平路的换挡图基础上修正多少来提高整车的动力性

在本发明的一些实施例中，如图6所示的，换挡图功能模块的功能主要包括驾驶员意图识别，目标主动带轮转速的计算、负载的计算以及换挡模式的计算等，换挡图功能模块的主要输入信号包括发动机扭矩数据、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据等，换挡图功能模块的输出信号主要包括换挡模式、目标主动带轮转速、坡道以及车重等。

在本发明的一些实施例中，驾驶员意图识别主要是基于加速踏板开度、制动踏板开度以及车速等信息确定驾驶类型，从而选择相应的换挡图逻辑。

在本发明的一些实施例中，驾驶员意图主要可以分别比如加速、急加速、减速、急减速等信息，比如如果驾驶员快速踩了全油门，则可以认为驾驶员处于急加速状态，需要快速响应驾驶员的加速意图，如果驾驶员踩了急刹车，则认为驾驶员遇到紧急情况，需要快速降挡，避免熄火。

在本发明的一些实施例中，负载的计算包括坡道计算和负荷计算，其中坡道计算是依据当前加速度传感器以及动力学模型计算当前车辆所处的坡道情况，而负荷计算则是估算当前的车重，并据此调整相应的换挡模式。对于坡道计算的方式可以采用现有技术，对于此部分本发明实施例在此并未作出改进。

在本发明的一些实施例中，目标主动带轮转速的计算主要是基于驾驶员的驾驶意图以及外部环境的状态，综合判断决定当前的目标主动带轮转速，进而获得最佳的整车动力性和燃油经济性。

在本发明的一些实施例中，应用功能层20中的DR离合器模块中的DR离合器结合控制模块接收到输入输出接口模块的手柄位置、发动机转速数据、涡轮转速数据、主动带轮转速数据、变速箱管理模块的变速箱控制模式、诊断及出错管理模块的故障状态等信号，综合判断当前DR离合器的控制状态是应该处于打开、滑摩(Slip)、还是锁止状态。同时，DR离合器结合控制模块还接收来自DR离合器自适应控制模块的自适应激活状态信号，并执行相应的自适应逻辑(比如预充自适应等)，以改善不同硬件的差异以及整车耐久磨损带来的性能衰减问题。

在本发明的一些实施例中，对于DR离合器而言，如图7所示的，DR离合器的功能可以分为DR离合器结合控制模块、DR离合器自适应控制模块以及DR离合器电磁阀控制模块，其中功能控制层204包括的第一功能模块包括但不限于DR离合器结合控制模块，DR离合器结合控制模块包括静态挂档控制、动态挂档控制以及滥用工况下的挂档控制等。离合器的离合器自适应管理层201中的自适应控制模块主要包括离合器的预充自适应、离合器的结合点自适应等，以此来克服不同硬件的偏差以及耐久前后的磨损偏差。

其中，在本发明的一些实施例中，预充自适应就是离合器在结合过程中，根据涡轮转速、主动带轮转速等信息，判断此次预充为过充还是预充不足。

在本发明的一些实施例中，对于DR离合器电磁阀控制模块而言，其属于液压执行层，液压执行层中的DR离合器电磁阀控制模块和功能应用层中的DR离合器结合控制模块所关联的零部件为DR离合器，DR离合器电磁阀控制模块的主要功能包括电磁阀的迟滞控制、温度补偿以及压力电流特性转换等。

在本发明的一些实施例中，对于DR离合器结合控制模块、DR离合器自适应控制模块以及DR离合器电磁阀控制模块其输入信号可以为手柄位置、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和涡轮转速数据等，其输出信号可以为DR离合器的目标控制扭矩、DR离合器电磁阀的目标控制电流以及DR离合器的自适应EEPROM值。

其中，在本发明的一些实施例中，DR离合器的自适应EEPROM值是TCU上电后后会自动从闪存Flash中读取到存储器RAM中。

在本发明的一些实施例中，应用功能层20中的TC离合器结合控制模块接收到输入输出接口模块的手柄位置、发动机转速、涡轮转速、油门、车速、变速箱管理模块的变速箱控制模式、DR离合器的控制状态、诊断及出错管理模块的故障状态等信号，综合判断当前TC离合器的控制状态是应该处于打开、滑摩(Slip)、还是锁止状态。同时，TC离合器结合控制模块还接收来TC离合器的TC自适应控制模块的自适应激活状态信号，并执行相应的自适应逻辑(比如变矩到滑摩的切换点自适应)，以改善不同硬件的差异以及整车耐久磨损带来的性能衰减问题。

在本发明的一些实施例中，该自适应过程的就是D挡离合器结合后，缓慢集合TCC离合器，检测发动机扭矩的变化，当发动机扭矩突然变时，即认为是TC从变矩到滑摩的换向点。

在本发明的一些实施例中，如图8所示的，对于液力变矩器(Torque Converter，TC)而言，其功能可以包括TC锁止状态判定、TC锁止状态控制、TC自适应控制模块以及TC电磁阀控制模块等。其中，功能控制层204中的第一功能模块还包括TC离合器结合控制模块，TC离合器结合控制模块中的TC锁止状态判定主要功能是根据驾驶员的状态，考虑外部环境，如坡道，以及整车的负荷，确定合适的TC锁止和解锁时机，既保证整车的动力性，同时又保证传递效率不至于过低。TC离合器结合控制模块中的TC锁止状态控制主要是控制TC离合器的平顺结合以及分离，同时还需要确保发动机不会被反拖至熄火。

在本发明的一些实施例中，液压执行层205接收到各个功能控制层204的各个功能模块的目标压力控制、输入输出接口模块的发动机转速、压力传感器的实际压力等信号，根据液压系统特性，控制各个液压执行器动作，使得各个执行器的实际压力达到目标压力需求，满足功能控制层204的控制需求。此外，液压执行层205若识别到当前液压系统流量不足，也会向EMS发送转速请求信号，以满足液压系统的流量需求。同时，液压执行层205还接收来自自适应管理模块的自适应激活状态信号，并执行相应的自适应逻辑(比如压力和电流之间的对应关系等)，以改善不同带轮硬件的差异以及整车耐久磨损带来的性能衰减问题。

在本发明的一些实施例中，液压执行层205的第二功能模块还包括TC离合器电磁阀控制模块,TC离合器结合控制模块和TC离合器电磁阀控制模块相关联的零部件包括TC离合器。自适应管理层201中的自适应管理模块接收基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、涡轮转速数据、发动机扭矩数据、车速数据和油门开度数据对TC离合器的变矩到滑摩换向点以及离合器扭矩压力特性进行自适应控制，该自适应控制能够克服不同的离合器硬件的偏差以及耐久磨损，也能覆盖电磁阀特性的偏差。

其中，对应控制扭矩和控制压力的对应关系图，其自适应控制的原理就是TC锁止后，控制TC缓慢再产生一定的稳定滑差，将此时发动机扭矩和TCC控制压力的关系记录下来，即为TCC该扭矩和压力下的对应关系曲线。

在本发明的一些实施例中，TC离合器电磁阀控制模块主要包括电磁阀的迟滞控制、温度补偿、压力电流特性转换等。

在本发明的一些实施例中，TC离合器结合控制模块、自适应控制模块和TC离合器电磁阀控制模块的主要输入信号包括手柄位置、发动机转速数据、涡轮转速数据、发动机扭矩数据、车速数据和油门开度数据等，TC离合器结合控制模块、自适应控制模块和TC离合器电磁阀控制模块的主要输出信号包括TC离合器的控制状态、TC离合器的目标控制扭矩、TC离合器电磁阀的目标控制电流以及TC离合器的自适应EEPROM值。

在本发明的一些实施例中，功能控制层204的第一功能模块还包括速比控制模块，其中，如图9所示的，速比控制模块主要包括输入控制、主从动带轮夹紧力控制、压力控制、带轮自适应控制。输入控制主要包括目标速比和实际速比的计算、用于夹紧力的输入扭矩的计算、速比变化率的限制计算等等，主从动带轮夹紧力控制包括安全系数的计算、最小夹紧力计算、稳动态推力比计算以及最终的主从动带轮夹紧力计算，压力控制包括主从动带轮的压力闭环控制、主油压控制以及基于油压的转速请求控制，带轮自适应控制主要是为了克服不同主从动带轮的硬件偏差、耐久磨损以及阀体的压力电流特性偏差。

在本发明的一些实施例中，液压执行层的第二功能模块还包括带轮阀体控制模块，带轮阀体控制模块的控制主要包括电磁阀的迟滞控制、温度补偿、压力电流特性转换等，速比控制模块和带轮阀体控制模块相关联的零部件包括主动带轮和从动带轮，自适应管理层接收基础层传输的主动带轮目标转速数据、主动带轮实际转速数据、从动带轮转动数据和发动机扭矩数据对主动带轮和从动带轮的目标控制压力以及主从带轮电磁阀(主动带轮电磁阀和从动带轮电磁阀)的目标控制电流进行自适应控制。

在本发明的一些实施例中，主动带轮目标转速数据是上述的换挡图模块输出的。因电磁阀装有实际压力传感器，因此可以通过调整电流，具体是在实际压力达到某阈值时，在实际压力达到稳定时刻，压力和电流的对应关系记录下来即可。

在本发明的一些实施例中，功能控制层204中的速比控制模块接收到输入输出接口模块的涡轮转速、主动带轮转速、油门、车速、发动机扭矩、变速箱管理模块的变速箱控制状态、换挡图模块的目标最佳转速、诊断模块的故障状态、钢带保护功能模块的保护状态等信号，通过控制主、从动带轮的控制压力，在保证带轮不打滑的情况下，控制主动带轮的实际转速不断逼近目标转速信号，满足驾驶员的动力性或者经济性需求。执行钢带保护逻辑时，还涉及与发动机控制系统(Engine Management System，EMS)的交互，比如请求EMS降扭等逻辑。同时，速比控制模块还接收来自自适应管理模块的自适应激活状态信号，并执行相应的自适应逻辑(比如速比与压力的控制特性关系等)改善不同带轮硬件的差异以及整车耐久磨损带来的性能衰减问题。其中，速比和压力的控制特性可以称为钢带的推力比特性，也就是主、从动带轮多大的压力之比可以将速比维持在一定状态。

在本发明的一些实施例中，速比控制模块和带轮阀体控制模块的主要输入信号为目标主动带轮转速数据、实际主动带轮转速数据、从动带轮转速、发动机扭矩等。在本发明的一些实施例中，速比控制模块和带轮阀体控制模块的主要输出信号为目标速比、实际速比、主动带轮的目标控制压力、从动带轮的目标控制压力、主动带轮电磁阀的目标控制电流、从动带轮电磁阀的目标控制电流以及主动带轮的自适应EEPROM值和从动带轮的自适应EEPROM值。主动带轮自适应的EEPROM值和从动带轮的EEPROM值可以合为一个变量，即钢带的推力比特性。

在本发明的一些实施例中，功能控制层还包括：钢带保护功能模块，钢带保护功能模块与速比控制模块连接，钢带保护功能模块获取基础层传输的发动机扭矩数据、车速数据、整车加速度数据、制动压力数据和速比数据并对钢带的安全系数进行计算，针对安全系数的数值对发动机的扭矩进行调控以保护钢带。

在本发明的一些实施例中，安全系数的计算是无级变速器控制最为核心的内容，主要考虑各种极端工况，保证夹紧力足够，不要出现打滑的现象。

在本发明的一些实施例中，如图10所示的，功能控制层中的钢带保护功能模块接收来自输入输出接口的主动带轮转速、从动带轮转速、发动机扭矩、车速、轮胎打滑、滥用工况、速比控制模块的目标速比、实际速比、变速箱管理模块的变速箱控制状态等信号，综合判断此时需要对钢带进行的保护状态，并将该信号发给速比控制模块执行相应的功能保护。

在本发明的一些实施例中，轮胎打滑就是前后轮打滑或者左右轮打滑这种工况，滥用工况就是防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，ABS)、牵引力控制系统(Traction Control System，TCS)、Wrong Direction等工况。

钢带的保护状态主要就是文中提及的各种极端工况的识别，没有识别到特殊工况时，就是正常的钢带夹紧控制，识别到特殊工况时，就是根据具体的工况，提高钢带的安全系数，避免打滑。

在本发明的一些实施例中，对于钢带保护功能模块而言，该模块是钢带硬件保护的核心，主要包括烂路识别、低附路面识别、发动机降扭、安全系数控制等，其中烂路识别主要是识别粗糙不平的路面，提前识别可能存在的路面载荷冲击，低附路面识别主要是识别低附着系数路面，避免由低附路面到高附路面可能存在的载荷冲击，发动机降扭主要是当遇到复杂工况时，通过发动机降扭的方式保护钢带硬件，安全系数控制是根据当前的车况，判断合适的安全系数值，既不能太高，造成钢带应力较大，也不能太低导致打滑。

在本发明的一些实施例中，钢带保护功能模块的主要输入信号为发动机扭矩数据、车速数据、整车加速度数据、制动压力数据和速比数据，钢带保护模块的主要输出信号为安全系数和发动机降扭请求。

本发明实施例公开的一种用于无级变速器的控制系统，

自适应管理层能够对功能控制层和液压执行层的第一功能模块和第二功能模块对应的零部件进行均进行考虑，针对该零部件结合第一功能模块和第二功能模块进行自适应控制，并非只考虑单一的零部件，提高了无级变速器的控制可靠性。通过自适应管理模块对相关的零部件进行统一的管理，从而将自适应边界和相应的功能层关联起来，间接识别硬件可能存在的故障。

其次，功能应用层根据被控对象的功能特点可以概括分为自适应管理层、接口层、变速箱调度层、功能控制层和液压执行层，从数据流的角度，从接口层到变速箱调度层、功能控制层、液压执行层，整体控制效果较优；其次，由于各个层之间独立设置，其更易拓展和修改，功能应用层的输入输出接口模块与基础层之间采用标准的接口函数(接口函数就是基础层和应用层进行数据交互的传值函数，其形式有的采用返回值传递参数，有的用指针传递参数。)进行交互，能够轻易实现跨平台移植，同时，引入配置字，不同应用平台，可根据响应平台的配置，直接配置相应的功能，灵活易拓展；此外，若液压系统涉及变更，则只需在液压执行层优化相应逻辑，若无级变速器硬件进行混动拓展，则控制软件只需要在接口层和变速箱管理层优化相应的调度逻辑，若应用于其他形式的自动变速箱，可根据被控对象的不同，在功能控制层增加相应的控制逻辑即可。

此外，本发明实施例公开了一种无级变速器，包括：控制器，控制器搭载以上实施例描述的用于无级变速器的控制系统。

最后，本发明实施例还公开了一种汽车，包括以上描述的无级变速器。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括功能应用层和基础层，所述基础层为所述功能应用层提供运行载体；

所述功能应用层依据所述无级变速器的功能划分为多个功能层，各所述功能层之间互相关；

所述多个功能层包括自适应管理层、接口层、变速箱调度层、功能控制层和液压执行层，所述功能控制层包括针对车辆的各零部件设置的用于控制各所述零部件的第一功能模块，所述液压执行层包括用于对包含阀的零部件进行阀控制的第二功能模块；

所述接口层分别与所述自适应管理层、所述变速箱调度层、液压执行层和所述功能控制层连接，用于为所述自适应管理层、所述变速箱调度层和所述功能控制层提供所述基础层传输的车辆数据；

所述自适应管理层分别与所述功能控制层和所述液压执行层连接，用于对所述功能控制层和所述液压执行层中与第一功能模块和第二功能模块对应的零部件进行自适应控制，所述第一功能模块和所述第二功能模块中包含相关联的零部件。

2.如权利要求1所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述车辆的各所述零部件的第一功能模块独立设置，所述车辆包含阀的零部件的第二功能模块独立设置。

3.如权利要求1所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述接口层包括：

诊断及出错管理模块，用于对来自于车辆的CAN总线信号和各传感器采集的信号进行校验；

输入输出接口模块，所述输入输出接口模块和所述诊断及出错管理模块连接，所述诊断及出错管理模块对所述CAN总线信号和各传感器采集的信号校验通过后作为所述车辆数据，将所述车辆数据传输至所述输入输出接口模块，所述输入输出接口模块将所述车辆数据传输至所述自适应管理层、所述变速箱调度层、所述功能控制层和所述液压执行层。

4.如权利要求1-3任意一项所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述自适应管理层包括自适应激活判断模块和自适应管理控制模块；

所述自适应激活判断模块基于所述车辆数据判断与所述车辆数据对应的零部件的自适应激活条件是否满足，若满足，则所述自适应激活判断模块调度所述自适应管理控制模块对与所述车辆数据对应的零部件进行自适应控制，若不满足，则拒绝对与所述车辆数据对应的零部件进行自适应控制。

5.如权利要求4所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述功能控制层的第一功能模块包括：DR离合器结合控制模块；

所述液压执行层中的第二功能模块包括DR离合器电磁阀控制模块；

所述DR离合器结合控制模块和所述DR离合器电磁阀控制模块的相关联的零部件包括DR离合器；

所述自适应管理层接收所述基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和涡轮转速数据对所述DR离合器进行预充自适应控制。

6.如权利要求5所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述功能控制层中的第一功能模块还包括：TC离合器结合控制模块；

所述液压执行层中的第二功能模块还包括TC离合器电磁阀控制模块；

所述TC离合器结合控制模块和所述TC离合器电磁阀控制模块相关联的零部件包括TC离合器；

所述自适应管理层接收所述基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、涡轮转速数据、发动机扭矩数据、车速数据和油门开度数据对所述TC离合器的变矩到滑摩换向点以及离合器扭矩压力特性等进行自适应控制。

7.如权利要求6所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述功能控制层的第一功能模块还包括：速比控制模块；

所述液压执行层的第二功能模块还包括带轮阀体控制模块；

所述速比控制模块和所述带轮阀体控制模块相关联的零部件包括主动带轮和从动带轮；

所述自适应管理层接收所述基础层传输的主动带轮目标转速数据、主动带轮实际转速数据、从动带轮转动数据和发动机扭矩数据对所述主动带轮和从动带轮的目标控制压力以及主动带轮电磁阀的目标控制电流和从带轮电磁阀的目标控制电流进行自适应控制。

8.如权利要求7所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述功能控制层还包括：钢带保护功能模块，所述钢带保护功能模块与所述速比控制模块连接；

所述钢带保护功能模块获取所述基础层传输的发动机扭矩数据、车速数据、整车加速度数据、制动压力数据和速比数据并对所述钢带的安全系数进行计算，针对所述安全系数的数值对发动机的扭矩进行调控以保护所述钢带。

9.如权利要求1-3任意一项所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述变速箱调度层包括：变速箱管理模块和换挡图功能模块；

所述换挡图功能模块接收所述基础层传输的发动机扭矩数据、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据以确定目标主动带轮转速、换挡模式、坡道和车重；

所述变速箱管理模块接收所述基础层传输的手柄位置、发动机转速数据、车速数据、油门开度数据和制动踏板开度数据以确定变速箱控制状态和发动机状态。

10.如权利要求1-3任意一项所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述车辆数据包括与发动机数据、车速数据、油门开度数据、底盘加速度数据、涡轮转速数据、主动带轮转速数据、从动带轮转速数据、变速箱控制模式数据、DR离合器控制状态数据、TC离合器控制状态数据、制动踏板开度数据、换挡模式数据、制动压力数据、速比数据和变速箱油温数据。

11.如权利要求1-3任意一项所述的用于无级变速器的控制系统，其特征在于，所述接口层的输入输出模块与所述基础层之间采用标准的接口函数进行数据交互。

12.一种无级变速器，其特征在于，包括：控制器，所述控制器搭载如权利要求1-11任意一项所述的用于无级变速器的控制系统。

13.一种汽车，其特征在于，包括：如权利要求12所述的无级变速器。

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