CN1740541A - 提高发动机怠速温度的变速箱控制方法 - Google Patents

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Abstract

在发动机空档怠速工作期间，有选择地控制机动车动力传动系中的液力耦合器的状态，以将发动机温度提高到所需水平。液力耦合器包括一个与发动机连接的输入元件，及一个与变速箱连接的输出元件，在特定使用情况下，有选择地将输出元件接地，以对发动机施加负载，提高发动机的工作温度。当不再满足启用条件或者估计的耦合器油温达到或超过了预定温度，则松开输出元件，以恢复动力传动系的正常操作。

Description

提高发动机怠速温度的变速箱控制方法
技术领域
本发明涉及对机动车动力传动系的控制，其中该动力传动系包括通过液力耦合器与动力传动装置结合的内燃机，更具体地，本发明涉及一种变速箱的控制，在怠速期间能够有选择地提高发动机温度。
背景技术
在大多数车辆动力传动系中，发动机工作所产生的热量不但能很方便地用于加热驾驶室，而且能很方便地用来加热各种尾气排放控制装置，诸如催化转换器和微粒收集器。虽然车辆正常工作期间产生的热量足以满足这些需求，但是在怠速工作期间，特别是在柴油发动机的长期怠速工作期间，产生的热量却不足以满足这些需求的。结果就是，在环境温度较低的情况下，要花过长的时间使驾驶室温暖起来，而且可能会由于尾气温度不够高，造成不能激活排放控制装置。因此，需要的就是能够在怠速工作期间有选择并且可控制地提高发动机温度的方法。
发明内容
本发明涉及一种机动车动力传动系工作改进的方法，其中该动力传动系包括通过液力耦合器与动力传动装置结合的内燃机，在该发明中，在发动机空档怠速工作期间，变速箱的一个摩擦装置将控制液力耦合器的状态，使发动机温度提高到所需的水平。该液力耦合器上有一个与发动机相连的输入元件和一个与变速箱相连的输出元件，在特定的启用条件下，变速箱摩擦装置选择性地将输出元件接地(ground)，给发动机加载(load)，以提高发动机工作温度。当启用条件不再满足或估测的耦合器油液温度超过预定温度时，摩擦装置就会松开，恢复液力耦合器的正常工作。
附图说明
图1是机动车动力传动系的一个框图，包括一个发动机、一个液力耦合器、一个自动变速箱及一个用于实现本发明的基于微处理器的变速箱控制单元；
图2是描述图1中变速箱离合器其状态的图表，通过离合器状态实现本发明中不同的变速箱速比及锁定涡轮模式；
图3是图1中变速箱控制单元所执行的，用来估计图1中液力耦合器油液温度的软件程序的框图，以；及
图4是图1中变速箱控制单元所执行的，用来调节图1中液力耦合器工作，增加发动机工作温度的软件程序的流程图。
具体实施方式
参考图1，这里所公开的本发明的控制方法应用在机动车的动力传动系10中，该动力传动系包括一个柴油发动机(ENG)12及一个多档动力传动装置(power transmission)14，该动力传动装置采用一个Polak拥有的专利号为4070927的美国专利中所记述的行星齿轮组类型，及一个Long等人拥有的专利号为5601506的美国专利中所记述的电子液力控制类型，这些专利在此引作参考。所以，图1所示的齿轮组和控制元件已做了极大的简化，关于液压回路等的更多细节可以在前面提及的专利中找到。
通过诸如液力变矩器16的液力耦合器将发动机12与变速箱14连接起来。液力变矩器16的输入元件即泵轮(I)16a与发动机12的输出轴连接，液力变矩器16的输出元件即涡轮(T)16b与变速箱14的输入轴18连接。伴随着泵轮16a和涡轮16b之间的滑差，液力变矩器进行着正常的转矩传递，该动力传动系10包括一个变矩器离合器20，在特定情况下该离合器可以有选择地进行结合，使得发动机12和变速箱输入轴18之间形成机械连接。变速箱输出轴22则通过几种常见连接方式中的一种连接到车辆的驱动轮。
变速箱14具有三个内接行星齿轮组，通常用附图标记23、24和25来表示。输入轴18连续地驱动着齿轮组23的太阳轮28，并通过离合器C1有选择地驱动齿轮组24、25的太阳轮30、32，并且通过离合器C2有选择地驱动齿轮组24的行星架34。分别通过离合器C3、C4和C5有选择地将齿轮组23、24、25的齿圈36、38、4 0连接到地42。
如表2所示，通过控制离合器C1-C5的状态(也就是结合或未结合)可以获得六个前进档(1档～6档)，一个倒档(R)，一个空档(N)模式，或者本发明的涡轮锁定(LT)模式。如表所示，在前进档工作期间，离合器C1和/或C2结合，而在空档(N)模式期间，离合器C5结合。离合器C3与离合器C5一起结合，即实现从空档到倒档的换档操作，而离合器C3和C4结合，可获得涡轮锁定模式，在该模式期间液力变矩器16的涡轮16b连接到地42。
本发明中涡轮锁定模式的建立是很独特的，当在发动机怠速而变速箱处于空档(N)模式而发出建立请求时，会使液力变矩器16对发动机12进行加载。对于发动机12，涡轮锁定模式与前进档或倒档下的静止工作是等效的，但这时，输入轴18和输出轴22之间没有了驱动连接。参考图1，可以看出离合器C3和C4的同时结合锁定了行星齿轮组23，由此阻止了液力变矩器涡轮16b的转动。
一个电液控制系统控制着变矩器20和变速箱离合器C1-C5，该控制系统通常用附图标记44表示。控制系统44的液压部分包括一个泵46，用来从油箱48中吸出液压油，一个压力调节器50，将泵输出的部分油液返回到油箱48，以在管路52中建立一个调整后的压力，一个副压力调节阀54，一个手动阀56，该阀是通过连接臂82和多个电磁线圈操纵的液压控制阀58、60、62、64由驾驶者手控换档选择器(未示出)激活。
控制的电动部分主要是由发动机控制单元(ECU)65和变速箱控制单元(TCU)66组成，图1中为两个单独的模块。控制单元65、66均是基于微处理器的，结构上可以是常见的形式。根据由发动机12提供的控制变量，ECU65基于多个发动机12的控制变量控制发动机的运行，TCU66基于一系列输入信号控制电磁线圈操纵的液压控制阀58、60、62、64，以得到所需的变速箱速比。TCU66的输入包括表示变速箱输入速度TIS、发动机速度ES、驾驶员转矩要求TQ、变速箱油温TFT、变速箱输出速度TOS的信号。形成这些信号的传感器本身是一些常规的传感器，所以为了简化就将其省略了。另外，ECU65通过线88向TCU66提出暖机要求(WUR)，而ECU66通过线89将与发动机相关的指令和变速箱状态信息提供给ECU65。
手控阀56的连接臂82与传感器和显示模块84连接，并基于控制杆的位置在线86上产生一个信号。由于其表示了驾驶者手控换档选择器所选择的变速箱范围(驻车、倒档、空档、行驶或低速)，所以该信号通常称为PRNDL信号。最后，液压控制阀60由压力开关74、76、78供压，以基于相应的中继阀位置将诊断信号通过线80提供给TCU66。TCU66对各种诊断信号进行监控，以实现电气检验被控元件的操作正确的目的。
电磁线圈操纵的液压控制阀58、60、62、64通常为开/关或调制型。中继阀60包括一组三个开/关阀，并且用其与手控阀5 6合作，仅用两个调制阀62、64实现离合器C1-C5中各离合器的结合及非结合进行控制。对于任何选定的档位，TCU66激活一个特定的中继阀60组合，以将调制阀62、64中的一个连接到将要使用的离合器上，将调制阀62、64中的另一个连接到将不使用的离合器上。调制阀62、64均包括一个压力调整阀，随着电流控制的执行电机所形成的可调辅助压力而发生偏移。液压控制阀(CC)58也是一个调制阀，控制变矩器离合器20的供油通道70、72，以选择性地结合或分离变矩器离合器20。TCU66确定压力指令，使得平顺地把将不使用的离合器分离的同时，把要将使用的离合器平顺地结合，确定相应的执行电动机的电流指令，然后根据电流指令将电流提供给相应的执行电动机。
本发明特别着重于由TCU66执行的控制方法，以在驻车或空档下的发动机怠速工作期间，选择性地建立变速箱14的涡轮锁定(LT)模式，从而增加发动机工作温度。这能够很明显地缩短在环境温度较低时车辆驾驶舱变暖的时间，并能保持高的尾气温度，使诸如微粒收集器的各种尾气排放控制装置能够正常工作，该微粒收集器必须进行定期更新，以将累积的微粒烧掉。由于使用涡轮锁定模式也能增加变矩器16中的油温，所以本发明的方法也包含估测变矩器16中的油温并当估计的温度超出预定温度阈值时退出涡轮锁定模式。
图3的方块图表示的是由TCU66定期执行的软件程序，基于检测到的变速箱油温TFT、变矩器滑差以及测到的发动机速度ES，估测变矩器16中的油温(TCFT_EST)。根据发动机速度ES和变速箱输入速度TIS之间的差值能够计算出变矩器滑差。变矩器油温的估测值包括变化中的非负温度偏移量(TEMP_OFFSET)，将该偏移量加到TFT上就能得到TCFT_EST。在变矩器滑差增加时，第一查询表90产生一个线92上的输出，以增加TEMP_OFFSET，而在发动机速度ES升高时，第二查询表94产生一个线96上的输出，以减少TEMP_OFFSET，根据发动机速度ES的增加，确认泵46(因此，液体流过变矩器16)的速度随之发动机速度ES的增加而增加。块98从第一查询表90的输出中减去第二查询表94的输出，以得到温度的增加量，通过加法器100将该增加量加到当前的TEMP_OFFSET值上。块102和104分别将TEMP_OFFSET限制到不小于零也不大于标定的最大值MAX。最后，根据TEMP_OFFSET与TFT的和，加法块106就可以得到TCFT_EST。
图4的流程图表示由TCU66定期执行的软件程序，选择性地进入或退出本发明中的涡轮锁定模式。首先执行块110，以估计各种启用的情况，包括下面中的一部分或全部：(1)档位选择器处于驻车档，(2)松开车辆行车制动，(3)变速箱输出速度＝0，(4)发动机速度低于阈值，(5)发动机节气门位置比极限位置低，(6)发动机输出转矩低于阈值，(7)发动机冷却液温度低于阈值，(8)变速箱油温TFT低于阈值，及(9)ECU65发出暖机请求。另外，块110将对CYCLE_TIMER的状态做出估计，这将在下文讨论。当然，根据可利用的信号、车辆生产商的选择及其它因素，启用情况的多少和种类都会发生变化的。也可以将各种滞后极限和/或计时器与一个或多个使用条件结合起来使用。同样的，也有可能在ECU65和TCU66之间进行交互控制，如下文所示。
如果涡轮锁定模式的启用条件不满足，块112的反馈是否定的，由执行块114、116和118，将涡轮锁定激活(LTA)、加热循环激活(HCA)及冷却循环激活(CCA)的状态标志量设为FALSE，将松开离合器C3和C4，为CYCLE_TIMER重新设置一个值，如五秒。块120将标志量状态输出到ECU65，退出该程序。在这时重置CYCLE_TIMER，则当未立即满足一个或多个启用条件时，由于CYCLE_TIMER本身就是一个使用条件，所以，能够防止涡轮锁定模式的快速的重新初始化。如果ECU65已经要求发动机进行暖机并且程序将LTA标志量设置到FALSE以表示不能利用涡轮锁定模式，则ECU65就能够对提高发动机温度的代替方法进行初始化，，诸如增加发动机怠速速度。
当涡轮锁定模式的启用条件满足时，块112的反馈是肯定的，执行块122-144以对涡轮锁定模式进行初始化，并且通过HCA和CCA标志量将控制状态通知ECU65，所以ECU65能够模拟在该系统中的负载及产生的热量，以决定是否实现了发动机控制目标。首先，块122决定LTA标志量是否是FALSE。根据前面执行的块114，块122的初始反馈是肯定的，执行块124和126以将LTA、HCA标志量设置到TRUE，将CCA标志量设置到FALSE，并且结合离合器C3和C4，以对涡轮锁定模式进行初始化。如上所述，块120将一个标志量状态输出到ECU65，退出程序。
在接下来执行的程序中，根据前面执行的块124，块122的反馈是否定的，执行块128-144决定是否将临时退出涡轮锁定模式，以防止变矩器16过热。首先，块128决定冷却循环激活(CCA)标志量是否是TURE。最初，块128的反馈是否定的(同样是根据前面执行的块124)，执行块130，以决定估计的变矩器油温TCFT_EST是否超过标定阈值CAL_TEMP_UPPER，如105℃。如果没有，则退出该程序；如果是，则执行块132、134和136，松开离合器C3和C4，退出涡轮锁定模式，将CCA标志量设置为TRUE，将HCA标志量设置为FALSE，将冷却循环计时器CC_TIMER重置为一个值，如六秒。由于将CCA标志量设置为TRUE，所以在程序接下来的执行中块128的反馈是肯定的回答，然后块138检测CC_TIMER，决定是否要重新建立涡轮锁定模式。如果CC_TIMER没有回零，块120将标志量状态输出到ECU65，退出程序。如果CC_TIMER回零，执行块140和142，使离合器C3和C4结合，以重新建立涡轮锁定模式，将CCA标志量设置为FALSE，将HCA标志量设置为TURE。这样，CC_TIMER就建立了变矩器液体的最小冷却时间。
总的来说，本发明的方法利用变速箱摩擦元件，选择性地将变矩器涡轮16b连接到地，以在特定情况下实现增加发动机工作温度的目的。该方法以自限制方式来实现，实际上车辆的驾驶员是察觉不到的，但是却能有效地实现缩短驾驶舱变暖的时间及增加发动机尾气温度的要求目标。
尽管针对所描述的实施例描述了本发明的方法，但是很清楚，对于本领域技术人员来讲除了这里提到的还有多种改进和变化。例如，动力传动系的组成可以与这里所示的不同，可以利用手动禁止控制输入等。同样的，如发动机高怠速控制的其它控制方法也可以与所述控制方法一起使用。所以，并不希望将本发明局限于所公开的实施例，而是其具有所附的权利要求的表述所限制的整个范围。

Claims (14)

1.一种机动车动力传动系的操纵方法，该动力传动系包括具有输入输出元件的液压耦合器，与所述输入元件连接的内燃机，及具有与所述输出元件连接的输入的动力传动装置，该方法包括下面的步骤：
检测空档怠速状态，其中所述发动机的温度比所需要的温度低；和
激活所述动力转动装置的至少一个摩擦装置，以防止在所述输出元件和所述变速箱的输出之间未建立驱动连接的情况下所述输出元件转动，所以就能对所述发动机加载，以增加所述温度。
2.如权利要求2所述的方法，包括一个步骤：
在对所述至少一个摩擦装置进行解除后，在至少一个预定时间段内，停止激活所述的至少一个摩擦装置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于检测所述空档怠速状态的步骤包括下面的步骤：
检测到所述发动机的冷却液温度低于极限温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于检测所述空档怠速状态的步骤包括下面的步骤：
检测由发动机控制器产生的暖机要求。
5.如权利要求1所述的方法，包括下面的步骤：
建立启用条件，以激活所述至少一个摩擦装置；
当检测到空档怠速状态并且满足所述使用条件时，激活所述至少一个摩擦装置；
当未检测到空档怠速状态时，对所述至少一个摩擦装置进行解除；及
当未满足所述使用条件时，对所述至少一个摩擦装置进行解除。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述使用条件包括检测到松开了车辆的行车制动。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述使用条件包括检测到所述变速箱的档位选择器处于驻车位置。
8.如权利要求1所述的方法，包括下面的步骤：
当所述液力耦合器中的油温超过阈值时，对所述至少一个摩擦装置进行解除作用，以对冷却模式进行初始化。
9.如权利要求8所述的方法，包括下面的步骤：
重新起动所述至少一个摩擦装置，以在对所述冷却模式进行初始化后的一段预定时间后，终止所述冷却模式。
10.如权利要求8所述的方法，包括下面的步骤：
检测在所述变速箱中的油温；
检测所述发动机的速度；
确定在所述输入元件和所述输出元件之间的滑动速度；及
基于检测到的所述变速箱中的油温、检测到的所述发动机的速度及已经确定的滑动速度，估计在所述液力耦合器中的油温。
11.如权利要求10所述的方法，包括下面步骤：
基于检测到的所述发动机的速度及已确定的滑动速度，确定温度偏移量；及
基于所述温度偏移量及检测到的所述变速箱中的油温的和，估计在所述液力耦合器中的油温。
12.如权利要求11所述的方法，包括下面的步骤：
将所述温度偏移量限制到一个值，该值是在零到调整后的最大温度偏移量之间的。
13.如权利要求1所述的方法，包括下面的步骤：
建立激活所述至少一个摩擦装置的启用条件；
当检测到所述空档怠速状态并且满足所述启用条件时，响应于发动机的暖机要求激活所述至少一个摩擦装置；
当未检测到所述空档怠速状态时，对所述至少一个摩擦装置进行解除；及
当未满足使用条件时，对所述至少一个摩擦装置进行解除。
14.如权利要求13所述的方法，包括下面的步骤：
显示所述至少一个摩擦装置的激活状态。
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