CN1849473A - 用于机动车辆传动系的控制方法和控制器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于机动车辆传动系的控制器，该传动系包括发动机和提供齿轮传动空档的连续可变比率传动装置，控制器用于根据驾驶员输入设定对车轮转矩与发动机转速的需求，其特征在于控制器适于在车辆发动前通过提高发动机转速同时执行降低车轮转矩策略而对来自驾驶员的输入做出响应，该输入显示对发动机转速增加的要求，并且适于在开始发动过程的车辆驾驶员输入之后随后提高车轮转矩。

Description

用于机动车辆传动系的控制方法和控制器

技术领域

本发明涉及机动车辆发动机和传动装置在发动之前与发动期间的控制，所述的传动装置为连续可变型并且提供齿轮传动空档。

背景技术

当具有自动传动装置的机动车辆处于静止状态时，驾驶员通常使制动踏板保持压下状态。为了开始发动(即离开静止状态)，驾驶员从制动踏板上抬离并且踩在加速器上。在发动机能够到达为满足驾驶员的要求所需的速度与输出转矩之前，如通过加速踏板所示，必须使发动机进气歧管中的压力升高并且通常必须使发动机转速从空转速度升高。因此在从动轮处输送转矩之前存在延迟。

在具有带有通过转矩变换器联接的分级式比率齿轮箱的常规型自动传动装置的车辆中，通过在车辆静止时同时压下制动器与加速踏板两者，可以实现更快地发动。在这种状态下，发动机转速朝向转矩变换器失速速度增加。车轮转矩朝向可用的最大值增加。制动器使车辆保持静止，直到驾驶员松开制动器开始发动时为止。在发动时，发动机转速与转矩已经升高，因此就避免了上述延迟。所谓的“左脚制动”通常被看作违反操作规程的状况但是其容许快速发动并且改进了车辆从静止状态加速的情况。其依靠转矩变换器的作用，该转矩变换器既用于使发动机与处于静止状态的车轮脱离联接，又用于消耗发动机输出的能量。

本发明涉及一种不同类型的机动车辆传动装置，其具有连续可变比率装置(“变速器”)并且提供齿轮传动空档，在齿轮传动空档状态下传动装置提供无限低的齿轮传动比以便使得发动机能够保持运行并且通过传动装置联接于从动轮上，即使车辆静止时也是如此。齿轮传动空档的概念在该工业中众所周知。一种实现其的方法是使用具有三个输入轴/输出轴的外摆式分流器，其中一个轴的速度与另外两个轴的速度之和成比例。一个轴以固定齿轮比由发动机驱动。另一个轴由发动机通过变速器以连续可变比率驱动。分流器的第三个轴联接于从动轮上。在对应于齿轮传动空档状态的特定变速器比率(“齿轮传动空档比率”)下，分流器的两个驱动输入互相抵消从而使第三个轴静止。在此类传动装置中，动力在包含变速器与分流器的回路中重新循环。并不一定需要提供离合器或转矩变换器来在发动之前使发动机与车轮脱离联接。

变速器可被分成(1)比率控制型与(2)转矩控制型。本发明的设计与具有转矩控制变速器的传动装置有关，并且本发明特别考虑到适用于此类传动装置，但是其也可适于比率控制型。

比率控制变速器接收代表所需变速器传动比的控制信号(来自相关电子控制器)。变速器通过将其传动比调节至所需值而做出响应。调节通常涉及检测变速器的比率确定元件的位置(例如：带与滑轮式变速器中的滑轮的间距，或环形滚道式变速器中的辊子的位置)并使用反馈回路将该元件的实际位置调节至所需位置(由控制信号确定的位置)。因此在比率控制变速器中，比率直接与控制信号相对应。

在转矩控制变速器中则不是这种情况。相反，转矩控制变速器被构造并设置成将转矩施加于其输入与输出构件上，对于给定的变速器传动比而言，所述转矩直接与控制信号相对应。转矩而非传动比为控制变量。变速器输入与输出的速度变化，进而变速器传动比的变化都通过将这些转矩加上从外部施加的转矩(例如来自发动机与车轮)施加到联接于变速器输入与输出的惯量上而产生。相应地，就允许变速器传动比发生变化。

转矩控制迄今为止主要应用于环形滚道、滚动牵引型变速器，如例如Torotrak(Development)有限公司的欧洲专利EP 444086中所述。在这类变速器中，辊子用于在同轴安装的输入与输出盘之间传递驱动。变速器辊子对输入与输出盘施加相应转矩T_in和T_out。相应地，辊子受到绕着盘轴线的“反作用转矩”T_in与T_out。这个反作用转矩与由一组致动器绕着轴线施加于辊子上的转矩大小相等、方向相反。几何尺寸使得辊子绕着盘轴线的运动伴随着辊子的“进动”，即辊子轴相对于盘轴线所成的角度发生变化，从而使变速器传动比发生相应变化。通过控制致动器转矩，就直接控制着反作用转矩T_in+T_out。这类变速器中的控制信号直接与反作用转矩相对应。

由变速器施加于其输入与输出上的实际转矩不仅取决于控制信号而且取决于当前传动比，因为尽管T_in+T_out之和由控制信号唯一确定，但是T_in/T_out比率等于变速器传动比的倒数，因此随着变速器传动比而变化。

因此可以理解，变速器包括部件-可动式变速器辊子-其位置与当前变速器传动比相对应，该部件容易发生偏置，这种偏置由控制信号确定并通过在变速器输入/输出处产生的转矩来平衡。

发明内容

本发明的一个目的在于增强具有连续可变、齿轮传动空档型传动装置的机动车辆的发动性能。

根据本发明的第一方面，存在一种用于机动车辆传动系的控制器，该传动系包括发动机和提供齿轮传动空档的连续可变比率传动装置，控制器用于根据驾驶员输入设定对车轮转矩与发动机转速的需求，其特征在于控制器适于在车辆发动前通过提高发动机转速同时执行降低车轮转矩策略而对来自驾驶员的输入做出响应，该输入显示对发动机转速增加的要求，并且适于在开始发动过程的驾驶员输入之后随后提高车轮转矩。

象这样的左脚制动并非可以使用的控制输入的唯一方式。相反，可向驾驶员提供某些手动控制。

根据本发明，并不一定需要产生较大的车轮转矩来为发动发动机做准备。在静止时施加制动并非对所有实施例而言都必要。

根据本发明的第二方面，存在一种控制机动车辆传动系的方法，该传动系包括发动机和提供齿轮传动空档的连续可变比率传动装置，这种方法包括根据驾驶员输入设定对车轮转矩与发动机转速的需求，并且其特征在于在车辆发动前响应于来自驾驶员的输入而提高发动机转速同时执行降低车轮转矩策略，其中该输入显示对发动机转速增加的要求，随后在开始车辆发动过程之后提高车轮转矩。

附图说明

现在将参看附图仅通过实例来对本发明的特定实施例进行描述，其中：

图1为用于提供齿轮传动空档并可根据本发明操作的连续可变比率传动装置的高度简化图；

图2为用于图1传动装置中的变速器的简化表示；

图3为用于控制传动装置的系统的简图；

图4a和4b为分别示出了用于控制(a)发动机转速和(b)从动车轮处的转矩的缺省策略的三维曲线图；以及

图5a和5b为分别示出了用于在车辆静止时控制发动机转速和发动机转矩的改进型策略的两维曲线图。

具体实施方式

本发明的开发与使用环形滚道、滚动牵引型转矩控制变速器的车辆传动装置相关。本发明可适用于其它类型的传动装置。尽管如此，现在将对所述的环形滚道变速器进行非常简要地描述，以便示出某些相关原理。

图2示出了变速器10的某些主要部分，可以看到其包括共同限定了环形空腔22的同轴安装的输入与输出盘12、14，该环形空腔22包含变速器辊子20。辊子在输入与输出盘的相应面上运行以便将驱动从一个盘传递到另一个盘。辊子的安装方式容许其绕着盘12、14的轴线24沿圆周方向运动。辊子还能“进动”。也就是说，辊子的轴线能够旋转，从而改变辊子相对于盘轴线的倾角。在所示的实例中，辊子安装于托架26上，托架26通过杆28联接于致动器32的活塞30上。从活塞30的中心至辊子20的中心的线构成了“进动轴线”，整个装置可以绕着该轴线旋转。辊子倾角变化导致辊子在输入与输出盘12、14上所沿循的路径的半径发生变化。因此辊子倾角的变化伴随着变速器传动比的变化。

应当指出，进动轴线并不准确地位于垂直于盘轴线的平面中，而是与该平面成角度。该角度在图2中标为CA，此处被称作“进动倾角(castor angle)”。辊子的安装容许其运动，辊子的中心沿循中心位于盘轴线上的圆形路径。此外，盘12、14对辊子的作用易于造成将辊子保持于这种倾角，以便使得辊子轴线与盘轴线相交。尽管辊子沿着其圆形路径运动，但是轴线的相交可以借助于进动倾角而保持。因此辊子绕着盘轴线的平移运动伴随有辊子的进动因此伴随有变速器传动比的变化。如果忽略辊子与盘之间的滑动，变速器辊子的位置就与变速器传动比相对应，进而与发动机和从动轮之间的转速比相对应。

致动器32通过管路34、36接收相对的液压系统压力并且由致动器施加于辊子上的力与管路中的压差相对应。在这个实例中，该压差为施加于变速器上的主要控制信号。该力的作用在于推动辊子绕着盘轴线沿着其圆形路径运动。等价地，可以说致动器对辊子施加绕着盘轴线的转矩。致动器转矩通过辊子与盘的相互作用所产生的转矩来平衡。辊子对输入盘12施加转矩T_in，而对输出盘14施加转矩T_out。相应地，这些盘绕着盘轴线对辊子共同施加转矩T_in+T_out。T_in+T_out(反作用转矩)的量总是等于致动器转矩，因而与由前述的压差形成的控制信号成比例。

当然，为清楚起见，大大简化了所示的变速器10。举例来说，实际的变速器通常具有两对限定了两个环形空腔的输入/输出盘，其中每个空腔包含一组辊子。附图以剖面图示出输出盘14的面35，其带有部分环形切口以便形成第二空腔。在这种设置结构中，反作用转矩为施加于全部变速器辊子上的转矩之和。然而，以上提出的操作原理在实际的传动装置中基本上不变。

图1示出了一种提供齿轮传动空档的传动装置。发动机表示为500并且驱动着变速器10，而变速器10又驱动着外摆式分流器520的恒星齿轮。此外，发动机通过固定比率齿轮传动系R驱动着分流器520的行星齿轮架CAR。分流器的内齿圈ANN驱动着车辆车轮522。如以上所述，在某些变速器比率(“齿轮传动空档比率”)下实现齿轮传动空档，在齿轮传动空档处恒星齿轮与行星齿轮架的速度互相抵消，从而使环形输出齿轮静止。

图1被大大简化。实际的传动装置还具有位于传动装置的组成零件之间的齿轮传动系，此外具有用于接合着高与低状态以便扩大可用比率范围的离合器。这些方面在本领域内众所周知。可以根据这些图来理解这些与常规型车辆发动相关的原理(在低状态下)。在发动之前，在车辆车轮静止的情况下，变速器处于齿轮传动空档比率下。与变速器的控制输入-管路34与36之间的压差-成比例的从动轮处的转矩-于是可以被直接控制。在静止、空载条件下，将低水平的转矩施加于车轮上以便提供爬行。当驾驶员松开制动器并应用加速器以便离开时，变速器控制信号得到增加以便提高车轮转矩并且发动机转矩需求被提高，从而提供必要的发动机功率。如上所述，在提供该发动机功率方面存在延迟，本发明意欲缓和这个问题。

除了图3中提供的实例之外，本发明可以使用任何适用的控制体系结构来执行，而在图3中，再次看到500处为发动机并且发动机驱动着连续可变、转矩控制型传动装置502。该图示意性地示出了变速器10和外摆式分流器520。方框508表示包括从动轮的车辆。

对发动机和传动装置的控制以电子方式进行，受到来自驾驶员的指令的控制。在现有的实施例中，常规型数字微处理器经过编程以用于该任务。所示的体系结构包括电子动力系控制单元(″PCU″)，其接收来自与发动机、传动装置相关联的装置的数据，还接收来自驾驶员的控制509(例如通过常规型机动车辆的加速器和制动踏板形成)的数据。作为响应，PCU提供了控制着发动机与传动装置两者的性能的输出。通过电子发动机转矩控制器510与节流阀512来进行发动机控制。

PCU根据当前的车辆速度与踏板位置建立对发动机转速与从动车辆车轮处的转矩的基本需求。发动机与传动装置根据基本需求受到控制。图4b中示出了车轮转矩需求(Trq wheel Dr)的变化，而图4a中示出了发动机转速需求(Spd Eng Dr)的变化，车辆速度在轴线上标为SpdVeh而轴线上的踏板位置标为PosPedal。可以看到，在这种方案中，在低车辆速度下，大的车轮转矩可以由驾驶员设定，尽管发动机转速的有效范围较低。然而，当驾驶员需要增强发动时，可以根据本发明来改进策略。

现在说明本发明如何增强车辆发动，首先考虑常规型传动装置(带有转矩变换器)与齿轮传动空档型传动装置之间的某些区别。如果驾驶员实行左脚制动，车辆车轮保持静止，因而(因为旋转动力等于转矩乘转速)不会有动力输出到车轮。然而，发动机可以在驾驶员控制下以高速运行，在常规型传动装置的情况下，转矩变换器对发动机施加相当大的转矩负载，因此传动装置的功率输入很高。

这种功率只能由传动装置消耗并且这主要通过转矩变换器中的损耗来进行。此外，转矩负载可以施加于发动机上是由于转矩变换器的作用，转矩变换器可以在其输入(发动机侧)处承受高转矩，而不管在其输出(从动轮)侧是否为静止。

相反，本文中所考虑的传动装置没有其中可以消耗热量的转矩变换器或离合器。当车辆车轮静止时，传动装置的功率输入必须被限制到可以由传动装置消耗或吸收的水平。此外，与常规型自动传动装置相比，其在车辆车轮静止时使为发动机加载的能力受到更多限制。应当指出，如果忽略摩擦效应，那么由于无限低的齿轮传动比，所以作用于发动机上的负载为零而不管反作用转矩如何，即无论传动装置产生什么车轮转矩，都没有负载施加于发动机上。实际上，在传动装置中当然存在产生发动机负载的摩擦阻力。

因为这些原因，所以迄今为止，用于此处所考虑的传动装置的已知控制软件被设计成用于检测驾驶员进行左脚制动的尝试，并且防止或限制在这种情况下发动机转速和发动机输出功率转矩的增加-即防止这种实际情况。然而，本发明人已认识到，可以使用这类传动装置来增强发动，并且实际上可以获得重要的优点。

在本发明的实施例中，PCU被设置成用于检测驾驶员对增强发动的需求。驾驶员的这种需求的指示可以通过踏板来进行，在静止时同时压下制动与加速踏板两者被理解为对增强发动的需求。然而，驾驶员可以使用某些其它控制，即手动控制来表示这种需求。PCU所做的响应就是使用改进型策略以便选择基本发动机转速与车轮转矩要求。允许发动机转速响应于加速踏板位置而升到空转速度之上。在设定车轮转矩的过程中，可以利用传动装置的输出转矩可以任意设定的事实，因为车轮转矩与变速器所产生的反作用转矩成比例。与常见策略相比，改进型基本车轮转矩策略提供了降低的车轮转矩，以便当静止时并不一定需要产生极大的车轮转矩来克服车辆制动作用。

在图5a中，踏板位置表示于水平轴PosPedal上，而基本发动机转速需求表示于垂直轴SpEngDr上。这是表示车辆速度为零时-即发动之前的可用策略的二维曲线图。用于设定基本发动机转速需求的缺省策略表示为实线。这与图4a中在对应于零车辆速度的平面中表示的踏板位置与速度需求之间的关系相同。

改进型策略由虚线表示。

类似地，在图5b中，踏板位置表示于水平轴PosPedal上，而垂直轴TrqWheelDr在此表示基本车轮转矩需求。实线表示缺省车轮转矩策略并且与图4b的零车辆速度相配。虚线表示改进型基本车轮转矩需求策略。

应当清楚，对于大多数踏板位置而言，与缺省策略相比，在改进型策略中施加于车辆从动轮上的转矩降低，而发动机转速增加。因此，在车辆静止时驾驶员可以通过提高发动机转速来使车辆准备快速发动，而不会产生过大的车轮转矩，所述车轮转矩将易于导致车辆提前起动并且必须上受到大制动力限制。将加速踏板压至中点用于提高发动机转速以便接近其最大预发动水平而不会使车轮转矩过大。然而，应当指出，驾驶员仍然可以通过进一步压下加速器来产生更高的车轮转矩(缺省策略下可获得的百分之100转矩)，举例来说，这点功能证明对于在车辆大量载重时在斜坡上起动很重要。

当驾驶员开始发动(例如通过松开制动踏板)时，控制器可以回复至缺省策略。在本实施例中，这在发动之后立即进行。车轮转矩需求因此通常快速升高。在发动之前以高速运行的发动机就不需要遇到进气歧管加压和发动机加速所涉及的延迟问题。在发动时，在收到提高车轮转矩需求之后，可以极快地调节变速器反作用压力，以便提供车辆快速加速所需的车轮转矩。发动性能，特别是初始发动阶段的加速情况，就可以得到显著改善。

一种替代方案是提供从改进型策略到缺省策略更平缓的过渡，从而可能提供更平稳的发动。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆传动系的控制器，该传动系包括发动机和提供齿轮传动空档的连续可变比率传动装置，控制器用于根据驾驶员输入设定对车轮转矩与发动机转速的需求，其特征在于控制器适于通过提高发动机转速同时执行降低车轮转矩策略而对来自驾驶员的输入做出响应，该输入显示对增强发动的要求，并且适于在开始发动过程的车辆驾驶员输入之后随后提高车轮转矩。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中显示车辆发动之前对发动机转速增加的要求的驾驶员输入包括同时应用驾驶员的制动和加速器控制。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中开始发动的驾驶员输入包括松开制动控制。

4.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，其适于限制在车辆发动之前对传动装置的功率输入。

5.根据前述权利要求中任一项所述的控制器，其用来与转矩控制型传动装置一起使用，控制器设置成向传动装置提供与待提供的车轮转矩成比例的信号。

6.一种机动车辆传动系，包括根据前述权利要求中任一项所述的控制器。

7.一种控制机动车辆传动系的方法，该传动系包括发动机和提供齿轮传动空档的连续可变传动装置，这种方法包括根据驾驶员输入设定对发动机转速与车轮转矩的需求，并且其特征在于在车辆发动前响应于来自驾驶员的输入而提高发动机转速同时执行降低车轮转矩策略，其中该输入显示对发动机转速增加的要求，随后在开始车辆发动过程之后提高车轮转矩。

8.根据权利要求7所述的方法，其中显示车辆发动之前对发动机转速增加的要求的驾驶员输入包括同时应用制动和加速器控制。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中传动装置为转矩控制型，包括向传动装置提供与车轮转矩成比例的控制输入。

10.一种用于机动车辆传动系的控制器，其基本上如同此处参看附图所述，并如同附图中所示。

11.一种用于控制机动车辆传动系的方法，其基本上如同此处参看附图所述，并如同附图中所示。

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