CN204186979U - 双离合变速箱的控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双离合变速箱的控制系统，包括两个结构相同的控制器和一个双离合变速箱本体；每个控制器均包含控制芯片、通讯单元、电源模块、输入模块、驱动模块。所述双离合变速箱本体包含多路转速及同步器位移传感器，并采用电磁阀做为执行器。两个控制器的通讯单元之间通过总线相互通讯。两个控制器的输入模块分别连接并接收相应档传感器信号。两个控制器的驱动模块分别连接并驱动相应执行器。本申请采用两个独立的控制器联合工作，保证当其中一个控制器发生故障而导致输出级完全关闭时，另一个控制器仍能维持部分档位有效。从而可以维持车辆行驶直至维修站，以降低控制器故障时产生的安全风险，避免车辆、人员损失。

Description

双离合变速箱的控制系统

技术领域

本申请涉及一种车辆的双离合变速箱(DCT)的控制系统。

背景技术

自动变速箱控制单元(TCU)是自动变速箱的核心部件，负责根据驾驶员的驾驶意图及车辆当前工况，控制自动变速箱完成各种换档动作(升档、降档、跳档等)，并保持在合适的档位。

随着人们对油耗及尾气排放的要求逐渐提高，自动变速箱呈现出多档化趋势。目前市场上仍存在部分4速变速箱产品；6速及7速变速箱已逐渐成为主流；更先进的8速、9速变速箱也开始出现在部分中高端轿车；同时，有部分整车厂、变速箱厂也已经开始了10速甚至更多档位数量的变速箱的研发工作。伴随着档位的增多，自动变速箱所要求的执行器(电磁阀)数量也会增加，导致单个TCU的输入输出通道增加，体积变大。

随着TCU的内部结构日趋复杂，实现功能日益增加，不可避免地带来了系统安全性与可靠性下降的问题。为了解决这个问题，目前已有一些技术方案。

请参阅图1，这是一种现有的TCU，其中具有两块控制芯片。假定控制芯片一为主芯片，控制芯片二为从芯片。由一个电源模块为两块控制芯片供电，由一个输入模块为两块控制芯片输入信号。主芯片正常时，由一个通讯模块仅与主芯片通讯，仅由主芯片控制一个驱动模块。当从芯片检测到主芯片故障后，从芯片可以取代主芯片与通讯模块进行通讯并控制驱动模块。

请参阅图2，这是另一种现有的TCU。在图1所示的双芯片TCU的基础上，图2为两块控制芯片设置了相互独立的电源模块、通讯模块。从而在任一控制芯片发生故障时，另一控制芯片可以由独立的电源模块供电并与独立的通讯模块进行通讯，从而加强了故障下的控制性能。

以上两个方案均是在一个TCU内部集成两块控制芯片，通过冗余的方式提高了TCU的可靠性。然而这却导致TCU的内部结构更加复杂。同时，两块控制芯片集成于同一TCU内部，需要共用一些模块和输入输出通道，因此并不能做到双芯片的完全独立控制。

请参阅图3，这是一个7速的双离合变速箱的局部结构示意图。双离合变速箱具有两个离合器(奇数档离合器CO和偶数档离合器CE)、两根输入轴(奇数档输入轴SIO和偶数档输入轴SIE)和一根输出轴(输出轴SO)。奇数档离合器CO用来使发动机接合或断开奇数档输入轴SIO，偶数档离合器CE用来使发动机接合或断开偶数档输入轴SIE，正常工作时这两个离合器的接合或断开状态总是相反的。奇数档输入轴SIO安装有倒档、1档、3档、5档、7档的齿轮，偶数档输入轴SIE安装有2档、4档、6档的齿轮，其中一根输入轴的内部中空以容纳另一根输入轴。在不同的双离合变速箱中，倒档或者部署于奇数档输入轴SIO，或者部署于偶数档输入轴SIE。在输出轴SO上具有多个同步器S1至S4，用来使输出轴SO接合某个档位的啮合齿轮从而驱动车辆的驱动轮。以同步器一S1为例，其可以接合1档、或接合3档、或空档(既不接合1档，也不接合3档)。将用于接合设置在奇数档输入轴SIO上的两个档位的同步器称为奇数档同步器，例如同步器一S1、同步器二S2。将用于接合设置在偶数档输入轴SIE上的两个档位的同步器称为偶数档同步器，例如同步器三S3。将用于接合“设置在奇数档输入轴SIO上的一个档位”与“设置在偶数档输入轴SIE上的一个档位”的同步器，或者归为奇数档同步器，或者归为偶数档同步器，例如同步器四S4。两个离合器和各个同步器的状态由多个电磁阀进行控制。

对于由单个TCU控制的双离合变速箱而言，一旦该TCU发生严重故障导致所有电磁阀均不工作，那么将导致发动机同时与两根输入轴SIE及SIO脱开，双离合变速箱切入空档，表现为车辆突然失去动力，这给双离合变速箱车辆带来了较大的安全风险。

实用新型内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种DCT的控制系统，在不将TCU的内部结构复杂化的前提下提供了较高的安全可靠性。

为解决上述技术问题，本申请双离合变速箱的控制系统包括一个双离合变速箱本体和两个结构相同的控制器；其中一个控制器为主控制器，另一个控制器为从控制器；

所述双离合变速箱本体包括用来采集发动机转速和变速箱输出轴转速的转速传感器组、用来采集奇数档输入轴转速和各个奇数档同步器状态的奇数档传感器组、用来采集偶数档输入轴转速和各个偶数档同步器状态的偶数档传感器组、用来控制奇数档离合器和各个奇数档同步器的奇数档执行器组、用来控制偶数档离合器和各个偶数档同步器的偶数档执行器组；

每个控制器均包含一块控制芯片、一个通讯单元、一个电源模块、一个输入模块、一个驱动模块；两个控制器的通讯单元之间通过总线相互通讯；两个控制器的输入模块分别连接并接收奇数档传感器组、偶数档传感器组的信号；主控制器的输入模块还连接并接收转速传感器组的信号；连接奇数档传感器组的控制器的驱动模块连接并控制奇数档执行器组，连接偶数档传感器组的控制器的驱动模块连接并控制偶数档执行器组。

进一步地，转速传感器组包括发动机转速传感器和输出轴转速传感器；

奇数档传感器组包括奇数档输入轴转速传感器和奇数档同步器位移传感器；所述奇数档同步器位移传感器有一个或多个，分别采集各个奇数档同步器状态；

偶数档传感器组包括偶数档输入轴转速传感器和偶数档同步器位移传感器；所述偶数档同步器位移传感器也有一个或多个，分别采集各个偶数档同步器状态；

奇数档执行器组包括多个奇数档电磁阀，分别控制奇数档离合器和各个奇数档同步器；

偶数档执行器包括多个偶数档电磁阀，分别控制偶数档离合器和各个偶数档同步器。

进一步地，倒档设置在奇数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受奇数档同步器控制；

或者，倒档设置在奇数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受偶数档同步器控制；

或者，倒档设置在偶数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受奇数档同步器控制；

或者，倒档设置在偶数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受偶数档同步器控制。

进一步地，奇数档执行器组和偶数档执行器组分别位于两个独立的液压模块内，每个液压模块均包含一个压力控制电磁阀和多个流量控制电磁阀；油泵所输出的液压油首先经过各个液压模块中的压力控制电磁阀后再分成多路连到该液压模块中的各个流量控制电磁阀。

本申请双离合变速箱的控制系统采用物理上完全独立的两个控制器联合工作，保证当其中一个控制器发生故障而导致其连接的执行器组完全关闭时，另一个控制器仍能维持部分档位有效。从而可以维持车辆行驶直至维修站，以降低控制器故障时产生的安全风险，避免车辆、人员损失。并且每个控制器的内部均为单个控制芯片，从而结构相对简单，可靠性更高。

附图说明

图1是一种现有的TCU的结构示意图；

图2是另一种现有的TCU的结构示意图；

图3是一个7速的双离合变速箱的局部结构示意图；

图4是本申请的双离合变速箱的控制系统的结构示意图；

图5是本申请的双离合变速箱的控制系统的一个实施例的结构示意图；

图6是图5所示实施例在TCU二发生故障时，正常工作部分的结构示意图；

图7是图5所示实施例在TCU一发生故障时，正常工作部分的结构示意图。

图中附图标记说明：

CO为奇数档离合器；CE为偶数档离合器；SIO为奇数档输入轴；SIE为偶数档输入轴；SO为输出轴；S1至S4均为同步器；HM1和HM2为液压模块；V1至V8均为电磁阀。

具体实施方式

请参阅图4，本申请的双离合变速箱的控制系统包括一个双离合变速箱本体和两个结构相同的控制器。其中一个控制器为主控制器，另一个控制器为从控制器。

所述双离合变速箱本体包括用来采集发动机转速和变速箱输出轴转速的转速传感器组、用来采集奇数档输入轴转速和各个奇数档同步器状态的奇数档传感器组、用来采集偶数档输入轴转速和各个偶数档同步器状态的偶数档传感器组、用来控制奇数档离合器和各个奇数档同步器的奇数档执行器组、用来控制偶数档离合器和各个偶数档同步器的偶数档执行器组。例如，转速传感器组包括发动机转速传感器和输出轴转速传感器，奇数档传感器组包括奇数档输入轴转速传感器和奇数档同步器位移传感器，偶数档传感器组包括偶数档输入轴转速传感器和偶数档同步器位移传感器，奇数档执行器组包括多个奇数档电磁阀分别控制奇数档离合器和各个奇数档同步器，偶数档执行器包括多个偶数档电磁阀分别控制偶数档离合器和各个偶数档同步器。所述奇数档同步器位移传感器有一个或多个，分别采集各个奇数档同步器状态。所述偶数档同步器位移传感器也有一个或多个，分别采集各个偶数档同步器状态。

每个控制器均包含一块控制芯片、一个通讯单元、一个电源模块、一个输入模块、一个驱动模块。这表明两个控制器均为单芯片结构。两个控制器的通讯单元之间通过车辆总线(例如CAN总线)相互通讯。两个控制器的电源模块分别为各自的控制器供电。两个控制器的输入模块分别连接并接收奇数档传感器组、偶数档传感器组的信号。图4中主控制器的输入模块连接并接收奇数档传感器组的信号，从控制器的输入模块连接并接收偶数档传感器组的信号，这两组连接关系也可互换。主控制器的输入模块还连接并接收转速传感器组的信号。连接奇数档传感器组的控制器的驱动模块连接并控制奇数档执行器组，连接偶数档传感器组的控制器的驱动模块连接并控制偶数档执行器组。

本申请的双离合变速箱的控制系统的实现方法为：

正常工作时，主控制器接收所连接的传感器(转速传感器组和奇数档或偶数档传感器组之一)采集的信号，并负责计算目标档位、电磁阀电流等参数。从控制器也接收所连接的传感器(奇数档或偶数档传感器组之二)采集的信号并通过通讯模块发送给主控制器。从控制器不进行计算工作，只是接受主控制器的计算结果。两个控制器之间通过高速总线双向通讯。每个控制器分别控制各自所连接的执行器(电磁阀)。此时由于两个控制器同时工作，双离合变速箱的所有执行器均可控，即可以实现双离合变速箱的全部档位。

每个控制器自身都具有诊断功能。当从控制器检测到自身出现故障时，从控制器将关闭其连接的所有执行器，并将故障信息发送给主控制器。主控制器也可以独立地通过通讯诊断功能判定从控制器出现故障，例如两个控制器约定按照一定间隔进行通讯，如果一个控制器连续多次未收到另一控制器的定时通讯则独立判定该另一控制器发生故障。当主控制器获知从控制器出现故障，主控制器在目标档位计算逻辑中屏蔽掉从控制器负责的相应档位。此时双离合变速箱仍可以由主控制器独立控制而切入主控制器所负责的相应档位。

当主控制器检测到自身出现故障时，主控制器将关闭其连接的所有执行器，并将故障信息发送给从控制器。从控制器也可以独立地通过通讯诊断功能判定主控制器出现故障。当从控制器获知主控制器出现故障，从控制器将接管目标档位、电磁阀电流等计算工作。由于仅有主控制器能够采集转速传感器组的信号，当主控制器出现故障时，首选主控制器将转速传感器组采集的信号通过通讯模块发送给从控制器，如果主控制器的故障影响该发送操作那么从控制器也可以通过总线由发动机控制器获取发动机转速信息、由ABS控制器获取车速即变速箱输出轴转速信息。从控制器还在目标档位计算逻辑中屏蔽掉主控制器负责的相应档位。此时双离合变速箱仍可以由从控制器独立控制而切入从控制器所负责的相应档位。

由于两个控制器分别负责奇数档位、偶数档位，因此在任一控制器发生故障时，双离合变速箱车辆仅有约一半档位无法实现，而能够实现其余约一半档位。这足以使双离合变速箱车辆坚持行驶到安全地点、或接受维修，而不致于突然失去动力，从而大大提高了安全可靠性。

以上实现方法均假设出现故障的控制器可以正常关闭其所连接的所有执行器。如果控制器出现的故障严重到其无法关闭所连接的执行器，那么会导致双离合变速箱卡在当前档位。此时另一个正常的控制器可综合通讯诊断功能、传动比(基于各轴转速实时计算)判断出这种严重故障，并关闭该正常的控制器所连接的所有执行器，以避免损坏双离合变速箱。此时，由于双离合变速箱不能摘挡，驾驶员只能通过丢油门、踩刹车、拉手刹等方式强制车辆减速，直至发动机熄火、车辆完全停止。

下面将以一个7速DCT为例，对本申请的双离合变速箱的控制系统及其实现方法进行详细说明。

请参阅图5，本申请的双离合变速箱的控制系统的一个实施例包括两个单芯片的TCU和一个变速箱本体。在变速箱本体中，包括八个传感器(未图示)和八个电磁阀V1至V8。

所述八个传感器用来分别采集一路发动机转速信号、一路奇数档输入轴转速信号、一路偶数档输入轴转速信号、一路输出轴转速信号、两路奇数档同步器状态信号、两路偶数档同步器状态信号。其中，TCU一(主控制器)连接并接收一路发动机转速信号、一路奇数档输入轴转速信号、一路输出轴转速信号及两路奇数档同步器状态信号；TCU二(从控制器)连接并接收一路偶数档输入轴转速信号及两路偶数档同步器状态信号。

所述八个电磁阀V1至V8被划分为分属两个液压模块。液压模块一HM1中包含四个电磁阀V1至V4，液压模块二HM2中包含另外四个电磁阀V5至V8。就物理结构而言，两个液压模块完全相同，包含电磁阀、机械阀、油路等。其中，电磁阀一V1、电磁阀五V5均为压力控制电磁阀(PPV)，分别用于液压模块一HM1、液压模块二HM2的前端压力控制。其余六个电磁阀V2至V4和V6至V8均为流量控制电磁阀(QPV)。油泵所输出的油路首先经过各个液压模块中的一个PPV，再兵分三路连到该液压模块中的三个QPV。

具体而言，电磁阀二V2、电磁阀六V6分别用于控制双离合变速箱的奇数档离合器CO、偶数档离合器CE的接合或断开状态。电磁阀三V3用于控制同步器一S1以决定1档或3档中的任一个与输出轴SO接合或均不与输出轴SO接合。电磁阀四V4用于控制同步器二S2以决定5档或7档中的任一个与输出轴SO接合或均不与输出轴SO接合。电磁阀七V7用于控制同步器三S3以决定2档或4档中的任一个与输出轴SO接合或均不与输出轴SO接合。电磁阀八V8用于控制同步器四S4以决定6档或倒档中的任一个与输出轴SO接合或均不与输出轴SO接合。

就功能而言，液压模块一HM1中的各个电磁阀构成了奇数档执行器组，液压模块二HM2中的各个电磁阀构成了偶数档执行器组。TCU一连接并驱动奇数档执行器组。TCU二连接并驱动偶数档执行器组。同步器一S1、同步器二S2属于奇数档同步器，同步器三S3、同步器四S4属于偶数档同步器。其它如换档手柄位置，油门位置等信号均通过CAN总线由其它车载电子系统得来。

在该实施例中，倒档齿轮被安装在奇数档输入轴SIO上归为奇数档位，但由偶数档电磁阀V8进行控制，倒档需由两个TCU共同配合才能实现。在其它实施例中，倒档齿轮的安装位置也可在偶数档输入轴SIE上归为偶数档位，控制倒档与输出轴SO接合与否的同步器也可由奇数档电磁阀进行控制，倒档需由两个TCU共同配合才能实现。或者，倒档齿轮的安装位置也可在奇数档输入轴SIO上归为奇数档位，控制倒档与输出轴SO接合与否的同步器也可由奇数档电磁阀进行控制，倒档仅需TCU一即可实现。或者，倒档齿轮的安装位置也可在偶数档输入轴SIE上归为偶数档位，控制倒档与输出轴SO接合与否的同步器也可由偶数档电磁阀进行控制，倒档仅需TCU二即可实现。

上述双离合变速箱的控制系统的实施例的实现方法如图5至图7所示。

请参阅图5，这是上述双离合变速箱的控制系统的实施例的正常工作状态。正常工作时，TCU一为主控制器，TCU二为从控制器。由主控制器负责目标档位、电磁阀电流等参数的计算，并将计算结果实时发送给从控制器。奇数档位由TCU一实现，偶数档位由TCU二实现，倒档则需要两个TCU共同工作实现。为实现倒档，TCU一需驱动电磁阀二V2使奇数档离合器CO接合，TCU二需驱动电磁阀八V8使同步器四S4接合倒档。换档时，也需要两个TCU共同工作：先由下一档位所对应的TCU控制相应的同步器进入下一个档位位置(选档)；然后在一个TCU松开当前档位所对应的离合器的同时，另一个TCU接合下一档位所对应的离合器(换档)；最后再由上一档位对应TCU控制上一档位所对应的同步器回到空档位置(摘挡)。

请参阅图6，这是上述双离合变速箱的控制系统的实施例中当检测到从控制器发生故障时的状态。此时，TCU二关闭液压模块二HM2中的所有电磁阀，TCU一在计算目标档位时屏蔽掉TCU二负责的各个偶数档位。未发生故障的TCU一可以按照自动机械变速箱(AMT)的控制逻辑，通过液压模块一HM1独立地控制奇数档输入轴SIO并实现该轴上的所有前进档，即各个奇数前进档(1档、3档、5档、7档)。

请参阅图7，这是上述双离合变速箱的控制系统的实施例中当检测到主控制器发生故障时的状态。此时，TCU一关闭液压模块一HM1中的所有电磁阀，TCU二代替TCU一进行目标档位、电磁阀电流等参数计算，并在计算目标档位时屏蔽掉TCU一负责的各个档位。未发生故障的TCU二可以按照AMT的控制逻辑，通过液压模块二HM2独立地控制偶数档输入轴SIE并实现该轴上的所有前进档，即各个偶数前进档(2档、4档、6档)。由于仅有TCU一能够采集发动机转速传感器及变速箱输出轴传感器，首先使TCU一将这两个转速传感器的信号发送给TCU二；当TCU一故障无法提供上述信息时，TCU二可以通过通信总线由发动机控制器获取发动机转速信息、由ABS控制器获取车速即输出轴转速信息。

上述双离合变速箱的控制系统的实施例中，倒档则需要两个TCU共同工作实现。因此只要任意TCU发生故障，就无法实现倒档。通过修改变速箱设计，将倒档同步器与离合器放在同一根轴上时，则仅通过该轴所属TCU可独立实现倒档。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双离合变速箱的控制系统，其特征是，包括一个双离合变速箱本体和两个结构相同的控制器；其中一个控制器为主控制器，另一个控制器为从控制器；

所述双离合变速箱本体包括用来采集发动机转速和变速箱输出轴转速的转速传感器组、用来采集奇数档输入轴转速和各个奇数档同步器状态的奇数档传感器组、用来采集偶数档输入轴转速和各个偶数档同步器状态的偶数档传感器组、用来控制奇数档离合器和各个奇数档同步器的奇数档执行器组、用来控制偶数档离合器和各个偶数档同步器的偶数档执行器组；

每个控制器均包含一块控制芯片、一个通讯单元、一个电源模块、一个输入模块、一个驱动模块；两个控制器的通讯单元之间通过总线相互通讯；两个控制器的输入模块分别连接并接收奇数档传感器组、偶数档传感器组的信号；主控制器的输入模块还连接并接收转速传感器组的信号；连接奇数档传感器组的控制器的驱动模块连接并控制奇数档执行器组，连接偶数档传感器组的控制器的驱动模块连接并控制偶数档执行器组。

2.根据权利要求1所述的双离合变速箱的控制系统，其特征是，转速传感器组包括发动机转速传感器和输出轴转速传感器；

奇数档传感器组包括奇数档输入轴转速传感器和奇数档同步器位移传感器；所述奇数档同步器位移传感器有一个或多个，分别采集各个奇数档同步器状态；

偶数档传感器组包括偶数档输入轴转速传感器和偶数档同步器位移传感器；所述偶数档同步器位移传感器也有一个或多个，分别采集各个偶数档同步器状态；

奇数档执行器组包括多个奇数档电磁阀，分别控制奇数档离合器和各个奇数档同步器；

偶数档执行器包括多个偶数档电磁阀，分别控制偶数档离合器和各个偶数档同步器。

3.根据权利要求1所述的双离合变速箱的控制系统，其特征是，倒档设置在奇数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受奇数档同步器控制；

或者，倒档设置在奇数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受偶数档同步器控制；

或者，倒档设置在偶数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受奇数档同步器控制；

或者，倒档设置在偶数档输入轴上，且倒档与输出轴的接合受偶数档同步器控制。

4.根据权利要求1所述的双离合变速箱的控制系统，其特征是，奇数档执行器组和偶数档执行器组分别位于两个独立的液压模块内，每个液压模块均包含一个压力控制电磁阀和多个流量控制电磁阀；油泵所输出的液压油首先经过各个液压模块中的压力控制电磁阀后再分成多路连到该液压模块中的各个流量控制电磁阀。