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CN101457833A - 动力换挡变速器的自适应离合器扭矩控制 - Google Patents

动力换挡变速器的自适应离合器扭矩控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力换挡变速器的自适应离合器扭矩控制，提供一种用于控制车辆变速器的输入离合器的方法，该车辆变速器包括与输入离合器传动连接的输出，该方法包括：增加输入离合器的最大扭矩，确定输出的基准加速度，在确定基准加速度之后确定输出的当前加速度，如果输出的基准加速度和输出的当前加速度之差大于或等于输出的加速度的基准变化，则确定期望的输入离合器扭矩，以及调节输入离合器以产生期望的输入离合器扭矩。本发明的方法考虑到变化的车辆工况和操作参数以控制动力换挡变速器的输入离合器扭矩，从而可以在汽车起步和换挡期间向驾驶员提供稳定的操作体验。

Description

动力换挡变速器的自适应离合器扭矩控制
技术领域
本发明总体上涉及机动车辆的变速器，更具体地，涉及自适应地控制由输入离合器传递的扭矩量。
背景技术
动力换挡变速器是使用两个输入离合器的齿轮机构，两个输入离合器用于产生前进驱动(forward drive)和倒车驱动(reverse drive)的多个传动比。动力换挡变速器使用同步的离合器到离合器的换挡(clutch-to-clutch shift)连续地传递动力。
变速器在变速器输入和变速器输出之间结合有设置为双中间轴构造的传动装置。一个输入离合器在输入和与偶数挡关联的第一中间轴之间传递扭矩，另一个输入离合器在变速器输入和与奇数挡关联的第二中间轴之间传递扭矩。通过交替地接合第一输入离合器并以当前挡位操作，分离第二输入离合器，在变速器中准备动力路径用于以目标挡位操作，分离第一离合器，接合第二离合器并在变速器中准备另一个动力路径用于以下一个挡位操作，变速器产生传动比改变。
当车辆从静止起步时以及作出传动比改变时，通过动力换挡变速器的每个输入离合器传递的扭矩的量会大范围改变，在这样的变速器具有干式输入离合器时尤其如此，因为离合器的干摩擦系数随着离合器温度的变化而改变。因此，为了在汽车起步和换挡期间向驾驶员提供稳定的操作体验，需要对输入离合器扭矩进行大量的自适应控制。
发动机扭矩通常用作反馈变量以根据变化的输入离合器和车辆的操作环境自适应地控制输入离合器扭矩。然而，经验表明，离合器扭矩的变化可能大于或等于由发动机产生的扭矩量的估计误差，从而在发动机扭矩是控制变量时对输入离合器扭矩的控制质量造成负面影响。因为当前存在发动机扭矩估计误差，输入离合器扭矩会在不可接受的大范围中改变且不能产生稳定的车辆起步和换挡体验。
本领域中需要考虑变化的车辆工况和操作参数的用于控制动力换挡变速器的输入离合器扭矩的可靠、稳定的方法。
发明内容
一种用于控制车辆变速器的输入离合器的方法，该车辆变速器包括与输入离合器传动连接的输出，该方法包括：增加输入离合器的最大扭矩，确定输出的基准加速度，在确定基准加速度之后确定输出的当前加速度，如果输出的基准加速度和输出的当前加速度之差大于或等于输出的加速度的基准变化，则确定期望的输入离合器扭矩，以及调节输入离合器以产生期望的输入离合器扭矩。
该方法在变速器的换挡体验稳定性方面具有显著的进步且可以用于增强基于发动机扭矩的输入离合器自适应控制策略。
通过考虑到传动比改变期间或车辆起步时变化的车辆工况和操作参数，如路面坡度、车辆负荷的改变及离合器滑移所产生的热量造成的输入离合器的摩擦系数的改变，该策略产生用于控制动力换挡变速器的输入离合器扭矩的可靠、稳定的方法。
在另一方面，提供一种用于控制车辆变速器的输入离合器的方法，该车辆变速器包括与输入离合器传动连接的输出。该方法包括下述步骤：(a)将输入离合器的最大扭矩增加到初始扭矩；(b)确定输出的基准加速度；(c)使用输出的基准加速度确定基准输入离合器扭矩；(d)在确定基准加速度之后确定输出的当前加速度；(e)使用输出的当前加速度、输出的基准加速度和基准输入离合器扭矩确定估计的输入离合器扭矩；及(f)调节输入离合器以产生估计的输入离合器扭矩。
通过下述具体实施方式、权利要求和附图，优选实施例的适用范围将变得显而易见。应理解，具体实施方式和具体示例虽然指示了本发明的优选实施例，但这些具体实施方式和具体示例仅作为示例给出。对所述实施例和示例的各种改变和修改将对本领域技术人员变得显而易见。
结合附图参考下面的具体实施方式可以更容易地理解本发明。
附图说明
图1是动力换挡变速器的双输入离合器的示意图；
图2是示出在动力换挡变速器1-2挡的向上换挡期间发动机转速和输入离合器扭矩的变化的图表；
图3是控制算法的逻辑流程图；
图4是示出用于调节输入离合器的最大扭矩的方法的示意图；及
图5是使输入离合器位置与估计的输入离合器扭矩相关联的函数的图表。
具体实施方式
现参考附图，图1中示出动力换挡变速器10，其包括选择性地将变速器的输入14连接到与第一中间轴18关联的偶数挡16的第一输入离合器12，及选择性地将输入14连接到与第二中间轴24关联的奇数挡22的第二输入离合器20。输入14与发动机25传动连接。
中间轴18支撑每个都通过轴颈连接在中间轴18上的小齿轮26、28、30及固定到中间轴18上的联轴器32、34。小齿轮26、28、30分别与第一挡、第三挡和第五挡关联。联轴器32包括套管36，该套管可以向左移动以接合小齿轮26并将小齿轮26传动连接到中间轴18。联轴器34包括套管38，该套管可以向左移动以接合小齿轮28并将小齿轮28传动连接到中间轴18且可以向右移动以接合小齿轮30并将小齿轮30传动连接到中间轴18。
中间轴24支撑每个都通过轴颈连接在中间轴24上的小齿轮40、42、44及固定到中间轴24上的联轴器46、48。小齿轮40、42、44分别与第二挡、第四挡和第六挡关联。联轴器46包括套管50，该套管可以向左移动以接合小齿轮40并将小齿轮40传动连接到中间轴24。联轴器48包括套管52，该套管可以向左移动以接合小齿轮42并将小齿轮42传动连接到中间轴24且可以向右移动以接合小齿轮44并将小齿轮44传动连接到中间轴24。
变速器输出54支撑每个都固定到输出轴54上的齿轮56、58、60。齿轮56与小齿轮26和40啮合。齿轮58与小齿轮28和42啮合。齿轮60与小齿轮30和44啮合。
联轴器32、34、46和48可以是同步器，或牙嵌式离合器，或这类装置的组合。
当联轴器32将小齿轮26传动连接到中间轴18，输入离合器20分离，且输入离合器12接合或滑移时，变速器10产生第一挡。当摘挡的输入离合器12分离，驱动联轴器50以将小齿轮40传动连接到中间轴24，且入挡的输入离合器20接合时，变速器产生从第一挡到第二挡的向上换挡。
图2示出变速器10从第一挡到第二挡向上换挡期间变速器和发动机变量随着时间推移的变化。线70表示变速器10以第一挡操作时发动机25和输入轴14的转速。线72表示传动比改变到第二挡期间的发动机转速(NE)。线74表示变速器以第二挡操作时输入14的转速，即输出轴54的转速乘以第二挡传动比。线76表示由摘挡的输入离合器12传递的扭矩。线78表示换挡中的扭矩转移部分和传动比改变部分期间入挡的输入离合器20的扭矩变化。当如76所示离合器12分离从而其传递的扭矩减小，且当如78所示离合器20接合从而其传递的扭矩增加时，换挡中的扭矩转移阶段发生。当离合器20在80处开始承载发动机扭矩并降低发动机转速时，扭矩转移阶段结束，传动比改变开始，输入离合器20的扭矩相对恒定，且如72所示发动机转速降低，直到在82处传动比改变完成，因此发动机转速和中间轴24的转速基本上相同并随着车辆加速而增加。
入挡的输入离合器20在换挡中的传动比改变部分80-82期间用于降低发动机转速，该部分可以持续300至500毫秒。一些参数可能在执行换挡时改变，包括车辆所行驶路面的坡度改变、入挡的输入离合器20由于在换挡中的扭矩转移部分期间滑移而产生的温度改变，及离合器摩擦系数的改变。
通过依赖于输出轴54或车辆从动轮的转速改变速率，该控制方法自适应地考虑到换挡中的传动比改变模式和车辆起步期间的这些改变。因为变速器输出扭矩是通过使用输入离合器扭矩而不是发动机扭矩确定的，所以输入离合器扭矩等于车辆惯量(vehicle inertia)乘以输出轴54的加速度：
TCL＝IV×[dN0/dt]/GR            (1)
其中，TCL是由入挡的输入离合器20传递的扭矩量，IV是为常数的车辆惯量，NO是输出54的转速，GR是当前传动比，且t是时间。
因为换挡中传动比改变的持续期较短，是约300-500毫秒的时期，所以车辆惯量或车辆负荷在换挡中的传动比改变部分80-82期间都不会由于路面坡度或倾斜而改变很多。然而，干式输入离合器12、20的摩擦系数由于温度增加而以较大百分比快速改变。例如，干式输入离合器的摩擦系数可能在0.20和0.40之间变化。
为了考虑到在换挡期间的变化的工况，包括每个输入离合器12、20的摩擦系数，用算法控制入挡的输入离合器20的最大扭矩，该算法的步骤在图3中示出。当换挡在90处开始之后，如从第一挡到第二挡向上换挡，在步骤92扭矩从摘挡的输入离合器12转移到入挡的输入离合器20。
在步骤94，当在80处结束扭矩转移阶段之后并在换挡中的传动比改变部分的短时期95期间，离合器20开始承载发动机扭矩且离合器20的扭矩相对恒定在初始扭矩时，确定输出54的基准加速度。将公式(1)用于所确定的输出54的基准加速度和车辆惯量以确定传动比恒定时离合器20的基准最大扭矩。第二挡传动比用于1-2挡的换挡。
此后，在每次执行该算法期间，在步骤96以约10毫秒的间隔确定输出54的加速度的改变。
在步骤98执行测试以确定输出的加速度的改变是否大于校准的基准加速度改变。如果测试98的结果为逻辑假，则控制进入步骤96。
如果测试98的结果为逻辑真，则在步骤100将估计的输入离合器扭矩TCL估计确定为基准输入离合器扭矩TCL基准与当前输出加速度的乘积除以基准输出加速度，如公式(2)所示。
Figure A200810185555D00061
或者，如果测试98的结果为逻辑真，则在步骤100将公式(1)用于输出的当前加速度和车辆惯量以确定估计的输入离合器扭矩TCL估计。
然后在步骤102，如参考图4所述调节入挡的输入离合器20的位置，以使离合器20产生在步骤100确定的估计的输入离合器扭矩。在步骤104，算法退出。
图4示出用于调节入挡的输入离合器20的位置，即当离合器为干式离合器时可决定离合器20的最大扭矩的离合器压盘的相对位置的方法。可以向围绕支点110旋转的杠杆108施加恒力F，如压缩弹簧106的力，支点110的位置随着步进马达112的位置改变。响应于形式为由控制器116向马达112施加的脉冲114的电控制指令，马达112沿杠杆108的长度渐进地移动。
控制器116使用估计的输入离合器扭矩以及如图5所示使估计的入挡输入离合器扭矩与输入离合器20的位置相关联的函数。当在步骤100处确定了估计的输入离合器扭矩时，控制器116确定对应于估计的输入离合器扭矩的支点位置并向马达112发出改变支点110的位置的脉冲指令114。这些动作调节离合器20的压盘120、122的位置和两者之间的接触力。这样的离合器位置调节产生入挡的输入离合器的最大扭矩到估计的输入离合器扭矩的改变。
输入离合器12、20可以是干式离合器或湿式离合器。在输入离合器12、20为湿式离合器时，改变向离合器施加的控制压力的大小以产生期望的离合器扭矩。
该策略还可以应用于控制使用一个输入离合器的车辆起步，如使用离合器12在第一挡执行的起步。优选地，车辆起步在约两秒内完成。如果在步骤98观察到较大误差，则该策略总是重置输出轴转速的加速度的基础基准(base reference)。
如果输出轴转速或车轮转速的改变速率可用，自适应控制策略可以使用该值以相应于给定的离合器位置修正输入离合器扭矩。
贯穿整个说明书，控制策略是参考1-2挡的向上换挡描述的，但是该控制策略可以应用于变速器10能够在前进驱动和倒车驱动或前进驱动和倒车驱动之间执行的任何向上换挡或向下换挡。因此，入挡的输入离合器可以是离合器20或离合器12。
贯穿整个说明书，控制策略是参考确定输出轴54的加速度描述的。然而，代替地，可以通过确定与输出54传动连接的任何组件的加速度，如一个车辆从动轮的加速度，同时考虑到组件和输出54之间的任何转速比，来应用该控制策略。
已根据专利法的规定描述了本发明的优选实施例。然而，应理解，可以实施与具体示出和描述的实施例不同的替代实施例。

Claims (2)

1.一种用于在车辆变速器换挡期间控制输入离合器的方法，该车辆变速器包括传动装置和可与摘挡的输入离合器和入挡的输入离合器传动连接的输出，所述方法包括下述步骤：
(a)增加入挡的输入离合器的最大扭矩并减小摘挡的输入离合器的最大扭矩；
(b)以频繁的间隔确定输出的当前加速度；
(c)使用输出的当前加速度确定入挡的输入离合器的期望的离合器扭矩；及
(d)调节入挡的输入离合器以产生期望的离合器扭矩。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括下述步骤：
确定两个间隔之间的输出的加速度之差；
如果所述输出的加速度之差大于或等于输出的加速度的基准变化，则执行步骤(c)。
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