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CN101201106B - 用于控制汽车中的助力动力传动系的方法 - Google Patents

用于控制汽车中的助力动力传动系的方法 Download PDF

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CN101201106B CN200710165947.8A CN200710165947A CN101201106B CN 101201106 B CN101201106 B CN 101201106B CN 200710165947 A CN200710165947 A CN 200710165947A CN 101201106 B CN101201106 B CN 101201106B
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阿尔多·索尔尼奥蒂
毛罗·维拉尔多奇亚
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Magneti Marelli Powertrain SpA
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Abstract

本发明涉及一种用于控制汽车中的助力动力传动系，以便在不中断作用在驱动轮上的驱动扭矩的情况下执行从较低档位向较高档位转换的方法。动力传动系包括设置有驱动轴的内燃机和助力变速器，助力变速器包括：助力机械变速箱，其设置有可与驱动轴连接的第一轴和与将运动传输到驱动轮的传动轴连接的第二轴；助力离合器，其置于驱动轴和变速箱的第一轴之间，以使驱动轴与变速箱的第一轴连接或脱开；助力制动器；以及外摆线齿轮，其具有三个旋转元件：与驱动轴连接的第一旋转元件，与变速箱的第二轴连接的第二旋转元件，与制动器连接的第三旋转元件。

Description

用于控制汽车中的助力动力传动系的方法
技术领域
本发明涉及用于控制汽车中的助力动力传动系的方法。
背景技术
助力变速箱得到越来越广泛的使用。除了采用相应的电或液压伺服控制器代替由驾驶员操作的离合器踏板和档位选择手柄以外，助力变速箱在结构上与传统的手动变速箱类似。通过使用伺服控制的变速箱，使用者仅需要向变速器控制单元发送换到更高档位或者更低档位的指令，变速器控制单元通过作用于发动机以及与离合器和变速箱相关的伺服控制器来自动地执行换档。
换档指令可以手动产生，即根据驾驶员发出的指令产生，或者可以自动产生，即独立于驾驶员的操作而产生。当产生执行换档的指令时，变速器控制单元驱动与离合器相关的伺服控制器以断开离合器，从而使变速箱的第一轴与驱动轴机械分离；同时，如果需要的话，变速器控制单元作用于发动机控制单元，以便暂时降低从发动机本身传输来的驱动扭矩。
当变速器控制单元检测到离合器断开时，变速器控制单元就驱动与离合器相关的伺服控制器以使当前接合的档位脱开；当变速器控制单元检测到档位脱开时，变速器控制单元就驱动与档位相关的伺服控制器以便接合新的档位。
最后，当变速器控制单元检测到新档位已经接合时，变速器控制单元就驱动与离合器相关的伺服控制器以使离合器接合，从而使变速箱的第一轴和驱动轴能够彼此一体地转动；同时，如果需要的话，变速器控制单元作用于发动机控制单元，以恢复从发动机本身传输来的驱动扭矩。
很明显，只要离合器是断开的，驱动轴就与变速箱的第一轴脱开，并从而与驱动轮脱开；因此，只要离合器是断开的，发动机产生的驱动扭矩就不会传输到驱动轮，或者换句话说，驱动轮就会出现“扭矩空洞”。当前商用的最新一代的助力变速箱就根据上述方法操作，从而需要大致在250到600毫秒范围内的时间来执行换档；实际使用的时间取决于变速箱部件的动态性能和要求的舒适性。因此，车辆的乘客会明显地感觉到换档造成的驱动轮的扭矩空洞，这是因为这种扭矩空洞会使车辆的纵向加速度明显地不连续。
必须注意的是，当车辆加速时，即在加速期间升档(从较低档位换到较高档位)或降档(从较高档位换到较低档位，与传统自动变速箱的“强制降档”类似)时，车辆的乘客会明显地感觉到换档造成的驱动轮的扭矩空洞，因为在车辆加速期间，发动机被“加速”以使车辆本身加速。相反地，当车辆减速时，即在减速期间降档(从较高档位换到较低档位)时，车辆的乘客通常不会感觉到换档造成的驱动轮的扭矩空洞，这是因为车辆的减速主要由制动系统实现，发动机在车辆的动态特性中不起主要作用。
另外，在升档且加速踏板位置保持不变的情况下，在低档时换档造成的驱动轮的扭矩空洞对车辆乘客的影响较大(从一档换到二档和从二档换到三档)，而在高档时换档造成的驱动轮的扭矩空洞对车辆乘客的影响较小(从三档换到四档等)，这是因为在低档时车辆的瞬间纵向加速度要高得多。
在汽车驾驶员中做的多份调查表明，当手动操作助力变速箱时，即把助力变速箱看作传统类型的手动变速箱的替代物时，换档造成的驱动轮的扭矩空洞是可接受的，在传统类型的手动变速箱中，驱动轮的扭矩空洞是正常的且不可避免的。相反地，当自动操作助力变速箱时，即把助力变速箱看作自动液力变矩器变速箱的替代物时，换档造成的驱动轮的扭矩空洞是不可接受的，在自动液力变矩器变速箱中，不存在驱动轮的扭矩空洞。因此，尽管助力变速箱具有高得多的性能，但是助力变速箱不能用作自动液力变矩器变速箱的自然替代物。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制车辆的助力动力传动系的方法，这种方法不具有上述缺点，并且易于低成本地实施。
根据本发明，提供了一种用于控制汽车中的助力动力传动系，以便在不中断作用在驱动轮上的驱动扭矩的情况下，执行从较低档位向较高档位的转换的方法；动力传动系包括带有驱动轴的内燃机和助力变速器，该助力变速器包括：
助力机械变速箱，其由至少一个第一伺服控制器操作，并设有可与驱动轴连接的第一轴和与将运动传输到驱动轮的传动轴连接的第二轴；
助力离合器，其由至少一个第二伺服控制器操作，并置于驱动轴和变速箱的第一轴之间，用于使驱动轴和变速箱的第一轴连接和脱开；
助力制动器，其由至少一个第三伺服控制器操作；以及
外摆线齿轮，其具有三个旋转元件：与驱动轴连接的第一旋转元件，与变速箱的第二轴连接的第二旋转元件，与制动器连接的第三旋转元件；
控制方法包括如下步骤：
断开离合器，以使变速箱的第一轴与驱动轴脱开；
脱开较低档位；
接合较高档位；
接合离合器，以使变速箱的第一轴与驱动轴连接；
根据刚好在断开离合器之前作用在驱动轮上的驱动扭矩、要接合的较高档位、车辆的当前运动、和/或驾驶员的指令，确定要作用到驱动轮上的所需驱动扭矩值的大小；
在断开离合器的同时，启动制动器，通过外摆线齿轮从驱动轴向变速箱的第二轴传输扭矩，该扭矩与要作用到驱动轮上的所需驱动扭矩值基本相等；
确定由较高档位和车辆的当前运动确定的第一轴的角速度的值；
驱动内燃机，使得当离合器断开时，内燃机产生的扭矩足以允许外摆线齿轮将扭矩从驱动轴传输到变速箱的第二轴，所述扭矩与要作用到驱动轮上的所需驱动扭矩值基本相等，并且当离合器接合时，驱动轴的角速度等于由较高档位和汽车的当前运动确定的第一轴的角速度；以及
在接合离合器的同时释放制动器，以中断通过外摆线齿轮从驱动轴向变速箱的第二轴的扭矩传输，
所述控制方法的特征在于，
制动器包括由压力驱动的液压伺服控制器；
启动制动器以通过外摆线齿轮将扭矩从驱动轴传输到变速箱的第二轴的步骤还包括如下步骤：
确定制动器的传递函数，传递函数将通过外摆线齿轮从驱动轴传输到变速箱的第二轴的相应扭矩值与作用在制动器的液压伺服控制器上的每个液压压力双射相关；
利用制动器的传递函数，根据将要作用在驱动轮上的所需驱动扭矩值，确定将要作用在制动器的液压伺服控制器上的所需压力值；以及
将所需压力值应用于制动器的液压伺服控制器。
附图说明
下面参考附图描述本发明，附图示出了本发明实施例的一些非限制性实例，其中：
图1为设置有助力动力传动系的后驱车辆的示意平面图，该助力动力传动系根据本发明的控制方法进行驱动；
图2为图1的动力传动系的助力变速器的示意图；
图3为设置有根据不同实施例设计的助力动力传动系的后驱车辆的示意平面图；
图4为图1的动力传动系的助力变速器的不同实施例的示意图；
图5为图4的助力变速器的变型的示意图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1整体表示汽车，汽车带有两个前轮2和两个后驱动轮3，这些车轮接收来自动力传动系4的驱动扭矩。
动力传动系4包括：内燃机5，其布置在前部位置，并设有驱动轴6，驱动轴6以角速度ωm旋转；以及助力变速器7，其布置在前部位置，容纳在与内燃机5一体的容器内，并将内燃机5产生的驱动扭矩传输到后驱动轮3。传动轴8从变速器7延伸出来，并终止于差速器9，一对车轴10从差速器9延伸出来，每个车轴10都与一个后驱动轮3成为一体。汽车1包括电控单元11(示意性示出)，其控制动力传动系4，并从而驱动内燃机5和助力变速器7。
如图2所示，助力变速器7包括机械助力变速箱12，变速箱12设有第一轴13和第二轴14，第一轴13以角速度ω1旋转，并可与驱动轴6连接，第二轴14以角速度ω2旋转，并与将运动传输到驱动轮3的传动轴8连接。图2中所示的助力变速箱12具有五个前进档，这些前进档用罗马数字表示(第一档I，第二档II，第三档III，第四档IV和第五档V)。助力盘式离合器15置于驱动轴6和变速箱12的第一轴13之间，以使驱动轴6与变速箱12的第一轴13连接和脱开。
机械助力变速箱12由伺服控制器16操作以接合/脱开档位，并由伺服控制器17操作以选择档位；助力离合器15由单个伺服控制器18操作。伺服控制器16、17和18优选为液压型(作为另外一种选择，它们也可是电动型)，并由电控单元11驱动。
另外，助力变速器7包括具有三个旋转元件20、21和22的外摆线齿轮19，第一旋转元件20与驱动轴6连接，第二旋转元件21与变速箱12的第二轴14连接，第三旋转元件22与助力制动器23连接。根据图2所示实施例，外摆线齿轮19的第一旋转元件20是太阳轮，外摆线齿轮19的第二旋转元件21包括多个行星齿轮(通常为两个)和行星齿轮支架，外摆线齿轮19的第三旋转元件22是齿圈。根据可选的实施例(未示出)，外摆线齿轮19的第一旋转元件20是齿圈，外摆线齿轮19的第二旋转元件21包括多个行星齿轮(通常为两个)和行星齿轮支架，外摆线齿轮19的第三旋转元件22为太阳轮。
作为非限制性实例，作为第一旋转元件20的太阳轮可包括58个齿，第二旋转元件21的两个行星齿轮可各包括18个齿，作为第三旋转元件22的齿圈可包括94个齿；更一般地，作为第一旋转元件20的太阳轮可包括56到60个齿，第二旋转元件21的两个行星齿轮可各包括17到19个齿，作为第三旋转元件22的齿圈可包括90到98个齿。
助力制动器23由单个伺服控制器24操作，伺服控制器24优选为液压型(作为另外一种选择，其也可为电动型)，并由电控单元11驱动；通过提高施加于伺服控制器24的液压压力，助力制动器23提高作用在外摆线齿轮19的第三旋转元件22上的制动力矩。根据优选实施例，在外摆线齿轮19的第三旋转元件22上安装环形凸缘25，助力制动器23作用在该凸缘上。优选地，为减少助力制动器23的作用在外摆线齿轮19的第三旋转元件22和助力制动器23之间引起的振动，设置有柔性连接器，该柔性连接器通常布置在外摆线齿轮19的第三旋转元件22和环形凸缘25之间。
根据图2所示的实施例，驱动轴6设置有飞轮26，飞轮26布置在离合器15的上游并与驱动轴6本身一体地旋转，外摆线齿轮19的第一旋转元件20与飞轮26是一体的。根据不同的实施例(未示出)，离合器15包括与驱动轴6一体的旋转盖，并且外摆线齿轮19的第一旋转元件20与离合器15的旋转盖是一体的。
根据优选实施例，外摆线齿轮19的第二旋转元件21安装在空心齿轮27上(以允许助力变速箱12的第一轴13通过)，并与安装在助力变速箱12的第二轴14上的另一个齿轮28啮合。
在使用过程中，上述动力传动系4可用手动模式操作，即由驾驶员给出的指令产生换档指令，或者也可用自动模式操作，即电控单元11独立于驾驶员的动作产生换档指令。下面描述上述动力传动系在执行从当前档位A向下一个档位B换档(即，从当前档位A转换到下一个档位B)时的操作。
为了实现从当前档位A向下一个档位B的换档，电控单元11驱动伺服控制器16、17和18连续执行一系列操作，其中的每个操作必须在执行下一个操作之前完成。通常，为执行从当前档位A向下一个档位B换档所要执行的一系列操作包括：
-通过驱动伺服控制器18断开助力离合器15，以使驱动轴6与助力机械变速箱12的第一轴13分离；
-通过驱动助力机械变速箱12的伺服控制器16使当前档位A脱开；
-通过驱动助力机械变速箱12的伺服控制器17选择下一个档位B；
-通过驱动助力机械变速箱12的伺服控制器16使下一个档位B接合；以及
-通过驱动伺服控制器18使助力离合器15接合，以将驱动轴6与助力机械变速箱12的第一轴13重新连接。
另外，在通过驱动伺服控制器16、17和18执行上述操作的同时，电控单元11驱动内燃机5，使得在助力离合器15接合时，驱动轴6的角速度ωm与第一轴13的角速度ω1基本相等；必须注意，在助力离合器15接合时，第一轴13的角速度ω1是固定的，因为它仅取决于汽车1的当前速度和由下一个档位B确定的传动比。在升档的情况下，即在从较低档位换到较高档位的情况下，驱动轴6必须减速至与助力离合器15接合时的第一轴13的角速度ω1相等，而在降档的情况下，即在从较高档位换到较低档位时，驱动轴6必须加速至与助力离合器15接合时的第一轴13的角速度ω1相等。
在升档的情况下，即在从较低档位换到较高档位的情况下，电控单元11可启动助力制动器23，以使驱动扭矩通过外摆线齿轮19从驱动轴6传输到变速箱12的第二轴14，从而避免作用在驱动轮3上的驱动扭矩中断。具体地，在从较低档位换到较高档位的情况下，电控单元11根据如下因素确定要作用到驱动轮3上的所需驱动扭矩值的大小：刚好在离合器15断开之前作用在驱动轮3上的驱动扭矩、要接合的较高档位、汽车1的当前运动、和/或驾驶员的指令。必须注意，要作用到驱动轮3上的所需驱动扭矩值可能随着时间而变化，因为作用在驱动轮3上的驱动扭矩的实际值通常会因为换档而改变；即，在升档过程中，由于变速箱12设置的传动比增加，导致刚好在换档之前作用在驱动轮3上的驱动扭矩的实际值大于刚好在换档之后作用在驱动轮3上的驱动扭矩的实际值。通常，在接合较高档位的情况下，控制制动器23，使得在初始阶段减少作用在驱动轮3上的驱动扭矩，随后将作用在驱动轮3上的驱动扭矩保持为基本恒定。
然后，在断开离合器15的同时，电控单元11启动制动器23以将扭矩通过外摆线齿轮19从驱动轴6传输到变速箱12的第二轴14，所述扭矩与要作用到驱动轮3上的所需驱动扭矩值基本相等。必须指出，考虑到在传动链上发生的不可避免的扭矩损失，通过外摆线齿轮19传输的扭矩实际值稍稍大于要作用到驱动轮3上的所需驱动扭矩值。另外，必须注意，同样考虑到系统的传动比，与换档时由内燃机5施加的制动力矩相比，由制动器23作用到外摆线齿轮19的第三旋转元件22上的制动力矩在数量上是不同的，因为制动器23在内燃机5的下游操作，并且制动器23的操作是短暂的。
最后，在离合器15接合的同时，电控单元11释放制动器23，以中断通过外摆线齿轮19从驱动轴6向变速箱12的第二轴14的扭矩传输。
必须注意，对制动器23的操作必须与对助力离合器15的操作同时且互补(这两个操作都是在助力离合器15断开和助力离合器15接合时进行的)，以便避免作用在驱动轮3上的驱动扭矩发生过度突然(正和负)的变化。
另外，在换档过程中，即，当15离合器断开时，电控单元11必须确定由较高档位和汽车1的当前运动确定的第一轴13的角速度ω1的值，并且必须驱动内燃机5，使得当离合器15断开时，内燃机5产生足以保证向驱动轮3施加所需驱动扭矩值的扭矩(即，使外摆线齿轮19能够将与要作用于驱动轮3的所需驱动扭矩值基本相同的扭矩从驱动轴6传输到变速箱12的第二轴14)，并且在离合器15接合时，驱动轴6的角速度ωm与由较高档位和汽车1的当前运动确定的第一轴13的角速度ω1相等。
优选地，在换档过程中驱动内燃机5包括：产生驱动轴6的角速度ωm的参考曲线，其中参考曲线的最终角速度等于由较高档位和汽车1的当前运动确定的第一轴13的角速度ω1，并且驱动内燃机5以使驱动轴6的角速度ωm跟随参考曲线。
通常，参考曲线的初始角速度等于刚好在离合器15断开之前的驱动轴6的角速度ωm，并且参考曲线的最后部分(例如，具有抛物线走向)与由较高档位和汽车1的当前运动确定的第一轴13的角速度ω1相切。
利用参考曲线驱动内燃机5包括：产生为使驱动轴6的角速度ωm跟随参考曲线而要求内燃机5产生的驱动扭矩的参考值。例如，驱动扭矩的参考值可包括：第一开环构成部分，其取决于要通过外摆线齿轮19作用在驱动轮3上的所需驱动扭矩值；以及第二开环构成部分，其取决于驱动轴6的当前角速度ωm和参考曲线之差。
根据上述内容，助力制动器23包括通过压力控制的液压伺服控制器24。在设计和构造助力变速器7的过程中，确定制动器23的传递函数，该传递函数使通过外摆线齿轮19从驱动轴6向变速箱12的第二轴14传递的相应扭矩值与作用在制动器23的液压伺服控制器24上的每个液压压力双射相关。在使用过程中，为在换档过程中启动制动器23，利用制动器23的传递函数，根据要作用到驱动轮3上的所需驱动扭矩值确定要作用到液压伺服控制器24上的所需压力值；然后，按照公知的方式将该所需压力值作用到制动器23的液压伺服控制器24上。
根据优选实施例，制动器23的传递函数参数化为制动器23本身的温度的函数；因此，在使用过程中估计制动器23的当前温度，并且利用制动器23的传递函数，根据要作用到驱动轮3上的所需驱动扭矩值和制动器23的当前温度，确定要作用到制动器23的液压伺服控制器24上的所需压力值。
优选地，在制动器23被启动时，在从较低档位向较高档位转换的过程中，可更新制动器23的传递函数。更新制动器23的传递函数包括：确定在从较低档位向较高档位转换期间汽车1的所需运动规律，该运动规律可通过精确地向驱动轮3施加要作用于驱动轮3的所需驱动扭矩值来获得；确定在从较低档位向较高档位转换期间汽车1的实际运动规律；将汽车1的所需运动规律与汽车1的实际运动规律进行比较；根据汽车1的所需运动规律与汽车1的实际运动规律之间的比较结果更新制动器23的传递函数。
例如，确定汽车1的所需运动规律要求确定驱动轮3的所需加速度，确定汽车1的实际运动规律要求确定驱动轮3的实际加速度。在这种情况下，如果驱动轮3的实际加速度高于所需的加速度，那么确定制动器23的操作使得通过外摆线齿轮19传输的扭矩高于预期的扭矩(即，高于通过制动器23的传递函数估计的扭矩)，反之亦然。
根据可能的实施例，通过比较汽车1的所需运动规律和汽车1的实际运动规律计算制动器23的传递函数的衰减指数，并通过对衰减指数进行滤波计算制动器23的传递函数的更新指数。可计算不同换档过程中的多个衰减指数，以便通过对多个衰减指数进行统计处理来计算制动器23的传递函数的更新指数。
根据优选实施例，在变速箱12内限定中间档位，并且外摆线齿轮19的传动比设置为：当在变速箱中比中间档位低的档位接合时，外摆线齿轮19的第三旋转元件22以与外摆线齿轮19的第一旋转元件20的旋转方向相反的方向旋转；当在变速箱12内比中间档位高的档位接合时，外摆线齿轮19的第三旋转元件22以与外摆线齿轮19的第一旋转元件20的旋转方向相同的方向旋转；当在变速箱12内中间档位接合时，外摆线齿轮19的第三旋转元件22基本上不动。实际上，当在变速箱12内中间档位接合时，外摆线齿轮19的第三旋转元件22绝对不会精确地不动，因为在具有有限的整数个齿的情况下，通常不能获得所需的精确的传动比。
当较低档位低于中间档位时，即当较高档位不比中间档位高时，在从较低档位向较高档位转换的过程中，启动制动器23。这是因为，只有当第一旋转元件20以与第三旋转元件22的旋转方向相反的方向旋转时，才能通过外摆线齿轮19将扭矩从驱动轴6传输到助力变速箱12的第二轴14；相反地，当第一旋转元件20以与第三旋转元件22的旋转方向相同的方向旋转时，只能将扭矩从助力变速箱12的第二轴14传输到驱动轴6。
优选地，中间档位是第三档，因此，在从较低档向较高档转换过程中，只在从第一档向第二档和从第二档向第三档转换时，才启动制动器23。
换句话说，中间档的限定建立了当助力离合器15断开时，外摆线齿轮19的从驱动轴6向助力变速箱12的第二轴14传输扭矩的使用极限。中间档的限定不太重要，因为它使得外摆线齿轮19实际上可以使用，而无需要求内燃机5产生过高的扭矩。即，中间档的限定限制了外摆线齿轮19的使用，但同时使外摆线齿轮19的使用有效且高效(即，可能在不“停止”内燃机5的情况下实现从驱动轴6向助力变速箱12的第二轴14传输扭矩)。
根据可选实施例，外摆线齿轮19的传动比可根据第二旋转元件21的旋转角速度(即，根据助力变速箱12的第二轴14的角速度ω2，或根据驱动轮3的旋转速度)变化。以这种方式，能够通过改变外摆线齿轮19的传动比来根据第二旋转元件21的旋转角速度改变中间档位。例如，当第二旋转元件21的转速低时，中间档可以是第三档；当第二旋转元件21的转速高时，中间档可以是第四档。以这种方式，能够在不过度损坏内燃机5的情况下，扩展外摆线齿轮19的使用。
根据优选实施例，为使外摆线齿轮19的传动比可变，外摆线齿轮19本身可以是圆锥形齿轮，使得第二旋转元件21可根据第二旋转元件21的旋转角速度相对于第三旋转元件22轴向移动。在这种情况下，外摆线齿轮19应该包括离心作用致动装置，该致动装置根据第二旋转元件21的旋转角速度相对于第三旋转元件22轴向移动第二旋转元件21。离心作用致动装置可以包括多个球体，这些球体与外摆线齿轮19的第二旋转元件21一起旋转，并可克服弹簧力径向移动，以施加来源于离心力的轴向推力。
根据可能的实施例，在从第五档向第四档和从第四档向第三档转换的降档过程中，可启动制动器23以利用外摆线齿轮19从助力变速箱12的第二轴14向驱动轴6传输扭矩。很明显，该功能仅在进行降档以期望获得排气制动作用的情况下才是有用的。在这种情况下，根据要接合的较低档位、汽车1的当前运动、和/或驾驶员的指令，来确定要向驱动轮3作用的排气制动力矩的所需值的大小；在断开离合器15的同时，启动制动器23以通过外摆线齿轮19将扭矩从变速箱12的第二轴14传输到驱动轴6，该扭矩与要作用到驱动轮3上的排气制动扭矩的所需值基本相等；确定由较低档位和汽车1的当前运动确定的第一轴13的角速度ω1的值；驱动内燃机5，使得当离合器15接合时，驱动轴6的角速度ωm等于由较低档位和汽车1的当前运动确定的第一轴13的角速度ω1；在接合离合器15的同时，释放制动器23，以中断通过外摆线齿轮19从变速箱12的第二轴14向驱动轴6的扭矩传输。
上述助力动力传动系4具有许多优点，但在结构上与普通的助力动力传动系非常相似，因此能够容易且低成本地从普通的助力动力传动系制造出来。
另外，上述助力动力传动系4具有作为普通机械变速箱的特征的高性能，因此，其性能比普通的液力变矩器变速箱高得多。
最后，上述助力动力传动系4至少在从第一档换到第二档和从第二档换到第三档时，不会对驱动轮3产生任何扭矩空洞。必须注意，在升档过程中，对于低的档位(从第一档换到第二档和从第二档换到第三档的转换)，换档造成的驱动轮3的扭矩空洞对车辆乘客的影响较大，对于高的档位(从第三档换到第四档和接下来的换档)，换档造成的驱动轮3的扭矩空洞对车辆乘客的影响较小，这是因为在低的档位，车辆具有高得多的瞬间纵向加速度。因此，在从第三档换到第四档及以后的换档过程中发生的剩余扭矩空洞不易被查觉，从而通常是可接受的。
根据图3中所示的另一个实施例，其中没有外摆线齿轮19。在该实施例中，设置有如下部件：泵29，其由驱动轴6(或者作为另外一种选择，由变速箱12的第一轴13)启动；液压蓄能器30，其包括由泵29加压的流体；以及液压发动机31，其由加压流体启动并适合向变速箱12的第二轴14(或者作为另外一种选择，向传动轴8)传输扭矩。通常，泵29使液压蓄能器30内的流体保持加压。当助力离合器15断开以执行换档时，液压发动机31利用液压蓄能器30内的加压流体把扭矩传输到变速箱12的第二轴14。由此，即使当助力离合器15断开时，驱动轮3也可接收驱动扭矩，从而消除了换档时的扭矩空洞。
通常，还设置有处于环境压力下的流体存储箱32，泵29从存储箱32吸入流体，液压发动机31向存储箱32排入流体。显然，上述液压回路的各种部件通过由电控单元11驱动的电阀(未示出)相互连接。
根据图4和5中所示的另一个实施例，其中没有外摆线齿轮19。在该实施例中，设置有如下部件：齿轮传动系33，其把运动从驱动轴6直接传输给变速箱12的第二轴14；以及另一个助力离合器34，其由伺服控制器35驱动，并沿齿轮传动系33布置，以使驱动轴6与变速箱12的第二轴14连接或断开。
根据图4所示的实施例，齿轮传动系33包括与驱动轴6一体的齿轮36和与齿轮36啮合的齿轮37，齿轮37通过离合器34与变速箱12的第二轴14连接。
根据图5所示的实施例，齿轮传动系33包括通过离合器34与驱动轴6连接的齿轮36和与齿轮36啮合的齿轮37，齿轮37与变速箱12的第二轴14成为一体。
很明显，在图3、4和5所示的实施例中，参考图1和2所示实施例描述的上述控制方法也至少部分适用。
关于图3所示的实施例，可通过限定传递函数(与制动器23的传递函数非常相似)来控制液压发动机31，该传递函数使作用在变速箱12的第二轴14上的扭矩值与作用在液压发动机31上的每个相应液压流量双射相关。如上所述，在从较低档位转换到较高档位的过程中，可以更新液压发动机31的传递函数。
对于图4和5所示的实施例，另一个离合器34可通过限定传递函数(与制动器23的传递函数非常相似)来进行控制，该传递函数使通过齿轮传动系33从驱动轴6向变速箱12的第二轴14传输的扭矩值与作用在伺服控制器35上的每个相应液压压力双射相关。如上所述，另一个离合器34的传递函数可参数化为另一个离合器34本身的温度的函数。另外，如上所述，在从较低档位转换到较高档位的过程中，可以更新另一个离合器34的传递函数。

Claims (31)

1.一种用于控制汽车(1)中的助力动力传动系(4)，以便在不中断作用在驱动轮(3)上的驱动扭矩的情况下执行从较低档位向较高档位转换的方法，动力传动系(4)包括设置有驱动轴(6)的内燃机(5)和助力变速器(7)，助力变速器(7)包括：
助力机械变速箱(12)，其由至少一个第一伺服控制器(16，17)操作，并且设置有第一轴(13)和第二轴(14)，第一轴(13)可与驱动轴(6)连接，第二轴(14)与将运动传输到驱动轮(3)的传动轴(8)连接；
助力离合器(15)，其由至少一个第二伺服控制器(18)操作，并且置于驱动轴(6)和变速箱(12)的第一轴(13)之间，以使驱动轴(6)与变速箱(12)的第一轴(13)连接或脱开；
助力制动器(23)，其由至少一个第三伺服控制器(24)操作；以及
外摆线齿轮(19)，其具有三个旋转元件(20，21，22)：与驱动轴(6)连接的第一旋转元件(20)，与变速箱的第二轴(14)连接的第二旋转元件(21)，以及与制动器(23)连接的第三旋转元件(22)；
控制方法包括以下步骤：
断开离合器(15)，以将变速箱(12)的第一轴(13)与驱动轴(6)脱开；
脱开较低档位；
接合较高档位；
接合离合器(15)，以将变速箱(12)的第一轴(13)与驱动轴(6)连接，
根据刚好在断开离合器(15)之前作用在驱动轮(3)上的驱动扭矩、将要接合的较高档位、车辆(1)的当前运动和/或来自驾驶员的指令，确定将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值的大小；
在断开离合器(15)的同时，启动制动器(23)，以通过外摆线齿轮(19)将扭矩从驱动轴(6)传输到变速箱(12)的第二轴(14)，所述扭矩与将要作用在驱动轮(3)上的所需扭矩值基本相等；
确定由较高档位和车辆(1)的当前运动确定的第一轴(13)的角速度(ω1)的值；
驱动内燃机(5)，以便使得当断开离合器(15)时，内燃机(5)产生的扭矩足以允许外摆线齿轮(19)将扭矩从驱动轴(6)传输到变速箱(12)的第二轴(14)，该扭矩与将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值基本相等，并且当接合离合器(15)时，驱动轴(6)的角速度(ωm)与由较高档位和汽车(1)的当前运动确定的第一轴(13)的角速度(ω1)相等；以及
在接合离合器(15)的同时，释放制动器(23)，以中断通过外摆线齿轮(19)从驱动轴(6)到变速箱的第二轴(14)的扭矩传输，
所述控制方法的特征在于，
制动器(23)包括由压力驱动的液压伺服控制器(24)；
启动制动器(23)以通过外摆线齿轮(19)将扭矩从驱动轴(6)传输到变速箱(12)的第二轴(14)的步骤还包括如下步骤：
确定制动器(23)的传递函数，传递函数将通过外摆线齿轮(19)从驱动轴(6)传输到变速箱(12)的第二轴(14)的相应扭矩值与作用在制动器(23)的液压伺服控制器(24)上的每个液压压力双射相关；
利用制动器(23)的传递函数，根据将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值，确定将要作用在制动器(23)的液压伺服控制器(24)上的所需压力值；以及
将所需压力值应用于制动器(23)的液压伺服控制器(24)。
2.根据权利要求1的控制方法，还包括如下步骤：
将制动器(23)的传递函数参数化为制动器(23)本身的温度的函数；
估计制动器(23)的当前温度；以及
利用制动器(23)的传递函数，根据将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值以及制动器(23)的当前温度，确定将要作用在制动器(23)的液压伺服控制器(24)上的所需压力值。
3.根据权利要求1的控制方法，还包括如下步骤：
在从较低档位到较高档位转换的过程中，更新制动器(23)的传递函数。
4.根据权利要求3的控制方法，其中，
更新制动器(23)的传递函数的步骤还包括如下步骤：
确定在从较低档位到较高档位的转换过程中汽车(1)的所需运动规律，可以通过准确地向驱动轮(3)施加将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值来获得汽车(1)的所需运动规律；
确定在从较低档位到较高档位的转换过程中汽车(1)的实际运动规律；
比较汽车(1)的所需运动规律与汽车(1)的实际运动规律；以及
根据汽车(1)的所需运动规律和汽车(1)的实际运动规律之间的比较结果，更新制动器(23)的传递函数。
5.根据权利要求4的控制方法，其中，
确定汽车(1)的所需运动规律的步骤包括确定驱动轮(3)的所需加速度，并且确定汽车(1)的实际运动规律的步骤包括确定驱动轮(3)的实际加速度。
6.根据权利要求4的控制方法，还包括如下步骤：
通过比较汽车(1)的所需运动规律与汽车(1)的实际运动规律，计算制动器(23)的传递函数的衰减指数；以及
借助于对衰减指数进行滤波，计算制动器(23)的传递函数的更新指数。
7.根据权利要求6的控制方法，还包括如下步骤：
计算不同换档过程中的多个衰减指数；以及
借助于多个衰减指数的统计学处理，计算制动器(23)的传递函数的更新指数。
8.根据权利要求1的控制方法，其中，
外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)是太阳轮，外摆线齿轮(19)的第二旋转元件(21)包括行星齿轮和行星齿轮支架，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)是齿圈。
9.根据权利要求8的控制方法，其中，
作为第一旋转元件(20)的太阳轮包括56～60个齿，第二旋转元件(21)的两个行星齿轮各包括17～19个齿，并且作为第三旋转元件(22)的齿圈包括90～98个齿。
10.根据权利要求1的控制方法，其中，
外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)是齿圈，外摆线齿轮(19)的第二旋转元件(21)包括行星齿轮和行星齿轮支架，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)是太阳轮。
11.根据权利要求1的控制方法，还包括如下步骤：
在变速箱(12)中限定中间档位；
设定外摆线齿轮(19)的传动比，使得当在变速箱(12)中比中间档位高的档位接合时，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)以与外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)的旋转方向相反的方向旋转；以及
只有当较低档位比中间档位低，才在从较低档位向较高档位转换的过程中启动制动器(23)。
12.根据权利要求11的控制方法，其中，
当在变速箱(12)内中间档位接合时，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)基本上不动。
13.根据权利要求11的控制方法，其中，
变速箱(12)包括至少五个档位，并且中间档位是第三档。
14.根据权利要求1的控制方法，其中，
外摆线齿轮(19)的传动比根据第二旋转元件(21)的旋转角速度而变化。
15.根据权利要求14的控制方法，其中，
外摆线齿轮(19)是锥齿轮，使得第二旋转元件(21)可以根据第二旋转元件(21)的旋转角速度相对于第三旋转元件(22)轴向移动。
16.根据权利要求15的控制方法，其中，
外摆线齿轮(19)包括离心作用致动装置，离心作用致动装置根据第二旋转元件(21)的旋转角速度使第二旋转元件(21)相对于第三旋转元件(22)轴向移动。
17.根据权利要求16的控制方法，其中，
离心作用致动装置包括多个球体，所述多个球体与外摆线齿轮(19)的第二旋转元件(21)一起旋转，并且可径向移动以施加来源于离心力的轴向推力。
18.根据权利要求1的控制方法，还包括如下步骤：
在变速箱(12)中限定中间档位；
设定外摆线齿轮(19)的传动比，使得当在变速箱(12)中比中间档位低的档位接合时，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)以与外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)的旋转方向相反的方向旋转，当在变速箱(12)中比中间档位高的档位接合时，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)以与外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)的旋转方向相同的方向旋转；以及
只有当较低档位低于中间档位，才在从较低档位到较高档位的转换过程中启动制动器(23)。
19.根据权利要求18的控制方法，其中，
当在变速箱(12)内中间档位接合时，外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)基本上不动。
20.根据权利要求18的控制方法，还包括如下步骤：
通过改变外摆线齿轮(19)的传动比，来根据第二旋转元件(21)的旋转角速度改变中间档位。
21.根据权利要求20的控制方法，其中，
变速箱(12)包括至少五个档位；中间档位是第三档或第四档。
22.根据权利要求1的控制方法，其中，
驱动轴(6)设置有飞轮(26)，飞轮(26)布置在离合器(15)的上游，外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)与飞轮(26)为一体。
23.根据权利要求1的控制方法，其中，
离合器(15)包括与驱动轴(6)一体的旋转盖，并且外摆线齿轮(19)的第一旋转元件(20)与离合器(15)的旋转盖为一体。
24.根据权利要求1的控制方法，其中，
在外摆线齿轮(19)的第三旋转元件(22)和制动器(23)之间设置柔性连接器，以减小由制动器(23)的作用引起的振动。
25.根据权利要求1的控制方法，其中，
驱动内燃机(5)的步骤还包括如下步骤：
产生驱动轴(6)的角速度(ωm)的参考曲线，其中参考曲线的最终角速度与由较高档位和汽车(1)的当前运动确定的第一轴(13)的角速度(ω1)相等；以及
驱动内燃机(5)，以产生与将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值相等的扭矩，并使驱动轴(6)的角速度(ωm)跟随参考曲线。
26.根据权利要求25的控制方法，其中，
参考曲线的初始角速度与刚好在断开离合器(15)之前的驱动轴(6)的角速度(ωm)相等。
27.根据权利要求25的控制方法，其中，
参考曲线的最后部分与由较高档位和汽车(1)的当前运动确定的第一轴(13)的角速度(ω1)相切。
28.根据权利要求27的控制方法，其中，
参考曲线的最后部分具有抛物线走向。
29.根据权利要求25的控制方法，其中，
驱动内燃机(5)的步骤包括：产生为使驱动轴(6)的角速度(ωm)跟随参考曲线而要求内燃机(5)产生的驱动扭矩的参考值。
30.根据权利要求29的控制方法，其中，
驱动扭矩的参考值包括：
第一开环构成部分，其取决于将要通过外摆线齿轮(19)作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值；以及
第二开环构成部分，其取决于驱动轴(6)的当前角速度(ωm)和参考曲线之差。
31.一种用于控制汽车(1)中的助力动力传动系(4)，以便执行从较高档位到较低档位的转换，从而期望获得排气制动作用的方法，动力传动系(4)包括设置有驱动轴(6)的内燃机(5)和助力变速器(7)，助力变速器(7)包括：
助力机械变速箱(12)，其由至少一个第一伺服控制器(16，17)操作，并且设置有第一轴(13)和第二轴(14)，第一轴(13)可与驱动轴(6)连接，第二轴(14)与将运动传输到驱动轮(3)的传动轴(8)连接；
助力离合器(15)，其由至少一个第二伺服控制器(18)操作，并且置于驱动轴(6)和变速箱(12)的第一轴(13)之间，以使驱动轴(6)与变速箱(12)的第一轴(13)连接或脱开；
助力制动器(23)，其由至少一个第三伺服控制器(24)操作；以及
外摆线齿轮(19)，其具有三个旋转元件(20，21，22)：与驱动轴(6)连接的第一旋转元件(20)，与变速箱的第二轴(14)连接的第二旋转元件(21)，以及与制动器(23)连接的第三旋转元件(22)，
控制方法包括以下步骤：
断开离合器(15)，以将变速箱(12)的第一轴(13)与驱动轴(6)脱开；
脱开较高档位；
接合较低档位；以及
接合离合器(15)，以将变速箱(12)的第一轴(13)与驱动轴(6)连接，
根据将要接合的较低档位、车辆(1)的当前运动和/或来自驾驶员的指令，确定将要作用在驱动轮(3)上的所需排气制动扭矩值的大小；
在断开离合器(15)的同时，启动制动器(23)，以通过外摆线齿轮(19)将扭矩从变速箱(12)的第二轴(14)传输到驱动轴(6)，该扭矩与将要作用在驱动轮(3)上的所需排气制动扭矩值基本相等；
确定由较低档位和汽车(1)的当前运动确定的第一轴(13)的角速度(ω1)的值；
驱动内燃机(5)，使得当接合离合器(15)时，驱动轴(6)的角速度(ωm)与由较低档位和汽车(1)的当前运动确定的第一轴(13)的角速度(ω1)相等；以及
在接合离合器(15)的同时，释放制动器(23)，以中断通过外摆线齿轮(19)从变速箱的第二轴(14)到驱动轴(6)的扭矩传输，
所述控制方法的特征在于，
制动器(23)包括由压力驱动的液压伺服控制器(24)；
启动制动器(23)以通过外摆线齿轮(19)将扭矩从驱动轴(6)传输到变速箱(12)的第二轴(14)的步骤还包括如下步骤：
确定制动器(23)的传递函数，传递函数将通过外摆线齿轮(19)从驱动轴(6)传输到变速箱(12)的第二轴(14)的相应扭矩值与作用在制动器(23)的液压伺服控制器(24)上的每个液压压力双射相关；
利用制动器(23)的传递函数，根据将要作用在驱动轮(3)上的所需驱动扭矩值，确定将要作用在制动器(23)的液压伺服控制器(24)上的所需压力值；以及
将所需压力值应用于制动器(23)的液压伺服控制器(24)。
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