CN108361298B

CN108361298B - 控制变速器离合器的方法

Info

Publication number: CN108361298B
Application number: CN201810071937.6A
Authority: CN
Inventors: 科丽·本森·拉罗什; 布兰德丽·迪恩·里德尔; 史蒂芬·迈克尔·西卡拉
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: US9939032B1; DE102018101473A1; CN108361298A

Abstract

本公开涉及控制变速器离合器的方法。在换挡的惯性阶段期间，控制即将接合的离合器以减缓由于离合器摩擦系数的可变性而造成的换挡质量下降。摩擦系数有时随着打滑速度接近零而增大。命令的离合器压力是开环项和闭环项之和。开环项随着离合器打滑减小而减小。因此，当摩擦系数在惯性阶段的末端增大时，离合器扭矩几乎恒定。当摩擦系数在惯性阶段的末端不增大时，闭环项响应于所产生的打滑速度减小的减小速率。

Description

控制变速器离合器的方法

技术领域

本公开涉及自动变速器离合器的控制。更具体地，本公开涉及在换挡的惯性阶段期间控制即将接合的离合器以改善换挡结束时的换挡质量的方法。

背景技术

许多车辆在宽车速范围内使用，包括向前运动和倒车运动两者。然而，某些类型的发动机仅能在窄的车速范围内高效地运转。因此，经常采用能够在各个传动比下有效传递动力的变速器。变速器传动比是输入轴转速与输出轴转速之比。当车辆处于低速时，变速器通常以高传动比运转，从而使发动机扭矩倍增以提高加速度。在高车速下，使变速器以低传动比运转允许与安静的、燃料高效的巡航相关联的发动机转速。

许多自动变速器实现离散数量的不同的传动比，其中，每个传动比是通过使特定子集的离合器接合来建立的。选择性地保持传动元件不旋转的离合器可被称为制动器。可通过诸如液压致动来主动地控制一些离合器。其他离合器可以是诸如单向离合器的被动式装置。为了从一个传动比换挡至另一传动比，一个离合器接合，另一离合器分离。从一个传动比换挡至另一传动比的过程可在变速器输出处产生扭矩扰动。如果这些扭矩扰动过多，则车辆乘员会觉得不愉快。

发明内容

一种控制变速器的方法包括计算开环压力命令和闭环压力命令以及命令离合器应用压力等于开环压力命令和闭环压力命令之和。所述计算和命令可出现在升挡惯性阶段期间，对于升档惯性阶段，所述离合器为即将接合的元件。开环压力命令是基于离合器打滑速度来计算的，使得开环压力命令随着打滑速度减小而减小。开环压力命令还可基于变速器输入扭矩。闭环压力命令是基于离合器打滑速度的变化率来计算的。打滑速度可例如通过使用来自输出轴转速传感器和涡轮轴转速传感器的数据来计算。

一种控制变速器离合器的方法包括：以控制的压力向离合器应用腔供应流体并响应于离合器打滑速度而调节控制的压力。控制的压力可以是开环项和闭环项之和。响应于离合器打滑速度以恒定的速率减小，减小控制的压力。由于(例如)开环项随着离合器打滑减小而减小，所以这可能会发生。响应于离合器打滑速度的减小速率降低，增大控制的压力。这可由于(例如)闭环项的增大而发生。

一种变速器包括离合器、阀体和控制器。阀体被构造为以控制的压力向离合器的应用腔供应流体。控制器响应于离合器打滑速度以恒定的速率减小而减小控制的压力。控制器响应于离合器打滑速度的减小速率降低而增大控制的压力。

附图说明

图1是适用于所公开的方法的车辆动力传动系的示意图。

图2是适用于所公开的方法的示例性变速器齿轮布置的示意图。

图3是处于完全断开的位置的变速器离合器的截面图。

图4是在同步升挡期间的命令的离合器压力的曲线图。

图5是在同步升挡期间的离合器打滑速度的曲线图。

图6是示出示例性的开环压力命令校准函数的曲线图。

图7是示出所公开的方法的流程图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

图1中示意性地示出了车辆10的动力传动系。实线指示机械连接。虚线表示信号的流动。二重线表示流体的流动。发动机12提供动力以使曲轴14旋转。变速器16将来自曲轴14的动力传递到传动轴18，同时潜在地改变转速和扭矩以更适于当前车辆需求。差速器20将动力分配给左车轮22和右车轮24，同时(诸如)在车辆转弯时允许左车轮和右车轮之间轻微的转速差异。

变速器16包括变矩器24和齿轮箱26。变矩器将来自曲轴14的动力传递至涡轮轴28。齿轮箱26将来自涡轮轴28的动力传递至传动轴18。控制器30将信号发送到阀体32，以使阀体32将增压流体输送到齿轮箱26中的离合器。齿轮箱26的传动比取决于哪个离合器子集被提供了增压流体。控制器30利用许多输入(包括来自输出转速传感器34和涡轮转速传感器36的信号)来确定向阀体32发送什么命令。

图2中示例性地示出了齿轮箱的示例。提出的方法适用于各种齿轮箱装置。齿轮箱利用四个简单行星齿轮组40、50、60和70。太阳齿轮42固定到太阳齿轮52，行星架44固定到环形齿轮76，环形齿轮56通过轴80固定到太阳齿轮62，环形齿轮66固定到太阳齿轮72，涡轮轴28固定到行星架54，并且传动轴18固定到行星架74。通过制动器88来选择性地保持环形齿轮46不旋转，并通过制动器90来选择性地保持太阳齿轮42和52不旋转。涡轮轴28通过离合器92而选择性地结合到环形齿轮66和太阳齿轮72。中间元件82通过离合器94选择性地结合到行星架64，通过离合器96选择性地结合到行星架44和环形齿轮76，并通过离合器98选择性地结合到轴80。

如表1所示，使四个组合的离合器和制动器接合在涡轮轴28和传动轴18之间建立了十个前进挡传动比和一个倒挡传动比。X指示对应的离合器接合以建立传动比。

表1

所有的单步和两步换挡均是通过逐渐地接合一个离合器(称为即将接合的元件)来执行的，同时逐渐地分离不同的离合器(称为即将分离的离合器)。在这些换挡中的每个中，称为保持元件的三个离合器被保持为完全接合，同时一个元件被保持为完全分离。在其他齿轮装置中，保持元件的数量可以不同。

图3示出了离合器98的截面图。离合器壳体82(图2中的中间元件)被支撑为围绕轴80旋转，轴80则被支撑为围绕涡轮轴28旋转。一组隔离片(separator plate)100花键连接到壳体82，以使隔离片100与壳体82一起旋转但自由地轴向滑动。卡环102约束向右的轴向运动。一组摩擦片104花键连接到轴80并与隔离片100交替布置。摩擦片和隔离片可统称为离合器组件(clutch pack)。当增压流体流向应用腔106时，活塞108相对于壳体82轴向地滑动。在活塞108运动至与离合片接触之后，力将摩擦片和隔离片挤压在一起。摩擦片和隔离片之间的摩擦在壳体82与轴80之间传递扭矩。在给定时刻能被传递的扭矩的最大的量被称为离合器的扭矩容量。在释放了应用腔106中的压力时，复位弹簧110将活塞108推动远离离合器组件以分离离合器。在离合器壳体82旋转时，离心力趋于增大应用腔106中的流体的压力，流体的压力趋于使离合器接合。为了避免意外的接合，未增压的流体流向平衡腔112。离心力对平衡腔中的流体进行增压，以对抗由应用腔中的离心力产生的力。

控制器30调节通向阀体32中的螺线管的电流(或脉冲宽度)，使得阀体内的特定通道中的压力被调节至命令压力。然后，流体从阀体经过通道114而流动到应用腔。通道114穿过静止的前支承116，穿过涡轮轴28，穿过轴80并进入壳体82。由于这些部件以不同的转速旋转，所以密封件118用于引导流体从一个部件流向另一部件。类似地，未增压的流体经过通道120而被引导到平衡腔112。

在任何时间点的离合器的扭矩容量由以下公式给定：

T＝2*(A*(P_apply-P_balance)-F₀)*N*μ*r

其中，A是应用腔和平衡腔处的活塞的面积，P_apply是应用腔106中的流体压力，P_balance是平衡腔112中的流体压力，F₀是复位弹簧的力，N是摩擦片的数量，μ是摩擦片和隔离片之间的摩擦系数，r是摩擦片的平均半径。P_apply和P_balance由控制器30设定。A、N和r是稳定的几何特性。F₀基本上不会变化。然而，摩擦系数μ受基于若干因素的变化的影响，预测这些因素中的一些因素是不实际的。例如，发明人已观察到μ有时会关于离合器打滑速度(轴80和壳体82的旋转速度之间的差)而变化。特别地，发明人已观察到μ有时会随打滑速度减小而增大。这种不会在所有情况下都出现的事实使得补偿该变化尤其具有挑战性。

图4示出了在同步升挡期间即将接合的离合器(ONC)和即将分离的离合器的命令压力的概图。(如果即将分离的离合器是主动地控制的，则升挡是同步的，如果即将分离的离合器是被动的单向离合器，则升挡是非同步的。)图5示出了这两个离合器上的打滑速度。

在换挡计划算法或驾驶员命令指示应当执行升挡之后，控制器在准备阶段期间使即将接合的离合器进行行程运动(stroke)。在130处，即将接合的离合器的压力升高至增压时段的增压水平。增压阶段的目的在于使离合器活塞从分离的位置尽可能快地运动到完成行程的位置(stroked position)。增压时段通常被选择为使得增压阶段稍微在活塞进行行程运动之前结束。然后，在132处，命令保持压力。然后，在134处，命令的压力逐渐地增大到轻轻地将活塞移动到全部行程的位置。即将接合的离合器上的打滑是基于原始的传动比的并且在预备阶段期间不改变，如图5中的136处所示。在138处，当即将接合的离合器的活塞完全地完成行程时，预备阶段结束。在此期间，可减小即将分离的离合器的命令压力，如140处所示，使得扭矩容量几乎等于由即将分离的离合器实际传递的扭矩。由于即将分离的离合器在预备阶段期间保持完全地接合，所以即将分离的离合器上的打滑为零。在整个这个预备阶段，扭矩比和传动比都不改变。

当完成预备阶段时，通过逐渐地减小即将分离的离合器的命令压力(如142处所示)并逐渐地增大即将接合的离合器的压力(如144处所示)来执行扭矩传递阶段。在这个阶段期间，扭矩比逐渐地减小至升挡后的值。尽管如果即将分离的离合器过快地分离(与即将接合的离合器接合的速率相比)传动比和每个离合器上的打滑会增大，但是在理想的情况下传动比和每个离合器上的打滑保持恒定。当即将分离的离合器的扭矩容量在146处到零时，惯性阶段开始。

在惯性阶段期间，即将接合的离合器用于减缓输入，将变速器传动比逐渐地减小至升档后的值。在148处，即将接合的离合器的压力被设置为产生比传递涡轮扭矩所需的扭矩容量稍大的扭矩容量。多余的容量用于在150处减小涡轮(并且，间接地减小发动机曲轴)的转速。当即将接合的离合器不再打滑时，惯性阶段在152处结束。在那时，传动比等于升档后的挡位的传动比。当离合器不再打滑时，传递的扭矩下降至传递涡轮扭矩所需的水平。压力可进一步地斜坡上升，以提供扭矩容量与传递的扭矩之间更大的差值，从而避免允许离合器再打滑。

如果摩擦系数μ随着即将接合的离合器打滑速度减小而增大，则即便在大部分的惯性阶段期间命令恒定的应用压力，离合器的扭矩容量也将增大。这将会使得打滑速度的变化率增大，如由154处的虚线所示。在这种情形下，在惯性阶段的末端期间输出扭矩增大，然后在惯性阶段结束时骤减。所产生的输出扭矩的突然的改变对车辆乘员而言可能会是不舒服的并且可能会在传动系中发出能够听到的振动。

反馈控制的使用在解决不可预见的噪声因素方面有用。例如，控制器可调节压力，以在惯性阶段期间保持打滑速度的目标变化率。反馈控制算法可将命令的应用压力计算为开环项和闭环项之和。开环项(有时称为前馈项)是对达到打滑速度的期望变化率所需的压力的预计(不考虑不可预计的噪声因素)。闭环项利用测量信号来针对噪声因素进行调节。误差信号被计算为等于打滑速度的期望的变化率与打滑速度的测量的变化率之差。闭环项可包括与该误差信号成比例的子项(P子项)、与该误差信号的导数成比例的子项(D子项)以及与该误差信号的积分成比例的子项(I子项)。发明人已发现，当在惯性阶段晚期μ增大时，闭环项不会足够快地反应以避免换挡质量下降。

发明人已确定，使开环项随着打滑速度下降而减小更佳。图6示出了根据离合器打滑速度的开环压力项的示例性曲线。曲线160表示处于低输入扭矩的开环项，曲线162表示处于中等的输入扭矩的开环项，曲线164表示处于高的输入扭矩的开环项。控制器可在这些曲线之间插值其他输入扭矩值。在μ增大的换挡事件期间，打滑速度的变化率保持恒定，如图5中的线150所示。在μ保持恒定的换挡事件期间，打滑速度的变化率减小，如156处所示。这使惯性阶段变长，留出了通过增大压力命令而闭环项进行补偿的时间。

图7是示出即将接合离合器的控制的流程图。这个过程在整个惯性阶段中是以一定的间隔执行的。在170处，控制器计算离合器打滑。这可通过使用两个速度传感器(诸如，输出转速传感器和涡轮转速传感器)和传动元件之间的已知的转速关系来完成。在172处，控制器基于变速器输入扭矩和离合器打滑来计算开环项。在174处，控制器计算打滑速度的变化率。然后，在176处，控制器通过从目标打滑速度中减去打滑速度的计算的变化率来计算误差项。在178处，控制器基于误差项以及如上讨论的P、D和I子项来计算闭环压力命令项。在180处，通过添加172处和178处计算出的开环项和闭环项来计算压力命令。最终，在182处，向阀体发布命令来实现这个压力。

虽然上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征组合以形成本发明可能没有明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各种实施例可能被描述为在一个或更多个期望特性方面提供优点或者优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并可被期望用于特定应用。

Claims

1.一种控制变速器离合器的方法，包括：

基于离合器打滑速度来计算开环压力命令，使得开环压力命令随着打滑速度减小而减小；

基于离合器打滑速度的变化率来计算闭环压力命令；以及

命令离合器应用压力等于开环压力命令和闭环压力命令之和。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述开环压力命令进一步基于变速器输入扭矩。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述变速器离合器是用于变速器升挡的即将接合的离合器，并且计算和命令出现在变速器升挡的惯性阶段期间。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于来自输出轴转速传感器和涡轮轴转速传感器的输入来计算离合器打滑速度。

5.一种控制变速器离合器的方法，包括：

以控制的压力向离合器应用腔供应流体；

响应于离合器打滑速度以恒定的速率减小，减小控制的压力；以及

响应于离合器打滑速度的减小速率降低，增大控制的压力。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括将控制的压力计算为开环项和闭环项之和。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述开环项随着离合器打滑速度减小而减小，以使控制的压力响应于离合器打滑速度以恒定的速率减小而减小。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述开环项进一步基于变速器输入扭矩。

9.如权利要求6所述的方法，其中，所述闭环项是基于离合器打滑速度的减小速率和离合器打滑速度的目标减小速率之差的，以使控制的压力响应于离合器打滑速度的减小的速率减小而增大。

10.如权利要求5所述的方法，其中，所述变速器离合器是用于变速器升挡的即将接合的离合器，并且所述减小控制的压力和增大控制的压力出现在变速器升挡的惯性阶段期间。

11.一种变速器，包括：

离合器；

阀体，被构造为以控制的压力向离合器的应用腔供应流体；以及

控制器，被配置为：

响应于离合器打滑速度的减小速率降低，增大控制的压力。

12.如权利要求11所述的变速器，还包括两个转速传感器，其中，控制器被进一步配置为基于来自所述两个转速传感器的数据计算离合器打滑速度。

13.如权利要求12所述的变速器，其中，所述两个转速传感器包括涡轮转速传感器和输出轴转速传感器。

14.如权利要求11所述的变速器，其中，所述离合器是用于升挡的即将接合的离合器，在升挡的惯性阶段出现所述减小控制的压力和增大控制的压力。