在移库换挡过程中的双态离合器控制的制作方法

本公开涉及在移库换挡(rolling garage shift)过程中对车辆变速器中的双态离合器(binary clutch)的控制。

背景技术：

机动车辆变速器典型地使用多个齿轮元件和盘式摩擦离合器来联接变速器的输入和输出构件，并由此建立希望的输出速度比。液压离合器活塞压紧其中一个摩擦离合器的盘，以跨该离合器传递扭矩，或令连接到离合器的一侧的节点或动力传动系元件的旋转停止。以此方式，连接到离合器的齿轮元件/节点可以被保持静止，以用作反作用构件，所述反作用构件用于传递扭矩通过动力传动系。摩擦离合器可以被完全施加(apply)、完全释放、或可以通过可变的滑动比率而被控制于这两个离合器施加状态之间的任何位置。

在一些车辆变速器中，出于特定目的，双态离合器代替摩擦离合器被使用，如用于将变速器换挡到第一低速挡位，或反之。示例双态离合器包括爪形(dog)离合器和可选择单向离合器，后者可以使用楔块、支柱或滚子以根据需要在一个或两个旋转方向上保持扭矩。双态离合器可以被单独使用，或结合上述类型的旋转和/或制动摩擦离合器使用。不同于传统的摩擦离合器，双态离合器，顾名思义，仅具有两个可能的离合器施加状态，即完全施加和完全释放。

技术实现要素：

这里公开了一种变速器，其包括一个或多个齿轮组、盘式摩擦离合器、和双态离合器。变速器包括输入构件，其配置为例如从发动机、电牵引马达或其他原动机接收输入扭矩。每个齿轮组具有节点，即齿轮元件，比如环齿轮、恒星齿轮、和行星齿轮架。所述齿轮组中至少一个的节点被连接到双态离合器。在一些实施例中，双态离合器也可连接到变速器的静止构件，尽管其他设计也可将双态离合器定位为与另一齿轮组的节点相对。

变速器控制模块或其他控制器与双态离合器和摩擦离合器通信。控制器自动地检测令变速器进入前进驱动模式(通常为第一挡位)的被请求的变速器换挡，或从车辆速度的相对高的绝对速率(即正或负的变速器输出速度或车轮速度的绝对值)进入倒车挡。当被请求的换挡被检测到时，例如通过处理从PRNDL杆或PRNDL控制阀而来的停车挡、倒车挡、空挡、驱动挡、第一挡/低速挡(PRNDL)换挡信号，控制器减慢双态离合器附接到的节点(在下文中被称为“双态节点”)的速度。这特别地通过摩擦离合器中的一个或多个的压力调节而发生，所述摩擦离合器在下文中被称为“辅助离合器”。这样的自动压力调节停止双态节点的旋转，或有效地将双态节点减慢至低的校准非零速度之下。

一旦双态节点被减慢或停止，则双态离合器经由离合器控制信号自动地被施加。至前进驱动模式的换挡被完成。随后辅助离合器(一个或多个)立刻或取决于实施例而根据校准的缓变曲线(ramp profile)释放。

还公开了一种车辆，其除了上述的离合器之外还包括内燃发动机和具有叶轮/泵和涡轮的液动力扭矩转换器。发动机连接到扭矩转换器的泵，且变速器的输入构件连接到涡轮。经由控制器执行馈送至辅助离合器(一个或多个)的压力的调节，以改变涡轮的速度轨迹。

还公开了一种方法，该方法用于执行变速器从高于校准的阈值绝对速度(即高于校准的正速度或低于校准的负速度)进入前进驱动模式或倒车挡的被请求的移库换挡。该方法包括自动检测被请求的移库换挡，并随后将变速器的齿轮组的双态节点的速度减慢至零或至零的校准范围内。这由控制器使用被选择的辅助离合器的压力调节而发生。所述被选择的辅助离合器是上述的多个摩擦离合器中的一个，且所述双态节点是变速器的其中一个齿轮组的节点。该方法还包括，仅当所述双态节点的速度已经减慢至零或至零的校准范围内时施加所述双态离合器。在这发生之后，或同时，控制器在施加所述双态离合器之后经由来自控制器的离合器命令释放所述被选择的辅助离合器。

其中所述零校准范围小于50RPM。

还公开了一种车辆，包括：

发动机；

扭矩转换器，具有涡轮和泵，其中所述泵直接连接到发动机；和

变速器组件，其具有：

多个齿轮组，其每一个具有多个节点；

输入构件，其直接连接到所述涡轮；

双态离合器，连接到所述多个齿轮组之一的节点，其中该双态离合器连接到的所述节点是双态节点；

多个摩擦离合器；和

控制器，与双态离合器和所述多个摩擦离合器通信，其中控制器包括处理器和存储器，所述存储器上记录有指令，所述指令用于在被请求的移库换挡过程中控制变速器从高于校准阈值绝对速度进入前进驱动模式或倒车模式，其中控制器被编程为：

检测被请求的移库换挡；

当车辆已经减慢而低于校准的阈值绝对速度时，经由对至被选择的辅助离合器的压力命令的调节，控制跨所述被选择的辅助离合器的滑动量，其中所述被选择的辅助离合器是所述多个摩擦离合器中的一个；

在控制跨所述被选择的摩擦离合器的滑动量的同时准备(stage)所述双态离合器，包括：将双态离合器移动至校准的准备位置；和

当双态节点的速度达到零或校准的低非零速度时，命令双态离合器的接合以及所述被选择的辅助离合器的释放。

其中，双态离合器是爪形离合器。

其中变速器包括静止构件，且其中所述双态离合器是制动离合器，其将双态节点连接到静止构件。

其中所述多个齿轮组包括第一、第二和第三齿轮组，所述被选择的辅助离合器是将第二齿轮组的节点连接到第三齿轮组的节点的旋转离合器，且所述双态节点是第一齿轮组的节点。

其中所述第一校准速度阈值在3-5MPH之间。

其中控制器被编程为具有校准的缓变率，且其可操作为根据校准的缓变率来释放所述被选择的辅助离合器。

本发明的上述特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是示例性车辆的示意图，所述车辆具有带有双态离合器的自动变速器，其中在高速移库换挡过程中经由如上所述的控制器控制变速器。

图2是描述在高速移库换挡过程中控制图1的变速器的示例性方法的流程图。

图3是一组车辆参数的示例性时序图，其作为图2中所示方法的一部分被控制。

具体实施方式

参考附图，图1中示意性地显示了示例车辆10，其包括内燃发动机12和变速器14。发动机12的驱动轴13经由液动扭矩转换器16连接到变速器14的输入构件21。扭矩转换器16包括叶轮/泵17、定子18和涡轮19。泵17直接连接驱动轴13，且由此以发动机速度(箭头N₁₂)旋转。直接连接到输入构件21的涡轮19以涡轮速度(N₂₁)旋转，所述涡轮速度小于或等于发动机速度(N₁₂)。发动机速度(N₁₂)和涡轮速度(N₂₁)之间的差异的程度取决于布置在扭矩转换器16内的锁止离合器(未示出)的状态，所述锁止离合器在阈值速度以上将叶轮17与涡轮19锁定在一起，如本领域已知的。变速器14的输出构件23经由驱动轴29而连接到车辆10的驱动轮27。

变速器14被以示意性杆系图形式示出，包括一个或多个齿轮组，例如，在图1的非限制性示例性实施例中的各第一、第二和第三齿轮组20、30和40。变速器14的至少一个节点/齿轮元件被连接到双态离合器50，所述双态离合器50可体现为爪形离合器、可选择单向离合器、或如上所述的仅具有完全施加/接合和完全释放/脱开的离合施加状态的任何其他离合装置。变速器14还包括各种盘式摩擦离合器52、54和56，且可进一步包括可选择单向离合器58。

图1的车辆10的控制器60与变速器14的双态离合器50和各种其他离合器52、54、56和58通信。控制器60被配置为检测被请求的变速器14的移库换挡，所述换挡以绝对速度的高速率(无论是在道路轮27处被测量的车辆10的速度、输出构件23的旋转速度，或二者，例如分别经由速度传感器S₂₇和/或S₂₃确定的)，通过空挡从前进驱动挡到倒车挡或从倒车挡至前进驱动模式。

如本文所使用的，术语“移库换挡”是通过空挡从前进驱动挡或倒车挡进 入前进驱动模式(典型地为第一低速挡或第一挡)的变速器14的任何换挡。当车辆10在阈值校准绝对速度以上，即在校准的正速度以上或校准的负速度以下行进时，这样的换挡操纵可通过车辆10的驾驶员经由停车挡、倒车挡、空挡、驱动挡、低速挡(PRNDL)杆被请求。从空挡或倒车挡到前进驱动挡的换挡需要所示变速器14的双态离合器50的接合，因此本方法100可被扩展至任何使用相似的双态离合器或其他双态装置以进入第一挡位的动力传动系。

然而，由于在一些移库换挡操纵期间的车辆速度提高的可能性，双态离合器50不应总是根据请求立刻被施加。也就是说，跨双态离合器50的速度差在请求移库换挡的时刻可以是高的，从而双态离合器50的立刻接合会在双态离合器50的任何支柱、楔块、滚子或其他扭矩保持元件上加以过大的力，和/或产生不可接受的刺耳响声(harsh)或延迟的移库换挡。控制器经由体现方法100的指令的执行来解决这个特别的控制问题，所述方法的一个例子在下文参考图2和3进行描述。

另外关于图1所示的变速器14，第一齿轮组20可分别包括第一、第二和第三节点22、24和26，术语“节点”在这里指诸如环形齿轮、行星齿轮架或恒星齿轮的齿轮元件。例如，在示例设计中节点22、24和26可分别对应恒星齿轮、行星齿轮架和环形齿轮。第二和第三齿轮组30和40可类似地具有相应的第一、第二和第三节点。对于第二齿轮组30，第一、第二和第三节点分别为节点32、34和36。第三齿轮组40包括相应的第一、第二和第三节点42、44和46。在图1所示的实施例中，节点32、34和36可分别对应环形齿轮、行星齿轮架和恒星齿轮。第三行星齿轮组40的节点42、44和44可同样地分别对应环形齿轮、行星齿轮架和恒星齿轮。可以设想其他的齿轮组数量或配置，而不脱离意图的发明范围。

在非限制性示例变速器14中，第一节点22经由的双态离合器50可选择地连接至变速器14的静止构件28。输出构件23连接至第二节点24，且因此在该特定设计中输出构件23和双态离合器50连接至相同齿轮组20的不同构件。第一互连构件33直接并连续地将第三节点26连接至第二行星齿轮组30的第二节点34。第二互连构件133直接并连续地将第一行星齿轮组20的第二节点24连接至第三行星齿轮组40的第一节点42。

图1的变速器14的输入构件21经由摩擦离合器52的操作而可选择地 连接至第三行星齿轮组40的第二节点44，并经由摩擦离合器54连接至第三节点46。输入构件21也直接连接至所示的第二行星齿轮组30的第三节点36。第三节点46也经由离合器56可选择地连接到变速器14的静止构件28。第三行星齿轮组40的第二节点44经由第三互连构件233连续地连接至第二行星齿轮组30的第一节点32，所述第三互连构件则经由可选择单向离合器58连接至静止构件28。在该特定的示例配置中，离合器58包括制动离合器CBR1和飞轮(freewheeling)元件F1，其中制动离合器CBR1仅在发动机制动期间被施加。因此，在根据方法100控制的特定移库换挡操纵中，离合器56不直接介入。

图1中，为了更加清楚，双态离合器50和各种其他离合器52、54、58和58标有其有效齿轮状态和其他指示。根据此约定，“C”一般指“旋转离合”，“B”指“制动离合”，且“R”和各种数字符号“1-6”指特定的齿轮模式，例如倒车挡、1挡、2挡等，对于非限制性6速示例变速器14一直到6挡。除了双态离合器50和可选择单向离合器58之外，图1所示的所有离合器为本领域已知类型的液压促动摩擦盘式离合器。

图1的控制器60可以是变速器控制模块或体现为数字计算机或所有需要的硬件和软件的其他控制装置。控制器60与发动机12或发动机控制模块(未示出)通信，并与PRNDL杆11通信。作为方法100的一部分，控制器60因而获知或接收发动机速度(箭头N₁₂)、涡轮速度(箭头N₂₁)和PRNDL设置(箭头PRNDL)，以及从各传感器S₂₇和S₂₃而来的被测量的车轮速度(箭头N₂₇)和输出速度(箭头N₂₃)。所有的速度传感器可被配置为霍尔效应传感器、加速计或其他合适的速度传感器。因此，各输入和输出速度(N₂₁、N₂₃)可经由物理传感器直接测量或从其他与速度相关的值推算，其他与速度相关的值例如是加速度、车轮速度(N₂₇)等。

在检测到请求的移库换挡信号时，例如PRNDL杆11从相对的行进方向进入驱动挡(D)或倒车挡(R)时，控制器60可选择地将离合器控制信号(箭头25)传输至被选择的离合器，例如摩擦离合器54和56，并将双态离合器控制信号(箭头125)传输至双态离合器50。随后，控制器60在继续方法100的剩余部分之前一直等待，直到车辆10的绝对速度，例如车轮速度(箭头N₂₇)和/或输出速度(N₂₃)降至低于校准阈值绝对速度阈值(例如3-5MPH)。双态离合器50仅在变速器14被缚牢(tied up)时被施加，所述 变速器14被缚牢即变速器14的所有齿轮组20、30、40的所有节点处于零速度或在零速度的小的校准边际内，比如在小于30-50RPM内，精确的非零量主要取决于双态变速器50的结构完整性和任何客观或主观换挡噪声标准。

在本文中被称为“辅助离合器”的被选择的离合器54和56在图1的示例配置中被控制，以产生到涡轮速度(N₂₁)的所需轨迹，并最终缚牢变速器14，从而双态变速器可被平滑接合，同时具有低噪声和对双态变速器50具有低影响。可选地，控制器60可对涡轮速度(N₂₁)执行闭环控制，如使用输出构件23的加速度作为控制变量以进一步保证涡轮速度(N₂₁)的所需轨迹。

在结构上，控制器60可包括处理器P以及存储器M，存储器M中的一些是非瞬时和有形的，例如磁或光学只读存储器(ROM)、闪存等。控制器60还可包括足够数量的随机访问存储器(RAM)和电可编程只读存储器(EPROM)，以及高速时钟、模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路、输入/输出电路或装置、以及信号调节和缓冲电路，为了说明的简单性，上述所有从图2省略。执行方法100的指令被记录在存储器M中并被处理器P执行以提供变速器14的控制功能，所述控制功能现在将参考图2和3进行描述。

结合图1的结构参考图2，方法100从步骤102开始，在从绝对速度的相对高的速率移库换挡期间，检测变速器14的被请求的换挡(RGS)。高的绝对速度比与控制器60的存储器M中的校准第一速度阈值(CAL 1)相关。例如，3-5MPH或相应RPM的阈值可依据车辆10的绝对速度被使用，所述绝对速度在车轮27或输出构件23处沿正方向或负方向测量。被请求的变速器14的移库换挡可从PRNDL杆11的位置确定。更精确地，被请求的移库换挡可从PRNDL阀(未示出)的位置确定，所述PRNDL阀响应于PRNDL杆11的运动而移动，如本领域已知的。当在第一校准速度阈值以上检测到被请求的移库换挡时，方法100继续到步骤104。

步骤104包括起动计时器并确定从步骤102获得的车辆10的速度是否降低至第一校准速度阈值以下。由于惯性和道路摩擦，在没有陡的斜面或下坡时车辆10将开始减速。然而，在很少的情况下，坡可以是陡的以致车辆10继续下坡运动。在这样的情况下，计时器将在车辆10没有先减速至步骤102的第一校准速度阈值以下的情况下过期(expire)(T_EXP)。如果这种结果 发生，则方法100继续至步骤105。否则，方法100行进至步骤106。

步骤105包括执行默认控制动作(EXC DCA)。步骤105可涉及通过忽略被请求的移库换挡而临时地避免变速器14的换挡，以保护双态离合器50，或简单地等待车辆10的驾驶员以通常方式施加制动器。一旦步骤105已被执行，则方法100结束。

在步骤106处，控制器60接下来确定各种速度值(DET N_X)以用于变速器14的进一步控制。作为该步骤的一部分被确定的速度值可分别包括输入和输出速度N₂₁和N₂₃。步骤106可包括从传感器S₂₁和S₂₂接收的速度信号N₂₁和N₂₃。作为步骤106的一部分，控制器60还推算双态离合器50连接到的节点(即“双态节点”)的速度。双态节点的速度可经由输入和输出速度N₂₁和N₂₃从变速器14的已知设计(即给定的变速器14的杆系图和齿轮速比)推算，所述双态节点是在图1所示的示例变速器14的第一齿轮组20的第一节点22。

例如，控制器60可如下地计算双态离合器50的速度，更准确地说是其滑动速度N₅₀：

$N_{50}=N_{23}(1+\frac{R_1}{S_1})-N_{21}\left(\frac{R_1}{S_1}\right)\left(\frac{S_2}{S_2+R_2}\right)$

其中对于图1的示例配置，R₁、R₂、S₁和S₂为用于计算齿轮比的环形齿轮和恒星齿轮的尺寸。注意到在图1的实施例中，节点22在一侧连接至静止构件28，因此测量的双态离合器50的速度是跨双态离合器50的滑动速度。在其它实施例中双态离合器50可被布置在两个节点之间。一旦确定了速度，则方法100继续至步骤108。

在步骤108处，控制器60可命令辅助离合器的快速和完全的接合，所述辅助离合器例如主即将脱离离合器(C_OFG,P+)，其在图1的示例中是离合器56。离合器56是制动离合器，其将第三齿轮组40的第三节点46连接至静止构件28。此动作将节点46锁定至静止构件28，由此阻止节点46的旋转并允许节点46用作用于向变速器14输入扭矩的反作用元件。方法100随后进行至步骤110。

在步骤110处，图1的控制器60发起第二即将脱离离合器的滑动控制，其在图1的例子里是离合器54。作为步骤110的一部分，控制器60经由离合器控制信号(箭头25)调节至离合器54的压力命令，以强制实现输入/ 涡轮速度(N₂₁)的需要的轨迹。因此，步骤110在图2中缩写为“MOD _COFG,S”以更清晰。如本领域已知的，在常规变速器中使用的盘式离合器是压力控制的装置，因此控制器60可将离合器控制信号(箭头25)传输至所需的任何液压或流动控制螺线管(未示出)以引起特定水平的接合，且从而引起跨离合器54的滑动的发生。随着步骤110开始，方法100继续至步骤112。

步骤112包括准备(stage)双态离合器50，该步骤在图2中缩写为“STG(50)”。步骤112包括移动双态离合器50，例如，通过传输双态离合器命令(箭头125)以将双态离合器设至校准的准备位置。如本领域已知的，双态离合器50可具有环圈(race)或扭矩传输块，其当需要接合时朝向彼此移动，且当需要释放时远离彼此。步骤112被执行以将双态离合器50设置为进入“就绪状态”而不接合，使得之后在方法100中，一旦由控制器60请求，则双态离合器50的应用或接合立即发生，即不需要等待双态离合器50到达准备位置。一旦双态离合器50被充分准备，则方法100继续至步骤114。

步骤114包括再次经由控制器60确定双态离合器50的速度是否低于第二校准阈值(N₅₀<CAL 2)。步骤110和114在闭环中重复，直到双态离合器50的速度低于第二校准阈值，即，图1的节点22或双态节点的速度，在该点方法100继续到步骤116。

在步骤116中的闭环控制间隔期间，控制器60可周期性地或连续地经由离合器控制信号(箭头25)、以使得涡轮速度(箭头N₂₁)中发生校准的缓变(ramp)的方式、调节至离合器54的压力。在一些实施例中，控制器60可将输出构件23的加速度考虑为增加或降低涡轮速度(箭头N₂₁)的比率的变量。即，如果输出构件23加速过快，其在本语境下事实上指负加速/减速，则控制器60可将较小的压力命令至离合器54，以增加涡轮速度(箭头N₂₁)，反之亦然。

步骤116包括施加双态离合器50。由于双态离合器在步骤112处被预先地准备，故一旦双态离合器50收到双态离合器控制信号(箭头125)，步骤116几乎立即发生。步骤116导致，双态离合器50的任何扭矩保持元件(即爪式离合器的齿或可选择单向离合器的支柱)完全接合，以便沿所需的方向保持扭矩。方法100随后继续至步骤118。

步骤118包括将在之前的步骤中用于减慢或停止双态节点的辅助离合器(REL AC)释放。释放的迅速性可影响换挡感受。因此，在可选方法中， 控制器60可根据校准的缓变率释放辅助离合器，此处为离合器54和56。通过缓慢地释放辅助离合器，换挡感受可被调整，以使其对于驾驶员来说是感觉不到的。然而，在一些设计中，可能需要向驾驶员提供某种程度的反馈，例如轻微量的噪声或换挡撞击，以提醒驾驶员变速器14已经完成换挡。因此，步骤118可包括立即或缓慢地释放在执行方法100的过程中用于缚牢变速器14的辅助离合器。

参考图3，一组示例的车辆参数70被示出，以进一步说明方法100对图1的车辆10的传动系的总体效果。时间(t)展示在水平轴线上，信号幅值(A)展示在垂直轴线上。在该非限制性实施例中，车辆10在t₀处以相对高的速率(例如3-5MPH)以倒车挡(R)行进。

在约t₁处，车辆10的驾驶员移动PRNDL杆11至驱动挡(D),如PRNDL的迹线所指示的，由此请求从倒车挡到驱动挡的示例移库换挡。变速器14立即在t₁处将自身换挡进入空挡(N)，且保持在那里直到t₂，因为在步骤104处启动的计时器等待车辆10减速至步骤102的第一校准速度阈值以下。为退出倒车挡，需要释放离合器54，其在图1的示例实施例中为离合器C53R。离合器压力(迹线P_C35R)在t₁处的降低显示了该辅助离合器的释放。

随着离合器54被释放，涡轮速度(迹线N₂₁)在t₁处开始增加。输出构件23可也在该点开始加速，如经由迹线α₂₃示出的。在约t₂处，控制器60开始离合器54的压力调节，如区域75中由升高的迹线P_C35R所指示的。这样的压力调节的效果在双态离合器50的速度(迹线N₅₀)上被显示出。在约t₃处，双态节点的速度开始减小，在约t₄处最终达到零或校准的低非零速度(诸如30-50RPM)。在该点，控制器60将双态控制命令(箭头125)传输至双态离合器50，以施加被预先准备的双态离合器50。控制器60还将离合器控制命令(箭头25)传输至被施加或调节的辅助离合器，例如离合器54和56，以完全释放这些离合器，由此完成到驱动挡(D)的换挡。如上所述，释放可以是立即的，其可为对驾驶员的反馈提供所需的换挡撞击或感觉，或控制器60可被编程为具有校准的缓变率(R_CAL)，以在一段时间内逐渐释放辅助离合器，以提供需要的换挡感受水平。相同的方法可以被用于从驱动挡到倒车挡的移库换挡，如本领域普通技术人员将认识到的。

控制器60和方法100的使用使得任何辅助离合器(通常为给定的变速器的主即将脱离离合器和第二即将脱离离合器)能够将双态离合器50的速 度控制至零速度或低的非零速度。对于高速移库换挡，辅助离合器(即离合器54和56)被控制，以平滑和快速地缚牢变速器14，从而停止输出构件23，并且特别地使得双态离合器50连接到的任何节点减速或停止。控制器60提供的闭环反馈控制使得这能够以最佳的换挡感受的方式完成，同时也保护双态离合器50的结构完整性。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。