用于变速器挡位监测的方法和设备与流程

本公开涉及一种用于变速器挡位监测的方法和设备。

背景技术：

机动化车辆包括产生输入转矩的原动机。所接收的输入转矩跨液力变矩器或摩擦输入离合器传输至变速器的输入构件。在常规的齿轮变速器中，所接收的输入转矩通过施用摩擦离合器和制动器的不同组合而传递一个或多个行星齿轮组，并且最终将输出转矩以选定齿轮比传输至一组传动轮。

通常，理想的停车挡、空挡、倒车挡、驱动挡或低速挡(prndl)变速器操作挡位是由车辆操作者使用呈底板式或转向管柱式prndl控制杆来手动选择。在驱动挡(d)挡位中，变速器基于速度、转矩、驾驶员请求和其它当前车辆操作条件来在可用前进齿轮比之间自动地换挡。prndl控制杆由副换挡机构机械地联接至变速器的换挡控制阀，该副换挡机构由一系列互连控制杆、推/拉杆和电缆组成。此类机械部件的数量和大小可使得难以将副换挡机构封装在驱动器接口装置与变速器之间，并且还可增加大量摩擦阻力。

已经开发出若干“线控换挡”副换挡机构来解决此类问题。线控换挡副换挡机构有时候称作电子变速器挡位选择(etrs)系统。通常，etrs系统

通过设置在流体控制阀和停车制动爪上的电磁阀的触发/命令开启/关闭状态操作以便设置变速器的液压系统以实现理想的功率流。或者，直接命令离合器压力且在其它实施例中在停车制动爪上触发电磁阀。驾驶员经由用户输入装置选择理想的挡位，该用户输入装置可以实施为一组按钮或不同设计中的传统控制杆。然而，取代经由电缆拉伸以常规方式物理地致动换挡阀的是，etrs系统中的挡位选择反而将对应的电子挡位信号传输至控制器。控制器接着命令变速器移动至对应的挡位选择位置。

技术实现要素：

本文公开一种车辆，其包括原动机、变速器、用户接口装置和控制器。该变速器连接至发动机，并且包括离合器和电子变速器挡位选择(etrs)系统，所述etrs系统可操作用于响应于电动挡位信号而建立变速器的选定停车挡、倒车挡、空挡、驱动挡(prnd)操作挡位或停车挡、倒车挡、空挡、驱动挡、低速挡(prndl)操作挡位。该用户接口装置可操作用于响应于用户选定操作挡位而产生电动挡位信号。

该控制器编程为处理电动挡位信号，以便确定用户选定操作挡位，并且检测相对于操作挡位的特性(例如，如本文陈述的离合器状态、速比和/或模式阀开关状态)通过变速器的错误功率流。该控制器还编程为在检测到错误功率流时对变速器执行补救控制措施。该补救控制措施可以包括控制功率流，其包括命令液压空挡状态或者中断功率流。

本文还公开了一种用于具有上述变速器的车辆的控制设备。该控制设备包括用户接口装置和控制器。

一种用于监测变速器的操作挡位的方法包括经由控制器确定是否存在功率流错误状况，其包括比较命令开启的离合器与不允许开启的离合器的已校准列表，以及以下至少一者：比较测量速比与期望速比，且比较一对模式阀的实际开关状态与etrs系统命令的开关状态，且接着当检测到错误功率流时对变速器执行补救控制措施，所述补救控制措施包括中断通过变速器的功率流。

上述特征和优点以及本公开的其它特征和优点从结合附图取得的以下详述能够显而易见。

附图说明

图1是具有变速器和编程为执行如本文陈述的挡位监测方法的控制器的示例性车辆的示意图。

图2是用于图1中所示的变速器中的挡位监测的设备的一部分的示意图。

图3是图1中所示的车辆的某些变速器中可用的示例性模式阀的示意图。

图4a是描述用于图3的模式阀的示例性二进制开关状态的表格。

图4b是描述用于图1中所示的变速器的示例性9级速度实施例中的各种操作挡位的施用离合器的说明性组合的表格。

图5是描述用于图1中所示的变速器中的挡位监测的示例性方法的图形流程图。

具体实施方式

参考附图，其中所有几个图中的相同参考标记对应于相同或类似部件，示例性车辆10在图1中示意地描绘为具有原动机12，例如如所示的发动机(e)和/或一个或多个电机。车辆10还包括变速器(t)14和控制器20。如参考图2至5更详细地解释，控制器20编程为执行用于变速器14的挡位监测的方法100并且执行补救功率流控制措施作为方法100的部分。原动机12产生输入转矩(箭头ti)，其经由一个或多个摩擦离合器(cl)19的施用以不同速比传递通过变速器14以驱动一组传动轮18。虽然图1中仅示意地描绘了两个传动轮18，但是车辆10可以具有任何数量的传动轮18，其中的任何传动轮均可以取决于实施例而设置在车辆10的前面和/或后面。

变速器14另外包括输入构件15，其经由输入离合器ci(例如，变矩器或摩擦离合器)连接至原动机12的输出轴13。变速器14配置成跨输入离合器ci从原动机12接收输入转矩(箭头ti)，并且经由选定离合器19的接合和脱离传输输出转矩(箭头to)。传动车轴25从变速器的输出构件17接收输出转矩(箭头to)并且对传动轮18供电以可能经由如本领域中已知的最终传动单元24推进车辆10。

车辆10包括用户接口装置16，其使得车辆10的操作者能够选择变速器14的理想操作挡位。用户接口装置16可以包括如图1中所示的常规控制杆，或如图2中所示的按钮16b，或开关、刻度盘、触摸屏图标，或任何其它合适的输入配置。正常的变速器操作挡位位置包括停车挡、倒车挡、空挡和驱动挡(prnd)以及可能第一挡低速挡(l)。此类prndl可经由车辆10的操作者与用户接口装置16的互动而选择。

在操作中，用户接口装置16将电动挡位信号(箭头ers)传输至控制器20以请求用户选定操作挡位。例如，每个操作挡位均可以具有对应的电压信号，其中电动挡位信号(箭头ers)是控制器20可接收并且评估已校准查找表(lut)中的信息以确定用户选定操作挡位的电压信号。响应于电动挡位信号(箭头ers)，控制器20将挡位选择信号(rcc)传输至变速器14的电子变速器挡位选择(etrs)系统28以命令变速器14换挡至对应的操作挡位。

图1的控制器20配置(即，在软件中编程且在设备中配备)为执行实施方法100的代码，下文参考图5解释该代码的实例。方法100的执行允许控制器20由于指示错误功率流的任何不一致而针对用户选定操作挡位密切地监测变速器14的操作，并且必要时自动地执行补救控制措施以保护变速器14的硬件。

控制器20编程有用于变速器14的每个prnd或prndl操作挡位的每个离合器19的可允许离合器状态(例如，编程为一个查找表(lut))，并且可以包括如下文参考图2陈述的离合器连接性检测(ccd)监测器54，其编程有可允许离合器状态并且可操作用于例如通过比较建立或维持给定操作挡位所涉及的任何离合器19的实际离合器状态与相同操作挡位的可允许离合器状态来检测错误功率流。下文参考图2至图5更详细地描述控制器20的示例性编程结构和逻辑流以及变速器14的部件。

在操作中，图1中所示的控制器20可以经由通信信号(箭头11)通过控制器区域网总线19或如所示的任何其它合适的车载通信网络与车辆10的所需元件通信。控制器20接收并且处理各种数据元素以执行方法100和/或用于维持对变速器14的整体挡位监测控制。例如，控制器20可以接收变速器换挡控制逻辑特有的发动机控制值(箭头cce)和变速器控制值(箭头cct)。发动机控制值(箭头cce)包括(例如)节流阀水平、发动机速度、发动机转矩和曲轴位置。此类值可以常规方式测量或计算并且可以在变速器14的整体换挡控制中使用。变速器控制值(箭头cct)可以包括类似速度和转矩位置、槽温以及变速器14经由电动挡位选择信号(箭头ers)作出的当前prnd/prndl挡位设置。

另外，变速器控制值(箭头cct)可以包括可由控制器20使用来执行方法100的具体信息，包括变速箱状态信号(箭头sgb)和描述换挡所涉及的变速器14的各种离合器19的离合器能力的离合器控制输入信号(箭头cci)。控制器20可以产生变速器14的离合器19的控制输出信号(箭头cco)以执行硬件保护控制措施。用于变速箱状态信号(箭头sgb)和离合器控制输入信号(箭头cci)的特定值可以随着变速器14的特定配置而改变。

变速器14的示例性实施例包括9级速度和10级变速器、特别是具有二进制离合器21(诸如可选单向离合器或二极管离合器，该离合器可以具有当在某些时间施用或释放时可能特别容易遭受硬件损坏的可展开支柱或止轮垫)的那些变速器。在某些实施例中，变速器14可以包括分别测量输入构件15的输入速度(n15)和输出构件17的输出速度(n17)的变速器输入传感器(tis)和变速器输出传感器(tos)，该输入速度和输出速度接着传送至控制器20以在如下文参考图2和图5所述的方法100的某些部分中使用。

仍然参考图1，控制器20可以实施为具有上面记录有编码方法100的指令的有形、非暂时性存储器装置(m)的计算机装置或多个装置。控制器20可以包括多个元件作为微处理器(p)、电路，其包括(但不限于)计时器22、高速时钟、模数电路、数模电路、数字信号处理器，和任何必要的输入/输出装置以及其它信号调节和/或缓冲器电路。存储器(m)可以包括只读存储器(例如，磁性和/或光学存储器)，以及随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等。

图2描绘etrs控制设备30，其包括图1的控制器20以及用户接口装置16，并且在某些实施例中还可以包括tis和tos。控制器20编程有各种逻辑模块，其包括离合器控制(clc)模块50和变速器挡位监测环(trmr)模块52，其中如本文所使用的术语“模块”是指已编程操作代码和托管并且执行此代码的任何所需的存储器(m)或处理器(p)硬件元件。驱动器接口装置16在图2的非限制性示例性实施例中可以包括多个按钮，其中图1中所示的常规控制杆作为不同的说明性实施例。

trmr模块52包括针对图1的变速器14中的错误功率流的发生提供冗余保护的多个独立监测器。如本领域中众所周知，传统的prnd或prndl变速杆经由电缆、机械棘爪和其它硬件直接联接至控制阀，使得当操作者将控制杆移动至对应挡位时，电缆上的拉伸物理地致动换挡阀和手动轴。因此，在电缆和联接机构不断裂的情况下，操作者保证给定挡位的选择将使变速器14换挡至选定挡位。然而，线控换挡设计消除了用户接口装置16与换挡阀或变速器14的其它换挡执行硬件之间的物理连接。本方法因此旨在帮助由于其中不应施用变速器14的离合器19的电子命令挡位而针对此类离合器19的施用提供硬件和基于硬件的解决方案保护。

控制器20可以配置有多达三个不同的监测器用于检测图1的变速器14中的错误功率流。监测器共同地评估传感器输出和其它可用信号以确定功率流的当前状态，并且确保变速器14配置成根据给定换挡或稳定状态操控所涉及的任何离合器19而发动。在错误功率流的事件中，控制器20命令可造成功率流损耗状况的补救措施。如下文所解释，本方法可以应用于不同类型的变速器，包括某些9级变速器和具有如图3中所示的模式阀和状态开关44a和44b的其它配置以及具有双向或双通道tis的那些配置(例如，某些10级变速器)。

具体地，控制器20可以配备有多达三个监测器，其中的任何两个监测器可以同时运转：离合器连接性检测(ccd)监测器54、比例监测器(rm)56和模式阀(mv)监测器58。ccd54可以结合任何多级变速器使用，并且可操作用于通过比较施用开启的离合器19与根据已校准编程而不被允许在给定挡位中施用的离合器19的列表来计算功率流故障状况。

rm56可以在具有双向tis的变速器中使用，该双向tis可操作用于确定测量速度的大小和正负号，且其中总是经由控制器20计算实时速比，且对适当的方向/正负号评估旋转方向或正负号。如果测量比例不同于预期比例，那么控制器20记录功率流故障状况，其中rm56配置成在发动时尽可能早地拦截故障状况。换言之，rm56可操作用于实时计算变速器14的速比的大小和正负号，并且可用于检测当计算的速比的大小和正负号不匹配选定挡位的已校准的预期比例大小和正负号时通过变速器14的错误功率流。

mv监测器58可以在具有与例如如图3中所示的状态开关相关联的模式阀的变速器配置中使用。此模式阀规定保证如本领域中已知的特定离合器应用的特定油流。mv监测器58比较开关状态与图1的etrs28命令的状态。通过比较预期开关状态与实际/测量状态(遭遇诸如原动机12的启动-停止事件的某些约束)检测功率流故障状况。所有监测器均可遭遇变化的状况，诸如自从先前挡位变化以来的稳定时间、离合器填充进程、油温和其它校准，并且配置成适应固定移库、行驶中移库和行驶中-坡道移库的转变。

ccd监测器54诸如通过比较所施用的离合器19与被待施用校准禁止的离合器19的列表来计算功率流故障状况。图4b中描绘了用于具有可选单向离合器(例如，图1的二进制离合器21和旋转或制动摩擦离合器c1、c2、c3、c4、c5和c6)作为离合器19的9级变速器的实例真值表。在此实施例中，变速器14的可能操作挡位包括停车挡(p)、倒车挡(r)、空挡(n)、驱动第一挡低速挡(d1l)和九个前进驱动挡模式(d1至d9)，其中“x”表示接合或施用的离合器19。同样地，x的缺失指示松开的离合器19。如果所施用的离合器19与认为不应施用的那些离合器之间存在协定，那么存在功率流故障状况。如果故障状况存在的时间长于如经由图1的计时器22确定的校准持续时间，那么控制器20命令执行补救措施作为方法100的部分。

具体地说，对于命令的驱动挡(d)操作挡位，ccd监测器54比较所施用(x)的该组离合器19与将产生倒车挡(r)功率流的离合器施用状态。ccd监测器54报告故障状况并且如果产生倒车挡功率流的任何或所有离合器19施用持续校准持续时间，那么采取补救措施。同样地，对于倒车挡(r)的命令，ccd监测器54比较所施用的该组离合器19与产生任何驱动挡(d)挡位的功率流的状态，并且记录故障状况，且如果产生驱动挡功率流的任何或所有离合器19施用持续校准持续时间，那么采取补救措施。停车挡/空挡(p/n)是以类似方式处置，即，ccd监测器54比较所施用的离合器19与产生非空挡功率流的那些离合器，并且当用于非空挡功率流的任何/所有离合器19施用持续校准持续时间时采取补救措施。

进一步关于依赖于如上所述的双向tis的存在的rm56，此监测器以不同方式检测功率流故障状况。rm56的作用是基于命令的操作挡位与如测量速比指示的已实现功率流之间是否存在协定来计算故障状况。可以利用(例如，6.5ms回路中的)原始的、快速回路tis和tos数据来计算速比。该速比具有方向或正负号，其中正号比指示功率流经配置用于前进驱动挡且负号比指示功率流经配置用于倒车驱动挡，其二者均与车辆10的前倾/后倾无关。对于倒车挡(r)的期望方向，如果当前操作挡位是倒车挡、车速超过高阈值或不超过低阈值，且测量比大于校准比，那么可以记录故障。对于前进驱动挡的期望方向，如果当前操作挡位是倒车挡、车速超过高阈值或不超过低阈值，且测量比小于校准比，那么可以记录故障。

mv监测器58监测具有模式阀系统40(图3中示意地描绘为模式阀系统40)的变速器14的操作。此模式阀系统40包括不同的模式阀mv1和mv2以及模式启用阀41。每个模式阀mv1和mv2具有带有对应二进制开关状态sa和sb的对应开关44a、44b，即，1＝开且0＝关，从而提供不同的操作模式。图4a描绘用于示例性prnd挡位的模式阀的真值表，其中真值表填充有二进制0/1状态。图2的mv监测器58比较模式阀mv1和mv2的实际开关状态(确定阀体(未示出)中的油如何流动)与来自于etrs系统28的命令模式。如果开关44a和44b的实际状态不等于etrs系统28命令的开关状态，那么可以记录故障。另外，当原动机12关闭时(例如，在启动-停止操控期间)，mv监测器58不会报告危险。

图5是用于图1的变速器14中的挡位监测的方法100的示例性实施例的流程图。如上所述，ccd监测器54可以用于任何变速器14，而rm56与mv监测器58之间的选项分别取决于双向tis的可用性和模式阀的使用。不排除使用给定变速器14中的所有三个监测器52，但是两个监测器52可以提供足够的冗余度来改进具有如图1中所示的etrs系统28的任何车辆的坚固性。

方法100能够监测上述变速器14的挡位。该方法一般包括经由控制器20确定是否存在功率流故障状况，其包括比较命令开启的离合器19与不被允许开启的离合器19的校准列表，以及两个其它监测方法中的至少一种，即，(i)比较测量速比与预期比，和(ii)比较一对模式阀的实际开关状态与etrs系统28命令的状态。作为方法100的部分，当检测到错误功率流时，控制器20对变速器14执行补救控制措施，包括中断通过变速器14的功率流。

开始于步骤s102，图1的控制器20使用图2中所示且上文描述的trmr52的某些或所有监测器确定是否存在功率流故障状况。步骤s102包括使用ccd监测器54、rm56和mv监测器58中的两个或两个以上。当使用ccd监测器54时，在步骤s102可以包括比较命令开启的离合器19与根据校准编程而不被允许施用或开启的离合器19的列表。如图2中所示，clc模块50产生共同示为箭头cc0的各种离合器命令，其传输至变速器14的对应作用/施用离合器。作为步骤s102的部分，将相同信号馈入trmr52中并且由ccd监测器50该信号。如图4b中例证，在控制器20的存储器(m)中校准对于给定挡位应当开启的离合器19的列表。如果来自于tis和tos的测量速比不同于预期比，那么rm56指示故障状况。mv监测器58比较来自于开关sa、sb的二进制开关状态(选用地可以经由电压或电流感测以典型方式确定)与图1中所示的etr系统28命令的开关状态，并且当预期开关状态不匹配测量开关状态sa和sb时指示故障状况。当检测到故障状况时，控制器20启动计时器22并且前进至步骤s104。

步骤s104包括在校准持续时间后确定步骤s102处检测到的故障状况是否仍在进行。如果否，那么方法100前进至步骤s105。如果故障状况在经过校准持续时间后正在进行，那么方法100前进至步骤s106。

步骤s105需要将步骤s102处检测到的故障状况已清空的诊断代码记录在存储器(m)中。控制器20此后可以进行以常见方式控制变速器14。

在步骤s106处，控制器20允许计时器22继续前进持续第二校准持续时间，诸如约200ms至300ms。步骤s104和s106在回路中继续进行直至控制器20在步骤s106处确定故障状况持续超出第二校准持续时间，此时方法100前进至步骤s108。

在回路中执行步骤s108至s112以确保离合器19和变速器14的相关压力控制阀在准备状态中用于执行在步骤s114处要发生的补救控制措施。某些变速器14可以包括特别易碎或敏感的硬件，诸如图1中示意地示出的二进制离合器21。例如，某些变速器14使用液力移动锁环并且由此按下或松开弹簧负载止轮垫的或支柱以将转矩保持在一个或两个旋转方向上，或允许空转。不同于设计成滑动超出各种水平的部分接合的摩擦元件，此类转矩保持元件在某些力条件下快速施用或松开时可能会断裂。

因此，步骤s108可能需要验证用于控制锁环的任何阀适当地分级。步骤s108可能需要接收阀位置数据(在常规的换挡控制架构和离合器控制输入信号(箭头ci)的部分中是已知的)，并且确定压力控制电磁阀和离合器选择电磁阀(未示出)是否适当地设置用于步骤s114的最终执行。如果控制阀适当地分级，那么方法100直接前进至步骤s114。否则，那么方法100前进至步骤s110。

步骤s110包括命令任何压力控制电磁阀和离合器选择阀为零，由此降低受控离合器19和任何二进制元件(诸如二进制离合器21)的压力。步骤s110还可包括测量跨二进制离合器21的滑移以确定二进制离合器21是否过速，并且接着将压力分级以将二进制离合器21置于有利状态中用于执行步骤s114，即，因此二进制离合器21未被命令快速开启或关闭。方法100接着前进至步骤s112。

步骤s112包括确定计时器22已达到诸如500ms的另一个校准持续时间。步骤s112可以用步骤s110取代直至满足校准持续时间。方法100接着前进至步骤s114。

在步骤s114处，图1和图2的控制器20可以执行默认补救控制措施以保护免于不合适的功率流。响应于此类功率流故障状况的控制措施可以包括命令变速器14进入液压默认模式，并且控制离合器的状态以例如通过导致通过变速器14的功率流中断或损耗来中断功率流。例如，控制器20可以命令将电压汲取至任何受影响的离合器控制电磁阀的高端控制驱动器或将电压与该高端控制驱动器断开。以此方式，方法100可以通过提供预补救措施(无危及驾驶的补救措施)改进驾驶质量并且增强驾驶体验。

虽然已经详细地描述了用于实行本公开的最佳模式，但是熟悉本公开所涉及的领域的技术人员将会认识到用于实践本公开的各种替代性设计和实施例在所附权利要求书的范围内。