估算无级变速器中的扭矩的方法与流程

本发明涉及交通工具的领域，且更具体地涉及采用具有变换器(variator)的无级变速器的交通工具。本发明提供了一种更精确地估算这样的变速器中的扭矩的方法。

发明背景

无级变速器(continuouslyvariabletransmission，cvt)通常在其中具有多个区间(range)。在cvt的较低区间内的运行期间，变换器可以相对快速地加速通过这些区间。cvt具有的区间越多，变换器经过这些区间的加速率越大。因此，有利的是，估算cvt中的瞬时扭矩，并因此控制来自主动力机(例如，内燃发动机或电动马达)和/或变换器的输入，以避免由于特别是变换器经过较低区间的高加速率而导致的变速器中的任何“扭矩洞(torqueholes)”或扭矩不足。

然而，对于具有多个区间的cvt，由于变换器和cvt部件(例如，诸如传动轴和行星齿轮以及相关联的行星架)的惯性，这样的扭矩估算的准确性降低。因此，本发明的目的是消除或减轻现有cvt扭矩估算方法的缺点。

jp4277424公开了一种用于减少带式cvt中的摩擦损失的装置，其中扭矩估算计算考虑了惯性，但是所公开的方法不包括计算cvt内多个变速器部件的惯性扭矩并相应地调整扭矩估算。

发明概述

根据本发明，提供了一种在具有变换器的无级变速器中估算输入扭矩和输出扭矩的方法。该方法包括以下步骤：确定变速器输入和/或输出速度；通过将变速器输入和/或输出速度沿着传动过程映射到多个变速器部件中的每一个来计算多个变速器部件中的每一个的速度；以及计算多个变换器部件中的每一个的速度变化率。多个变速器部件中的每一个的惯性扭矩基于其各自的速度变化率和预定的部件惯性值来计算。该方法还包括确定变换器的马达扭矩以及通过将变换器的马达扭矩沿着传动过程映射到变速器输入和输出来计算变速器输入扭矩和变速器输出扭矩的步骤。然后调整计算的变速器输入和输出扭矩的值，以加入对多个变速器部件中的分别位于变换器和变速器输入之间以及变换器和变速器输出之间的那些变速器部件的计算的惯性扭矩的值的考虑。

附图简述

现在，将参考以下附图仅通过示例的方式描述本发明的优选的实施方案：

图1是无级变速器的示意图；以及

图2是示出了估算图1中所示变速器中扭矩的方法的步骤的流程图。

附图详述

图1示意性地示出了可使用本发明的方法控制的无级变速器(cvt)的示例。然而，应该理解的是，本发明的方法不仅仅旨在应用于这里所示的特定cvt装置。例如，尽管下面描述的变换器是液压-机械变换器，但是也可以使用其它类型的变换器。例如，合适的替代变换器变量是电气和机械变换器。

该变速器包括在操作中连接至交通工具的主动力机1(例如，内燃发动机、电动马达)的变速器输入轴2和将连接至诸如交通工具的轮的负载(未示出)的变速器输出轴4。输入轴2承载输入齿轮6，输入齿轮6与第一卫星齿轮8啮合，第一卫星齿轮8被承载在变换器输入轴10上，变换器输入轴10与输入轴2平行。输入轴10驱动总体上由12表示的变换器，在该示例中是静液压变换器(hydrostaticvariator)。变换器12包括由输入轴10驱动的可变容积泵14。泵14具有已知类型的控制元件或导流板16(swashplate)，且通过一对液压管路20、22连接至液压马达18。马达18连接到变换器输出轴24，变换器输出轴24承载变换器输出齿轮26。副轴28平行于变换器轴10、24，并具有与输出齿轮26啮合的第一副轴齿轮30和与累加变速器(summingtransmission)34的第一太阳轮36啮合的第二副轴齿轮32。

累加变速器或差动变速器34包括第一行星齿轮组38和第二行星齿轮组48，其代表cvt的第一区间和第二区间或低区间和高区间。第一行星系38的第一行星架39和第二行星系48的第二齿圈50连接至以第一低速离合器52的形式的第一连接部件的输入侧。第二行星系48的第一太阳轮46连接至第一高速离合器56的输入侧。中间轴58连接至第一低速离合器52和第一高速离合器56的输出侧。中间轴58与输入轴2和输出轴4同轴。

第一低速离合器52和第一高速离合器56将累加变速器34与输出变速器或有级式变速器(rangetransmission)60选择性地连接在一起，使得变速器34、60彼此同轴。两个离合器52、56位于界定在累加变换器34和输出变速器60之间的连接空间中。如上所述，低速离合器52和高速离合器56中的每一个的输入侧连接到累加变换器34的第一行星系38和/或第二行星系48中的至少一个元件。第一低速离合器52和第一高速离合器56中的每一个的输出侧连接到中间轴58，中间轴58与变速器输入轴2和输出轴4同轴。输出变速器60包括第三行星齿轮组62和第四行星齿轮组72，第三行星齿轮组62和第四行星齿轮组72都连接到中间轴58，并且代表cvt内的第三区间和第四区间或低前进区间和高前进区间。第三行星系62的第三行星架65连接到反向构件80，为了在输出轴4处提供反向旋转，反向构件80可以通过滑动轴环82选择性地保持不旋转。

除了选择性地连接到中间轴58，第一低速离合器52和第一高速离合器56还选择性地连接到以第二高速离合器84形式的第三连接部件的输入侧。第二高速离合器84位于具有第一低速离合器52和第一高速离合器56的连接空间中，并且具有连接到第三行星架65的输出侧。

第三齿圈66和第四齿圈76连接至彼此并且还连接至第二低速离合器或制动元件90。当第二低速离合器90被接合时，第三齿圈66和第四齿圈76被阻止旋转。第四行星系72的第四行星架75被连接至输出轴4。

该示例性cvt还可以包括在累加变速器34和输出变速器60之间的变换器连接部件100。该变换器连接部件100优选为离合器，为了便于参考，其将被称为变换器离合器。变换器离合器100具有输入侧，该输入侧通过第一中间齿轮102连接到变换器输出齿轮26，第一中间齿轮102与输出齿轮26同轴并且连接到同一变换器输出轴24。第二中间齿轮104与第一中间齿轮102啮合。第二中间齿轮104连接至变换器离合器100的输入侧。变换器离合器100的输出侧连接至第二中间轴58。在该实施方案中，变换器马达18因此可以在第一低速离合器52和第一高速离合器56都脱开时经由变换器离合器100并且绕过累加变换器34直接连接到输出变速器60和输出轴4。

图1中还示出了可用于实施本发明方法的控制部件。本方法步骤由电子控制单元(ecu)或控制器120执行，电子控制单元(ecu)或控制器120与ram存储器122双向通信。存储器122存储在本方法中处理的数据，这将在下面更详细地解释。至少一个输入旋转速度传感器123位于变速器输入2附近，以便向控制器120提供关于变速器输入的当前速度的信号。至少一个输出旋转速度传感器124位于变速器输出4附近，以便向控制器120提供关于变速器输出的当前速度的信号。至少一个操作员需求传感器126位于交通工具的操作员环境中，并且当操作员发出动力需求时，向控制器120发送信号。需求传感器126可以被定位成例如测量加速踏板(如图所示)或手动控制器的运动。最后，一对压力传感器128、130位于变换器12的每个液压管路20、22中，以便向控制器发送关于变换器内压力变化的信号。

图2示出了详细描述控制器120在采用估算如图1所示的cvt中的扭矩的方法时所采取的步骤的流程图。首先，在开始步骤200之后，变速器输入和/或输出速度(即，图1中的输入轴2和输出轴4的速度)由输入速度传感器123和/或输出速度传感器124测量，或者在输入步骤202作为接收数据被计算并输入到本方法中。控制器120已经在存储器122中存储了与各行星齿轮组38、48、62、72之间的比率相关的数据203，并且在处理步骤204，本方法使用该数据203基于变速器输入和/或输出速度来计算变速器内的多个部件的速度。这是通过从变速器输入或输出经过cvt中的各种比率向前或向后“映射(reflect)”变速器速度来实现的。换句话说，通过反向应用这些比率，可以使用变速器输出速度来计算变速器中任何部件的速度。

对于齿轮啮合关系(即两个齿轮的齿彼此直接啮合)，速度可以使用以下计算沿着该关系来映射：

速度a＝-(nb/na)×速度b

其中：

速度a＝齿轮“a”的旋转速度；

速度b＝齿轮“b”的旋转速度；

na＝齿轮“a”上的齿数；

nb＝齿轮“b”上的齿数。

对于行星齿轮装置，速度可以使用以下计算沿着行星齿轮部件来映射：

太阳轮速度＝行星架速度×((nr/ns)+1)–齿圈速度×(nr/ns)

其中：

太阳轮速度＝太阳轮的旋转速度；

行星架速度＝行星架的旋转速度；

齿圈速度＝齿圈的旋转速度；

nr＝齿圈上的齿数；

ns＝太阳轮的齿数。

过程循环206监视在预定时间段内估算的部件速度的变化，其然后允许计算这些部件的速度变化率的进一步的过程步骤208。

存储器122还存储与每个变速器部件的预定的惯性矩的值相关的数据209。该数据209与来自步骤208的计算的速度变化率的值一起用于过程步骤210中，以便计算每个变速器部件的惯性扭矩(t)。用于计算的公式为：

t＝ia

其中：

i＝惯性矩；

a＝加速度(速度变化率)。

来自变换器12中的压力传感器128、130的压力读数允许确定变换器中的压力变化，然后其可以使用公式t＝sign(ω)来计算来自变换器的马达扭矩输出，其中ω是变换器输出轴24的角速度。在输入步骤211，该马达扭矩数据被提供给控制器120。在过程步骤212，本方法然后可以根据需要通过沿着传动过程向前或向后映射在变换器处的计算的马达扭矩来估算变速器输入2和变速器输出4处的扭矩。换句话说，通过应用来自输入步骤203的预定比率，可以使用变换器马达扭矩来计算变速器输入和输出处的扭矩。

对于齿轮啮合关系，扭矩可以使用以下计算沿着该关系来映射：

扭矩a＝(na/nb)×扭矩b

其中：

扭矩a＝齿轮“a”的扭矩；

扭矩b＝齿轮“b”的扭矩；

na＝齿轮“a”上的齿数；

nb＝齿轮“b”上的齿数。

对于行星齿轮装置，扭矩可以使用以下计算沿着行星齿轮部件来映射：

扭矩r＝(nr/ns)×扭矩s

其中：

扭矩s＝太阳轮的扭矩；

扭矩r＝齿圈的扭矩；

nr＝齿圈上的齿数；

ns＝太阳轮的齿数。

在最终过程步骤214，调整来自步骤212的计算的变速器输入和输出扭矩的值，以加入对来自步骤210的计算的惯性扭矩的值的考虑，该惯性扭矩分别涉及位于变换器和变速器输入之间的多个变速器部件以及变换器和变速器输出之间的多个变速器部件。换句话说，从输入或输出扭矩图中减去位于输入或输出和变换器之间的每个部件的惯性扭矩。因此，提供了对cvt的输入或输出扭矩的更精确的估算。

虽然对于本发明不是必需的，但是本方法还可以包括一些附加的控制步骤，这些步骤在扭矩估算完成之后，并且响应于所提供的扭矩估算而发生。在扭矩控制过程步骤216，应用调整的变速器输出扭矩的值，以便控制变换器的马达扭矩。在主动力机控制过程步骤218，应用调整的变速器输入扭矩的值，以便使主动力机为预期的动力需求做好准备。最后，在变速器换档扭矩控制过程220，应用计算的惯性扭矩的值，以便使主动力机为预期的变速器换档事件做好准备。

通过计算cvt内的部件的惯性扭矩的值，且然后调整估算的变速器扭矩的值以加入对惯性扭矩的考虑，本发明的方法提供了对cvt内的实际扭矩值的更准确估算。然后，这些估算可以允许扭矩控制、主动力机/发动机控制和换档扭矩控制过程，例如，以更准确地补偿扭矩不足或“扭矩洞”，这种扭矩不足或“扭矩洞”至少可能当cvt从启动迅速过渡经过其初始区间时会出现。

在不背离本发明的范围的前提下，可以并入修改和改进。