变速器组件故障的检测和防止的制作方法

变速器组件故障的检测和防止的制作方法
【专利摘要】本发明公开变速器组件故障的检测和防止。一种操作变速器的方法包括：测量输出转矩；使用模型来估计齿轮箱输入扭矩；基于详细的齿轮箱模型估计齿轮箱组件扭矩。用于估计输入扭矩的模型根据变矩器是否被锁定、打开或打滑而变化。在一些操作条件下，多个估算可用于齿轮箱输入扭矩、泵轮扭矩或在这种情况下修正模型的换挡元件的扭矩。当估计的组件扭矩在预期范围之外时，发出警告标志且保存诊断数据。当估计的扭矩接近或超过扭矩极限时，输入扭矩命令可被减小以防止部件损坏。响应于模型参数被修正为预定范围之外的值，也可发出警告标志并保存诊断数据。
【专利说明】
变速器组件故障的检测和防止
技术领域
[0001] 本公开设及车辆控制的领域。更具体地，本公开与基于组件扭矩估计而减轻变速 器组件损坏的方法有关。
【背景技术】
[0002] 许多车辆被在宽的车速范围内使用，包括前向运动和倒车运动。但是，一些类型的 发动机只能够在窄的速度范围内有效地运行。因此，能够在多种传动比下有效传输功率的 变速器被频繁使用。变速器传动比是输入轴转速与输出轴转速的比值。当车辆处于低速时， 变速器通常在高传动比下运行使得其放大发动机扭矩用于提高加速。在高车速下，在低传 动比下运行变速器允许与安静的、有燃料效率的巡航相关联的发动机转速。
[0003] 自动变速器的常见类型包括能够交替建立固定数量的功率流动路径的齿轮箱，每 个流动路径与固定传动比相关联。齿轮箱包括多个换挡元件，诸如离合器和制动器。特定的 功率流动路径通过接合换挡元件的特定子集建立。为了从一个功率流动路径转换到具有不 同传动比的另一功率流动路径，一个或更多个换挡元件必须被释放，同时一个或更多个其 它换挡元件必须被接合。一些换挡元件是被动装置，诸如单向离合器，而其它换挡元件响应 于来自控制器的命令而接合或分离。例如，在许多自动变速器中，换挡装置是液压控制的摩 擦离合器或制动器。控制器通过调节到螺线管的电流而调节换挡元件的扭矩容量，运调节 阀口上的力，进而调节液压回路中的压力。
[0004] 大多数变速器配备有起动装置。当车辆静止或非常缓慢地行驶时，齿轮箱输入转 速小于发动机的最小运行转速。起动装置将来自发动机的扭矩传输到齿轮箱输入，同时允 许发动机在可接受的转速下旋转。常见的起动装置是变矩器，它包括由发动机驱动的累轮 和驱动齿轮箱输入的满轮。扭矩被从累轮液力地传递到满轮。许多变矩器还包括液压控制 的锁止离合器，锁止离合器将累轮连接到满轮，绕过液力功率传递路径W提高较高车速下 的效率。其它变速器使用主动控制的起动离合器作为起动装置。
[0005] 现代自动变速器是由微处理器控制，微处理器在规则的间隔处调节每个换挡元件 (包括任何锁止离合器)的扭矩容量。在每个间隔处，控制器收集指示驾驶员的意图的信息， 诸如变速杆(PRNDL)、加速踏板和制动踏板的位置。控制器还收集关于车辆的当前运行状态 (诸如速度)和发动机的当前运行状态的信息。渐增地，来自其他来源(诸如防抱死制动控制 器和GPS系统）的信息也是可用的。使用此信息，控制器确定是保持当前建立的功率流动路 径还是换挡到不同的功率流动路径。如果控制器决定换挡到不同的功率流动路径，则控制 器W协调的方式调节即将分离的换挡元件和即将接合的换挡元件的扭矩容量W使过渡尽 可能平稳。

【发明内容】

[0006] 在第一实施例中，一种操作变速器的方法包括:估计换挡事件期间的组件扭矩;响 应于组件扭矩超过预期范围而设置错误标志。该组件可W是齿轮或换挡元件，诸如制动器 或离合器。预期范围可W预先确定或者可W基于例如测量的、估计的或命令的转矩值被计 算。通过测量齿轮箱输出转矩、利用第一模型估计变速箱输入扭矩W及基于测量的输出扭 矩和使用第二模型估计的输入扭矩而估计组件扭矩进而在换挡事件期间估计组件扭矩。第 一模型可W是发动机模型、变矩器模型、锁止离合器模型或W上模型的组合。第二模型可W 是基于齿轮和换挡元件的扭矩关系的具体的齿轮箱模型。
[0007]根据本发明的一个实施例，所述第一模型是变矩器模型，第二模型是基于齿轮和 换挡元件的扭矩关系的齿轮箱模型。
[000引在第二实施例中，一种操作变速器的方法包括:在固定传动比下操作时计算变速 器组件扭矩的两个估计；响应于组件扭矩的估计不同而修正其中一个模型的参数；响应于 参数超过预定范围而设置错误标志。变速器组件扭矩可W是例如齿轮箱输入扭矩、累轮扭 矩或锁止离合器扭矩。模型可包括发动机模型、变矩器模型、齿轮箱累计损失模型W及锁止 离合器模式。该方法还可W响应于参数超过预定范围而存储诊断数据。
[0009] 根据本发明，提供一种操作变速器的方法，包括:在固定传动比下操作时，分别使 用第一模型和第二模型计算变速器组件扭矩的第一估计和第二估计;响应于第一估计不同 于第二估计而修正第一模型的参数;响应于参数超过预定范围而服务人员设置可读的错误 柄志。
[0010] 根据本发明的一个实施例，该方法还包括响应于参数超出预定范围，存储诊断数 据。
[0011] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是齿轮箱输入扭矩，第一模型是发动 机模型，第二模型是齿轮箱损失模型。
[0012] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是齿轮箱输入扭矩，第一模型是齿轮 箱损失模型，第二模型是发动机模型。
[0013] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是累轮扭矩，第一模型是发动机模型， 第二模型是变矩器模型。
[0014] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是累轮扭矩，第一模型是变矩器模型， 第二模型是发动机模型。
[0015] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是满轮扭矩，第一模型是变矩器模型， 第二模型是基于齿轮和换挡元件的扭矩关系的齿轮箱模型。
[0016] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是满轮扭矩，第一模型是基于齿轮和 换挡元件的扭矩关系的齿轮箱模型，第二模型是变矩器模型。
[0017] 根据本发明的一个实施例，变速器组件扭矩是变矩器锁止离合器扭矩，第一模型 是使扭矩容量与命令压力相关的离合器模型。
[0018] 在第=实施例中，一种操作变速器的方法包括:在换挡事件之间修正累计齿轮箱 损失模型；在换挡事件期间使用具体的齿轮箱模型估计齿轮箱组件扭矩;使用修正后的累 计齿轮箱损失模型修正具体的齿轮箱模型。在修正期间，具体的齿轮箱模型参数的变化可 能会导致设置警告标志。
[0019] 根据本发明，提供一种操作变速器的方法，包括:在换挡事件之间，使用输出扭矩 的第一值和齿轮箱输入扭矩的第一值修正累计齿轮箱损失模型;在换挡事件期间，使用输 出扭矩的第二值和齿轮箱输入扭矩的第二值W及基于齿轮和换挡元件的扭矩关系的具体 的齿轮箱模型估计齿轮箱组件扭矩;使用累计齿轮箱损失模型修正具体的齿轮箱模型。
[0020] 根据本发明的一个实施例，该方法还包括响应于由于修正使得具体的齿轮箱模型 的参数超过预定范围，服务人员设置可读的错误标志。
[0021] 根据本发明的一个实施例，所述方法还包括测量所述输出扭矩。
[0022] 根据本发明的一个实施例，所述方法还包括使用第=模型估计所述输入扭矩。
【附图说明】
[0023] 图1是变速器的示意图。
[0024] 图2是用于在变矩器锁止离合器完全接合的情况下W固定齿轮比运行变速器的流 程图。
[0025] 图3是用于在变矩器锁止离合器完全接合的情况下变速器换挡的流程图。
[0026] 图4是用于在变矩器锁止离合器完全分离的情况下W固定齿轮比运行变速器的流 程图。
[0027] 图5是用于在变矩器锁止离合器完全分离的情况下变速器换挡的流程图。
[00%]图6是用于在变矩器锁止离合器部分接合的情况下W固定传动比运行变速器的流 程图。
[0029] 图7是用于在变矩器锁止离合器部分接合的情况下变速器换挡的流程图。
[0030] 图8是用于基于累计齿轮箱损失模型修正具体的齿轮箱模型的流程图。
[0031] 图9是用于基于估计的组件扭矩值检测和减轻故障的流程图。
[0032] 图10是用于基于修正后的参数值检测故障的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 在此描述本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是本发明的示例， 其他实施例可采用各种和可选的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小 化W显示特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅 作为教导本领域技术人员W各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域技术人员将理解 的，参照任一附图描述和示出的各个特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征结合W 产生未被明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施 例。特征的各种组合和变型都与本公开的教导一致，然而，运些组合和变型也可期望用于特 定应用或实施。
[0034] 控制液压致动式自动变速器需要操纵多个压力命令来实现期望的结果。期望的结 果可W是（例如)在作为时间函数的特定的扭矩和速度特征下进行升挡或降挡。例如，对于 升挡，期望的结果可W是在占用了特定的时间量的扭矩传递阶段之后，在惯性阶段期间有 特定的传动比随时间变化的曲线图。在开环控制中，控制器利用变速器模型来计算什么样 的压力命令将产生期望的结果，然后命令运样的压力值。模型可W是基于测试代表性变速 器的经验模型，或者可通过物理定律和标称(nominal)变速器特征(例如，尺寸)得出。然而， 因为多种原因，变速器的实际行为会与模型不同。第一，相同设计的变速器之间存在部件与 部件间的变化。第二，由于逐渐磨损或异常的事件使得特定的变速器随时间变化。第=，变 速器响应诸如溫度、气压等的多种环境因素。
[0035] 为了在存在运些变化(称为噪声因素）的情况下改善控制，控制器可利用闭环控 审IJ。闭环控制在诸如换挡的特定事件期间改善结果。在闭环控制中，控制器测量限定期望的 行为(例如，传动比）的特性。测量值与目标值之间的差称为误差。命令的压力被设定成开环 项加一个或更多个闭环项。比例项(P项)与误差成比例，微分项(d项)与误差的微分成比例， 积分项（i项）与误差的积分成比例。每个闭环项均具有比例系数。运些系数在校准期间设 定，使得不论是否存在噪声因素，结果都朝向具有最小振荡的期望行为快速收敛。
[0036] 自适应控制改善了多个事件的结果。在一个事件之后，控制利用在该事件期间进 行的测量来修正模型。（有时运可隐含地完成而非明确地完成，例如通过修改开环项完成。） 随着模型变得更好地表示特定的变速器和当前的条件，未来事件的开环控制变得更好。运 使闭环项需要容许的误差最小。
[0037] 闭环控制和自适应控制两者都需要测量或估计限定期望的行为的特性。理想情况 下，运可通过针对每个特性都配有单独的传感器来完成。不幸的是，传感器使设计增加了成 本和重量并会引入故障模式。此外，因为传感器可能需要埋在变速器的不易接近的位置，所 W难W测量一些参数。因此，在实践中，限制传感器的数量和类型。当没有针对限定期望的 行为的特性的传感器时，可利用模型基于可用的测量到的特性来估计值。在利用运些模型 计算开环项时，模型会经受同一类型的噪声因素。此外，模型可包括假设，即，使其仅在某些 操作条件下有效，例如当处于2挡时。为了在所有相关的操作条件下估计特性，控制器可能 会需要利用多个模型。在一些操作条件下，一个W上的模型会是有效的，运导致可能相矛盾 的估计。在运样的情况下，控制器必须确定信任哪个估计。控制器可利用信任的模型修正其 他模型，W在信任的模型不可用的操作条件下改善估计。
[0038] 将参照特定的变速器布置描述多个模型。参照可用的传感器读数的特定集合描述 利用运些模型来估计未测量的参数的方法。最后讨论修正模型的方法。虽然描述是参照特 定的变速器布置和传感器阵列的，但是本领域技术人员可将所描述的方法应用到不同的变 速器布置和传感器阵列。
[0039] 图1示出了代表性的前轮驱动式自动变速器。变速器被包含在固定到车架的壳体 10中。输入轴12由车辆发动机驱动。输入轴可经由将变速器与发动机扭矩脉动隔离的阻尼 器连接到发动机。输出元件14驱动车轮。输出元件14可经由主减速器和差速器而可驱动地 连接到车轮。主减速器将动力传递到平行轴并使使扭矩倍增至固定的主减速比（final drive ratio)倍。主减速器可包括副轴齿轮、链和链轮和/或行星齿轮传动。差速器在左前 轮和右前轮之间分配动力，同时在车辆转弯时允许轻微的速度差异。一些车辆可包括将动 力传递到后轮的取力（power take-off)单元。
[0040] 变矩器16具有固定到输入轴12的累轮18和固定到满轮轴22的满轮20。变矩器16将 扭矩从输入轴12传递到满轮轴22同时允许满轮轴22比输入轴12旋转地慢。当满轮轴22大体 上比输入轴12旋转地慢时，变矩器导轮24通过单向离合器26保持不旋转，使得施加到满轮 轴22的扭矩是在输入轴12处供应的扭矩的倍数。当满轮轴22的速度接近输入轴12的速度 时，单向离合器26超越。变矩器16还包括选择性地将输入轴12连接到满轮轴22的锁止离合 器28。
[0041] 齿轮箱30在满轮轴22和输出元件14之间建立多个传动比。具体地，齿轮箱30具有 =个行星齿轮组和五个换挡元件，建立六个前进传动比和一个倒车传动比。简单行星齿轮 组40、50和60均具有绕公共轴线旋转的中屯、齿轮42、52、62、行星架44、54、64和环形齿轮46、 56、66。每个行星齿轮组还包括相对于行星架旋转并与中屯、齿轮和环形齿轮两者晒合的多 个行星齿轮48、58、68。行星架44固定地连接到环形齿轮66和输出元件14，行星架54固定地 连接到环形齿轮46,环形齿轮56固定地连接到行星架64,中屯、齿轮52固定地连接到满轮轴 22。
[0042] 通过接合换挡元件的多个组合而建立多个传动比。选择性地保持齿轮元件不旋转 的换挡元件可称为制动器，而选择性地将两个旋转元件彼此连接的换挡元件可称为离合 器。离合器72和74分别选择性地将满轮轴22连接到行星架64和中屯、齿轮62。制动器76和78 分别选择性地保持中屯、齿轮62和中屯、齿轮42不旋转。制动器80择性地保持行星架64不旋 转。最后，单向离合器82被动地保持行星架64沿一个方向不旋转同时允许沿相反方向旋转。 表1示出了接合哪些换挡元件来建立每个传动比。
[0043] 表 1 「OfUAl
[0045] 换挡元件72至80可W是液压致动的多片湿式摩擦离合器或制动器。控制器84控制 流向每个换挡元件的变速器流体的压力。该控制器可调节供至一个或更多个可变力螺线管 的电流W控制供应至每个离合器的压力。当增压流体首先被供应到换挡元件时，会使活塞 运动至冲程位置。然后，活塞迫使摩擦片挤压在一起而使换挡元件传递扭矩。扭矩容量是可 忽略的直到活塞达到冲程位置。一旦活塞达到冲程位置，扭矩容量随着流体压力几乎线性 增大。当压力释放时，复位弹黃使活塞运动到释放位置(非冲程位置）。控制器从满轮速度传 感器86、输出速度传感器88和输出扭矩传感器90接收信号。
[0046] 为了相对于传感器86、88和90测量的值估计特定元件的速度和特定元件上的扭 矩，需要模型。运样的模型可基于不考虑任何寄生动力损失的每个组件的速度和扭矩的关 系而得到。如果相互固定的一组组件被建模为刚性元件，则在运组组件(称为轴)上施加的 扭矩和与轴的旋转加速度成比例。比例系数称为转动惯量J，其可基于尺寸和材料密度而估 计得到或者可通过实验测量到。
[0047] Xx = Ja
[004引图1的齿轮箱30具有六个运样的轴：满轮轴22和中屯、齿轮52;中屯、齿轮42;输出元 件14、行星架44和环形齿轮66;行星架54和环形齿轮46;行星架64和环形齿轮56; W及中屯、 齿轮62。
[0049]不考虑寄生损失时，行星齿轮组的元件的速度及其相关的扭矩与中屯、齿轮上的齿 数肿《^|&和环形齿轮上的齿数脚概舱相关。具体地，对于简单地行星齿轮组而言：
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[0化6]
[0057]摩擦离合器选择性地连接两个元件，称为穀化Ub)和壳(shell)。在此处的示例中， 虽然选择是任意的，但是图1中的离合器符号的上边缘将被视为壳，而符号的下边缘将被视 为穀。施加到每个元件的扭矩是离合器扭矩容量Tsap和元件的相对速度的函数。具体地，
[0化引
[0化9] T毅+T壳=0
[0060] 不考虑寄生损失时，释放的离合器的扭矩容量为零。
[0061] 对于图1的齿轮箱30，=个行星齿轮中的每个均提供与六个轴的速度相关的一个 方程。当齿轮箱在特定齿轮比下接合(未换挡)时，两个接合的离合器均提供与轴的速度相 关的一个方程。利用六个轴和五个方程，我们必须具有测量到的一个速度，W能够计算出所 有的速度。运个额外的速度可由满轮速度传感器86或者由输出速度传感器88提供。例如，当 3挡接合(离合器74和制动器78接合)时，可通过同时解六个方程来确定六个轴的速度。
[0062]
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067]
[0068] 第二速度传感器可用于确认3挡实际上是接合的。每个速度均与测量到的速度成 比例。可提前解方程W获得针对每个齿轮比的每个轴的比例系数。
[0069] 对于齿轮箱30，要计算21个元件扭矩，其中针对每个行星齿轮组计算3个元件扭 矩，针对每个换挡元件计算2个元件扭矩，再加上输入扭矩和输出扭矩。=个行星齿轮组中 的每个提供两个扭矩方程。五个换挡元件中的每个均提供一个扭矩方程。六个轴中的每个 均提供一个扭矩方程。（传统地，输出扭矩被定义为齿轮箱施加在输出上的扭矩，而其它扭 矩被定义为组件施加在轴上的扭矩。因此，输出扭矩相对于组件扭矩位于轴扭矩方程的相 对侧。）每个轴方程均需要通过对轴速度进行数值微分而确定的轴加速度。运总共提供17个 扭矩方程。当齿轮箱在特定齿轮比下接合时，=个分离的离合器均提供额外的扭矩方程。因 此，需要一个感测的扭矩，其由扭矩传感器90提供。例如，当接合3挡时，可通过同时解21个 方程来确定扭矩。
[0070] N46T42 = N42T46 [0071 ] I42h44+T46 = 0
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]
[007引
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087]
[008引
[0089]
[0090]
[0091] 可对运些方程进行处理(manipulate)使得每个扭矩被表示为两项(其中一项与测 量到的扭矩成比例，另一项与测量到的加速度成比例)之和。对于每个齿轮比，可提前确定 比例系数。所应用的换挡元件(在本示例中为74和78)的穀和壳的扭矩指示各个换挡元件扭 矩容量的下限。然而，实际的扭矩容量可不利用运个模型确定。
[0092] 上述模型不考虑寄生损失。然而，可修正模型W考虑一些类型的寄生损失。例如， 分离的换挡元件不必使扭矩容量为零。可通过根据穀和壳的速度或者根据速度差来计算分 离的离合器的扭矩容量，而在模型中考虑运种类型的寄生阻力。可通过在每个轴扭矩方程 中增加风阻项，来考虑风阻损失，其中风阻项是轴速度的函数。可通过在将中屯、齿轮扭矩和 环形齿轮扭矩相关的方程中稍微增加或减少齿数，来考虑晒合效率。齿数是增加还是减少 取决于相对速度和扭矩的方向。当损失按照运种方式建模时，虽然不能预先简化方程，但仍 然可基于单个测量到的速度和单个测量到的扭矩来计算各个组件扭矩。
[0093] 对寄生损失建模的可选的方法是进行齿轮箱的总计损失建模。可根据测量到的速 度和测量到的扭矩和诸如流体溫度的其他可能的因素，将齿轮箱的总计动力损失制成表。 可使用功率计，使用具体的组件模型，或者两者的一些组合来对该表进行经验填充。使用总 计损失模型的一个缺点是不能像组件损失模型计算具体的组件那样来可靠地计算各个组 件扭矩。
[0094] 在传动比之间换挡期间，必须修正组件扭矩的计算。典型的升挡包括=个阶段:准 备阶段，扭矩传递(transfer)阶段和惯性阶段。在准备阶段期间，压力被命令到即将接合的 换挡元件W使活塞冲程从而使即将接合的换挡元件准备接合。此外，即将分离的换挡元件 的扭矩容量可从大大超过所传递的扭矩的保持容量降低至接近实际传递的扭矩的值。在扭 矩传递阶段期间，即将分离的换挡元件的扭矩容量逐渐降低而即将接合的换挡元件的扭矩 容量逐渐增大。在该阶段期间，在即将分离的换挡元件上几乎不存在或不存在打滑，而在即 将接合的换挡元件上有可相当大的打滑。当即将分离的换挡元件的扭矩容量达到零时，与 升挡后的挡位相关联的动力流动路径建立。因此，扭矩比等于升挡后的扭矩比。然而，传动 比仍等于或几乎等于原传动比。当即将分离的换挡元件完全释放时，扭矩传递阶段结束，惯 性阶段开始。在惯性阶段期间，控制即将接合的换挡元件的扭矩容量，妒消除即将接合的换 挡元件的打滑，并使传动比W受控的方式变成升挡后的传动比。
[0095] 降挡也包括惯性阶段和扭矩传递阶段，但是它们W相反的顺序发生。在惯性阶段， 控制即将分离的换挡元件的扭矩容量，W使传动比W受控的方式变成降挡后的传动比，运 包含即将分离的换挡元件的打滑逐渐增大。可通过命令压力W使活塞具有冲程，使即将接 合的换挡元件准备接合。在惯性阶段期间，即将接合的换挡元件的扭矩容量逐渐增大同时 即将分离的换挡元件的扭矩容量降低至零。
[0096] 在换挡期间，可既不假设即将接合的换挡元件的打滑为零也不假设即将分离的换 挡元件的打滑为零。虽然在升挡的扭矩阶段期间可预期即将分离的换挡元件的打滑为零， 并且在降挡的扭矩阶段期间可预期即将接合的换挡元件的打滑为零，但是控制器不能假设 运就是事实。因此，组件速度方程中的在变速器处于固定挡位时使用的一个组件速度方程 在换挡期间不可用。因此，速度传感器86和88两者协助构建速度方程。在一些换挡中，一个 W上的离合器释放且一个W上的离合器接合。在运样的换挡中，必须利用传感器来确定两 个W上的轴速度。
[0097] 类似地，在换挡期间，可既不假设即将接合的换挡元件的扭矩容量为零也不假设 即将分离的换挡元件的扭矩容量为零。虽然在升挡的准备阶段期间W及降挡的惯性阶段期 间可预期即将接合的换挡元件的扭矩容量为零，但是控制器不能假设运就是事实。有时，仅 仅意在使活塞具有冲程的压力实际上会使扭矩容量增大。因此，组件扭矩方程中的在变速 器处于固定挡位时使用的一个组件扭矩方程在换挡期间并不可用。如果变速器未装配有第 二扭矩传感器，那么可使用模型来估计输入扭矩W提供额外的组件扭矩方程。
[009引 Tm=巧齡+T1S28
[0099] 当变矩器锁止离合器28分离时，锁止离合器28的穀处的扭矩为零。因此，变矩器的 模型可提供在换挡期间所需要的额外的扭矩估计。对于特定的变矩器几何结构(直径、叶片 角等），在变矩器的元件上施加的液动扭矩是满轮速度和累轮速度的函数。诸如流体溫度的 环境因素也会在一定程度上影响该关系。在第2013/0345022号的美国专利公开中描述了适 当的变矩器模型，在此通过引用将其包含于其中。具体地，
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]函数n和f2可通过经验确定并可被控制器存储为表格。满轮速度直接利用传感器 86测量。累轮速度等于发动机曲轴速度，并可使用第=速度传感器或者通过与发动机控制 器通信而获得。
[0104] 另一方面，当锁止离合器28接合时，发动机扭矩的模型可提供在换挡期间所需要 的额外的扭矩估计。变速器控制器可从保持发动机扭矩模型的发动机控制器要求获得当前 的发动机扭矩估计。
[0105] T 发却几+T 懿;+T敢8 = Jl2ai2
[0106] 当锁止离合器28被完全接合时，累轮扭矩为零。当锁止离合器打滑时，上述的液动 模型可W被用来估计累轮扭矩。
[0107] 在换挡期间，扭矩容量的精确控制是重要的W实现平稳换挡。例如，在扭矩传递阶 段期间，即将接合的换挡元件的扭矩容量的增大必须与即将分离的换挡元件的扭矩容量的 减小仔细协调。如果相对于输入扭矩和即将分离的换挡元件的扭矩容量的减小速率而言即 将接合的换挡元件的扭矩容量斜坡上升得太慢，则发生发动机爆发(flare)。另一方面，如 果即将接合的换挡元件的扭矩斜坡上升过快，则发生绑定条件(tie-up condition)。两种 情况均导致输出扭矩的过度下降。
[0108] 换挡的开环控制通过具有针对每个换挡元件的模型进行辅助。每个离合器的扭矩 容量通过调节供到阀体中的螺线管的电流而调节。阀体中的阀通过调节流体回路中与由螺 线管产生的力成比例的压力而作出响应。流体被引导到离合器应用室，在离合器应用室，流 体推动活塞来压迫带有交错摩擦片和分隔片的离合器片组。当压力被释放时，复位弹黃迫 使活塞返回。在液压致动式摩擦离合器或制动器的示例性稳态模型中，扭矩容量是所供给 的电流的函数。运个函数通常具有两部分。在第一部分中，从零电流到克服复位弹黃的力所 需的电流，扭矩容量为零。超过克服复位弹黃所需的电流，扭矩容量相对于电流线性增加。 在替代模型中，流体压力是电流的函数，扭矩容量是流体压力的函数。如果压力传感器可用 于提供压力反馈信号，则替代模型可能是有用的。在一些模型中，可W考虑诸如溫度的其它 因素。液压致动的换挡元件的动力学模型可W考虑活塞从释放位置移动到冲程位置的时间 延迟。
[0109] 在每个时间步骤中，控制器确定每个换挡元件的期望的扭矩容量，然后使用换挡 元件模型确定命令多大的电流到相应的螺线管。但是，运种开环控制的方法受制于由各种 噪声因素导致的不准确度。当基于测量的扭矩容量估计是可用的时，可使用闭环项降低不 准确度。当离合器打滑时，诸如处在升挡的扭矩阶段的即将接合的换挡元件或处在降挡的 扭矩阶段的即将分离的元件，上述的齿轮箱模型提供运样的估计。此外，估计的扭矩容量可 用于适应性地修正换挡元件模型。因此，即使是当换挡元件不打滑时，诸如处在升挡期间的 即将分离的元件或处在降挡期间的即将接合的元件，控制也被改善。
[0110] 当变速器处于固定齿轮比时，存在预测齿轮箱输入扭矩的多个模型。运可提供适 应性地改进一个或两个模型的机会。通过齿轮箱模型与扭矩传感器读数和速度传感器读数 组合而产生一个估计。运种模型可包括组件寄生损失模型或累计寄生损失模型。当锁止离 合器28完全接合时，第二齿轮箱输入扭矩估计是基于发动机模型的。如果估计有所不同，发 动机模型可W被修改W使该估计更接近基于齿轮箱的估计。可替代地，或另外，累计齿轮箱 损失模型可W被修改W使基于齿轮箱的估计更接近基于发动机模型的估计。类似地，当锁 止离合器28分离时，第二齿轮箱输入扭矩估计是基于变矩器模型的。如果估计有所不同，贝U 变矩器模型、累计齿轮箱损失模型或者两者可被修改W使估计更加接近。此外，当锁止离合 器28分离时，发动机模型和变矩器模型均估计累轮扭矩。如果运两个估计有所不同，则可W 修改一个或两个模型W使估计接近。
[0111] 上述若干模型可W在控制器84中表示为一个或更多个查找表。查找表存储针对一 个或更多个模型输入变量的值的各种组合的模型输出变量的预测值。当只有一个输入变量 时，查找表被称为一维的。例如，一维查找表可用于通过存储各种命令压力下的离合器扭矩 容量的值来表示离合器传递函数模型。当输出变量取决于多个输入变量时，使用较高维的 查找表。例如，用于=挡的总计齿轮箱损失模型可被表示为基于齿轮箱输入扭矩、齿轮箱输 入速度和溫度的=维查找表。如果模型包括多个输出变量，它可W由多个查找表来表示。例 如，变矩器模型可W具有用于累轮扭矩的一个查找表和用于满轮扭矩的另一个查找表。
[0112] 为了找到基于模型输入变量的特定值的模型输出变量的值，控制器找到与特定值 最接近的存储的点，然后进行内插。例如，为了找到1200rpm输入速度和75Nm输入扭矩下的 预测的齿轮箱损失，控制器可 W在（1000rpm，70Nm)、（1500rpm，70Nm)、（1000rpm，80Nm)和 (15(K)rpm，80Nm)处的所存储的损失值之间插值。为了找到对应于期望的输出变量的输入变 量，使用反向插值。例如，为了找到用于95Nm的期望的离合器扭矩容量的开环压力命令，控 审IJ器可在产生92Nm的存储点和产生96Nm的存储点之间进行内插。运种反向插值只有当底层 函数是单调的时产生唯一解。或者，模型可W被重新用公式表示使得扭矩容量是输入变量 而命令压力是输出变量。
[0113] 已知若干种方法适应性地更新被表示为查找函数的模型。运些方法包括随机修正 (stochastic adaptation)方法和周期修正（periodic adaptation)方法。随机修正方法响 应于各个观察到的结果更新查找表中的值。在第EP1712767A1号的欧洲专利申请中描述了 一种运样的方法，其通过引用包含于此。当所观察的结果与查找表估计的值不同时，用于模 型输入变量附近值的存储值被修改，使得对于相同的模型输入值的新的预测更接近所观察 的结果。在上面的示例中，在（1000rpm，70Nm)、（1500wm，70Nm)、（1000rpm，80NmWP (150化pm，80Nm)处的存储的齿轮箱损失估计被用来预测在1200巧m输入速度和75Nm输入扭 矩处的齿轮箱损失。如果插值产生1.5Nm的损失估计，而所观察的损失为2.5Nm，则那四个存 储值可W各自增加〇.2Nm，使得在相同的操作点处的新估计是1.7Nm。为了稳定，修正不允许 一次对存储值更改得太多。修正可被W各种方式加W限制。例如，仅当操作点足够接近存储 值中的一个时可W允许修正。在本示例中，对于在1200rpm和75Nm处的观察，可不执行修正， 但相对于其中一个存储值2Nm、IOOrpm内的操作点，可允许修正。此外，可存在预定义的边 界，超过该边界不执行修正。例如，在齿轮箱损失模型中，存储值可能不允许成为负值，因为 实际的损失永远不会是负值。在周期修正方法中，存储多个观察值，然后执行曲线拟合过程 来计算用于模型参数的新值。正如随机修正方法，对修正率可能存有限制，并可能有边界， 超过该边界不允许修正。
[0114] 在变速器操作期间，存在若干操作条件，在所述条件中一个W上的模型可用于预 测特定参数。在运样的情况下，控制器可W选择估计中的一个作为信任值。运个选择可基于 关于哪个模型倾向于更准确的先验信息。该选择也可W基于其它标准，例如，当输入到一个 模型的输入相对恒定，而输入到其它模型的输入迅速改变，使得前者模型更值得信赖时。控 制器可W利用信任值来修正低信任模型，使得低信任模型在其它情况下更值得信赖。或者， 控制器可选择多个估计的加权平均值，具有基于每个模型的信任度的加权因子。在运种情 况下，运两种模型可能会受到修正，使得估计更接近于选择的值。如果每个模型在其它情况 下还基于独立模型被修正，运种方法是最有用的。如果一个模型是正确的，而另一个模型是 不准确的，则在那些其它情况下正确的模型将朝着其原始预测重新修正。
[0115] 图2示出了当变矩器锁止离合器28被完全接合并且变速器保持处于当前齿轮比时 用于操作变速器(诸如图1的变速器）的过程。运一过程被W规则的间隔重复，同时变速器保 持在运种状态下。在102处，使用例如扭矩传感器90测量齿轮箱输出扭矩。在104处，使用例 如速度传感器86测量满轮转速。满轮的加速度可通过对满轮转速信号进行数值微分来确 定，或者可W由单独的传感器来测量。由于满轮转速和发动机转速在此操作条件下是相等 的，所W可W使用发动机转速传感器或累轮转速传感器来代替满轮转速传感器。在106处， 使用具体的齿轮箱模型估计每个感兴趣的变速器组件(诸如齿轮和换挡元件)的扭矩。运些 扭矩可与102处测量的齿轮箱输出扭矩成比例，所述齿轮箱输出扭矩被校正W获得基于104 处所测量的速度的寄生损失和基于104处测量的加速度的惯性作用。在运种情况下，考虑用 于增大变矩器惯性的任何扭矩之后，齿轮箱输入扭矩等于发动机扭矩。因此，在108处，可基 于发动机模型W及104处测量的加速度而计算齿轮箱输入扭矩。在110处，也可通过使用齿 轮箱累计损失模型、102处测量的齿轮箱输出扭矩并基于104处测量的加速度校正惯性，计 算齿轮箱输入扭矩。由于齿轮箱输入扭矩的两个估计可用，所W在112处，控制器在运些估 计之间进行仲裁。例如，仲裁程序可W使用两个估计的加权平均，所述加权因子基于每个模 型的可信度的事先评估。如果任何一个模型产生被认为是不合理的结果，则仲裁程序可能 不考虑该估计而使用另一个估计。在114处和116处，控制器使用所得的估计分别修正发动 机模型和累计损失模型。在运种情况下，控制器命令高压到用于当前齿轮比的每个接合的 换挡元件W确保离合器保持完全接合。
[0116] 图3示出了当变矩器锁止离合器完全接合时在换挡期间用于操作变速器的过程。 运个过程在换挡期间W规则的间隔重复。与图2相同的共同步骤使用相同的标号。在118处， 具体的齿轮箱模型被用于估计每个感兴趣的变速器组件(诸如齿轮和换挡元件)的扭矩。换 挡期间，具体的齿轮箱模型需要两个输入扭矩值，因此来自102的测量的扭矩和来自108的 估计的齿轮箱输入扭矩均被使用。在120处计算产生期望的换挡平顺性的期望的离合器扭 矩容量）。在122处，使用每个离合器的离合器模型来计算产生期望扭矩所需的压力，运是用 作离合器压力控制的开环项。在124处，使用期望的离合器扭矩容量和来自118的相应估计 之间的差来计算闭环项。在126处，所述控制命令等于开环项W及闭环项之和的压力。在128 处，来自126的命令压力和来自118的所估计的换挡元件的扭矩可被用来修正离合器模型， 使得未来的换挡由于对闭环反馈依赖的减轻而被改善。
[0117] 图4示出了当变矩器锁止离合器完全分离而变速器留在当前齿轮比时操作变速器 的过程。该过程被W规则间隔重复，同时变速器保持在运种状态下。如图2的过程，在110处， 基于所测量的齿轮箱输出扭矩、满轮转速和满轮加速度，使用累计齿轮箱损失模型产生满 轮扭矩估计。此外，在130处测量累轮转速和加速度。在132处，利用变矩器模型与测量的累 轮转速和测量的满轮转速来估计累轮扭矩和满轮扭矩。在134处，发动机模型被用于产生累 轮扭矩的第二估计。由于存在累轮扭矩的两个估计和满轮扭矩的两个估计，在136处和138 处，执行仲裁W选择值。在114、140和116处选定的值可W分别被用于修正发动机模型、变矩 器模型及累计齿轮箱损失模型。图5示出了当变矩器锁止离合器完全分离时在换挡期间用 于操作变速器的过程。如图3中的方法，在118处，利用满轮扭矩和齿轮箱输出扭矩与具体的 齿轮箱模型来估计换挡元件的扭矩。在128处运些换挡元件扭矩估计可用来修正相应的离 合器模型。因为只产生一个满轮扭矩估计，所W在140处只有变矩器模型的累轮扭矩方面被 修正。
[0118] 图6示出了当变矩器锁止离合器部分接合而变速器留在当前齿轮比时操作变速器 的过程。该过程被W规则间隔重复，同时变速器保持在运种状态下。在运种状态下，齿轮箱 输入扭矩是满轮扭矩和锁止离合器扭矩的和。类似地，发动机扭矩是锁止离合器扭矩和累 轮扭矩的和。在110处，基于测量的齿轮箱输出扭矩和累计损失模型估计齿轮箱输入扭矩。 在132处基于测量的累轮转速和满轮转速估计满轮扭矩和累轮扭矩。在142处，基于测量的 累轮转速(其等于发动机转速)估计发动机扭矩。W =种方式估计锁止离合器扭矩。在144 处，通过发动机扭矩估计减去累轮扭矩估计而估计锁止离合器扭矩。在146处，通过从齿轮 箱输入扭矩估计减去满轮扭矩估计而估计锁止离合器扭矩。在148处，使用锁止离合器模型 估计锁止离合器扭矩。然后，在150处产生的仲裁后的锁止离合器扭矩估计用于在152处修 正锁止离合器模型。图7示出了在锁止离合器打滑时用于使变速器换挡的过程。在154处，通 过将在148处由锁止离合器模型产生的估计的离合器扭矩与在132所产生的满轮扭矩估计 相加而估计齿轮箱输入扭矩。
[0119] 图8示出了修正具体的齿轮箱模型的过程。该过程执行得没有图2至图7中的过程 那么频繁。运个过程使累计齿轮箱损失模型逐渐修正到具体的齿轮箱模型。随机修正可能 不适合于运个过程，因为具体的齿轮箱模型中的许多参数可W对特定操作点处的损失作出 不同程度的贡献。随机修正算法可能无法确定修正哪个参数。然而，由于不同的操作点处的 相对贡献不同，所W在观察适当量的操作点后，可W识别哪个参数要调整。在160处，使用具 体的齿轮箱模型估计与各种齿轮箱输出扭矩、齿轮箱输入转速和齿轮比对应的齿轮箱输入 扭矩。输出扭矩、输入速度和齿轮比的集合可被预先确定，或者可W通过该过程的先前执行 而观察到的操作点中得到。在162处，使用累计齿轮箱损失模型估计操作点的相同集合处的 齿轮箱输入扭矩。在164处，来自两个模型的值进行比较W计算一组误差项。误差项的数量 等于所考虑的操作点的数量。在166处，该过程计算每个误差项对具体的齿轮箱模型的各种 参数变化的敏感度。运些参数可W是例如查找表中的特定值。计算敏感度可能设及重复160 和164处的计算，每个参数被其标称值稍微扰动。参数的数量应等于或大于操作点的数量。 在168处，计算使误差项最小化的修改的参数值。运可能设及例如最小二乘曲线拟合。最后， 在170处，参数值被朝向168处计算的值修正。为了避免不稳定性，该过程可W将参数值调整 到原始值和168处计算的值之间的中间值。
[0120] 图2至图8的过程提供了基于输出扭矩传感器、累轮和满轮转速传感器W及各种模 型而计算齿轮箱内的齿轮和换挡元件的扭矩估计的能力。运些过程还提供修正模型的能 力，使得它们准确地反映系统的当前行为，尽管各部分之间有变化并且组件随着时间变化。 图9和图10示出了利用准确的组件扭矩估计来检测和减轻从期望的变速器行为偏离的偏差 的过程。在使用具体的齿轮箱模型计算齿轮和换挡元件扭矩之后，图9的过程开始，运可根 据齿轮箱是处于固定挡位还是正在换挡而在106处或118处开始。在180处，组件扭矩估计与 每个组件的预定扭矩极限进行比较。如果估计的组件扭矩超过极限，则在182处，该过程降 低命令的输入扭矩，运通常降低所有变速器组件上的扭矩。降低输入扭矩W保持组件扭矩 低于预定极限避免由组件的应力过大造成故障。在184处，发出警告标志。运可W通过由服 务人员在计算机存储器中设置可读代码来实现。可替代地，或另外地，可W用警告灯或其他 指示器来警告驾驶员。在186处，控制器存储关于该事件的数据W有助于将来的诊断。此数 据可W包括所有有关的组件扭矩估计、所测量的速度和输出扭矩、任何驾驶员命令W及对 重建事件有用的任何其它数据。在188处，继续图2至图8的过程。如果在180处，估计的扭矩 小于极限，则过程前进到190处计算每个组件扭矩的预期范围。所述范围可W是预定极限， 或者可W是诸如测量的输出扭矩、命令的发动机扭矩等其他值的函数。在192处，所估计的 组件扭矩与预期范围进行比较。如果估计的组件扭矩超过预期范围，则在184处发出警告标 志并在186处保存诊断数据。
[0121] 在图2至图8的过程中修正完模型后，图10的过程开始。在194处，过程为更新的模 型参数计算预期范围。运些范围可W是预定的极限，或者可W基于诸如累计车辆里程的参 数来计算。在196处，修改的组件参数与预期范围进行比较。如果模型参数在预期范围之外， 则在184处发出警告标志并在186处保存诊断数据。
[0122] 图9和图10的过程的故障检测和避免机制的操作可W经由若干说明性示例而被最 佳地理解。在第一示例情景中，离合器扭矩未能实现其设计的扭矩容量。运可能因为有许多 原因而发生。例如，由于摩擦材料的降解(degradation),摩擦系数可能低于预期。可替代 地，液压管路阻塞或发生故障的密封可能导致离合器应用室中的压力为小于命令压力。如 果故障发生在很短的时间内，离合器模型将不能准确地表示离合器的行为。当该离合器是 用于换挡的即将接合的元件或即将分离的元件，它将根据图3、图5或图7的方法之一进行控 审IJ。在122处，该控制器将基于导致扭矩容量小于期望扭矩容量的模型计算开环压力命令。 在118处计算的离合器扭矩估计将反映运一较低的实际扭矩容量。在图9的过程的190处，控 制器将基于标称设计意图行为附近的预期变化而计算预期范围。在192处，控制器将认识 到，估计的离合器扭矩在预期的范围之外，将在184处发出警告标志并在186处保存诊断数 据。在124处计算的闭环项通过增加命令的离合器压力而对故障进行部分地补偿。在未来换 挡的过程中，在128处模型的修正将增加在122处计算的开环项W更好地补偿。如果在延长 的时间段内逐渐发生故障，128处模型的逐渐修正将通过增加开环命令离合器压力而补偿 所述故障。具体而言，使离合器扭矩容量与命令离合器压力相关的表中的值将逐渐减小。当 表中的值被修正为低于预期范围的值时，图10的过程会检测到故障。因此，将发出标志并保 存诊断数据。
[0123] 作为第二示例，当命令压力降低到零时，离合器可能不完全释放。例如，由于离合 器片之间的污染或由于污染阻止活塞滑动到分离位置，运种情况可能发生。在换挡期间，正 在进行的离合器是即将分离的元件，在图3、图5或图7的过程的118处计算离合器扭矩。在图 9的过程的190处，扭矩传递阶段完成时离合器扭矩的预期范围将基于此离合器的预期阻力 矩。当扭矩在此范围之外，如在192处确定的，在184发出警告标志并在186处保存诊断数据。 如果故障逐渐发生，运将反映在经由图3、图5或图7的128处的修正的离合器模型中、反映在 经由图2、图4或图6的116处修正的累计齿轮箱损失模型中并反映在经由图8的170处的修正 的具体的齿轮箱模型中。一旦故障变得足够严重，运些修正中的一个或更多个将在图10的 过程中触发警告标志并保存诊断数据。
[0124] 作为第=示例，发动机可能产生比命令更大的扭矩。运种情况可能例如由于被不 良校准的节气口致动器或售后市场发动机控制计算机忍片的安装而发生。发动机模型将在 图2、图4或图5的114处进行修正，运可能导致图10中的过程中的警告标志。然而，即使发动 机模型是准确的，较高的发动机扭矩可能导致变速器组件上过大的扭矩。如果组件的扭矩 高到足W引起损坏，运在图9的过程的180处被检测到。作为响应，控制器在182处降低命令 输入扭矩来保护组件。
[0125] 在运行的整个时间期间对所有齿轮和换挡元件的转速和扭矩的估计的可用性能 够执行附加的故障检测和避免功能。例如，关于离合器传输的扭矩和离合器的打滑速度的 信息能够用来计算离合器所消耗功率。对消耗功率的积分允许计算在换挡或其他机动期间 吸收的能量。如果该能量超过可接受的水平，则控制器可W通过减小输入扭矩或通过缩短 换挡时间而响应。如果还模拟离合器的散热特性，则离合器模型可W预测离合器的溫度，运 进而可W用于调整基于压力的扭矩容量的估计。当离合器溫度超过某个阔值时，控制策略 可能会抑制设及离合器的换挡，或W修改的方法执行换挡，W减少进一步的离合器发热。某 些组件可W显示出基于负载历史预测的磨损。为了运个目的，负载可W包括扭矩、速度、溫 度和测量的或由控制器估计的任何其它量。控制器可W监测负载历史并保持组件的剩余使 用寿命的估计。当估计的剩余使用寿命低于阔值时，控制器可W设置警告标志或W其它方 式通知驾驶员或技工考虑更换组件。
[0126] 虽然W上描述了示例性实施例，但并不意味着运些实施例描述了由权利要求包含 的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可W理解， 在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可W进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征 可W组合W形成可能未被明确地描述或示出的本发明进一步的实施例。虽然各个实施例可 能已被描述为提供优点或在一个或更多个预期特性方面比其它实施例或现有技术的实施 方式更为优选，但是本领域的普通技术人员认识到，可W折衷一个或更多个特征或特性W 实现期望的整体系统的属性，运依赖于特定应用和实施方式。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的实施方式合意的实施例并非在本公开的范围之 夕h并且可W期望用于特定应用。
【主权项】
1. 一种运行变速器的方法，包括： 在换挡事件期间，测量齿轮箱输出扭矩，使用第一模型估计齿轮箱输入扭矩，基于输出 扭矩测量和使用第二模型估计的输入扭矩而估计组件的扭矩； 响应于组件的估计的扭矩超过预期范围，通知用户。2. 根据权利要求1所述的方法，其中通知用户包括设置被服务人员可读的错误标志。3. 根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于组件的估计的扭矩超过预期范围，保存 诊断数据。4. 根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于组件的估计的扭矩超过组件扭矩极限， 减小命令的变速器输入扭矩。5. 根据权利要求1所述的方法，还包括:基于测量的、估计的或命令的扭矩值而计算预 期范围。6. 根据权利要求1所述的方法，其中，预期范围是预定的。7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述组件是齿轮。8. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述组件是换挡元件。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述换挡元件选择性地连接两个轴，所述轴既不 是齿轮箱输入轴也不是输出轴。10. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一模型是发动机模型，所述第二模型是基 于齿轮和换挡元件的扭矩关系的齿轮箱模型。
【文档编号】F16H61/12GK106015556SQ201610178559
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】罗希特·禧帕尔高恩卡尔, 埃里克·鸿泰·曾, 藤井雄二, 格雷戈里·迈克尔·皮尔准恩, 詹姆斯·威廉·洛赫·麦卡勒姆, 杰森·梅尔, 迈克尔·约翰·立兹, 约瑟夫·F·库哈尔斯基
【申请人】福特全球技术公司