用于跨越空档进行动力降档的自适应控制的方法和设备的制作方法

专利名称：用于跨越空档进行动力降档的自适应控制的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及对于自动变速箱跨越空档进行动力降档的方法和设备的改进。
背景技术：
通常的机动车辆自动变速箱包括与其输入轴和输出轴相连接的多个齿轮元件，以及相关数量的诸如离合器和制动器这样的转矩确立装置，这些转矩确立装置是可选择性地进行接合的，以激活特定的齿轮元件在输入轴和输出轴之间确立所希望的速比。在本申请文件中，术语“离合器”和“转矩传输装置”用来表示制动器和离合器。
变速箱的输入轴通过诸如转矩变换器这样的液力耦合器与车辆的发动机相连接，输出轴直接与车轮相连接。从前进档的一个速比换档至另一个速比，是为了响应发动机的节气门开度和车速，一般涉及释放或脱开一个或多个与目前速比相关联的离合器(即将脱开(off-going))，然后接合一个或多个与所希望的速比相关联离合器(即将接合(on-coming))。跨越空档(skip through neutral)降档包括与目前速比相关联的两个即将脱开离合器的释放，以及与所希望的速比相关联的两个即将接合离合器的接合。例如，六档至三档的速比变化，或五档至二档的速比变化。
速比是由变速箱的输入轴转速或涡轮转速除以输出轴转速确定的。因此，低档就具有较高的速比，高档具有较低的速比。进行降档操作时，就是将档位从较低的速比换至较高的速比。本发明中的变速箱，完成降档操作包括脱开与较低的速比相关联的两个离合器，然后接合与较高的速比相关联的两个离合器，从而使齿轮元件在较高的速比下运转。为了取得高的换档品质而采用上文所述的方式进行换档时，需要进行精确的定时。
换档品质取决于以下几个因素的共同作用，例如即将接合、脱离离合器动作工作腔(apply chamber)内压力的变化，以及控制元件的定时。此外，每台变速箱的制造公差，磨损引起的变化，液压油的品质和温度的变化等因素，都会导致换档品质的恶化。

发明内容
本发明提供了一种方法和设备，该方法和设备在速比变化的惯性阶段和转矩阶段期间，计算变速箱最佳输出转矩，然后自适应的控制自动变速箱跨越空档进行动力降档(power-on downshift)，其中诊断换档期间的变速箱的异常(aberration)，并在随后的降档操作期间予以校正。
本发明中的方法，是通过对于速比变化的惯性阶段和转矩阶段变速箱最佳输出转矩的数学计算实施的。此外，本发明中的方法也计算何时释放两个即将脱开离合器，以及何时和多快来进行两个即将接合离合器的接合，以优化跨越空档的动力降档。
本发明中的方法还监测变速箱的其它特性，包括输入速度、输出速度、和动力降档期间换档持续的时间，并且识别与可接受的模式之间的偏离。每种类型的偏离，需要特定的补偿方式，通过改变该换档控制中的特定参数，计算恰当的调整，以改变同样类型的下一次换档中的一个或多个条件的改变。在下一个换档过程中这种调整可以幅度很大，以引起全面或相当大部分的校正。相反的，小的增量也是必要的，以避免产生过校正。
通过下文对于本发明最佳实施例的详细描述，并结合附图，本发明的上述目的、特征和优点，以及其它目的、特征和优点都得到了明确。


附图1是自动变速箱的示意图。
附图1a是附图1中阀的示意图。
附图2a是速比变化的惯性阶段变速箱最佳输出转矩的计算方法的框图。
附图2b是速比变化的转矩阶段变速箱最佳输出转矩的计算方法的框图。
附图3a是最佳的降档期间涡轮加速度与时间之间的曲线图。
附图3b是最佳的降档期间涡轮速度与时间之间的曲线图。
附图4是自动变速箱的示意图。
附图5是附图3b中最佳的降档期间离合器压力与时间之间的曲线图。
附图6a是发生“滑动过早”和“滑动过迟”的换档偏差时，涡轮速度的曲线图。
附图6b是发生换档偏差“扩张(flare)”时，涡轮速度的曲线图。
附图6c是发生“短换档”、“长换档”、“封闭回路增加”、“封闭回路减少”的换档偏差时，涡轮速度的曲线图。
附图6d是发生“欠重叠的涡轮浮动”换档偏差时，涡轮速度的曲线图。
附图7是本发明中调整初级即将接合容积自适应参数的方法的框图。
具体实施例方式
Matthew Whitton于2004年10月22日提交的待审专利申请，发明名称为“自动变速箱动力降档自适应控制的方法和设备(METHOD ANDAPPARATUS FOR ADAPTIVE CONTROL OF POWER-ON DOWNSHIFTS INAN AUTOMATIC TRANSMISSION)”，系列号为10/972067，涉及对于自动变速箱跨越空档进行动力降档的方法和设备改进的实施，其全文在此作为参考。
动力降档包括发生在发动机转矩为正时的降档。跨越空档降档包括在速比改变期间，与目前速比相关联的两个即将脱开离合器的释放，以及与所希望的速比相关联的两个即将接合离合器的接合。例如，六档至三档的速比变化(6-3速比变化)，或五档至二档的速比变化(5-2速比变化)。
应当认识到，通过跨越空档的条件，本发明可以应用于其它速比变化。在速比变化期间释放共用离合器，然后再接合共用离合器，会导致跨越空档。本发明中的共用离合器是指在当前档位齿轮和指令档位齿轮共用的离合器。例如，在6-2档速比变化期间，离合器C4是六档齿轮和二档齿轮共用的，在降档期间不跨越空档并保持接合。然而，使用下文中详细描述的方式，沿着其它的即将脱开离合器(C2离合器)释放C4离合器，然后接合C4离合器和其它的即将接合离合器(C1离合器)，会导致跨越空档。
本发明中的控制是在多速比动力变速箱的上下文中描述的，其中动力变速箱具有在Polak的美国专利US4070927中记载的那种行星齿轮组，以及具有在Long等人的美国专利US5601506中记载的电动—液压控制，这两篇专利的全文在此引用作为参考。因此，附图1中的齿轮组和控制元件进行了极大的简化，液压路线等进一步的信息，可以在上文提及的专利文件中获取。
参考附图1，附图标记10表示车辆的动力系，包括发动机12、变速箱14、在发动机12与变速箱输入轴18之间提供液力耦合的转矩变换器16。应当认识到，虽然本发明描述为应用于传统的发动机12，但也可以实现例如电机或混合电—气发动机的替换动力源。
转矩变换器的离合器19，可以在特定的情况下，提供发动机12与变速箱输入轴18之间的机械连接。变速箱输出轴20，通过各种传统的方式之一，与车辆的驱动轮相连接。在实施例中，当应用于四轮驱动(FWD)时，变速箱输出轴20与变速箱壳体21相连接，该壳体与后驱动轴R和前驱动轴F相连接。典型的情形为，变速箱壳体21通过手动换档，选择性地确立数种驱动条件之一，包括两轮驱动和四轮驱动、高速范围或低速范围的各种组合，空档状况会产生在两轮驱动和四轮驱动之间。
变速箱14具有三套相互连接的行星齿轮组，其附图标记为23、24和25。行星齿轮组23包括太阳齿轮元件2、环形齿轮元件29和行星架组件30。行星架组件30包括旋转安装在行星架上的多个小齿轮，所述小齿轮与太阳齿轮元件28和环形齿轮元件29啮合。行星齿轮组24包括太阳齿轮元件31、环形齿轮元件32和行星架组件33。行星架组件33包括旋转安装在支架元件上的多个小齿轮，所述小齿轮与太阳齿轮元件31和环形齿轮元件32啮合。行星齿轮组25包括太阳齿轮元件34、环形齿轮元件35和行星架组件36。行星架组件36包括旋转安装在支架元件上的多个小齿轮，所述小齿轮与太阳齿轮元件34和环形齿轮元件35啮合。
输入轴18持续驱动齿轮组23的太阳齿轮28，通过离合器C1选择性的驱动齿轮组24、25的太阳齿轮31、34，通过离合器C2选择性的驱动齿轮组24的支架33。分别通过离合器(或制动器)C3、C4和C5将齿轮组23、24、25的环形齿轮29、32、35选择性的与地42相连接。
通过控制离合器C1-C5的状态(接合或脱离)，可以提供六个前进速比(1、2、3、4、5、6)，一个倒档速比(R)，或空档状态(N)。例如，通过即将接合离合器C1和C5，可以获得第一前进速比。通过与目前速比相关联的两个离合器(指即将脱开离合器)的释放，以及与所希望的速比相关联的两个离合器(指即将接合离合器)的接合，可以跨越空档，从一个前进速比换档至另一个档位。例如，通过脱开离合器C2和C4，并且接合离合器C1和C3，变速箱14可以从六档换档至三档。
电动—液力控制系统可以控制转矩变换器的离合器19和变速箱的离合器C1-C5，通常通过附图标记44来标记。控制系统44的的液压部分包括用于将液压流体从储液箱48中抽出的泵46；压力调节器50，该压力调节器用于将泵排出的液压流体中的一部分返回至储液箱48，以建立线路52中经调节后的压力；次级压力调节阀54；车辆驾驶员操作的手动阀56；和多个电磁控制(solenoid-operated)的流体控制阀58、60、62和64。
电动—液力控制系统44的电子部分，首先包括变速箱控制单元66或控制器，该控制单元以微处理机为基础，具有传统的结构。基于多个输入68，变速箱控制单元66可以控制电磁控制的流体控制阀58-64，以获得所期望的变速箱速比。例如，这些输入可以包括表示变速箱输入速度TIS、驾驶员转矩命令TQ、变速箱输出速度TOS和液压流体温度Tsump的信号。传感器实质上是通过传统的方式获得这些信号，并可以为了简化进行省略。
手动阀56的控制杆82与传感器和显示模块84相连接，显示模块84基于控制杆的位置在线路86中产生诊断信号；由于这些信号表示了车辆驾驶员选择的变速箱的范围(P、R、N、D或L)，因此这些信号通常称为PRNDL信号。最后，流体控制阀60设置有压力开关74、76、78，该压力开关基于各自继动阀的位置，在线路80上向控制单元66提供诊断信号。控制单元66依次监控各种诊断信号，为了以电子的方式检验受控元件的适当操作。
电磁控制的流体控制阀58-64一般为开/关型或可调型。为降低成本，电动—液力控制系统44的配置中，使用尽可能少的可调型流体控制阀，因为使用可调型流体控制阀的成本较高。为此，如附图1所示为结合块，流体控制阀60是一组三个开/关继动阀，并与手动阀56协同工作，以实现离合器C1-C5中的每一个的受控的接合与脱离。流体控制阀62、64为可调型流体控制阀。针对选择的任何速比，控制单元66激活继动阀60的特定组合，使可调型阀62、64中的一个与即将接合离合器相连接，可调型阀62、64中的另一个与即将脱开离合器相连接。
可调型阀62、64每一个均包括传统的压力调节阀，压力调节阀的偏置是由电流控制执行电动机(未显示)引起的可变导向压力产生的。流体控制阀58也是可调型阀，通过选择性的接合或脱开变换器离合器19，控制离合器19在线路70、72上的流体供应路径。变速箱的控制单元66确定压力指令，用于在平稳地脱离即将脱开的离合器的同时，平稳地接合即将接合的离合器，以从一个速比换档到另一个速比，并产生相应的执行电动机电流指令，然后根据电流指令，向相应的执行电动机供应电流。因此，离合器C1-C5通过阀58-64和它们各自的致动元件(电磁线圈、电流受控的执行电动机)以响应压力指令。
如上文所指出的，从一个速比换档至另一个速比包括一个填充或预备阶段，在该阶段期间即将接合的离合器的工作腔(即工作腔91)正在填充以预备转矩传输。提供到工作腔的流体，压缩内部的回位弹簧(未显示)，从而推动活塞(未显示)。一旦工作腔充满后，活塞在离合器盘上施加一个力，产生超过初始回位弹簧压力之外的转矩容量。随后，离合器依据离合器压力传送转矩，并且通过利用各种控制策略可以完成换档。常用的控制策略包括命令经验确定的填充时间的最大即将接合的离合器压力，然后进行随后的换档阶段。充满工作腔所需要的流体的容积以及由此使离合器获得的转矩容量，称之为“离合器容积”。
基于所预计的每一即将接合的离合器容积(即填充每一即将接合的离合器工作腔所需要的流体的容积，以及由此使离合器获得的转矩容量)，控制单元66决定了压力命令的定时。必须使用估计的即将接合的离合器容积，因为由于磨损会使实际的将要接合的离合器容积随时间而变化，并且由于装配变化和公差也会随不同变速箱而改变。
当工作腔基于变速箱液压系统的数学模型进行填充时，控制器66计算提供到每一即将接合的离合器工作腔所需要的流体的估计容积，然后将估计的流体容积与估计的离合器容积相比。当估计的提供到其中一个工作腔的流体的容积等于估计的离合器容积时，则各个即将接合的离合器应该获得容量。Steinmetz等人的于2001年9月4日提出的美国专利US6285942中，记载了如何使用液压流模型，以估计提供到工作腔的流体的容积，其全文在此在此作为参考。模型的输入包括填充压力，换档类型ST(例如2-1降档)，泵46的转速，和液压流体的温度Tsump。模型的输出是即将接合的离合器的流速。用一个积分器对流速进行积分而得到提供到工作腔的流体的估计的累积容积。在优选实施例中，控制器66从估计的离合器容积中减去估计的流体容积，以确定剩余的估计离合器容积。如果控制器是精确的，则当即将接合的离合器获得转矩容量时，剩余的估计的离合器容积应该为零。
作为替代方案，变速箱可以包括多个独立的控制阀60，每一控制阀可操作的分别与工作腔91相连接，而代替可调型阀62、64和继动阀60。参考附图1a，示范性的流体控制阀90包括调节器92，电磁线圈94和压力传感器96。每一控制阀90在全输入或调节状态，向离合器C1-C5各自的工作腔91提供流体。
如附图2a所示，本发明提供了一种在通电跨越空档降档的惯性阶段，计算最佳变速箱输入转矩的方法。通电跨越空档降档是更为一般的通电降档方式中的一种。因此，本发明的方法是由更为一般的通电降档的一系列等式中推导而出的，在此引用的专利申请10/972067公开了这一系列等式。推导而出的等式需要使用一些假设进行求解，这些假设专门用于跨越空档通电降档的惯性阶段。这些假设包括在通电跨越空档降档的惯性阶段，变速箱的输出转矩为零，由两个即将脱开的离合器提供的转矩为零。
为了公开的目的，一个参考符号的微分由该参考符号上面具有一个点来表示，在数学领域是公知的。例如，参考符号nt代表涡轮转速，参考符号 代表涡轮转速的第一导数，也就是公知的涡轮加速度。
下文将详述在附图2a的步骤100中，期望的换档时间用于确立期望的涡轮加速度曲线。期望的换档时间是一个选定的预定时间段，以获得最佳的换档感觉，最好如附图3b中所示，期望的换档时间是转矩变换器涡轮转速nt1第一次离开获得的转速Ag这一点，与转矩变换器涡轮转速nt1达到指令转速Cg(即公知的同步点)这一点之间的时间。在随后的步骤102-104中，初步描述了在没有应用跨越空档动力降档假设的情况下，对等式推导的解释，以及然后使用这些假设求解最终得到的等式。在步骤102中，期望的涡轮加速 和目前的变速箱输入转矩Ti用于计算相应的所期望的输出转矩To_Blend，通过标量将输出转矩改变为期望的输出转矩。标量是一个校准，其允许在惯性阶段期间离合器转矩和输入转矩的不同结合，从而可以保持换档时间。换句话说，可以校准标量以便在同样的换档时间内提供固定换档或是更柔和的换档。在输出转矩修正后，进行相应的离合器转矩Tcl_Blend的计算。在步骤104中，对离合器转矩进行限定，经限定的离合器转矩可以用于重新计算输入转矩Ti_Clamp和输出转矩To_Clamp，从而可以保持换档时间。同样在步骤104中，经再次计算的输入转矩Ti_Clamp，通过表示转矩变换器的倍增因子进行调整，然后传送至发动机控制模块107。
附图3中的步骤100显示了涡轮加速度曲线。更精确的说，附图3a描述了假设换档期间输出加速度恒定时，在从获得的转速Ag到指令转速Cg的动力降档的惯性阶段，所期望的输入加速度轨迹，附图3b描述了相应的输入速度曲线。从附图3b中可以看出，在惯性阶段之前的输入速度是由结果(输出速度)×Ag决定的，而惯性阶段结束时的输入速度是由结果(输出速度)×Cg决定的。
曲线A的加速度轨迹参数包括初始加速度Ainit、最大加速度Amax、最终加速度Afinal、时间tinit、tfinal和tshift。Afinal、tinit、tfinal和tshift由校准确定为一个或多个其它参数的函数。例如，tshift是根据驾驶员的转矩需要决定的，tinit和tfinal可以由tshift的百分数预先确定。Afinal的值是选择为能够完成平滑换档的校准值。Ainit是换档前测量的涡轮转速。Amax是基于加速度轨迹参数及将要接合的离合器之间的速度差，这里是指滑差速度计算得出的。
附图2a中步骤102的计算，始于以下两个基本等式n·t=atTi+btTcl+ctTo]]>n·o=aoTi+boTcl+coTo]]>校准常数at、bt、ct、ao、bo和co是从对于使用本发明的方法的变速箱进行转矩分析推导而来的。更准确的说，转矩分析包括变速箱每一个构件输入和输出的力的总和。例如，附图4显示了一个可以推导出校准常数的变速箱的示意图。
附图4显示出了六速行星齿轮变速箱150。变速箱150是为了描述本发明中的方法，应当认识到，本发明中的方法可以应用于各种配置的变速箱。变速箱150包括与发动机(未显示)直接连接的输入轴152，多转速的行星齿结构154，与最终驱动机构直接相连接的输出轴156(未显示)。行星齿结构154包括组合的行星齿轮组158，两个单一行星齿轮组160、162，三个选择性啮合的转动转矩传输机构164、166和168，以及一个选择性啮合的固定转矩传输机构170。在优选实施例中，行星齿结构154包括1-2超程离合器“OWC”172，该离合器安装在固定壳体174和共用支架组件176之间，以及包括可改变的低速/倒档启动离合器178。
如图所示，第一行星齿轮组158包括太阳齿轮180，环形齿轮182，行星架组件176。成对啮合的小齿轮184和186分别可旋转地支撑在小齿轮轴188和190上，并在支架组件176的横向间隔的支架段之间延伸。当小齿轮186与环形齿轮182啮合时，小齿轮184与太阳齿轮180啮合。
第二行星齿轮组160包括太阳齿轮192，环形齿轮194，多个小齿轮196与太阳齿轮192和环形齿轮194相啮合。可以看出，小齿轮196可旋转地支撑在小齿轮轴188上，并在支架组件176的横向间隔的支架段之间延伸。因此，支架组件176对于第一行星齿轮组158和第二行星齿轮组160来说是共用的。由连接在一起作为单一部件旋转的第一行星齿轮组158的环形齿轮182和第二行星齿轮组160的环形齿轮194限定环形齿轮组件198。所示的第三行星齿轮组168包括太阳齿轮200，环形齿轮202，与太阳齿轮200和环形齿轮202相啮合的小齿轮204。小齿轮204可旋转地支撑在轴206上，该轴在支架组件208的构件之间延伸。此外，由于太阳齿轮200直接与变速箱150的固定壳体部分174相连接，因此太阳齿轮200是固定的。
在附图4中的变速箱中，利用旋转动力学的牛顿第二定律及对每一个构件的输入和输出处的力求和，可以求解得到校准常数at、bt、ct、ao、bo和co。以这种方法根据附图4中的变速箱推导出的等式如下
I202*ω·202=-T202+(Ti+T168)]]>I200*ω·200=T200-Tground]]>I208*ω·208=T202-T200-T164-T166]]>I204*ω·204=T202N202(N202-N2002)+T200N200(N202-N2002)]]>N200*ω·200=ω·208(N202+N2002)-ω·204(N202-N2002)]]>N202*ω·202=ω·208(N202+S2002)+ω·204(N202-N2002)]]>I180*ω·180=-T180+T164]]>T176*ω·176=T180-T182-T192-T178-T172+T168]]>I180*ω·180=-T180+T164]]>I191*ω·192=T192+T166-T170]]>I181*ω·182=T182-T156]]>I184*ω·184=N184F184-T180(N184N180)]]>I196*ω·196=-T182N182(N182-N1922)+T192N192(N182-N1922)+F184(N182-N1902)]]>N192*ω·192=ω·176(N182+N192)-ω·182N182]]>N182*ω·182=N180*ω·180+ω·al(n182-n180)]]>N182*ω·182=ω·196(N182-N1922)+N182*ω·176]]>N184*ω·185=ω·186(N182-N1922)]]>ω·208=ω·180]]>其中T为转矩值，I是惯量，F是力，ω是旋转速度， 是旋转加速度，N是特定齿轮元件上的齿数。 和 均是旋转加速度值，其不同在于， 是通过rpm/秒2测量的， 是通过弧度/秒2测量的。
为了获得与特定变速箱相关的校准常数， 和 相应的值，可以由以上提供的两个基本等式得出。在附图2a的步骤102中将 和 输入以下的等式，以获得To_Blend。
To_Blend=·t-(at-btao/bo)Ti(bt/bo(·o/To)i-btco/bo+ct)]]>由于从变速箱的自由体受力图中推导出 的值是基于所期望的换档时间，所以相应的To_Blend的值经过类似的按比例缩放，以满足所期望的换档时间。
在附图2a的步骤102中，To_Blend的值经过按比例缩放，以满足所期望的换档时间，然后将其输入以下的等式以求解Tcl_Blend，从而按比例缩放以跟随所期望的换档时间和经缩放的输出转矩。
Tcl_Blend={[(·o/To)i+aoct/at-co]To-ao/at*·t}(bo-aobt/at)]]>在附图2a的步骤104中，根据等式利用离合器转矩Tcl的有限值重新计算输出转矩To_Clamp的有限值To_Clamp=[Tcl(bo-aobt/at)+ao/at*·t][(·o/To)i+aoct/at-co]]]>经再次计算的输出转矩To_Clamp的值和离合器转矩Tcl_Blend的有限值被输入以下的等式中，以得出获得所期望的换档时间所需要的基础输入转矩Ti_Clamp。
Ti_Clamp=·t-btTcl+ctToat]]>将输入转矩的值限制在发动机能产生的水平，由此需要修改换档时间。如上所述，这些等式可以用于各种动力降档。通过结合在上文的假设，可以获得如应用于跨越空档动力降档时的Ti_Clamp的等式。因此，在跨越空档动力降档的惯性阶段期间，假设输出转矩为零，且即将脱开离合器转矩也为零，则Ti_Clamp的等式就变为Ti_Clamp＝·t/at。通过这种方式可以计算出Ti_Clamp的值，该值表示了满足所期望的换档时间的最佳变速箱输入转矩。可以将发动机输出改变一个量，这个量是将实际的变速箱输入转矩值改变为计算出的最佳的变速箱输入转矩值所必需的。在优选实施例中，发动机转矩的减小可以通过火花消除来完成，发动机转矩的增加可以通过打开节气门来完成。然而，应该认识到，增加/减少变速箱的输入转矩可以采用多种方式，本发明并不局限于包括发动机的应用上，而是可以与各种附加动力源相结合的实现。
附图2b描述了在比率改变的转矩阶段期间，计算变速箱输入转矩的最佳值的方法。与附图2a有所区别，其部分原因在于附图2a应用于换档的惯性阶段期间，附图2b应用于换档的转矩阶段期间。
附图2b的方法最初涉及导出一系列等式，是从由结合的专利申请10/972067中公开的更加一般的动力降档导出的。通过假设在跨越空档动力降档的转矩阶段期间，即将脱开离合器的转矩为零，可以求解这些推导出的等式。
与附图2a中的步骤102-104一样，以下的步骤112-120最初是在没有使用上述跨越空档动力降档假设以解释等式的推导而描述的，然后使用该假设求解最后得到的等式。附图2b的步骤112中，根据附图2a中的方法计算的即将脱开离合器转矩Tcl，在转矩阶段时间期间斜坡变化(ramp)到零，以产生斜坡变化的，即将脱开离合器转矩Toff。通常与步骤112同时的执行的步骤114中，在转矩阶段时间期间，即将接合离合器转矩Toncl从校准阈值斜坡变化到表示下一速比的保持转矩的值。步骤114中导出的斜坡变化的即将接合离合器转矩是由参考符号Ton标识的。在步骤116中，计算转矩阶段输入转矩Ti。同样在步骤116中，通过表示转矩变换器的倍增因子调整重新计算的转矩阶段输入转矩Ti(所期望的)，然后将其传送至发动机控制模块107。
附图2b中的步骤116，以下两个等式用来计算转矩阶段输入转矩TiTon＝k61To+k62Ti+k63·tToff＝k64To+k65Ti+k66·t值k61、k62、k63、k64、k65和k66是为特定变速箱求解的校准常数，可以采用上文所述的获得校准常数at、bt、ct、ao、bo和co类似的方法来获得。使用以下等式可以求解输入转矩Ti=-(k61/k62*Toff-Ton-k66k61/k64*·t+k63*·t)(-k61k65/k64+k62)]]>如上文所述的，这一等式可以用于各种动力降档。通过结合上文所述的假设，可以获得Ti的等式，如应用于跨越空档动力降档的转矩阶段。因此，假设在跨越空档动力降档的转矩阶段期间，即将脱开离合器的转矩为零，则Ti的等式变为
Ti=-(-Ton-k66k61/k64*·t+k63*·t)(-k61k65/k64+k62)]]>可以用这种方式计算Ti的值，其还表示与最小即将接合离合器转矩保持同步所需的最佳变速箱输入转矩。然后，对发动机输出改变一个量，该量是使用转矩变换器(例如变换器转矩比)的已知物理参数将实际的变速箱输入转矩值改变为计算出的最佳的变速箱输入转矩值所必须的。
本发明的另一方面，是提供一种双即将脱开和双即将接合离合器的最佳定时方法。为了启动根据本发明中的方法的跨越空档动力降档，两个即将脱开离合器同时释放。即将脱开离合器的释放可以延迟一个经计算满足所要求的换档时间的量，将在下文详细描述。初级即将接合离合器的接合延迟一个经计算的量，以保持初级即将接合离合器容积为零直到同步点，并在此后立即产生正转矩。次级即将接合离合器的接合类似地延迟一个经计算的量，以便在同步点之前离合器容量达到满或接近满。在即将脱开离合器完全释放之前，次级即将接合离合器获得离合器容量，这种现象称为关连(tie-up)，通过计算所期望的换档时间可以避免这种现象。更准确的说，可以选择期望的换档时间，其提供充分的时间使得即将脱开离合器得以完全释放从而避免关连，并且然后接合次级即将接合离合器使得在达到同步之前、在期望的换档时间内达到满容量。
为了计算即将脱开和即将接合离合器的延迟时段，本发明中的方法确定了一个即将脱开延迟自适应参数，初级容积自适应参数和次级容积自适应参数(参见上文的动力换档，以下将详细描述)。即将脱开延迟自适应参数是一个估计值，表示所期望的介于指令的两个即将脱开离合器释放与滑动之间的时间量。在下文将对滑动详细描述，滑动是指一个点，在该点上涡轮转速超过了获得的齿轮速度以启动速比变化。初级容积自适应参数和次级容积自适应参数都是估计值，分别表示初级和次级即将接合离合器的工作腔容积。如下文所述，即将脱开延迟自适应参数和初级即将接合容积自适应参数是可变的并且可以根据本发明中的方法进行调整或修正，以便当可以获得附加的信息时更准确的表示它们各自的估计值。次级即将接合容积自适应参数从先前的没有跨越空档(具有单一的即将脱开和即将接合离合器)以及包括同样的离合器)的动力降档中获得。例如，在6-3跨越空档动力降档中，次级即将接合离合器C1可以从先前的5-4动力降档中获得。应当认识到，即将脱开延迟与输入转矩是成比例的，即将脱开延迟可以以反映该(与多位置自适应参数的)关系的方式进行调整。
初级容积和次级容积自适应参数可以变换为估计的时间，该时间是指基于满馈送填充速率填充各自的工作腔所需要的时间。通过将填充次级即将接合工作腔所需要的时间与服从元件校准相加，可以计算次级即将接合离合器的完全接合所需要的估计时间。服从元件校准表示在工作腔填充满后，次级即将接合离合器达到满容量所需要的最短时间。因此，通过即将脱开延迟加上两个估计值之中的较大值，可以确定根据本发明中的方法的跨越空档动力降档所需要的最短时间，上述两个估计值分别是指次级即将接合离合器达到满容量所需要的时间，以及完全充满初级即将接合工作腔所需要的时间。
如果期望的换档时间足够长，允许在达到同步之前，使得次级即将接合离合器达到满容量，而且期望的换档时间足够长允许在达到同步之前，使初级即将接合工作腔被完全充满，则离合器元件的定时按以下方式进行。通过立即释放两个即将脱开的离开器启动跨越空档的动力降档。次级即将接合离合器的动作被延迟一个经计算确保在同步之前满容量的量。初级即将接合离合器的动作被延迟一个经计算的量，以便精确的在同步点填充初级即将接合工作腔而不产生任何转矩，从而使得在此后立即产生正转矩。
如果期望的换档时间足够长，允许在同步之前次级即将接合离合器达到满容量，但是期望的换档时间不足以允许在同步之前完全充满初级即将接合工作腔，则离合器元件的定时按以下方式进行。控制单元66(附图1中所示)在即将脱开离合器释放前，开始填充初级即将接合离合器工作腔，这样精确的在同步点，初级即将接合工作腔被完全充满。其后，双即将脱开离合器的释放延迟一个经调整以满足期望的换档时间的量。在释放即将脱开离合器之后，将次级即将接合离合器的动作延迟一个经计算的量，以确保在同步之前达到满容量。
如果期望的换档时间足够长，允许在同步之前完全充满初级即将接合工作腔，但是期望的换档时间不足以允许在同步之前次级即将接合离合器达到满容量，则离合器元件的定时按以下方式进行。控制单元66(附图1所示)在即将脱开离合器释放前，开始填充次级即将接合离合器工作腔，这样在同步之前次级即将接合离合器的满容量可以到达。其后，双即将脱开离合器的释放延迟一个经调整以满足期望的换档时间的量。将初级即将接合离合器的动作延迟一个经计算的量，以便精确的在同步点填充初级即将接合工作腔而不产生任何转矩，从而使得此后立即产生正转矩。
如果期望的换档时间不足以允许在同步之前使次级即将接合离合器达到满容量，并且期望的换档时间也不足以允许在同步之前使初级即将接合工作腔完全充满，则离合器元件的定时按以下方式进行。控制单元66(附图1所示)在即将脱开离合器释放前，开始填充初级和次级即将接合离合器的工作腔，这样在达到同步之前，次级即将接合离合器可以达到满容量，并且精确的在同步点完全充满初级即将接合工作腔。其后，双即将脱开离合器的释放延迟一个经调整以满足期望的换档时间的量。
再次参考附图3b，该图显示了预定的最佳跨越空档动力降档。更准确的说，附图3b显示了从获得的转速Ag过渡到指令转速Cg的最佳转矩变换器涡轮转速nt1。本领域的技术人员都了解涡轮与输入轴是互相连接的，因此，涡轮转速与输入轴转速是相等的。本领域的技术人员也了解，获得的转速Ag是由变速箱的输出轴转速乘以当前选择的速比得到的，而指令转速Cg是由变速箱的输出轴转速乘以指令速比得到的。例如，在6-3跨越空档动力降档中，Ag是由变速箱的输出转速乘以第六档速比得到的，Cg是由变速箱的输出转速乘以第三档速比得到的。
附图5显示了施加于附图3b中的最佳转矩变换器涡轮转速上的即将脱开和即将接合离合器的压力。如附图5b所示，当双即将脱开离合器释放时，速比开始变化，因此，涡轮转速nt1从获得的转速Ag滑动，从而启动换档的惯性阶段。在即将脱开离合器释放后，次级即将接合离合器获得容量，并且其容量在同步前充满或接近充满。初级即将接合离合器的压力在同步点达到偏移压力Poffset，随后增加并产生正的即将接合离合器转矩。偏移压力Poffset表示由初级即将接合离合器的回位弹簧(未显示)施加的压力。刚通过同步点，初级即将接合离合器立即产生一定的转矩，但一般不足以避免过同步现象，下文中将这种现象称之为发动机扩张(engine flare)，此时涡轮转速、超出了指令转速Cg。上文参考附图2b所述的本发明中的方法可以实现发动机的转矩管理，以避免发动机扩张。
此外，除了上文所确定的自适应参数外，还包括即将脱开延迟、初级即将接合容积、和次级即将接合容积，本发明中的方法还确定了发动机的转矩自适应参数。发动机的转矩自适应参数表示对于上文中推导出的经计算的变速箱输入转矩值的修正和调整。自适应参数是可变的，并可以响应于换档异常，或从附图5a中预定的最佳换档的偏差进行修正，显示了一个或多个参数是不精确的。下文所述的本发明中的自适应参数是作为单个元件自适应参数描述的，但是，正如包括的专利申请10/972067中描述的那样，自适应参数可以包括多个元件。
如附图6a-d中的图形所示，通过对一个或多个自适应参数的调整，可以修正换档异常。在附图6a中，涡轮转速nt2表示“滑动过早”的换档异常，涡轮转速nt3表示“滑动过迟”的换档异常。通过调整即将脱开延迟自适应参数，可以修正滑动过早和滑动过迟的换档异常。更准确的说，如果检测到滑动比预期晚，则可以提高即将脱开延迟自适应参数；如果检测到滑动比预期早时，则可以降低即将脱开延迟自适应参数。
通过控制单元监测涡轮转速Ts与获得的转速Ag的偏差，以判断发生是滑动过早还是滑动过晚。如果涡轮转速nt过早增加，超过了获得的转速Ag一个预定量，如50rpm，则说明滑动过早。相反的，如果涡轮转速nt延迟增加，超过获得的转速Ag一个预定量，则说明滑动过晚。
如附图6b所示，扩张是中换档异常，其中涡轮转速nt4增加超过了指令转速Cg一个预定量，如50rpm。在下文中将详述，可以通过调整初级即将接合容积自适应参数修正扩张异常。
附图6c中曲线nt5和nt6以曲线形式分别描述了在短换档和长换档期间的涡轮转速，并与预定的最佳跨越空档动力降档期间的涡轮转速nt1的实线表示进行对比。通过将预定的最佳换档时间与惯性阶段持续时间进行比较，确定是短换档还是长换档。惯性阶段的持续时间是指这样一段时间，其开始于涡轮转速超过了获得的转速Ag一个预定量，如50rpm，并且结束于涡轮转速低于指令转速Cg一个预定量，如50rpm。与预定最佳换档时间相比，不足的惯性阶段持续时间表现出短换档，而过度的惯性阶段持续时间表现出长换档。通过调整发动机转矩自适应参数，可以修正短换档和长换档异常。更准确的说，如果检测到短换档，则可以提高发动机转矩自适应参数；如果检测到长换档，则可以降低发动机转矩自适应参数。
如附图6d所示，欠重叠的涡轮浮动是一种换档异常，其中初级即将接合离合器没有足够的容量将涡轮转速nt7达牵引直到指令转速Cg，因此涡轮转速nt7在一个低于指令转速Cg的速度上“浮动”。将在下文详述通过调整初级即将接合容积自适应参数可以修正欠重叠的涡轮浮动异常。
如附图7所示的是通过调整初级即将接合容积自适应参数，可以提供解决上文所述的一个或多个换档异常的方法。在步骤122中，如果检测到扩张或欠重叠的涡轮浮动，可以增加初级即将接合容积自适应参数。在步骤124中，如果调用扩张控制，就增加初级即将接合容积自适应参数。为了本发明的目的，扩张控制可以定义为减小发动机输出以解决扩张的过程(如附图6b所示)。根据优选实施例，在步骤122和124中，初级即将接合容积自适应参数的增加，可以不超过预定容积限制，该预定容积限制是指最大初级即将接合工作腔容积。在步骤126中，如果存在极度短换档，但不存在扩张、不存在欠重叠的涡轮浮动并且没有长换档异常，则降低初级即将接合容积自适应参数。为了本公开的目的，极度短换档是指换档短得超过一个预定量。在步骤128中，如果在经过预定数量的换档后，步骤122-126的标准没有得到满足，并且发动机转矩自适应参数降低或是保持恒定，则初级即将接合容积自适应参数逐渐的降低以产生扩张。初级即将接合容积自适应参数的最佳值为正好可以避免扩张产生的值。因此，步骤128中逐渐的降低，周期性的再校准初级即将接合容积自适应参数到它的最佳值或接近最佳值。
根据图7的方法，初级即将接合容积自适应参数优先地增加或降低一个修正值，该修正值来自于以下等式(充分修正)(标量)(增益)。充分修正是一种校准或测量信号，例如来自涡轮转速，其提供了修正自适应问题的项。标量是一种换档异常类型的函数，因为，某些换档异常比其它换档异常需要更积极的修正措施。增益与自适应误差计数器相关，其跟踪初级即将接合容积自适应参数移动的方向。如果即将接合容积自适应参数在连续的降档期间增加，则自适应误差计数器在每次换档中增加一，直到一个预定的最大值，如7。相似的，如果即将脱开延迟自适应参数在连续的降档去华北降低，则自适应误差计数器在每次换档中降低一，直到一个预定的最小值，如-7。增益的确定是基于自适应误差计数器的值，因此增益的幅度与自适应误差计数器的绝对值成比例。换句话说，自适应误差计数器的每一连续增加或减少，都导致更大的增益。这样，在连续的降档期间，如果即将接合容积自适应参数被命令以一个方向变化，即增加或减少，则自适应修正的程度会增加。因此，修正值可以响应于其中出现换档异常的所监测到的连续降档数量而改变。如果即将接合容积自适应参数增加然后降低，或是相反，则自适应误差计数器复位到零，增益也变为其最小值。此外，应当认识到，其它的自适应参数也可以以近似的方式增加或减少。
尽管对实施本发明的最佳模式进行了详细的描述，但本领域的技术人员应该认识到，在所附的权利要求的范围内实施本发明，可以有各种的替代设计和
权利要求
1.一种改进带有自动变速箱和动力源的动力系的降档方法，所述的降档包括惯性阶段和转矩阶段，所述的自动变速箱具有第一即将脱开离合器、第二即将脱开离合器、初级即将接合离合器和次级即将接合离合器，所述方法包括确立至少一个自适应参数；脱离所述的第一和第二即将脱开离合器；接合次级即将接合离合器；接合初级即将接合离合器；计算最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；使动力源产生转矩，从而在降档的惯性阶段期间实质上获得最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；计算最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；使动力源产生转矩，从而在降档的转矩阶段期间实质上获得最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；在降档期间监测变速箱的运行特性，以识别相对于预定的最佳降档产生的预定义的异常；并且响应于所述的至少一种异常，调整所述的至少一个自适应参数，以改进随后的降档。
2.如权利要求1所述的方法，还包括确立一个期望的换档时间。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述的第一和第二即将脱开离合器包括确立一个延迟周期，在该延迟周期后，脱离第一和第二即将脱开离合器，其中所述的延迟周期足以使得在期望的换档时间内完成降档。
4.如权利要求2所述的方法，其中接合所述的次级即将接合离合器包括确立一个延迟周期，在该延迟周期后接合次级即将接合离合器，其中所述的延迟周期足以使得次级即将接合离合器在惯性阶段结束之前达到全部容量。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述的接合初级即将接合离合器包括确立延迟周期，在该延迟周期后接合初级即将接合离合器，所述的延迟周期足以使得初级即将接合离合器保持零容量直到惯性阶段结束为止。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述的确立至少一个自适应参数包括确立输入转矩自适应参数。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述的确立至少一个自适应参数包括确立即将脱开延迟自适应参数。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述的确立至少一个自适应参数包括确立初级即将接合容积自适应参数。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述的计算最佳转矩阶段变速箱输入转矩值包括进行所述变速箱的转矩分析。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述的计算最佳惯性阶段变速箱输入转矩值包括进行所述变速箱的转矩分析。
11.如权利要求1所述的方法，其中使所述动力源产生转矩包括调整所述动力源的点火定时。
12.如权利要求1所述的方法，其中使所述动力源产生转矩包括改变所述动力源的燃料消耗。
13.如权利要求1所述的方法，其中使所述动力源产生转矩包括改变所述动力源的空气进气。
14.一种改进带有自动变速箱和动力源的动力系降档的方法，所述的降档包括惯性阶段和转矩阶段，所述的自动变速箱具有第一即将脱开离合器、第二即将脱开离合器、初级即将接合离合器和次级即将接合离合器，所述方法包括确立一个期望的换档时间；确立至少一个自适应参数；在一个经计算的时间内脱离所述第一和第二即将脱开离合器，使得在期望的换档时间期间完成降档；在一个经计算的时间内接合次级即将接合离合器，使得在惯性阶段结束之前次级即将接合离合器达到全部容量；在一个经计算的时间内接合初级即将接合离合器，使得初级即将接合离合器保持零容量直到惯性阶段结束；计算最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；使动力源产生转矩，从而在降档的惯性阶段期间实质上获得最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；计算最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；使动力源产生转矩，从而在降档的转矩阶段期间实质上获得最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；在降档期间监测变速箱的运行特性，以识别相对预定的最佳降档产生的至少一个预定义的异常；以及响应于所述的至少一种异常，调整所述的至少一个自适应参数，以改进随后的跨越空档进行的动力降档。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述的确立至少一个自适应参数包括确立输入转矩自适应参数。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述的确立至少一个自适应参数包括确立即将脱开延迟自适应参数。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述的确立至少一个自适应参数包括确立初级即将接合容积自适应参数。
18.一种带有动力源和自动变速箱的动力系的控制设备，所述的自动变速箱具有多个即将接合离合器和多个即将脱开离合器；所述多个即将接合离合器和即将脱开离合器的每一个都具有用于向其提供液压流体以产生液压传动的工作腔；多个致动器，每一致动器均设置成选择性地允许压力流体进入所述的多个即将接合和即将脱开离合器之一；其中所述的多个即将接合和即将脱开离合器设置成通过脱离所述的多个即将脱开离合器和接合所述的多个即将接合离合器，在跨越空档动力降档期间产生速比的变化，该控制设备包括控制器，用于与所述的多个致动器相连接，以控制所述的多个即将脱开离合器的选择性的脱离，以及控制所述多个即将接合离合器的接合；其中所述的控制器是可编程的，并设置成控制所述动力源的输出，使得在降档的惯性阶段期间产生最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；其中所述的控制器是可编程的，并设置成可以控制所述动力源的输出，使得在降档的转矩阶段期间产生最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；其中所述的控制器是可编程的，并设置成可以确立一个自适应参数；其中所述的控制器是可编程的，并设置成可以监测变速箱的运行特性，以识别相对预定的最佳换档产生的预定义的换档异常；及其中所述的控制器是可编程的，并设置成响应于所述的换档异常调整自适应参数，从而对换档异常进行修正，以改进随后的降档。
19.如权利要求18所述的设备，其中所述的控制器设置成产生由所述的多个即将脱开离合器响应的即将脱开离合器压力指令；其中控制器设置成决定何时产生即将脱开离合器压力指令，以产生基于期望的换档时间的速比变化。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述的控制器设置成产生由所述的多个即将接合离合器响应的即将接合离合器压力指令；其中控制器设置成决定何时产生即将接合离合器压力指令，以产生基于估计的即将接合离合器工作腔容积的速比变化。
21.一种改进带有自动变速箱和动力源的动力系降档的方法，所述的降档包括惯性阶段和转矩阶段，所述的自动变速箱具有即将脱开离合器、共用离合器和即将接合离合器，所述的方法包括确立至少一个自适应参数；脱离所述的即将脱开离合器和所述的共用离合器；接合即将接合离合器；接合共用离合器；计算最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；使动力源产生转矩，从而在降档的惯性阶段期间实质上获得最佳惯性阶段变速箱输入转矩值；计算最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；使动力源产生转矩，从而在降档的转矩阶段期间实质上获得最佳转矩阶段变速箱输入转矩值；在降档期间监测变速箱的运行特性，以识别相对预定的最佳降档产生的预定义的偏差；响应于所述的至少一种异常，调整所述的至少一个自适应参数，以改进随后的降档。
22.如权利要求21所述的方法，还包括确立期望的换档时间。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述的脱离所述的即将脱开离合器和所述的共用离合器包括确立一个延迟周期，在该延迟周期后，脱离即将脱开离合器和共用离合器，其中所述的延迟周期足以使得在期望的换档时间内完成降档。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述的即将接合离合器的接合包括确立一个延迟周期，在该延迟周期后，接合该即将接合离合器，所述的延迟周期足以使得即将接合离合器在惯性阶段结束之前达到全部容量。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述的共用离合器的接合包括确立一个的延迟周期，在该延迟周期后，接合该共用离合器，所述的延迟周期足以使得共用离合器保持零容量直到惯性阶段结束。
全文摘要
本发明涉及一种方法和设备，可以在速比变化的惯性阶段和转矩阶段数学上计算出最佳变速箱输入转矩值。然后使发动机输出改变一个必须的量，以使变速箱输入转矩的实际值接近计算出的变速箱最佳输入转矩值。通过计算即将脱开和即将接合离合器的延迟时间，可以确定在跨越空档动力降档期间离合器元件的定时，从而满足预定的期望换档时间。此后对跨越空档动力降档采用自适应控制，以便可以诊断和修正在随后降档期间的异常。本发明的实施是通过监测在降档期间的发动机和/或变速箱特性以及识别对可接受模式的偏离进行的，其中变速箱特性包括输入速度、输出速度和换档持续时间。
文档编号F16H61/00GK1831384SQ20061007115
公开日2006年9月13日 申请日期2006年2月9日 优先权日2005年2月9日
发明者M·D·怀顿, R·L·威廉斯 申请人:通用汽车公司