基于摩擦元件负荷检测的换挡自动变速器传动比的闭环扭矩阶段控制的制作方法

专利名称：基于摩擦元件负荷检测的换挡自动变速器传动比的闭环扭矩阶段控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车辆的自动变速器领域，更具体地说涉及基于摩擦元件负荷水平 的换档控制装置和方法。
背景技术：
车辆中的多级变传动比自动变速器系统利用用于自动齿轮传动比换档的多个摩 擦元件。广义地说，这些摩擦元件可以描述为扭矩产生元件，尽管通常它们叫做离合器或制 动器。这种摩擦元件的作用是形成从内燃发动机到车辆驱动轮的动力流路径。在车辆加速 期间，当对于给定的发动机节气门设置由于车速增加而传动比升档时，作为变速器输入轴 速度与变速器输出轴速度的比的总速度比减少。由于对于任何给定的车辆速度的发动机节 气门设置增加，或者当由于发动机节气门设置减小而车速减小时，进行降档以实现更大的 传动比。在现代自动变速器中有各种行星齿轮结构。但是，换档运动学的基本原理仍然相 似。利用通过行星齿轮组改变扭矩路径来换档具有多个行星齿轮组的多级传动比自动变速 器伴随有施加和/或释放摩擦元件以改变速度和扭矩关系。摩擦元件通常用液压或机械操 纵。在同步的摩擦元件对摩擦元件升档的情况下，为了降低变速齿轮传动比，称为 离去的(off-going)摩擦元件的第一压力操纵的扭矩产生元件被释放，同时称为到来的 (on-coming)摩擦元件的第二压力操纵的扭矩产生元件接合。一般的升档事件分成准备阶 段、扭矩阶段和惯性阶段。在准备阶段中，到来的摩擦元件活塞往复运动以准备其接合，同 时离去的摩擦元件扭矩保持能力阶梯式地向着其释放减小。在可以称为扭矩传递阶段的 扭矩阶段期间，到来的摩擦元件扭矩上升，同时离去的摩擦元件仍然被接合。在扭矩阶段期 间，自动变速器的输出轴扭矩通常下降，产生所谓的扭矩洞(torque hole)。当到来的摩擦 元件产生足够的扭矩时，离去的摩擦元件被释放，标志着扭矩阶段的结束和惯性阶段的开 始。在惯性阶段期间，到来的摩擦元件扭矩被调节以向着零减少其滑动速度。当到来的摩 擦元件滑动速度达到零时，换档事件完成。在同步的换档中，离去的摩擦元件释放的正时必需与到来的摩擦元件扭矩水平同 步，以提供稳定的换档感觉。过早的释放导致发动机速度爆发(flare)和较深的扭矩洞，对 车内人员引起可感觉到的换档时冲击。延迟的释放引起齿轮元件的停顿(tie-up)，而且导 致不稳定的换档感觉的深而宽的扭矩洞。常规的换档控制依靠动力传动系部件的速度测 量，例如发动机和变速器输入轴的速度测量，以在扭矩阶段期间控制离去的摩擦元件释放 过程。常规的扭矩阶段控制方法，按照预定的离去的摩擦元件致动器力分布图，通过基于预 校准的正时的开环控制从其锁紧状态释放离去的摩擦元件。这种常规的方法不能确保最佳 的离去的摩擦元件释放正时，并且因此导致不稳定的换档感觉。可选地，控制器可以利用速度信号计量离去的摩擦元件释放正时。也就是，如果控制器检测到齿轮停顿的迹象，这可能表现为输入轴速度可测量地下降，则释放离去的摩擦 元件。当在到来的摩擦元件产生足够的扭矩之前离去的摩擦元件过早地开始释放时，发动 机速度或自动变速器输入轴速度可能以非受控方式迅速上升。如果检测到这种所谓的发动 机速度爆发，则控制器可以增加离去的摩擦元件控制力，以使自动变速器输入速度或离去 的摩擦元件滑动速度迅速地下降。这种基于速度或基于滑动的方法常常导致在齿轮停顿和 发动机爆发之间的振荡行为，引起不稳定的换档感觉。而且，由于其对滑动状态的高灵敏度 以及静态和动态摩擦力之间的不连续性，离去的摩擦元件滑动控制非常困难。在扭矩阶段 期间不能实现无缝的滑动控制导致不希望的换档冲击。在非同步的自动变速器的情况下，升档事件涉及单独的到来的摩擦元件的接合控 制，同时伴随的通常单向耦合的离合器元件自动脱离以减小传动比。非同步的升档事件也 可以分成三个阶段，这三个阶段也叫做准备阶段、扭矩阶段和惯性阶段。非同步的升档的准 备阶段是扭矩阶段之前的一段时间。非同步升档的扭矩阶段是当到来的摩擦元件扭矩为了 其接合有目的地升高直到单向耦合开始滑动或超限运行的时间周期。这种定义不同于同步 换档的定义，因为非同步的换档不涉及单向耦合的或离去的摩擦元件的主动控制。非同步 升档的惯性阶段是在扭矩阶段之后当单向耦合从开始到滑动的时间周期。根据常规的升档 控制，在用于非同步的自动变速器的升档事件的扭矩阶段期间，通过到来的摩擦元件传递 的扭矩由于其开始接合而增加。非同步升档自动变速器的运动学结构以这样的方式构造， 使得通过单向耦合传递的扭矩响应于到来的摩擦元件扭矩增加而自动减少。由于这种相互 作用的结果，自动变速器输出轴扭矩在扭矩阶段期间下降，这再一次形成所谓的“扭矩洞”。 在单向耦合脱离之前，正如在前面所述的情况，较大的扭矩洞作为令人不愉快的换档冲击 可以被车内人员感觉到。现有技术换档控制装置的示例可以在美国专利No. 7，351，183中 找到，该专利结合于此供参考。在图1中，用2示意地示出的变速器是具有控制器4的现有技术多级传动比变速 器的示例，其中传动比变化通过作用在单个齿轮元件上的摩擦元件来控制。来自车辆发动 机5的发动机扭矩分配给流体动力变矩器12的扭矩输入元件10。变矩器12的泵轮14以 已知的方式对涡轮16产生涡轮扭矩。涡轮扭矩分配给涡轮轴，该涡轮轴也是变速器输入轴 18。图1的变速器2包括简单的行星齿轮组20和组合的行星齿轮组21。齿轮组20具有永 久固定的太阳轮S1、齿圈R1和可旋转地支撑在托架22上的行星齿轮P1。变速器输入轴18 可驱动地连接于齿圈R1。组合的行星齿轮组21，有时也叫做维列奥克斯(Ravagineaux)行 星齿轮组，其具有较小的节园直径太阳轮S3、扭矩输出齿圈R3、较大的节园直径太阳轮S2 和组合的行星小齿轮。该组合的行星小齿轮包括长型小齿轮P2/3，该长型小齿轮P2/3可驱 动地接合短型行星小齿轮P3和扭矩输出齿圈R3。长型行星小齿轮P2/3还可驱动地接合 短型行星小齿轮P3。短型行星小齿轮P3进一步接合太阳轮S3。齿轮组21的行星小齿轮 P2/3、P3可旋转地支撑在组合托架23上。齿圈R3可驱动地连接于扭矩输出轴24，该扭矩 输出轴24通过差速器和车桥总成(未示出)可驱动地连接于车辆驱动轮。齿轮组20是相 对于组合的齿轮组21串联地设置的低速传动比齿轮组。通常，变速器2优选包括用25示 出的锁定或变矩器旁路离合器，以在变矩器扭矩倍增模式完成以及流体动力学耦合模式开 始之后将变速器输入轴18直接连接于发动机5。图2示出了离合器和致动摩擦元件接合和 释放模式的图表，该图表用于建立变速器2的六个向前驱动传动比和一个倒档传动比中的每一个。在以前四个向前驱动传动比运行期间，托架P1通过轴26和向前摩擦元件A可驱 动地连接于太阳轮S3。在以第三传动比、第五传动比和倒档运行期间，直接摩擦元件B将 托架22可驱动地连接于轴27，该轴27连接于较大的节园直径太阳轮S2。在以第四、第五 和第六向前驱动传动比运行期间，超速档摩擦元件E通过轴28将涡轮轴18连接于组合托 架23。在以第二和第六向前驱动传动比运行期间，摩擦元件C用作太阳轮S2的反作用制动 器。在以第三向前驱动传动比运行期间，直接摩擦元件B与向前摩擦元件A—起应用。齿轮 组21的元件于是锁定在一起以在轴28和输出轴26之间产生直接驱动连接。在向前驱动 期间，向前摩擦元件A的扭矩输出侧通过扭矩传输元件29连接于直接摩擦元件B的扭矩输 入侧。在向前驱动期间，直接摩擦元件B的扭矩输出侧通过扭矩传输元件30连接于轴27。 通过利用低的倒档制动器D和摩擦元件B建立倒档驱动。为了说明图1的变速器的同步的传动比升档的一个示例，假定升档发生在第一传 动比和第二传动比之间。对于这种1-2档的升档，摩擦元件C在换档之前在释放位置开始 并且在换档期间接合，而低/倒档摩擦元件D在换档前在接合位置开始，并且在换档期间被 释放。向前摩擦元件A保持接合状态，而摩擦元件B和超速档摩擦元件E在整个换档期间 保持脱离状态。这种类型的变速器装置更详细的描述公开在美国专利No. 7，216，025中，该 专利结合于此供参考图3示出用于图1的自动变速器系统的从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦 元件对摩擦元件升档事件的一般过程。例如，上面已经关于1-2档同步传动比升档对该过 程进行了描述，其中，摩擦元件C是到来的摩擦元件，而低/倒档摩擦元件D是离去的摩擦 元件，但并不意图示出具体的控制方案。换档事件分成三个阶段准备阶段31、扭矩阶段31和惯性阶段33。在准备阶段31 期间，到来的摩擦元件活塞往复运动(未示出)以准备其接合。同时，离去的摩擦元件控制 力减小以向着其释放进行，如34所示。在这个例子中，离去的摩擦元件D仍然保持以35所 示的足够的扭矩能力，以保持其不滑动，将变速器2保持在低速档配置。但是，增加以36所 示的到来的摩擦元件控制力将减小在齿轮组21内的净扭矩流动。因此，输出轴扭矩在扭矩 阶段32期间明显下降，形成所谓的扭矩洞37。较大的扭矩洞作为令人不愉快的换档冲击 可以被车上的人感觉到。扭矩阶段32将近结束时，离去的摩擦元件控制力下降到零，如38 所示，而到来的摩擦元件作用力继续上升，如39所示。当离去的摩擦元件D开始滑动时扭 矩阶段32结束并且惯性阶段33开始，如40所示。在惯性阶段33期间，离去的摩擦元件D 滑动速度上升，如41所示，同时如42所示的到来的摩擦元件滑动速度朝着在43的零减小。 由于行星齿轮配置的变化，发动机速度和变速器输出速度44下降。在惯性阶段33期间，由 分布图45所示的输出轴扭矩主要受由力分布图46间接表示的到来的摩擦元件C扭矩能力 的影响。当到来的摩擦元件C完成接合或当其滑动速度在43变成零时，惯性阶段33结束， 完成换档事件。图4示出了同步的摩擦元件对摩擦元件升档事件从低速档配置到高速档配置的 一般过程，其中，与图3的情况相比，离去的摩擦元件D过早地释放，如51所示。当离去的 摩擦元件D被释放时，其打破如图1所示的自动变速器输入轴18和自动变速器输出轴24 之间的路径，不再以低速档传动比将扭矩传递给自动变速器输出轴。由于到来的摩擦元件C仍然带有由在52的低作用力所示的足够的接合扭矩，因此自动变速器输出轴扭矩大大下 降，形成能够被感觉为换档冲击的深扭矩洞53。同时，发动机速度或变速器输入速度快速增 加，如54所示，产生通常叫做发动机爆发的状态。较大的发动机爆发水平作为令人不愉快 的噪声可以被车内人员听见。一旦到来的摩擦元件C产生如由在55的上升的控制力所示 的足够的接合扭矩，则自动变速器输入速度开始下降，并且输出扭矩快速移动到56处的水 平，该水平对应于到来的摩擦元件控制力55。在一些条件下，这可能导致扭矩振荡57，这种 振荡作为令人不愉快的换档冲击能够被车内人员感觉到。图5示出了从低速档配置到高速档配置的摩擦元件对摩擦元件升档事件一般过 程，其中与图3所示的情况相比，离去的摩擦元件释放被延迟，如61所示。甚至当到来的摩 擦元件C产生如由在65处的较大的实际控制力所示的较大扭矩后，离去的摩擦元件D仍然 保持接合。因此，变速器输入扭矩继续以低速档传动比主要传递给输出轴24。但是，较大的 到来的摩擦元件控制力65引起阻力扭矩，降低了自动变速器输出轴扭矩，形成深而宽的扭 矩洞63。这种状态通常叫做齿轮元件停顿。严重的停顿可以被车内人员感觉为换档冲击或 动力损失。如图3、图4和图5所示，相对于到来的摩擦元件扭矩能力，离去的摩擦元件释放正 时的失去的同步化导致发动机爆发或停顿。两种状态都导致在换档期间改变在自动变速器 扭矩输出轴24的扭矩水平和分布图。如果这些状态严重，它们导致不希望的驱动经历，例 如不稳定的换档感觉或能够感觉到的换档冲击。现有技术的方法试图通过利用基于速度信 号测量的开环离去的摩擦元件释放控制，减轻失去的同步化的水平。其同样试图在动态地 改变的换档条件下通过在扭矩阶段期间的开环方法实现稳定的到来的摩擦元件接合扭矩。图6示出了用于控制图1中的自动变速器2从低速档配置到高速档配置的摩擦元 件对摩擦元件升档的现有技术的方法。在图6中所示的现有技术中的到来的摩擦元件控制 应用于同步的或非同步的换档所用的常规的扭矩阶段控制。在这个例子中，离去的摩擦元 件D保持接合直到扭矩阶段32结束。虽然重点放在扭矩阶段控制上，但是图6示出整个换 档控制过程。如图所示，换档事件分成三个阶段准备阶段31、扭矩阶段31和惯性阶段33。 在准备阶段31期间，到来的摩擦元件活塞往复运动(未示出)以准备其接合。同时，离去 的摩擦元件控制力在34减小以朝着其释放进行。在扭矩阶段32期间，控制器4通过基于 开环的方法操控到来的摩擦元件致动器，以遵循规定的到来的摩擦元件控制力分布图64。 由于控制系统的易变性，实际的到来的摩擦元件控制力65可以不同于规定的分布图64。即 便实际控制力65密切地遵循规定的分布图64，但由于到来的摩擦元件接合过程对诸如润 滑油流动和摩擦表面温度的接合条件的敏感性，到来的摩擦元件接合扭矩在换档与换档之 间也仍然可以极大地变化。控制器4操控足够的离去的摩擦元件控制力61，以保持离去的 摩擦元件D不滑动，以将行星齿轮组保持在低速档配置直到扭矩阶段32结束。增加到来的 摩擦元件控制力65或接合扭矩将减小在低速档配置内的净扭矩流动。因此，在扭矩阶段32 期间，输出轴扭矩66明显下降，形成所谓的扭矩洞63。如果到来的摩擦元件接合扭矩的易 变性明显改变扭矩洞63的形状和深度，则车内人员可能经受不稳定的换档感觉。控制器4 按照预先校准的分布图减少在38处的离去的摩擦元件致动器力，以便在预定的正时67释 放它。该释放正时可以以到来的摩擦元件控制力62的操控值为基础。可选地，如果控制器 4检测到明显的齿轮停顿的迹象，则离去的摩擦元件D被释放，这种停顿可以表现为在输入轴速度44中的可检测的下降。如在67处所示，当离去的摩擦元件D被释放并且开始滑动 时，惯性阶段33开始。在惯性阶段33期间，离去的摩擦元件滑动速度上升，如68所示，同 时到来的摩擦元件滑动速度朝着零减小，如69所示。由于行星齿轮配置改变，变速器输入 速度44下降。在惯性阶段33期间，输出轴扭矩66主要受到来的摩擦元件扭矩能力或控制 力65的影响。当到来的摩擦元件进入锁定或接合位置而不滑动时，换档事件完成，如70处 所示。图7示出了用于控制从低速档配置到高速档配置的同步升档过程的另一种现有 技术的方法。在这个例子中，控制器4允许离去的摩擦元件D在扭矩阶段32期间滑动。虽 然重点放在扭矩阶段控制上，但是图7示出了整个换档事件。在准备阶段31期间，到来的 摩擦元件活塞往复运动(stroke)以准备其接合。同时，离去的摩擦元件控制力86减小以 朝着其滑动进行。在扭矩阶段32期间，到来的摩擦元件控制力以受控方式升高。更具体 地，控制器4通过基于开环的方法操控到来的摩擦元件致动器以遵循规定的到来的摩擦元 件控制力分布图87。由于控制系统的易变性，实际的到来的摩擦元件控制力88可以不同于 操控的分布图87。即便实际的控制力88密切地遵循操控的分布图87，但由于到来的摩擦 元件接合过程对诸如润滑油流动和摩擦表面温度的接合条件的敏感性，到来的摩擦元件接 合扭矩在换档与换档之间也仍然可以极大地变化。增加到来的摩擦元件控制力88或到来 的摩擦元件接合扭矩减小了在低速档配置内的净扭矩流动。这导致在扭矩阶段32期间输 出轴扭矩99减小，形成所谓的扭矩洞85。如果到来的摩擦元件接合扭矩中的易变性明显改变扭矩洞85的形状和深度，那 么车内人员可能经受不稳定的换档感觉。深的扭矩洞可以被感觉为令人不愉快的换档冲 击。在扭矩阶段32期间，离去的摩擦元件控制力被减小，如82所示，以引起最初的滑动83。 控制器4试图通过基于离去的摩擦元件速度96的闭环控制，将离去的摩擦元件滑动保持在 目标水平，该速度96可以直接测量或从在预定位置的速度测量中间接获得。离去的摩擦元 件滑动扭矩的离去的摩擦元件控制力82中的易变性可以改变扭矩洞85的形状和深度，因 此影响换档感觉。如果控制器4不利地允许离去的摩擦元件滑动水平的突然增加，那么自 动变速器输入速度或发动机速度90可以瞬时地骤增，引起所谓的发动机速度爆发或发动 机爆发。发动机爆发可以被车内人员感觉为令人不愉快的声音。控制器4在所示的预定正时开始离去的摩擦元件释放过程，该正时可以以到来的 摩擦元件控制力93的操控值为基础。控制器4按照预先校准的分布图94降低离去的摩擦 元件控制力。如果离去的摩擦元件D的释放在到来的摩擦元件C产生足够的扭矩之前过早 地开始，则发动机速度或输入轴速度可以以非受控方式快速上升。如果发动机速度爆发90 被检测到，那么控制器4增加离去的摩擦元件控制力，以延迟离去的摩擦元件释放过程。可 选地，对于预定的离去的摩擦元件释放正时，控制器4可以利用速度信号，以确定最终离去 的摩擦元件释放正时。当可以表现为输入轴速度的可测量的下降的明显的齿轮停顿迹象被 检测到时，离去的摩擦元件D按照预先校准的力分布图被释放。当离去的摩擦元件扭矩能 力或控制力下降到不明显的水平95时，惯性阶段33开始。在惯性阶段33期间，离去的摩 擦元件滑动速度上升96，同时到来的摩擦元件滑动速度朝着零减小97。由于行星齿轮配置 的变化，变速器输入轴速度下降，如98所示。在惯性阶段33期间，输出轴扭矩99主要受到 来的摩擦元件扭矩能力的影响，该扭矩能力由其控制力100表示。当到来的摩擦元件C在101处变成牢固地接合时，换档事件完成。总而言之，基于扭矩阶段期间的开环到来的摩擦元件控制的现有技术的方法，不 能解决扭矩阶段期间的控制系统易变性和动态改变换档条件，导致不稳定的换档感觉或令 人不愉快的换档冲击。具有预先校准的控制力分布图的预定的离去的摩擦元件释放正时在 动态地改变换档条件下不能确保最佳正时，导致不稳定的换档感觉或令人不愉快的换档冲 击。根据速度信号计量离去的摩擦元件释放正时的可选的方法经常导致在齿轮停顿和发动 机爆发之间的振荡行为，导致不稳定的换档感觉。而且，由于其对滑动条件的高度的灵敏 性，离去的摩擦元件滑动控制十分困难。此外，在静态和动态摩擦系数之间存在较大的不连 续性，在初始滑动控制期间引起大的扭矩扰动。在扭矩阶段期间不能实现无缝的离去的摩 擦元件滑动控制导致不希望的换档冲击。正如从上面的讨论中所能够看到的，在扭矩阶段期间离去的摩擦元件和到来的摩 擦元件的可控制性是希望的，以便提供稳定的和无缝的换档质量。依赖基于速度测量的开 环方法的现有技术没有任何方案解决协调地控制通过多盘离合器或带式制动器的扭矩的 问题，并且因此在现有技术中需要一种变速器控制系统，该控制系统使得在传动比变化期 间换档时冲击最小，该传动比变化不单独依赖传统的速度信号测量，而是依赖在传动比改 变的扭矩阶段期间测量或估算在多片(plate)离合器或带式制动器中的摩擦元件负荷水 平。

发明内容
本发明涉及基于自动变速器系统的摩擦元件负荷水平的闭环换挡控制装置和方 法，该装置和设备在传动比改变的扭矩阶段期间从低速档构形到高速档构形控制到来的摩 擦元件接合和离去的摩擦元件释放过程。当压力操纵的扭矩产生元件选择地接合和释放 时，它们在变速器齿轮系统中形成扭矩流动路径。作用在离去的摩擦元件上的扭矩的负荷 直接测量或估算和到来的摩擦元件接合扭矩的直接测量和估算用来改善换档感觉。为了实 现稳定的换档感觉，在第一实施例中扭矩负荷的测量用于预测最佳的离去的摩擦元件释放 正时。当作用在离去的摩擦元件上的扭矩负荷变成零或接近于零水平时，唯一地去定释放 该离去的摩擦元件的理想正时。为了实现稳定的换档感觉，到来的摩擦元件接合扭矩水平 的测量或估算用于闭环控制方法，以紧密地遵循给定的目标轨迹。具体地说，用于控制多级传动比自动变速器中传动比换档的方法用于车辆动力传 动系。该自动变速器包括输入扭矩源、扭矩输出部件、从输入扭矩源到扭矩输出部件形成多 个扭矩流动路径的齿轮装置，以及第一和第二压力致动的扭矩产生元件，该扭矩产生元件 在传动比升档事件期间用于从具有低传动比的第一齿轮构形到具有高传动比的第二齿轮 构形的换档。该升档事件具有准备阶段、扭矩阶段和惯性阶段。扭矩阶段可以叫做扭矩传 输阶段。在准备阶段期间保持第一扭矩产生元件的扭矩能力防止滑动。在扭矩阶段期间测 量或估算通过第一扭矩产生元件传递的扭矩的量。根据本发明的第一优选实施例，在扭矩 阶段期间第二扭矩产生元件的扭矩能力通过基于测量或估算的接合扭矩的闭环控制而增 加。在扭矩阶段期间保持第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过该第一扭矩产生元件传 递的扭矩的量下降到预定量以下，并且然后减小第一扭矩产生元件的扭矩能力。根据本发 明的第二优选实施例，在扭矩阶段期间第二扭矩产生元件的扭矩能力根据测量的或估算的扭矩来控制，使得在所有时间传递的扭矩在到来的摩擦元件的有限的控制带宽下被严格控 制。在扭矩阶段期间仍然保持第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过第一扭矩产生元件 传递的扭矩下降到预定量以下，并且然后减小第一扭矩产生元件的扭矩能力。根据另一方面，提供一种用于控制车辆动力传动系的多级传动比自动变速器中的 传动比变档的方法，该自动变速器包括输入扭矩源、扭矩输出部件、从输入扭矩源到扭矩输 出部件形成多个扭矩流动路径的齿轮装置，以及第一和第二压力致动的扭矩产生元件，该 扭矩产生元件在具有准备阶段、扭矩阶段和惯性阶段的传动比升档事件期间，分别用于形 成具有低传动比的第一齿轮构形和具有高传动比的第二齿轮构形。该方法包括在准备阶段 期间保持第一扭矩产生元件的扭矩能力防止滑动；在扭矩阶段期间确定通过第一扭矩产生 元件传递的扭矩的量；在扭矩阶段期间增加第二扭矩产生元件的扭矩能力；以及基于通过 第一扭矩产生元件的转传递的扭矩的量，确定释放该第一扭矩产生元件的正时。根据又一方面，提供一种用于控制车辆动力传动系的多级传动比自动变速器中的 传动比换档的方法。该自动变速器包括输入扭矩源、扭矩输出部件、从输入扭矩源到扭矩输 出部件形成多个扭矩流动路径的齿轮装置，以及第一和第二压力致动的扭矩产生元件，该 扭矩产生元件在具有准备阶段、扭矩阶段和惯性阶段的传动比升档事件期间，用于从具有 低传动比的第一齿轮构形到具有高传动比的第二齿轮构形换挡。该方法包括在准备阶段期 间保持第一扭矩产生元件的扭矩能力防止滑动；在扭矩阶段期间确定通过第二扭矩产生元 件传递的扭矩的量；在扭矩阶段期间根据确定的扭矩量，以希望的比率增加第二扭矩产生 元件的扭矩能力，以便至少在一部分扭矩阶段，产生通过该第二扭矩产生元件传递的扭矩 的量的闭环控制；以及在扭矩阶段期间保持第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过该第 一扭矩产生元件传递的扭矩的量下降到预定量以下，并且然后减小第一扭矩产生元件的扭 矩能力。一种用于控制车辆动力传动系的多级传动比自动变速器的系统，包括用于改变第 一扭矩产生元件的扭矩能力第一致动器，和用于测量通过第一扭矩产生元件传递的扭矩的 量负荷传感器或估算器。设置第二致动器用于增加第二扭矩产生元件的扭矩能力。优选 地，该传递的扭矩基于测量的或估算的扭矩以闭环方式控制。在扭矩阶段期间控制器保持 第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过第一扭矩产生元件传递的扭矩的量下降到预定量 以下。其后控制器减小第一扭矩产生元件的扭矩能力。由于这种设置，减小发动机暴发和 换档时冲击。本发明的其他目的、特征和优点从下面对优选实施例的详细描述连同附图一起将 变得更清楚，其中在多个附图中相同的附图标记指的是对应的零部件。


图1是根据现有技术的自动变速器系统的齿轮配置的示意图；图2是示出了离合器和制动器摩擦元件接合和释放模式的图表，该图表用于产生 用于图1中示意性地示出的变速器的六个前进传动比和一个倒档传动比中的每一个；图3是用于图1的现有技术的自动变速器系统从低速档配置到高速档配置的同步 的摩擦元件对摩擦元件升档事件的一般过程的曲线图。图4是从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档事件一般过程的曲线图，其中与图3所示的情况相比离去的摩擦元件被过早地释放。图5是从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档事件一般 过程的曲线图，其中与图3所示的情况相比，离去的摩擦元件释放被延迟。图6是用于图1中的自动变速器系统的基于动力传动系部件的速度测量从低速档 配置到高速档配置的现有技术同步的摩擦元件对摩擦元件升档控制的曲线图，其中离去的 摩擦元件在扭矩阶段保持锁紧。图7是用于图1中的自动变速器系统的基于动力传动系部件的速度测量从低速档 配置到高速档配置的现有技术同步的摩擦元件对摩擦元件升档控制的曲线图，其中离去的 摩擦元件在扭矩阶段滑动。图8是根据本发明第一优选实施例用于包括负荷传感器设置的自动变速器系统 的齿轮配置的示意图；图9是根据本发明的优选实施例基于作用在离去的摩擦元件上的扭矩负荷的直 接测量或估算，用于图8的自动控制系统的从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件 对摩擦元件升档控制的曲线图；图10是示出根据本发明优选实施例的到来的摩擦元件控制方法的流程图；图11是示出根据本发明优选实施例的离去的摩擦元件释放控制方法的流程图；图12是根据本发明的第一优选实施例的用于确定离去的摩擦元件的理想释放正 时的过程的曲线图。图13是示出根据本发明优选实施例的换档控制方法的流程图；图14是根据本发明的另一个优选实施例，基于作用在离去的摩擦元件和到来的 摩擦元件上的扭矩负荷的直接测量或估算，用于图8的自动变速器控制系统的从低速档配 置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档控制的曲线图；图15是示出根据本发明另一个优选实施例的到来的摩擦元件换档控制方法的流 程图；图16A示出根据本发明的另一个优选实施例的安装在摩擦元件端片的两个齿之 间的负荷传感器组件，其用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图16B示出安装在变速器箱中的图16A的负荷传感器组件；图17A示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，其设置成紧靠从摩 擦元件的端片伸出的销，以用于测量离去的摩擦元件上的相对负荷水平；图17B示出安装在变速器箱中的图17A的负荷传感器组件；图18示出本发明另一个优选实施例的负荷传感器，该负荷传感器用薄膜型负荷 传感器构成并且附连到用于测量离去的摩擦元件上的相对负荷水平的齿；图19示出本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器用金属横 杆构成，用于测量离去的摩擦元件上的相对负荷水平；图20示出本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件安装 在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图21A-21C示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器 组件安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图22A和22B示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图23示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图24示出根据本发明另一个优选实施例的曲线图；图25示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图26示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图27示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；图28示出根据本发明另一个优选实施例的负荷传感器组件，该负荷传感器组件 安装在带式制动器型摩擦元件上，用于测量该摩擦元件上的相对负荷水平；以及图29示出根据本发明另一个优选实施例的曲线图。
具体实施例方式从参考图8开始，图8示出采用本发明的自动变速器。由于这种自动变速器装置 类似于图1中示意地示出的自动变速器装置，因此所有相同的零部件用对应的附图标记表 示，并且因此在这里对这些相同的零部件不进行重复的讨论。而是，特别重要的是增加位于 摩擦元件C中的扭矩传感器120、位于摩擦元件D中的负荷传感器130、以及位于变速器输 出轴24中的扭矩传感器131，所有的传感器都连接于用于控制变速器2的各种功能的控制 器4，这将在下面详细地描述。图9示出了根据本发明优选实施例的扭矩阶段控制方法，该方法用于图8中的自 动变速器系统从低速档配置到高速档配置的同步的摩擦元件对摩擦元件升档。在这里所示 的到来的摩擦元件控制方法也能够应用于非同步换档控制。换档事件分成三个阶段准备 阶段31、扭矩阶段32和惯性阶段33。在准备阶段31期间，到来的摩擦元件活塞往复运动 以准备其接合。同时，离去的摩擦元件控制力或其扭矩能力减小以朝着其释放进行，如404 所示。在扭矩阶段32期间，到来的摩擦元件控制力以控制的方式升高，如405所示。更具体 地说，在扭矩阶段32期间，控制器4通过直接基于到来的摩擦元件接合扭矩407的测量的 闭环控制而操控到来的摩擦元件致动器以遵循目标到来的摩擦元件接合扭矩分布图406。 到来的摩擦元件扭矩407可以利用根据本发明的负荷传感器直接测量，这在下面详细地描 述。到来的摩擦元件接合扭矩直接影响传递给车轮的变速器输出扭矩。这种基于扭矩的闭 环控制消除或大大减少了到来的摩擦元件接合扭矩灵敏性对硬件易变性和换档条件的影 响，实现了稳定的换档感觉，而与换档条件无关。对于直接测量可选地，到来的摩擦元件扭矩能够利用图8所示的扭矩传感器131 从变速器输出轴扭矩的测量来确定。数学上，到来的摩擦元件扭可以描述为测量的 输出轴扭矩；的函数T0CE(t) = G0CET0S(t)方程(1)其中可以基于给定的齿轮组几何结构容易地得到。还可选地，到来的摩擦元件扭矩能够根据在预定位置(i = 1,2,…，n)的略微变化的变速器部件速度0^通过下面的方程(2)进行估算。Toce(t) = Ftrans("^t) 方程(2)其中t表示时间，Ftrans表示变速器系统的数学描述。更具体地说，由于到来的摩 擦元件接合扭矩上升407，因此通过各种变速器部件传递的扭矩水平也变化。这形成了小的 但是可检测的…的变化。变速器模型，Ftrans能够容易推导出，以在扭矩阶段32期间当离 去的摩擦元件保持锁紧时估算到来的摩擦元件接合扭矩。控制器4操控足够的离去的摩擦元件控制力408，以使其保持不滑动，在扭矩阶段 32期间保持行星齿轮组在低速档配置中。由于到来的摩擦元件接合扭矩407增加，反作用 扭矩作用在设置于变速器箱的部件上。更具体地说，在这种情况下，通过离去的摩擦元件传 递的扭矩或作用在离去的摩擦元件D上的扭矩负荷409成比例地减少。离去的摩擦元件负 荷水平409能够利用例如在下面详细描述的扭矩传感器直接监控。可选地，在扭矩阶段32 期间当离去的摩擦元件保持锁紧时，离去的摩擦元件负荷水平409能够从测量的到来 的摩擦元件接合扭矩1_ 407或从根据方程(3)估算的到来的摩擦元件接合扭矩1~_407计 笪弁。Toge (t) = Foce/oge (Toce (t)) 方程(3)其中FraAx;E表示在低速档配置的到来的摩擦元件C和离去的摩擦元件D之间的扭 矩比例，并且能够根据齿轮组的几何结构获得。根据本发明，当作用在离去的摩擦元件D上 的扭矩负荷变成零或接近于零水平时，离去的摩擦元件D在理想的正时被释放。如410所 示，当离去的摩擦元件负荷409在411接近零时，变速器控制器4开始离去的摩擦元件D的 释放过程。如412所示，离去的摩擦元件扭矩由于没有滑动控制而快速下降。由于没有包含 离去的摩擦元件滑动控制，该方法对离去的摩擦元件中断(break-away)摩擦系数易变性 不敏感。此外，412所示的离去的摩擦元件D的快速释放几乎不引起在输出轴扭矩413中的 扰动，因为在释放瞬间离去的摩擦元件负荷水平接近于零，如411所示。一旦其控制力达到 不明显的水平，离去的摩擦元件D在411开始滑动。在惯性阶段33期间，基于到来的摩擦 元件滑动测量可以利用常规的控制方法。如415所示离去的摩擦元件滑动速度增加，而如 416所示到来的摩擦元件滑动速度减小。由于行星齿轮配置变化，变速器输入速度下降，如 417所示。在惯性阶段33期间，输出轴扭矩418主要受到来的摩擦元件扭矩水平419的影 响。对于常规控制可选地，可以继续采用基于测量或估算的到来的摩擦元件扭矩的闭环控 制。当到来的摩擦元件C完成接合或当其滑动速度变成零时，如420所示，换档事件完成。图10示出在图9所示的在扭矩阶段期间闭环到来的摩擦元件接合扭矩控制的流 程图。步骤430是扭矩阶段32的开始。在步骤431，控制器4选择希望的到来的摩擦元件 扭矩，并且在步骤432，测量或估算实际的扭矩。然后在步骤433，根据测量的/估算的扭矩 水平和实际扭矩水平之间的差，由控制器4调节到来的摩擦元件致动器。在步骤434，控制 器4判断扭矩阶段是否结束，并且如果已经结束，则在步骤436控制器4开始惯性阶段33。图11示出在图9所示的在扭矩阶段32期间离去的摩擦元件扭矩控制过程的流程 图。在扭矩阶段32开始处，该过程在步骤440开始。在步骤441，通过锁紧的离去的摩擦 元件D传递的负荷被直接测量或估算。在步骤442，当其负荷水平下降到低于预定水平时， 离去的摩擦元件D在步骤444被立即释放。在扭矩阶段32结束处，控制过程在步骤445结 束o
对于绝对负荷水平的测量或估算，可选地，图12示出基于根据本发明的相对负荷 的测量或估算，确定离去的摩擦元件D的理想释放正时的过程。图12示出在图9所示的升 档事件期间作用在离去的摩擦元件D上的实际负荷分布图451和被扭矩传感器130测量的 相对负荷分布图L(t)452。优选实施例只需要相对负荷分布图L(t)452。优选地，相对负荷 分布图L(t)452用反映实际负荷分布图451的未校准的传感器输出来构造，而非其绝对水 平。这个特征不需要在整个负荷范围内全部的传感器校准。还使得优选实施例在所有的时 间对传感器输出漂移不敏感。但是，优选实施例依赖于对传感器测量k 453的了解，传感 器测量k 453对应于零离去的摩擦元件负荷水平454。正如经常需要的，通过在车辆变速 器2处在空档或没有负荷施加在离去的摩擦元件D上的类似的条件下的同时对传感器输出 采样，能够容易地确定传感器测量k 453。在扭矩阶段32期间，变速器控制器4收集相对 负荷数据455以动态地构造相对负荷分布图L(t)452。然后，控制器4外推L(t)以预测tQ 457，其中LUJ =1^。一旦、457预先得到，控制器4预测何时开始离去的摩擦元件释放 过程。具体说，控制器4在458所示的等于At的时刻开始该释放过程，其中At是使 离去的摩擦元件控制力快速下降到零所需要的时间。以这种方式，当实际的离去的摩擦元 件负荷水平为在附图标记454所示的零或接近零时，在理想的正时、457或接近理想的正 时、457，离去的摩擦元件D开始滑动。图13示出根据本发明的新的升档控制方法的流程图。在步骤461的同步升档事 件的准备阶段31期间，在步骤462离去的摩擦元件扭矩能力或作用力减小以保持水平而不 允许任何滑动，同时在步骤463，到来的摩擦元件活塞往复运动。在扭矩阶段32期间，在步 骤465变速器控制器4利用在下面进一步描述的扭矩传感器130以预先规定的采样的频率 测量作用在离去的摩擦元件D上的相对负荷水平。控制器4重复这个测量步骤465，直到在 步骤466收集到足够的数据点，用于在步骤467动态构造相对负荷分布图，该分布图将负荷 示作时间L(t)的函数。一旦获得相对负荷分布图L(t)，控制器4在步骤468预测理想的 离去的摩擦元件释放正时、，以使Laj =1^。其中k对应于离去的摩擦元件D上的基本 零负荷水平。控制器4如步骤469所示在‘-At开始离去的摩擦元件释放过程，其中At 是使离去的摩擦元件作用力快速下降到零所需要的预先规定的时间。可选地，控制器4可 以在tttoes开始离去的摩擦元件释放过程，使得L(tttoes) = Lttoes，其中Lthres是预定的阈值。 在扭矩阶段32期间，离去的摩擦元件D不需要滑动控制。当离去的摩擦元件D被释放时， 惯性阶段33开始。优选地，在扭矩阶段32期间，图10所示的控制方法应用于到来的摩擦 元件C。在惯性阶段33期间可以应用基于速度信号的常规的到来的摩擦元件控制。在步骤 473，当到来的摩擦元件C变成牢固地接合时，在步骤474换档事件完成。图14示出根据本发明的另一个优选实施例，该实施例涉及具有到来的摩擦元件 致动器的变速器系统，与采样的负荷测量时间相比，该变速器系统可以不具有足够的控制 带宽。在扭矩阶段32的开始，基于在如间隔481所示的在、和、之间的整个时间间隔At 上预先校准的斜率480，变速器控制器升高到来的摩擦元件致动器的力。在间隔481期间， 到来的摩擦元件负荷被测量或者用比At更精细的采样时间估算，以构造接合扭矩分布图 482。与目标扭矩分布图483相比，如果该测量或估算的扭矩分布图482示出缓慢的上升， 则控制器4在、和t2之间的下一个间隔485增大被操控的到来的摩擦元件控制力的斜率。 另一方面，如果实际扭矩上升得比目标分布图快，则控制器4减小被操控的到来的摩擦元件控制力的斜率。例如在、和t2之间的间隔485期间，到来的摩擦元件负荷被测量或者用 比A t更精细的采样时间估算，以构造接合扭矩分布图486。该接合扭矩的测量或估算的斜 率486与目标分布图487进行比较，以确定用于下一个控制间隔的被操控的力分布图的斜 率488。重复这个过程直到扭矩阶段32结束。离去的摩擦元件释放控制与图9所示的相 同。图15示出在图14所示的扭矩阶段期间可选的闭环到来的摩擦元件接合扭矩控制 的流程图。在步骤520示出扭矩阶段32的开始。按照路径521，在步骤522，测量或估算离 去的摩擦元件扭矩，并且在步骤523用该离去的摩擦元件形成扭矩分布图482。该方法必 需通过如确定方框524和返回回路525所示的多次迭代。在步骤526计算扭矩斜率分布图 486或扭矩分布图482的平均导数，并且同时在步骤527计算希望的目标斜率分布图487， 并且在528与扭矩斜率分布图486进行比较。致动器力斜率在步骤529增加或在步骤530 减小，并且该过程在步骤531、532继续，直到扭矩阶段32结束。然后在步骤533该过程进 行到惯性阶段33。虽然在上面已经讨论换档控制，但是现在将讨论各种负荷传感器组件的结构。图 16A、16B、17A、17B、18和19示出根据本发明优选实施例的负荷传感器组件的多种优选的 实施例，这些传感器组件用于测量作用在离去的摩擦元件D或到来的摩擦元件C上的相对 负荷水平。图16A示出根据优选实施例的负荷传感器组件601结构的剖视图。在图16A 中，传感器组件601安装在离去的摩擦元件D的端片604的两个齿602、603之间。组件 601包括芯605、负荷传感器606和套筒607。芯605优选用金属制造，例如钢或铝，并且通 过固定螺钉609牢固地固定于变速器壳体608。负荷传感器606优选是用压力敏感材料 (pressure-resistive material)制造的薄膜型传感器。传感器606产生对应于负荷力610 的相对水平的电信号。保护传感器606的套筒607优选用橡胶、塑料或金属制造。虽然盖 子607也叫做套筒或盖子，但是应当理解，这些术语是可以互换的。图16B示出在变速器壳 体608中的传感器组件601的安装。传感器组件601牢固地设置在花键轴齿正交地设置的 位置处。当安装离去的摩擦元件片时，端片604围绕传感器组件601密配合，对传感器606 提供预负荷。因此即便当没有负荷作用在离去的摩擦元件D或其端片604上时，传感器606 也优选指示非零的输出L0。在换档事件期间，当扭矩负荷如箭头610所示地施加时，来自传 感器606的输出提供在离去的摩擦元件D上的负荷的相对测量。当这个实施例被用于测量 作用在离去摩擦摩擦元件上的相对负荷时，例如，当传感器130用来测量摩擦元件D上的负 荷时，很容易理解，当传感器输出水平达到对应于零负荷水平的L0时，最佳摩擦元件释放 正时被确定。图17A和17B示出具有与图16A的组件601类似结构的另一个传感器组件611。 组件611包括一个固定的芯612、力传感器613和套筒614。但是，如图17A所示，组件611 设置成紧靠固定于离去的摩擦元件D的端片的销615。传感器613被预加载靠在销615上， 在没有作用在离去的摩擦元件端片616 (图17B)上的扭矩负荷的情况下提供非零的输出。 当扭矩负荷作用在离去的摩擦元件D上时，销615被力617压紧，通过套筒714紧靠传感器 613。这使传感器613能够提供在离去的摩擦元件D上的扭矩负荷的相对测量。图17B示出 传感器组件611和具有在变速器壳体618中的销615的离去的摩擦元件端片616的视图。图18示出本发明的另一个潜在的实施例，其中薄膜型力传感器621直接连接于摩擦元件片623的齿622，该齿622用保护套筒624覆盖。套筒624优选用橡胶、塑料或金属 制造。当片623安装在变速器壳体625中时，传感器621通过套筒层624直接测量在摩擦 元件齿622和花键轴627之间的接触负荷，提供作用在离去的摩擦元件D上的负荷的相对测量。图19示出本发明的另一个优选实施例，其中牢固地固定于变速器壳体632的金属 横杆631被安装并位于离去的摩擦元件片635的两个齿633、634之间。当作用在片635上 的负荷水平636变化时，横杆631的应力水平发生变化。该应力水平通过应力传感器673 检测，提供作用在离去的摩擦元件D上的扭矩负荷的相对测量。优选地可以添加盖子以保 护应力传感器637。图20、21A、21B、21C、22A、22B和23-29示出本发明的各种优选实施例，这些实施例 涉及直接测量摩擦元件中的扭矩。更具体地说，图20示出具有负荷传感组件731的带式制 动器系统700的局部视图。该制动器系统700包括带式条732的固定端、销或钩子733以 及固定支架734。带式条732优选或者是单包层或者双包层型。负荷传感器组件731包括 组件芯735、负荷传感器单元736以及保护套筒或盖子737。组件芯735用金属制造并且用 螺钉739或任何其他装置牢固地安装于变速器壳体738。盖子737可以用金属、橡胶、塑料 或任何其他材料制造。盖子737保护传感器单元736不直接与销或钩子733接触，从而减 少传感器材料磨损。盖子737可以用隔热材料制造以保护传感器736不受热的影响。盖子 737还可以用作保护罩防止任何其他有害条件，包括与变速器油的电化学反应。负荷传感 器单元736设置在芯735和盖子737之间，其可以是压力敏感薄膜型负荷传感器。传感器 736的末端通过盖子737设置成紧靠销733。当控制带接合时，条732被液力伺服机构(在 下面详细描述)沿着用箭头740所示的方向拉动。带式条732被稍稍拉伸，紧靠负荷传感 器736推动销或钩子733。负荷传感器736根据接触力的大小产生电信号。S卩，传感器736 在销733的位置提供带张力的相对测量。该电信号被传输给数据采集单元(未示出)并且 然后通过电缆741传输给控制器4。图21A、21B和21C详细示出带式条的详细结构。在图21A中，带式条732具有穿 孔的部分并且弯曲以形成销或钩子753和孔752。在带接合期间孔752也用作放油孔。在 图21B中，小销或块754被铆接、螺纹连接或焊接于条732。可选地，销或钩子755可以形成 为固定支架734的一部分，如图21C所示。销755连接于带固定支架734而不是条732。传 感器组件731设置成紧靠销755。由于支架734比条732硬，因此在保持和接合两者期间， 在加载条件下它的应力比较小。因此，通过销755的微小的位移作用在负荷传感器736上 的力的水平明显减小。较低的应力水平提高传感器组件731的寿命，同时能够利用传感器 736对较低的最大力(lower maximum force)进行测量。图22A示出在带接合过程期间的传感器功能。当接合开始时，变速器控制器4发 送电信号I(t)以升高并调节施加于伺服活塞762的液压力761。由于伺服活塞开始往复运 动，伺服杆763拉动带式条732的一端764。环绕条的张力增加，将润滑油766从带-鼓界 面挤出。在接合期间，从条732到鼓767的制动扭矩通过穿过油766的粘滞剪切力部分地 传递。一旦带732与鼓767物理接触时，制动扭矩通过机械摩擦力传递。假定库仑摩擦模 型作为带式条732和鼓767之间基本的扭矩传输机制，根据常规分析，接合扭矩Teng、在销处 的带张力Fpin733和在伺服器处的带张力Fserv。769之间的关系可以表示如下
Teng = FservoR(eu e_l)方程(4)Tpin = Fservoeu 0方程(5)其中R =鼓半径，U =库仑摩擦系数，0 =带包绕角770，假定销733设置成足够 靠近固定器734。鼓767沿着与液压力761相同的方向旋转。将方程(5)代入方程(4)，得 到Teng = Fpin(l-e-e)或&” =及方程⑶由于来自传感器的电输出信号Spin与带张力Fpin是大致线性的Spin = kFpin方程(7)其中k是比例常数，将方程(7)代入方程(6)，得到Spm 二 ( k-,p\Teng = k'Teng或^=众方程⑶
KV~e )dtdt其中^劝丄-助)方程(9)根据方程(8)传感器输出Spin提供带式制动器接合扭矩Tmg的相对测量。这个实施例提供Teng的相对测量和其导数(dTeng/dt)，该导数使得在扭矩阶段32 期间能够进行到来的摩擦元件接合过程的闭环控制。这显著地改进带接合控制、减轻叫做 “抖振”行为的带式制动扭矩的突然上升。可选地，传感器信号可以用来自适当地优化开环 校准参数，例如作为油温函数的压力上升率，以便实现相容的(dTeng/dt)。类似的分析可以 用于所谓的“去能的”带接合，在这种情况下，鼓沿着与伺服器方向相反的方向自转。图22B示出在没有任何滑动的保持条件下当带式条732绕鼓767牢固地接合时传 感器功能。在这种情况下，在销处的带张力Fpin733反映来自邻接部件(未示出)的在伺服 器处的带张力Fsctv。784的水平和作用在带732和鼓767上的扭矩负荷TlMd的水平。重要的 是人们应当清楚地区别TlMd和Tmg，Teng是在滑动条件下从带到鼓施加的制动扭矩。根据常规分析，Fpin、Fservo和TlMd的之间的关系可以用代数方法表示为Fpm = Fservo + ^或 TlMd = R (Fpin-Fservo) 方程(10)将方程(10)代入方程(7)，传感器输出Spin可以描述为FSCTV。和TlMd的函数Spm =kFpin =kF謂。方程(11)注意，Fservo是从变速器控制器操控的液压控制系统的电信号I的函数，即Fserv。= Fsrv。(I)方程(12)将方程(12)代入方程(11)，得到Spin 二 kF肿=kFs_(r} + ^Thad方程(13)在没有TlMd的情况下，方程(13)变成Spm 二狄方程(14)其中对于给定的I的水平，SpinMl°adS义为无负荷条件下的测量的传感器输出。在 实践中，当需要时在车辆处于稳定条件下通过用变化的I的水平扫描伺服致动器，能够容易得到Spinn°lMd。将方程(14)代入方程(13)，得到 因此，对于给定的电输入I，Spin-Spinn°lM、I)提供扭矩负荷TlMd的相对测量。在同 步换档期间释放离去的摩擦元件的最佳正时是作用在离去的摩擦元件上的负荷或TlMd变 成零的时候。对于给定的电信号I这通过采样Spin并评估Spin-Spinn°lMd 容易得到。利用 根据这个实施例的传感器组件在所有运行条件下的同步换档期间明显改进带释放可控制 性。图23示出另一个负荷传感器组件811的剖视图，该负荷传感器组件包括插入负荷 传感器813和销或块814之间的垫块元件812，该块814连接于带式条或固定支架。垫块 元件812用选用橡胶制造。可选地，垫块元件812可以用金属制造做成弹簧的形式，例如盘 簧或锥形弹簧。保护盖815优选设置在垫块元件812和块814之间。盖815在加载条件下 容易以很微小标称的(nominal)力滑动。该负荷力通过垫块元件812的变形从块814传递 给负荷传感器813。因此，垫块元件刚度用来为在块814处的给定的加载力范围规定在传 感器813的力范围。一旦垫块元件表面变成与组件芯的表面817齐平，传递给负荷传感器 813的力受到限制。对于如图24所示的目标负荷范围，在818所示的这个非线性特性使得 高分辨率力测量成为可能，同时保护传感器818不受到过量的负荷。图25示出本发明的一个可选实施例。在这种结构中，负荷传感器821设置在在变 速器壳体823内侧的带固定器销822的底部。连接于传感器821的电缆824通过壳体823 在外面布线(route)。销822的末端插入固定支架826中，该固定支架连接于带式条825。 当带式制动器系统被致动时，条825围绕鼓流体地或机械地束紧，使得固定支架826沿着如 箭头所示的固定器负荷828的方向拉销822。因此，负荷传感器821直接测量来自固定支 架826的作用在销822上的固定器负荷828。垫块元件831优选放置在固定销822的底部 和负荷传感器821之间。应当指出，传感器821的检测面积小于垫块元件831的表面面积。 由销822支承的固定器负荷分布在垫块元件的整个表面上。因此，只有一部分固定器负荷 被传递给负荷传感器821。这使得能够利用传感器对较小的最大力进行测量。在图26中，支杆841插入固定支架826和固定销843之间。支杆841能够使固定 销843相对于带式条825和变速器壳体823弯曲地放置。而且，支杆841和销843之间的 角度845可以调节，以使支架876通过支杆841作用在销843上的轴向负荷最佳化。垫块 元件831和减小的轴向负荷能够利用传感器对较小的最大力进行测量。可选地，角度845 可以调节以减小销843上的侧向负荷，使在负荷条件下由粘性销位移引起的传感器输出滞 后最小化。在图27中的本发明的实施例共享许多关于图26中的实施例所描述的相同的特 征。首先，固定销853插入变速器壳体823里面的非螺纹孔852中。其大头854防止销通 过孔852脱落。垫块元件836和负荷传感器821放置成紧靠销头854。垫块元件836可以 用橡胶制造并且用作密封件以保护传感器821不因变速器油而损坏。在传感器821和垫块 元件836后面是传感器支撑件盘857，支撑盘857可以用金属制造。传感器支撑盘857由插 入螺纹孔859中的大插入物(plug)支持。插入物858的位置可以用螺母860调节并锁紧， 以便相对于固定支架826和支杆841将固定销853设置在想要的位置。
图28所示的本发明的实施例与图27的实施例共享多个特征。具体说，负荷传感 器821在具有升高的保持壁873支撑碟874里面放置垫块元件872的后面。垫块元件872 可以用金属制造成弹簧的形式，例如盘簧或锥形弹簧。在无负荷条件下，当保持壁873的端 部离开销975的表面时，垫块元件872的表面与销875的表面接触。当固定器负荷低于预 定水平时，整个负荷通过垫块元件872的弹性变形传递给传感器821。当固定器负荷增加 时，垫块元件872变成受压。一旦垫块元件872的表平面变成与保持壁873的端部齐平时， 保持壁873开始支承作用在销875上的负荷，限制在传感器821上的负荷。如图29所示，垫块元件刚度确定在什么位置传感器输出开始在876稳定到一水 平。本发明的这个实施例使得传感器性能能够将特定的负荷范围定为目标，使测量分辨率 877最大化。此外，为了能够进行绝对负荷测量，受限制的负荷水平876处和在零负荷水平 处的传感器输出电压能够用来自动校准传感器821。也就是当传感器输出达到最大平稳段 时，传感器输出电压和负荷水平之间的传递函数可以根据两点校准来映射。这个特征特别 有用，特别是，如果随着时间传感器特性漂移或在不同的运行条件下变化。这个受限制的负 荷特性还保护传感器不发生过载并防止故障。根据上面所述，应当很容易明白，在齿轮传动比改变的扭矩阶段期间，与现有技术 的摩擦元件控制相比本发明具有各种优点。在同步的摩擦元件对摩擦元件升档期间，优选 实施例为具有多级变速比自动变速器系统的动力传动系提供一致的输出轴扭矩分布，这种 分布减少换档时冲击。而且，在同步的摩擦元件对摩擦元件升档期间，明显减少具有多级变 速比自动变速器系统的动力传动系的换档感觉的易变性。本发明的优选实施例允许使用直 接测量的或估算的绝对的或相对负荷水平。利用相对负荷分布图，而不是绝对负荷分布图， 不需要全部传感器校准，在利用相对负荷分布图时只需要对应于零负荷水平的一点传感器 校准，并且提高克服传感器随时间漂移的强度。由于离去的摩擦元件在其负荷水平为零或 接近于零的理想的释放正时或在理想的释放正时附近释放，优选实施例在惯性阶段开始时 还提供减少的输出轴扭矩振荡，并且通过离去的摩擦元件在理想的同步正时的快速释放， 优选实施例还提供克服离去的摩擦元件中断摩擦系数的易变性的强度。其他的优点包括在同步的摩擦元件对摩擦元件升档的扭矩阶段期间，和具有超速 运转耦合元件的非同步的升档的扭矩期间，对于多级变速比系统的动力传动系具有一致的 输出轴扭矩分布和换档感觉易变性的明显减少。而且，该系统通过在同步换档期间在理想 正时的快速释放离去的摩擦元件，还提供克服离去的摩擦元件中断摩擦系数的易变性的可 靠性，和对同步和非同步换档两者提供克服摩擦元件致动系统的易变性的可靠性。离合器负荷传感器组件在该离合器接合时提供作用于离合器的扭矩负荷的相对 测量。在接合过程期间，当带逆着鼓滑动时带式制动器负荷传感器组件提供接合扭矩(制 动扭矩)的相对测量和其导数，以及当带牢固地接合于鼓而没有滑动时提供作用在带和鼓 上的扭矩负荷的相对测量。在扭矩负荷为零时传感器输出可以关于给带伺服制动器的控制 信号校准。为了减少传感器材料的磨损，在传感器组件中利用保护盖，防止负荷传感器材料 和销之间的直接接触；并且保护传感器不受有害条件的损害，包括热和诸如变速器油的电 化学反应。虽然参考本发明的优选实施例进行描述，但是应当理解，在不脱离其精神实质的 情况下可以对本发明进行各种变化和/或修改。例如，本发明可以延伸到双层包绕带式制动器系统。一般而言，本发明旨在由权利要求的范围唯一地限定 。
权利要求
一种用于控制车辆动力传动系的多级传动比自动变速器的系统，所述自动变速器包括输入扭矩源、扭矩输出部件、从所述输入扭矩源到所述扭矩输出部件形成多个扭矩流动路径的齿轮装置，以及第一压力致动的扭矩产生元件和第二压力致动的扭矩产生元件，所述扭矩产生元件在具有准备阶段、扭矩阶段和惯性阶段的传动比升档事件期间，用于分别形成具有低传动比的第一齿轮构形和具有高传动比的第二齿轮构形，该系统包括用于改变所述第一扭矩产生元件的扭矩能力的第一致动器；用于测量通过所述第一扭矩产生元件传递的扭矩的量的第一负荷传感器；用于增加所述第二扭矩产生元件的扭矩能力的第二致动器；用于测量通过所述第二扭矩产生元件传递的扭矩的量的第二负荷传感器；和控制器，所述控制器用于在扭矩阶段期间以通过由所述第二负荷传感器测量的扭矩的量部分地确定的比率增加所述第二扭矩产生元件的扭矩能力，并且保持所述第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过所述第一扭矩产生元件传递的扭矩的量下降到预定量以下，并且然后减小所述第一扭矩产生元件的扭矩能力。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括用于测量在变速器输出轴传递的扭矩的量的第 三负荷传感器，并且其中所述比率由用所述第三负荷传感器测量的扭矩的量部分地确定， 并且在所述扭矩阶段期间所述控制器保持所述第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过所 述第三扭矩传感器确定的通过所述第一扭矩产生元件传递的扭矩的量下降到预定量以下， 然后所述控制器减小所述第一扭矩产生元件的扭矩能力。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括用于测量在变速器输出轴传递的扭矩的量的第 三负荷传感器，并且其中所述比率由用所述第三负荷传感器测量的扭矩的量部分地确定， 并且在所述扭矩阶段期间所述控制器通过利用闭环控制增加或减小所述第二扭矩产生元 件的扭矩能力。
全文摘要
本发明公开一种用于控制车辆动力传动系的多级传动比自动变速器的系统，该系统包括用于改变第一扭矩产生元件的扭矩能力的第一致动器；用于测量通过第一扭矩产生元件传递的扭矩的量的第一负荷传感器；用于增加第二扭矩产生元件的扭矩能力的第二致动器；用于测量通过第二扭矩产生元件传递的扭矩的量的第二负荷传感器；和控制器，其用于在扭矩阶段期间以通过由第二负荷传感器测量的扭矩的量部分地确定的比率增加第二扭矩产生元件的扭矩能力，并且保持第一扭矩产生元件的扭矩能力，直到通过第一扭矩产生元件传递的扭矩的量下降到预定量以下，并且然后减小第一扭矩产生元件的扭矩能力。
文档编号F16H61/04GK101858427SQ201010163198
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者D·亚内基夫, D·波普乔伊, G·M·彼得罗恩, J·W·L·麦卡勒姆, J·布特维恩, M·雷迪塞, R·O·伯克哈特, S-H·李, 藤井雄二 申请人:福特环球技术公司