商用车无同步器变速器中间轴制动器自适应控制方法与流程

本发明涉及一种商用车无同步器变速器中间轴制动器自适应控制方法，属于商用车自动机械式变速器（AMT）领域。

背景技术：

在商用车自动变速器领域，特别在重型卡车自动变速器领域，AMT自动变速器逐渐成为商用车自动变速器的主要形式。在国外，商用车AMT变速器技术已经成熟，各大汽车厂商先后推出了自己的AMT变速器产品。在国内，各汽车厂商也纷纷加快AMT变速器产品研发步伐，力争突破商用车AMT产品研发关键技术。AMT变速器具有传统手动变速器的传动效率高、制造成本低、容易进行维修的特点。由于AMT变速器在换挡过程自动完成，可减小换挡冲击，提高换挡舒适性，进一步降低驾驶员劳动强度等优点，AMT变速器在商用车自动变速器领域具备较好的发展前景。

在商用车AMT自动变速器领域，变速器本体多采用多挡箱结构，变速器主箱多采用无同步器结构，副箱为有同步器换挡结构。在变速器升档换挡过程中，变速器主箱由低挡位换高挡位时，为了快速实现变速器挡位齿轮转速同步，进一步缩短变速器升挡时间，需要使用变速器中间轴制动器对中间轴进行制动。在此过程中，变速器电子控制单元（TCU）控制中间轴制动器电磁阀，实现变速器主箱目标齿轮转速同步过程。在齿轮转速同步后，完成变速箱挡位快速切换。

无同步器变速器换挡过程对齿轮的转速控制有严格的要求，待啮合的一对齿轮的结合齿套和结合齿圈上相应的内、外花键齿的圆周速度差必须在一定值范围内。齿轮相对转速差过大，换挡时变速箱产生冲击较大，换挡品质下降，严重会使变速器齿轮之间产生撞击，导致变速器齿轮损坏；齿轮相对转速差过小，换挡齿轮与结合套极易发生顶齿、卡滞现象，导致变速器换挡时间变长，甚至出现换挡过程失败，因此在变速器换挡时，必须对中间轴转速进行精确控制。

在无同步器变速箱换挡过程中，特别在车辆静态状态下，变速器挂起步挡位时，为实现变速器换挡响应迅速、换挡振动噪音小、换挡成功率高，必须使用中间轴制动器对变速器中间轴轴承制动，在变速器中间轴转速进入同步转速区域内进行挂挡，保证变速箱换挡品质和换挡成功率。

无同步器变速器中间轴制动器具有自身的机械特性，制动器对变速器中间轴转速的制动控制具有滞后性。在开启中间轴制动器过程中，制动器具有一定的延时性；在解除制动器制动时，制动器具有较大的惯性，继续保持制动力一段时间，才能完全解除制动器对中间轴轴承的制动力。在不同变速器之间，中间轴制动器的响应存在制动器响应快慢的差异；对于同一台变速器，伴随变速器使用里程的增加，中间轴制动器的响应特性和制动能力也会发生变化。而且，变速器内齿轮润滑油的粘度，也对中间轴转速精确控制产生一定的影响。即使同一品牌变速器齿轮润滑油，在不同的温度区间内，因润滑油的粘度系数差异，也会对中间轴转速控制产生影响。

传统的控制方法需要对中间轴制动器系统进行物理建模分析，充分考虑中间轴制动器系统中的各个零部件的特性以及零部件使用的差异性，在不同变速器工作温度区间内，对TCU内数据进行标定。只有TCU内标定数据需覆盖变速器使用的各个工况，才能保证AMT变速器产品周期内换挡品质一致性。同时，传统的控制方法对中间轴制动器各零部件的特殊特性参数必须进行严格限制，在中间轴制动器零部件特性发生轻微变化时，必须更换零部件，来保证AMT变速器的换挡品质。采用传统的控制方法具有AMT变速器产品开发周期长、TCU数据标定工作量大、产品适应能力差、产品维护成本高的特点。

技术实现要素：

本发明目的是针对上述问题，在分析中间轴制动器机械特性和中间轴制动器响应特性基础上，提出一种商用车无同步器变速器中间轴制动器自适应控制方法，其能够自动适应不同变速器中间轴制动器的机械差异性以及同一变速器中间轴制动器特性的变化，并不断进行TCU内中间轴制动器控制参数的调整，保持TCU内中间轴制动器控制参数最优化；本发明公开的中间轴制动器控制方法具有控制适应能力强、控制鲁棒性好、TCU数据标定少、产品研发周期短、产品一致性好的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：商用车无同步器变速器中间轴制动器自适应控制方法，能够根据变速器齿轮润滑油特性以及变速器在不同的温度区域内，自动调节中间轴制动器的控制参数，实现无中间轴转速的最优控制过程。其特征在于具体步骤如下：

1）变速器电子控制单元TCU需要对新匹配的变速器中间轴制动器系统的初始参数进行学习，并在中间轴制动器使用过程中，不断调整、修正中间轴制动器控制参数，保持TCU内中间轴制动器控制参数与中间轴制动器的机械特性一致；

2）TCU对中间轴制动器初始参数学习功能，可以通过整车下线检测设备、汽车故障诊断仪或在设定的特定条件下自动触发。在中间轴制动器学习条件满足的情况下，由TCU自动控制完成，不需要外界干预；通过中间轴制动器初始参数学习功能，实现TCU与变速器中间轴制动器的快速匹配；学习完成后，中间轴制动器的特性参数自动存储；

3）TCU对中间轴制动器初始参数学习条件，在车辆静止、发动机怠速条件下进行。

4）TCU对中间制动器初始参数学习过程，先进行离合器分离，再进行中间轴制动器制动控制参数学习，学习完成后，输出中间轴制动器参数，并接合离合器。

5）TCU对中间轴制动器参数学习功能，其输出参数包括中间轴转速自由降速速率、中间轴制动器响应时间、中间轴制动器最大制动能力以及中间轴电磁关闭后制动器持续作用到解除制动力过程中间轴转速变化的速差。

6）TCU实现中间轴制动器初始参数学习功能，并能够完成中间轴制动器参数数据的存储，在钥匙门关闭时，TCU自动保存中间轴制动器参数数据，在钥匙门开启时，TCU自动加载中间轴制动器参数数据。

7）在变速器换挡控制过程中，TCU使用中间轴制动器参数对中间轴转速控制，并在控制过程中，对中间轴制动器特性参数再次修正，实现TCU对中间轴制动器控制参数动态更新。

8）TCU利用中间轴制动器初始参数进行控制，并对变速器各个温区的制动器控制参数进行修正，完成变速器各工况条件下中间轴制动器控制参数的最佳调整。

与现有的技术相比较，本发明的积极效果是能够对中间轴制动器性能进行快速识别，能够适应变速器中间轴制动器滞后性强、惯性大的特性；对制动器工作的各阶段响应特性参数计算，判定中间轴制动器零部件状态；可以使TCU获取中间轴制动器的初始参数，对中间轴制动器进行控制，并能根据变速器换挡的控制效果，自动调节中间轴制动器控制参数，动态更新TCU内中间轴制动器特性参数，保持TCU内中间轴制动器参数数据与制动器机械特性变化一致；使TCU根据变速器在不同工作温度区间内，不同气压状态下，对中间轴制动器控制参数进行自动调整，快速适应当前变速箱机械特性的变化，实现变速箱在不同工况下，换挡品质一致性；可以使TCU适应变速器机械零部件特性的变化。伴随变速器使用里程增加，制动器电磁阀响应时间发生变化、制动器气缸阻力变大、制动器片制动能力下降、制动器回位弹簧响应变慢等现象发生时，该方法可以自动适应被控对象的变化，动态调节控制参数，保证变速器具有良好的换挡品质；在变速器内齿轮润滑油品型号发生变化时，能够快速识别中间转速降速速率，调节中间轴制动器控制参数，进而保障变速器中间轴转速控制效果，提高了产品的适应能力，降低了产品的维护费用；能够实现对变速器中间轴制动器各部件进行客观评价，明确了中间轴制动器系统中各参数。在产品维修、维护中，能够指导维修人员进行制动器系统机械零部件快速维修，降低维修成本；进一步减少TCU内对变速器中间轴制动器参数的标定过程，缩短产品开发周期，减少产品研发费用，并能良好的适应AMT变速器的产品售后服务，提高AMT产品的可维护性。

附图说明

图1 为本发明专利AMT变速器中间轴制动器机械结构。

图2 为本发明专利AMT变速器中间轴制动器参数学习流程图。

图3 为本发明专利AMT变速器中间轴制动器参数学习曲线图1。

图4 为本发明专利AMT变速器中间轴制动器参数学习曲线图2。

图5 为本发明专利AMT变速器中间轴制动器控制器参数调节图。

具体实施方式

为了清晰的阐述本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细的说明；如图1所示，为本发明专利的AMT无同步器变速器中间轴制动器系统机械结构，其包括制动器摩擦片2、制动器气缸4、制动器活塞3、制动器回位弹簧5、制动器气管6；其中制动器摩擦片为多片湿式摩擦片，与变速器中间轴花键1连接。在使用中间轴制动器控制中间轴转速时，TCU控制打开中间轴制动器电磁阀，高压气体从气管6进入制动器气缸4中，制动器活塞3在高压气体的作用下压紧制动器摩擦片2，制动器摩擦片与中间轴花键1连接，通过制动器摩擦片的摩擦力对中间轴转速进行制动。TCU关闭制动器电磁阀，解除制动器制动时，高压气体在气缸内由气管排出，在制动器回位弹簧5的作用下，解除制动器摩擦片对中间轴的制动过程。

商用车无同步器变速器中间轴制动器自适应控制方法，能够根据变速器齿轮润滑油特性以及变速器在不同的温度区域内，自动调节中间轴制动器的控制参数，实现无中间轴转速的最优控制过程。其特征在于具体步骤如下：

1）变速器电子控制单元TCU需要对新匹配的变速器中间轴制动器系统的初始参数进行学习，并在中间轴制动器使用过程中，不断调整、修正中间轴制动器控制参数，保持TCU内中间轴制动器控制参数与中间轴制动器的机械特性一致；

2）TCU对中间轴制动器初始参数学习功能，可以通过整车下线检测设备、汽车故障诊断仪或在设定的特定条件下自动触发。在中间轴制动器学习条件满足的情况下，由TCU自动控制完成，不需要外界干预；通过中间轴制动器初始参数学习功能，实现TCU与变速器中间轴制动器的快速匹配；学习完成后，中间轴制动器的特性参数自动存储；

3）TCU对中间轴制动器初始参数学习条件，在车辆静止、发动机怠速条件下进行。

4）TCU对中间制动器初始参数学习过程，先进行离合器分离，再进行中间轴制动器制动控制参数学习，学习完成后，输出中间轴制动器参数，并接合离合器。

5）TCU对中间轴制动器参数学习功能，其输出参数包括中间轴转速自由降速速率、中间轴制动器响应时间、中间轴制动器最大制动能力以及中间轴电磁关闭后制动器持续作用到解除制动力过程中间轴转速变化的速差。

6）TCU实现中间轴制动器初始参数学习功能，并能够完成中间轴制动器参数数据的存储，在钥匙门关闭时，TCU自动保存中间轴制动器参数数据，在钥匙门开启时，TCU自动加载中间轴制动器参数数据。

7）在变速器换挡控制过程中，TCU使用中间轴制动器参数对中间轴转速控制，并在控制过程中，对中间轴制动器特性参数再次修正，实现TCU对中间轴制动器控制参数动态更新。

8）TCU利用中间轴制动器初始参数进行控制，并对变速器各个温区的制动器控制参数进行修正，完成变速器各工况条件下中间轴制动器控制参数的最佳调整。

在中间轴制动器初始参数学习时，检查在当前变速器温度下，变速器中间轴自由降速速率、中间轴制动器系统制动响应时间、中间轴制动器最大制动能力以及关闭中间轴制动器电磁阀后制动力持续作用影响的中间轴转速速差。如图2所示中间轴制动器初始参数学习流程，中间轴制动器初始参数学习时，在过程11中，TCU检测到离合器完全分离，开始计算中间轴自由降速斜率。

如图3。离合器分离后，发动机转速31基本保持不变，中间轴转速32进入自由降速阶段，选取在时刻中间轴转速点，设定点为中间轴自由降速起点。选取时刻中间轴转速为自由降速终点。计算自由降速时间和中间轴自由降速速差，如下：

根据计算中间轴转速自由降速斜率：

TCU控制离合器分离、接合，多次计算中间轴转速自由降速斜率，最终输出中间轴降速斜率如下：

其中n为中间轴自由降速斜率计算次数，为TCU内标定值。

如图2的过程12判定当前变速器中间轴转速降速斜率是否符合标准的设定阈值范围。如果值不在中间轴转速自由降速的标准阈值范围内，需进行中间轴制动器系统异常排查。

如图2中过程13和图4所示，在中间轴制动器初始参数学习时。在时刻，通过离合器传感器位置33判定该时刻离合器已经完全分离，在时刻开启中间轴制动器电磁阀34，表示在时刻对应的中间轴转速值。离合器分离后，发动机转速31保持怠速。在至的时间段内，制动器气缸开始建立压力，并开始产生制动力作用在中间轴上。定义中间轴制动器响应时间：

在时刻对应的中间轴转速值为制动器制动力开始作用点，中间轴转速32在制动器的制动力作用下进入制动降速过程。在时刻，关闭中间轴制动器电磁阀。时刻对应中间轴转速值。至的时间段内为中间轴制动器有效制动时间定义为：

根据制动器有效制动时间和制动转速差，计算中间轴制动器制动能力：

中间轴制动器电磁阀关闭后，制动器的制动力逐渐解除。选取为中间轴制动器的制动力完全解除时刻，对应中间轴转速值。在时刻中间轴制动器电磁阀34关闭，时刻制动器制动力完全解除。计算自至的时间段内，制动器影响中间轴转速速差：

中间轴制动器制动力完全解除后，中间转速进入自由降速阶段。

检查中间轴制动器响应时间参数、制动器制动能力参数、制动器解除滞后速差是否符合标准值，进而判定中间轴制动器系统状态。中间轴制动器初始参数学习过程也是制动器性能检查过程，该过程实现了TCU与变速器中间轴制动器参数的快速匹配过程，准确判断中间轴制动器相关零部件状态，并为中间制动器适应控制提供基础控制参数。

在车辆静止条件下，TCU接收到换挡手柄的挂挡请求后，控制变速箱从空挡位置挂入1挡位置。如图5所示，TCU根据换挡目标挡位51计算出变速器挂目标挡位时中间轴最佳同步转速。中间轴转速在最佳同步转速的上边界一定区域范围内为最佳挂挡窗口。在最佳挂挡窗口内，变速器挂挡成功率高、挂挡时间短、振动噪音小。

在TCU对中间轴转速同步控制过程中，如图5，TCU根据目标挡位最佳同步转速、最佳挂挡转速区和制动器滞后速差，计算出换1挡时中间轴制动器电磁阀关闭时的中间轴转速点：

在中间轴转速32小于点时刻，关闭中间轴制动器电磁阀，停止制动器对中间轴的制动力。在中间轴转速32变化率不大于当前温度下中间轴制动器自由降速速率时，如图5中，TCU判定时刻对应的中间轴转速制动力已经完全解除。并在时刻开始测量换挡窗口的大小，在时刻对应中间轴转速32值小于最佳同步转速。输出实际测量的换挡窗口：

由预设的最佳换挡窗口大小和实际测量的换挡窗口计算本次换挡窗口偏差：

TCU使用中间轴制动器对中间轴转速进行同步控制过程中，控制换挡窗口偏差在一定的范围内。如果小于设定阈值范围的下边界，TCU将调节增大，在对中间轴制动器控制过程中，减少中间轴制动器电磁阀开启时间。如果大于设定阈值的上边界，TCU将调节减小，在对中间轴制动器控制过程中，增加中间轴制动器电磁阀开启时间。通过检测挂挡窗口偏差的范围，控制中间轴制动器电磁阀打开和关闭的时间，实现中间轴制动器的精确控制。

如图5，在TCU使用中间轴制动器制动中间轴转速的过程中，TCU计算本次中间轴制动器电磁阀关闭后制动器制动力解除过程中滞后速差。由本次测量的与初始参数学习计算滞后转速偏差，如下：

通过在一定阈值范围内对进行修正，并结合当前变速器温度，对该温度区域下中间轴制动器控制参数进行更新。钥匙门关闭时刻，将更新后存储在TCU中。

在不同温度区域内使用中间轴制动器时，TCU根据中间轴制动器初始参数值，对不同工作温度区间内制动器参数值进行动态修正，并保存在TCU内，保证AMT变速器在整个工作温度区间内中间轴转速同步控制准确性。

本发明公开了一种无同步器AMT变速器中间轴转速适应性控制方法，实现了在变速器换挡过程中TCU对中间轴转速的精确控制。尽管对其中一些发明的具体实施方式进行了描述，但本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他形式实施。在不脱离所附各权利要求所定义的本发明精神及其范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。