变速器换档的制作方法

本发明涉及一种级齿轮变速器装置(step-gear transmission device)及其操作。

背景技术：

变速器装置用在机动车辆中以从扭矩发生装置(诸如内燃机)向车辆动力传动系统传递扭矩以响应于操作者请求产生牵引力。变速器装置包括齿轮组和离合器，离合器用于以多个固定传动比中的一者传递扭矩。

从一个齿轮元件到另一个齿轮元件的转换可为升档，即变为较高档位，或降档，即变为较低档位。转换可进一步定义为开车换档，即当加速器踏板被压下时发生的转换，或停车换档，即当加速器踏板被释放时发生的转换。开车换档(升档和降档)相对于停车换档可能需要更为精确的控制，因为驾驶员更应该注意当车辆加速时发生的转换。由于温度、磨损以及其它因素，在车辆间可能发生离合器制动的变化，且在车辆的换档事件间也可能发生离合器制动的变化。在一个系统中，5kPa离合器复位簧弹力的变化可影响离合器制动及相关的离合器换档体验。在当前系统中，形成保持离合器变化率可能需要时间密集的校准工作。

技术实现要素：

本发明描述了包括多个行星齿轮组和多个离合器的固定齿轮变速器(fixed-gear transmission)。一种用于控制固定齿轮变速器的方法包括：命令同步跳跃变速器换档的第一次迭代，并在执行所述换档期间监测待与同步跳跃变速器换档有关的待接合保持离合器的离合器滑移，所述检测包括监测待接合保持离合器的同步以及最大离合器滑移过冲值。在执行同步跳跃变速器换档的后续迭代期间，响应于待接合保持离合器的离合器同步而适应性地控制待接合保持离合器的递增式离合器压力变化率。

结合附图，从以下实施如所附权利要求书所限定的本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述中，可以容易地理解本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。

附图说明

将通过举例的方式，参照附图，描述一个或多个实施例，其中：

图1示意性的示出了根据本发明的固定齿轮变速器和伴随的变速器控制器的杠杆图；

图2图示示出根据本发明的与执行同步跳跃变速器降档的一部分相关的离合器压力和变速器速度，该同步跳跃变速器降档包括第一开车降档和第二开车降档；

图3示意性示出根据本发明的离合器滑移过冲控制例程，其包括用于在启动过程中确定和控制离合器之一的离合器滑移过冲的过程；以及

图4图示示出了根据本发明的表明用于待接合保持离合器的离合器滑移的代表性离合器滑移数据，其包括指示离合器同步的零滑移线、最小优选离合器滑移和最大优选离合器滑移。

具体实施方式

现参照附图，其中描述仅用于表示特定示例性实施例而不用于对其作出限制，图1示意性示出了配置为在多个固定档位状态之一时操作的固定齿轮变速器10和伴随的变速器控制器15的杠杆图。变速器10表示变速器的一个实施例，并为监测参照图2、图3和图4描述的例程提供背景。其他变速器可采用此处所描述的具有相似效果的概念。

在一个实施例中，采用变速器10在车辆输入构件12和输出构件14之间传递扭矩，且输入构件12旋转地联接到扭矩产生器(例如通过变矩器的内燃机)，并且输出构件14旋转地联接到动力传动系统以将牵引力传递到车辆车轮用于推进。变速器10包括多个相互作用的行星齿轮，包括第一行星齿轮组20、第二行星齿轮组30、第三行星齿轮组40和第四行星齿轮组50。如图所示，每个行星齿轮组均为简单的行星齿轮组，包括太阳齿轮、通过公共承载器联接的多个行星齿轮和环形齿轮，每个齿轮联接到旋转构件。如此，第一行星齿轮组20包括第一太阳齿轮22、第一行星齿轮24和第一环形齿轮26；第二行星齿轮组30包括第二太阳齿轮32、第二行星齿轮34和第二环形齿轮36；第三行星齿轮组40包括第三太阳齿轮42、第三行星齿轮44和第三环形齿轮46；第四行星齿轮组50包括第四太阳齿轮52、第四行星齿轮54和第四环形齿轮56。每个前述太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮都响应于变速器旋转速度节点。可采用其他变速器配置和行星齿轮组，包括复合行星齿轮。

在变速器10的一个实施例中，变速器齿轮配置如下：本发明提供了用于说明的特定值，其不用于限定此处所描述的概念。第一行星齿轮组20是输出齿轮组，其具有83/37的轮齿数比、1.0的标称环形齿轮/负荷齿轮比和2.24的太阳齿轮/负荷齿轮比。第二行星齿轮组30是输入齿轮组，其具有83/37的轮齿数比、1.0的标称环形齿轮/负荷齿轮比以及2.24的太阳齿轮/负荷齿轮比。第三行星齿轮组40是反应齿轮组，其具有74/25的齿轮数比、1.0的标称环形齿轮/负荷齿轮比以及2.96的太阳齿轮/负荷齿轮比。第四行星齿轮组50是超速传动齿轮组，其具有74/46的齿轮数比、1.0的标称环形齿轮/负荷齿轮比以及1.607的太阳齿轮/负荷齿轮比。变速器10包括多个可控离合器和制动元件，包括可控可选单向离合器(CB1R)61、第一制动器(CB38)62、第一离合器(C57R)63、第二离合器(C6789)64、第二制动器(CB123456)65、第三离合器(C4)66和第三制动器(CB29)67。如此处所用，术语“离合器”和“制动器”指任意类型的选择性可激活扭矩传递装置，包括如单个或复合的摩擦片离合器或组件、带式离合器和制动器以及机械单向离合器。“离合器”可旋转地连接两个旋转构件的旋转，而且“制动器”为旋转构件向变速器箱16的旋转提供支持。优选液压控制电路80受变速器控制器15的控制，该液压控制电路80可操作地控制前述离合器和制动器的启动与停止，从而借助变速器10控制动力流。前述离合器和制动器在该集合中也指代“离合器”。

变速器10包括多个旋转速度传感器，其包括监测输入构件12的旋转位置和速度的输入速度传感器72、监测输出构件14的旋转位置和速度的输出速度传感器74以及一个或多个中间节点速度传感器76。如图所示，单个中间节点速度传感器76监测变速器10中间节点之一的旋转速度。具体而言，在该实施例中，中间节点速度传感器76监测第三太阳齿轮42的旋转速度。可利用从输入速度传感器72、输出速度传感器74和单个中间节点速度传感器76监测到的速度，使用与变速器10机械互连相关的信息，直接且动态地计算图示九档变速器10中每个节点的旋转速度。在包括十档变速器的可选实施例中，可采用两个中间节点速度传感器以直接计算变速器每个节点上的旋转速度。

变速器控制器15经由通信线路11与换档控制器85和液压控制回路80通信，以控制变速器10的操作。变速器控制器15在操作期间动态地监测来自每个速度传感器72、输出速度传感器74以及中间节点速度传感器76的输入。传感器72、74、76中的每一个均可以是能够响应于关注的旋转构件的目标元件通过而产生电可读信号的任何旋转感测装置，通过示例，所述旋转感测装置包括霍尔效应传感器、磁致伸缩传感器、可变磁阻传感器或者另一合适的边缘感测装置。目标元件优选具有多个等距间隔的检测边缘，例如，以相同旋转幅度被索引的下降边缘。在一个实施例中，目标元件具有以6度的旋转而被索引的六十个(60)等距间隔的下降边缘。目标元件可以采用其他数量的检测边缘。来自传感器72、74及76中的每个的信号输出可以指示旋转方向，即，指示旋转的正向或反向。旋转感测装置的应用和使用对于本领域技术人员而言是已公知的。

表1示出离合器和制动器启动以及通过用于各个齿轮的变速器10的动力流，其中，‘X’表示各自的离合器的启动以实现在指示的档位状态进行操作。

表1

再次参考图1，液压控制回路80控制变速器10的各个元件。本发明的目的是液压控制回路80控制离合器61-67的启动和停止，并且包括以线性压力将液压流体供应至液压控制回路80的液压源。液压控制回路80基于从换档控制器85处接收到的压力指令，选择性地以第二压力将液压流体供应至离合器61-67。第二压力可以称为离合器控制压力。尽管未示出，液压控制回路80可以包括机电制动器，如电磁阀，以及液压元件，如用于控制离合器控制压力的提升阀和止回阀。液压控制回路80通过选择性地将流体供应至离合器61-67的施压室或从离合器61-67的施压室排出流体来控制离合器控制压力。

基于从变速器范围选择器82、制动踏板83以及加速踏板84收到的驾驶员输入，变速器控制器15控制变速器10的操作，其可生成直接传送或经由用户界面81传送的信号。驾驶员使用变速器范围选择器82来传送期望的变速器范围或变速器10的传动比，并且可包括拨上/拨下换档能力。驾驶员使用加速踏板84来传送期望的车辆加速度。驾驶员使用制动踏板83来传送期望的车辆减速度。变速器控制器15还基于从检测车辆系统10的一个或多个操作条件的各种传感器接收的车辆输入来控制操作。

变速器控制器15与换档控制器85通信以在启动降档期间控制待脱离的和待接合的离合器的离合器控制压力，即，当压下加速踏板84时发生降档。换档控制器85控制离合器通过将定时控制信号输出至指示期望的离合器控制压力的液压控制回路80来控制压力。换档控制器85基于操作条件来控制离合器控制压力，操作条件可包括输入或涡轮速度、补偿的输入扭矩、变速器温度、环境压力、齿轮滑移以及车辆速度。换档控制器85可以响应于变速器范围选择器82、加速踏板84以及制动踏板83的操作者输入来控制离合器控制压力。换档控制器85还基于从前述传感器接收的输入来控制发动机输出扭矩。

词语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和相似的词语指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如微处理器)以及存储器和存储装置(只读、可编程只读存储器、随机存取、硬盘驱动器等等)的形式的相关的非暂时性存储器组件的任何一种或各种组合。非暂时性存储器组件能够以一个或多个软件或硬件程序或例行程序、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路、以及可由一个或多个处理器访问的其他组件的形式存储机器可读指令，以提供所述的功能。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入的相关装置，在预设的采样频率处或响应触发事件监测这些输入。软件、硬件、程序、指令、控制例行程序、代码、算法和类似的词是包括校准和查找表的任何控制器可执行的指令集。每个控制器执行控制例行程序以提供期望的功能，包括监测来自传感装置和其他联网控制器的输入并且执行控制和诊断指令以控制制动器的工作。例行程序可以以有规律地时间间隔执行或循环执行，例如，在正在进行的操作期间每6.25ms、12.5ms、25ms或100ms执行。另一方面，例行程序可以响应于触发事件的发生来执行。控制器之间以及在控制器、制动器和/或传感器之间的通信，可以利用直接的有线连接、联网通信总线连接、无线连接或任何其他合适的通信连接来实现，并且由通信线路11指示。通信包括以任何合适的形式交换数据信号，包括例如经由导线介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导管的光信号等等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入的信号，表示制动器命令的信号，以及在控制器之间的通信信号。词语“模型”指基于处理器的或处理器可执行的代码以及模拟装置的物理存在或物理过程有关校准。如本文所使用的，词语“动态的”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程，并且其特征在于在执行例行程序期间或在执行例行程序的迭代之间监测或以其他方式确定参数的状态并且有规律地或周期性地更新参数的状态。

涡轮或者输入速度为扭矩转换器的涡轮的旋转速度，扭矩转换器可旋转地与变速器输入部件12联接。涡轮速度可以利用各种方法来确定。作为一个示例，可以基于变速器输入部件12的旋转速度利用输入速度传感器72来确定涡轮速度。

变速器温度是离合器的施压室内的流体的估算温度。变速器温度可利用各种方法来确定。作为一个示例，变速器的温度可以基于由液压源供应的流体的温度来确定。变速器流体温度传感器可以检测流体的温度。

环境空气压力是环境空气的绝对压力。环境压力可通过检测环境压力的传感器直接测量。另一方面，可以基于一个或多个测量的发动机操作条件估算环境压力，该操作条件包括质量空气流(MAF)、歧管空气压力(MAP)以及节流阀位置。MAF、MAP以及节流阀位置可以通过位于发动机进气系统中的一个或多个传感器检测。

齿轮滑移是估算的输出轴速度和测量到的输出轴速度之间的差异。齿轮滑移还可以是在受控传动比处估算的涡轮速度和测量到的涡轮速度之间的差异。当测量到的涡轮速度大于估算的涡轮速度时发生正齿轮滑移。在受控传动比处的估算的涡轮速度可以通过由受控传动比乘以输出部件14的旋转速度来计算。传感器74的输出速度可以由输出部件14的旋转速度来测量。

车辆速度为车辆系统相对于地面的线速度。基于车轮的旋转速度可以确定车辆速度。车轮速度传感器可以配置成测量车轮的旋转速度。

当踏板位置传感器指示驾驶员已经踩到加速踏板84中时，换档控制器85可以执行开车降档，从而请求车辆加速。当驾驶员最初踩下加速踏板84时换档控制器85可以启动第一开车降档，当驾驶员再踩下加速踏板时该换档控制器可以启动第二开车降档。当这种情况发生时，在完成第一开车降档之前换档控制器85启动第二开车降档。当驾驶员大幅度踩下加速踏板84以迅速地加速车辆时也可以执行连续降档。连续降档可能会导致禁止的换档事件，其中在换档过程中施加任何待接合离合器之前释放所有待脱离离合器。所有释放的离合器的操作可能会导致伴随伤害风险的不受控的变速器操作。

一种以避免禁止的换档事件发生的方式对自动级齿轮变速器进行换档的方法在此处被称为同步跳跃降档。同步跳跃降档是一种包括在第一次降档结束前启动第二次降档的连续降档。在同步跳跃降档中，在输入速度达到同步前启动第二次降档，从而使变速器在输入速度达到与第一次降档相关的受控的传动比的目标输入速度时从第一次降档跳跃到第二次降档。

图2图示示出与执行同步跳跃变速器降档的部分相关的离合器压力和变速器速度，该同步跳跃降档包括第一开车降档和第二开车降档，所有同步跳跃降档都在水平轴上以时间的关系显示。在采用多个行星齿轮组的固定齿轮传输系统的实施例中有利地使用了此操作，例如：一个使用参考图1所描述的四个行星齿轮组的九档变速器的实施例。显示第一开车降档发生在时间点201和204之间，而第二开车降档显示发生在时间点204和208之间。换档控制器85在第一开车降档的同步时或在其之前启动第二次开车降档。当测量的涡轮机速度等于第一开车降档的受控传动比处估算的涡轮机速度时，第一开车降档的同步发生。以此方式，换档控制器85执行同步跳跃降档。

在示出的同步跳跃降档期间目标变速器的值包括待接合保持离合器的离合器滑移210、相关的待接合保持离合器压力指令230、待脱离保持离合器压力220、主要待脱离保持离合器压力222、主要待接合保持离合器压力240、以及变速器输入速度224。离合器滑移210包括理想的离合器滑移212和实际的离合器滑移214。

主要待脱离保持离合器压力222与第一个待脱离离合器相关联，该第一个待脱离离合器在同步跳跃变速器降档中第一次降档的过程中被停止。待脱离保持离合器压力220与第二个保持离合器相关联，该第二个保持离合器在同步跳跃变速器降档中第一次降档的过程中被停止，并且在时间点203开始降低。主要待接合保持离合器压力240与第一个待接合离合器相关联，该第一个待接合离合器在同步跳跃变速器降档中第二次降档的过程中被启动。待接合保持离合器压力指令230与一个第二保持离合器相关联，该第二保持离合器在同步跳跃变速器降档中第二次降档的过程中被启动。待接合保持离合器压力指令230响应于递增的离合器压力变化率而被控制，该离合器压力变化率包括多个递增的响应于离合器滑移速度可以被适当控制的离合器压力速率，该离合器滑移速度显示为线210，并且在时间点202时响应于待脱离保持离合器压力222的降低而开始降低。将递增的离合器压力变化率的一个实施例表示为待接合保持离合器压力指令230的一部分，并且包括时间点204和205之间控制的第一压力变化率ΔP₁/Δt232、时间点205和206之间控制的第二压力变化率ΔP₂/Δt234、时间点206和207之间控制的第三压力变化率ΔP₃/Δt236、以及时间点207和208之间控制的第四压力变化率ΔP₄/Δt238。

换档控制器85命令液压控制回路80在其启动过程中以前馈方式适应性地控制待接合保持离合器在预定变化率处的离合器控制压力。压力变化率ΔP₁/Δt232、ΔP₂/Δt234、ΔP₃/Δt236以及ΔP₄/Δt238在幅度上逐步增加。在启动待接合保持离合器期间可适应性控制压力变化率ΔP₁/Δt232、ΔP₂/Δt234、ΔP₃/Δt236以及ΔP₄/Δt238，以管理该待接合保持离合器的离合器滑移，包括在某些实施例中管理过冲。在某些实施例中，仅待接合保持离合器压力指令230的压力变化率ΔP₁/Δt232、和ΔP₂/Δt234在启动待接合保持离合器过程中可进行适应性控制。参考图4详细地描述了待接合保持离合器的过冲。过度的离合器滑移过冲可能会导致换档刺耳声或者过长的换档持续时间。

图3示意性示出包括用于在启动过程中确定和控制这些离合器之一的离合器滑移过冲的过程的离合器滑移过冲控制例程(例程)300。可能采用离合器滑移过冲对启动期间的待接合保持离合器在同步跳跃换档的连续性迭代过程中适应性地控制第一变化率ΔP₁/Δt232、第二变化率ΔP₂/Δt234、第三变化率ΔP₃/Δt236以及第四变化率ΔP₄/Δt238的一个或多个。在采用多个行星齿轮组的固定齿轮变速器系统的实施例上有利地使用了例程300，例如：使用参考图1所描述的四个行星齿轮组的九档变速器10的实施例。例程300的概念可以适用于实现任何固定齿轮变速器。表3提供为关键数据，其中数值标记的方框和相应的功能如下阐述。

表3

当换档控制器85(302)指示同步跳跃变速器换档时，例程300启动执行。这包括监测被指定为或者另外指出为保持离合器(304)的待接合离合器上的离合器滑移。可通过监测来自旋转速度传感器的信号输入(例如：监测输入构件12的旋转位置和速度的输入速度传感器72、监测输出构件14的旋转位置和速度的输出速度传感器74以及一个或多个中间结点速度传感器76)和评价其与本发明的变速器档位状态的期望速度相关的输出来完成监测离合器滑移。与待接合保持离合器相关的离合器滑移如图2中线210所示，并且细节如图4所示。

图4图示性示出了图解说明待接合保持离合器的离合器滑移的代表性离合器滑移数据410。离合器滑移在垂直轴上显示，并且包括表示离合器同步的零滑移线405、最小优选离合器滑移422、以及最大优选离合器滑移424。最大离合器过冲425还表示代表性离合器滑移数据410，如图所示该代表性离合器滑移数据410超过最大优选离合器滑移424。图中还表明了离合器同步时间435、相关的优选最小同步比率432以及优选最大同步比率434。

再次参考图3，例程300确定离合器滑移是否已经过冲或者越过了零线，即：离合器滑移是否已经从正滑移值变为负离合器滑移值(306)。如果没有负离合器滑移值(306)(0)，例程300继续监测操作。如果离合器滑移已经越过了零线，例如：如图4所示，线410在线420的交叉点，表示过冲的(306)(1)，例程300通过确定离合器滑移过冲是否大于来自之前循环(308)(0)的离合器滑移过冲来确定最大离合器过冲的幅度，并且当来自之前循环(308)(1)的离合器滑移过冲减少时通过捕获之前的离合器滑移过冲值(310)作为最大离合器滑移过冲值(312)来确定最大离合器过冲的幅度。继续监测待接合保持离合器的离合器滑移(314)直到离合器滑移小于校准值(306)(0)和(306)(1)，在此时捕获和存储当前的换档递增率(318)并监测待接合离合器步的同步(320)。

例程300估算待接合离合器同步消耗的时间和最大离合器滑移过冲值(322)并基于此更新递增式离合器压力变化率，如下(324)所示。这使该例程在同步跳跃变速器换档的后续迭代的执行过程中响应待接合保持离合器的监测的离合器滑移，适应性地控制待接合保持离合器的递增式离合器压力变化率。

如下所示，参考图4最佳地描述了基于待接合离合器同步的消耗时间和最大离合器滑移过冲值(324)，递增式离合器压力变化率的更新步骤。当离合器同步以小于最小同步比率432的渐变率发生且最大离合器滑移过冲值425小于最大优选离合器滑移424时，压力变化率(如：参考图2示出的待接合保持离合器压力命令230的ΔP₁/Δt232和ΔP₂/Δt234)适应性地降低。

当离合器同步以任意渐变率发生时，当最大离合器滑移过冲值大于最大优选离合器滑移424时，提高压力变化率。

当离合器同步以大于最大同步比率434的渐变率发生且最大离合器滑移过冲值是任意值时，提高压力变化率。

当离合器同步以最小同步比率432和最大同步比率434之间的渐变率发生且最大离合器滑移过冲值大于最大优选离合器滑移424时，提高压力变化率。

当离合器同步以最小同步比率432和最大同步比率434之间的渐变率发生且最大离合器滑移过冲值大于最大优选离合器滑移424时，提高压力变化率。

当离合器同步以最小同步比率432和最大同步比率434之间的渐变率发生且最大离合器滑移过冲值在最小优选离合器滑移422与最大优选离合器滑移424之间时，不采取任何动作。

此操作使该例程在同步跳跃变速器换档的后续迭代的执行过程中响应保持离合器的监测的离合器滑移，适应性地控制待接合保持离合器的递增式离合器压力变化率。

在一个实施例中，例程300每6.25ms循环一次，并且这些压力变化率的标称值可以包括：ΔP₁/Δt＝3kPa/循环、ΔP₂/Δt＝6kPa/循环以及具有逐渐增加的压力变化率的ΔP₃/Δt236和ΔP₄/Δt238。适应性控制可以包括：在一个实施例中，将这些压力变化率的标称值之一提高或降低1.0kPa/循环。在一个实施例中，可以将更新的压力变化率存储在连续的车辆接通周期过程中使用的非易失性存储装置之一中。

根据本发明内容的各种实施例，流程图中的流程表和框图说明了系统、方法和计算机程序产品可能实施的结构、功能和操作。关于这一点，流程图或框图中的各框可以表示代码模块、代码片段或者代码部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行的指令。还将需要注意的是，方框图和/或流程图说明的每个方框以及方框图和/或流程图说明的方框组合，可以通过特定用途的基于硬件的系统来实现，这些系统执行特定功能或动作、或特定功能硬件和计算机指令的组合。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，其可指导计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式运行，使得计算机可读介质中存储的指令制造制品，该制品包括实现流程图和/或框图的框中所指定的功能/动作的指令部件。

详细说明和附图或图示支持和描述本发明内容，但本发明的范围仅由其权利要求限定。尽管已经详细描述了用于实施本发明的一些最佳模式和其他实施例，仍存在用于实践所附权利要求所限定的本发明的各种备选的设计和实施例。