一種控制溼式雙離合變速器檔位接合的方法
2023-07-28 13:27:01 3
專利名稱：一種控制溼式雙離合變速器檔位接合的方法
技術領域：
本發明涉及雙離合變速箱控制技術，具體涉及雙離合變速箱檔位接合的控制方法。
背景技術：
控制雙離合變速箱檔位接合的方法為:需要接合的檔位所在的輸入軸通過離合器的打開與發動機的連接。檔位接合通過控制驅動機構將作用力施加到換擋機構上，換擋機構再將作用力傳遞至同步器。雙離合變速箱的布局在美國專利US2658405有公開，其主要表述了檔位可選的變速箱(雙離合變速箱)。雙離合變速箱有一套偶數檔變速單元，包括偶數輸入軸、偶數離合器和一組偶數檔；有一套奇數檔變速單元，包括奇數輸入軸，奇數離合器和一組奇數檔。通過接合其中一個檔位，使與其連接的輸入軸與共用的輸出軸連接。在通常的檔位分配中，奇數檔組為第一套傳動裝置，偶數檔組為第二套傳動裝置。以這樣的檔位分配，換擋操作簡單有序，從當前被掛檔位到下一個更高的或者更低的檔位。只要目標離合器能被接合，目標檔位就可以在下一變速單元接合。換擋操作時序為從起初的離合器切換為目標檔位所在的變速單元的離合器，接合目標檔位，同時斷開當前檔位所在變速單元相應的離合器和接合目標檔位所在的變速單元相應的離合器。在動力總成速比變化之前，預掛檔位操作將自動完成，所以低噪音和平順性是控制的關鍵。為了達到這個效果，現有技術狀態提供的複雜並昂貴的控制方法不僅可以控制執行力還能控制執行速度，而降低系統複雜性並增加系統功能性具有重大的市場優勢。在低靈敏度的系統中，控制系統無法準確跟蹤目標特性，這個可能造成控制上的不穩定。變速箱是現代 動力總成非常重要的一部分。相當多的研發已經在過去開展，以提高動力總成的效率。作為這些研發的一部分，也作為改善現代控制的成果，相當一部分的工作專著在雙離合變速箱的開 發 上。雙離合變速箱掛檔和普通的手動檔變速箱有些相似。每個齒輪組的一個齒輪都布置在各自的軸上，以這種方式可以使它相對軸自由旋轉。同步器貼著自由旋轉的齒輪布置在同一個軸上，所以同步器可以選擇性的使該齒輪掛入該軸。為使變速器自動化完成掛檔，控制同步器的驅動機構將自動的完成齒輪組的選擇。倒檔齒輪組包含了一個輸入軸的齒輪，一個中間軸上的齒輪，一個安裝在一個獨立的中間軸上並與前兩個齒輪嚙合的中間齒輪，因此可以實現輸出軸反方向的運轉。雙離合變速箱的這種動力性換擋克服了普通變速箱和機械自動控制變速箱一些缺陷，但是也同時發覺控制和調節雙離合變速箱的自動化的操作是一個非常複雜的過程，並在過去期望的乘客舒適性也未能達到。為了使每次換擋都平順和高效，在變速箱中，需要在精確的時間內完成大量的控制操作，傳統的控制策略和方法已經無法實現這種性能要求。正因如此，需要提出比現有相關技術更好的雙離合變速箱的控制方法。其中一個控制優化的特殊領域是性價比領域。改進自動變速箱的成本是非常高的，而滿足這些改進標準所需的電液控制成本也是非常高的。因此建議一種使用低成本低精度的控制系統但同時能獲得較好的改進效果的方法。這將大大的降低成本。如前面所提到的專利，現有相關技術在檔位接合的主要階段使用了閉環控制。這種控制方法被廣泛使用並且對控制精度有很高的要求來保證性能和穩定性。如果控制精度差或控制響應慢將很容易因目標跟隨性變差而導致不穩定甚至導致發生錯誤。
發明內容
所以，針對現有技術存在的上述不足，本發明提出一種控制溼式雙離合變速器的方法，採用開環加上自適應壓力控制來實現高質量的換檔、高穩定性、低開銷。現有相關技術的缺陷可以通過本發明所提出的開環自適應控制檔位接合的方法來克服。更明確一些，本發明是一種控制作用在執行機構上的執行力來提供一個初始目標速度，通過改變目標速度在需求時間內達到目標位置的控制方法。本發明是 關於雙離合自動變速箱檔位切換的控制方法，雙離合器自動變速器包括一個偶數變速單元和一個奇數變速單元。偶數變速單元由偶數輸入軸、偶數離合器和一組由偶數標識的檔位齒輪組成，奇數變速單元由奇數輸入軸、奇數離合器和一組由奇數標識的檔位齒輪組成。當變速箱由其中的一組輸入軸和離合器進行驅動時，另外的一個變速單元或稱為非激活的變速單元就能進行檔位預選。檔位預選的意思是通過非激活的變速單元上的一個檔位將未激活的離合器與變速箱輸出單元相連。這樣就能將換擋過程中的動力中斷降到最低。本發明的控制方案是控制作用在執行機構上的作用力來提供一個初始目標速度，通過改變目標速度在需求時間內達到目標位置。特殊的是通過當前變速箱的溫度、偶數離合速度、奇數離合速度和離合器狀態來確定需求的掛檔力。然後，該掛檔力只有在速度超過先前確定的限值時才會改變。如果該限值被超出，自適應功能將被激活，該功能將前一個值作為輸入並存儲為新的值。這個方法所需要的步驟包括:(I)確定請求的目標檔位，目標檔位基於檔位狀態、油門開度和車速來計算；(2)確定目標軸轉速，其中軸轉速是指激活的同步器輸出側的轉速，轉速信號通過輸出軸上的傳感器測得，使用目標速比進行修正；(3)確定當前軸轉速，該轉速指激活的同步器在發動機側的轉速，通過發動機轉速除以當前檔位速比來計算；(4)基於前面所述檢測的當前檔位狀態、油門開度、車速信號和計算的目標檔位、目標軸轉速、當前軸轉速數據作為輸入，決定速度階段的初始作用力；(5)監測撥叉移動速度是否超過基於輸入計算的速度限值；所述撥叉移動速度是通過計算撥叉位置的變化率而確定的，速度限值通過查標定的表來獲得，如果查表獲得的速度限值被超過，則改變該作用力；(6)基於查一個標定的表確定扭矩階段的初始作用力，此標定表格的坐標為前面所述的通過檢測和計算而得到的輸入；(7)監測轉速梯度是否超過基於輸入計算的轉速梯度限值，該階段是為了控制同步器同步階段的轉速梯度即轉速變化率，如果由查標定表格獲得的速度梯度限值被超過，則改變該作用力即作用在撥叉上的力的大小；(8)決定到達終點位置所需的初始作用力，其中，在同步器完全接合併移除接合力後，判斷為達到終點位置；(9)監測到達終點位置所需的時間是否超過基於輸入計算的時間限值，如果通過查標定表格獲得的時間限值被超過，則改變作用力，即如果整個檔位接合的時間超過目標時間則在下次接合時增大作用力；(10)如果速度、轉速和位置階段中的任何階段的時間限值被超過則調整基礎作用力，其中基礎作用力為每個階段開始時所施加的力，調整後的基礎作用力存儲在變速箱控制單元中的表格裡，此表格與調整前的基礎作用力表格具有同樣的輸入參數。進一步包括步驟:基於換擋時間連續再次確定掛檔力；其中，換擋時間分別計算，取決於換擋速度和輸出軸轉速的變化率。還包括如下步驟:確定車輛加速度，基於加速度修改目標限值。進一步包括步驟:確定兩個離合器的壓力，其中離合器壓力由設置在離合器環路中的壓力傳感器測得；直到達到一定的閥值才開始控制過程，該閥值取決於標定。離合器壓力一旦超過閥值，將開始檔位接合控制。其中確定完成換擋每個階段所需時間的步驟進一步包括:測量完成檔位接合的每個階段所需的時間並將測量值以轉速和目標檔位為坐標存儲在資料庫中；基於先前存儲值和新測量值的平均值，參考基礎目標時間是否超限來判斷是否發生錯誤。可見，本方法的控制主要是以開環形式，即使電液控制系統本身精度並不高，也可獲得高穩定性的控制，高精度的控制通常需要更高的成本，所以本發明使得雙離合變速箱的低成本控制成為可能。 本方法使用不精確的壓力請求來簡化檔位接合動作，並且更多的依賴於前饋控制(帶自適應的開環控制)而非反饋控制，因此可以使用低成本的電磁閥。此外，因為雙離合變速箱控制成本的降低而獲得了重大的競爭優勢。然而因為控制方法精度的缺乏將導致整車控制的精度降低。本發明提出的控制方法屬於這類低成本控制的範圍，但仍然可以達到最低滿意標準的精度。
圖1是一個結構原理圖，用來說明了本發明所提出方法能應用到的雙離合器變速器。圖2是一個雙離合變速箱的液壓原理控制圖，用來說明了本發明所提出的控制方法能應用到的帶檔位執行器的雙離合器變速器。圖3是本發明方法的一個簡單曲線圖，用來描述控制雙離合變速箱檔位執行機構位置與時間的關係。圖4是本發明方法的一個簡單曲線圖，用來描述控制雙離合變速箱同步器輸入、輸出速度與時間的關係。圖5是本發明方法的詳細流程框圖，用來描述控制檔位接合的動作流程。
具體實施例方式本發明的特點和優勢已經在以上文字中描述，當閱讀以下描述以及說明書附圖後，就可以更好地理解本發明。以下根據附圖對本發明進行詳細描述:雙離合變速箱通過所展示的控制方法所控制，參見圖1上示原理圖，雙離合變速箱101包括兩組離合組件,在102和103上顯示。104顯示的是奇數輸入軸，105顯示的是偶數輸入軸。奇偶兩軸平行，106是中間軸，107是倒檔中間軸，多個同步器在108、109和110
中顯示。雙離合變速箱101傳遞來自發動機的扭矩，通過可選擇的檔位速比傳遞到驅動軸上，最後傳遞至車輪上。雙離合變速箱101的傳遞路線是來自發動機的扭矩傳遞到離合器102或103，通過奇輸入軸104或者偶輸入軸105，輸入軸上的齒輪，與中間軸106上面的齒輪相連。在奇輸入軸104和偶輸入軸105上的檔位通過中間軸106來驅動車輪。奇數輸入軸上的齒輪只有與同步器110機械相連時，才掛入奇數檔位。同理，偶數輸入軸上的齒輪只有與同步器108或109機械相連時，才掛入偶數檔位。如果兩個輸入軸104和105都在同步器下選擇了目標檔位，那麼從發動機發出的扭矩通過接合離合器102或者103均能動力傳到中間軸上。檔位切換是通過減少被接合離合器的扭矩，直到產生滑摩，與此同時，增加開啟離合器的扭矩，直到檔位切換完成。假設奇數輸入軸104通過奇離合提供扭矩到中間軸106上，偶離合器沒有連接在中間軸106上，則需要接合檔位。這類操作被稱為預掛檔，就是在不影響汽車運行的情況下檔位提前掛上。所以，一個非常重要環節就是檔位通過同步器108、109和110進行掛檔或摘檔。如圖1所示，在這個 示 例的雙離合變速箱101中，有5個同步器，其中109用於2、4檔，110用於3、5檔，和一個單獨的108用於倒檔的同步器。兩個雙面同步器，可以雙向驅動，即當從中間空檔移出來，向右掛上一邊的檔位，向左掛上另一邊檔位。對於單獨的同步器，如圖1中所示，它移動右邊是掛檔，左邊是空檔。通過使用變速箱控制單元，本發明中所談到的控制變得容易實現。對所述的變速箱控制單元元件本身的描述已經超過了這個發明所描述的範圍之外，不管怎樣，它需要管理控制邏輯，提供所需要的電壓、信號、液壓壓力來對變速箱101進行操作，特別是本發明中所涉及到的檔位接合功能。變速箱控制單元是通過圖2所示的電液控制單元的電信號來對本發明所舉實例變速器101進行控制。所述液壓控制與雙離合變速器的檔位接合操作密切相關。所選實例圖2中所示的檔位接合電磁閥42和43是脈寬調製型電磁閥。PWM電磁閥通過脈衝開關電磁閥來提供可變的壓力，用電磁閥處於打開狀態的時間與其處於關閉狀態的時間比值來定義佔空比，該比值用百分比來表示。用這類電磁閥來獲得可變壓力控制是一種低成本高效益的方法。檔位選擇電磁閥42和43由主壓閥48提供調節後的壓力，而主壓閥由油泵49供壓。主壓閥48提供的壓力通過可變力電磁閥的控制可以在最大最小壓力間變化。有兩個可變力電磁閥分別標識為50和51，按照檔位接合控制，使多路換向閥閥44能提供正向液壓到檔位接合活塞45和46，接著，脈寬調節電磁閥42和43選擇性的提供液壓到多路換向閥44，多路換向閥44將根據可變力電磁閥50和51的壓力狀態來提供壓力到檔位接合活塞45或46。從電磁閥43來的壓力將施加到活塞的右側，而從電磁閥42來的壓力將施加到活塞的左側。因此電磁閥43中的壓力根據閥44的狀態可以用來掛圖1中標識4檔或5檔。另外，電磁閥42中的壓力根據閥44的狀態可以用來掛圖1中所標識的2檔和3檔。本專利中的控制方法基於由活塞45和46控制的同步器的位置進行控制。同步器位置通過活塞45和46中的一對電磁鐵來測量，傳感器設置於包含活塞的腔體上。因此活塞的移動與傳感器的位置相關，並且與同步器齒環的位置成線性比例。此控制方法完全基於活塞位置，由活塞位置指示，施加到活塞上的力通過控制電磁閥42和43的佔空比來獲得。此專利的主要體現在方法9中進行描述。方法9開始於起始塊11，當變速箱控制單元邏輯和硬體已經確定了一個檔位接合請求來為變速箱的離合器切換做準備時，並繼續到決定塊12，塊12決定請求接合的是哪一個檔位。在過程塊13，基於在同步器中比較檢測點和計算的速率來決定目標軸轉速。在過程塊14中，檢測當前軸轉速。在過程塊15中，基於查一個標定的表格來確定動作初始作用力，此標定表格基於目標檔位、當前軸轉速和目標軸轉速來確定。這顯示在圖3中，其響應如圖3中的第一階段。在決定初始作用力後，移動的速度和線性率將根據時間被監測，在過程塊16中，如果速度大於預先確定的限值時，同步力將被改變。這些限值以與初始作用力相同的方式存儲，與檔位，電流和目標轉速相關。另外，如果這些限值被超過，活塞上的力也會被減少，並基於以上描述的輸入作為初始作用力的新值存儲於表格中。同時，變速箱油溫也被監測，並對電磁閥42和43的佔空比進行補償來補償電磁閥在不同溫度下的響應。這種補償做在控制邏輯的不同區域，並且對補償的描述僅僅是作為信息進行描述。參見圖5，在模塊17，控制轉移到如圖3中第二階段所示的控制區域。在這一階段，將通過控制轉速變化率來達到控制目標。這一控制階段被稱為速度階段，如圖4中標識為38的時間段所示。在圖4可以更清楚地看到控制轉速變化的斜率，速度由當前的軸速31轉移到目標軸速33。軸轉速變化斜率在圖4中標識為32，取決於同步力，同步力的計算方法就是本專利所表述的控制方法。在過程塊17中，控制轉速的初始作用力通過對一個可標定的表格進行插值來確定，該可標定表格基於目標檔位，當前軸轉速，實際軸轉速作為輸入進行插值。確定初始作用力後，將以目標軸轉速為基準監控實際軸轉速。目標轉速是線性的並需要在目標時間內完成轉速的變化，在過程塊18中對實際軸轉速進行監控，如果實際軸轉速偏離目標軸轉速達到一定的限值，將改變同步力。該限值以與初始作用力相同的方式存儲，以目標檔位，當前軸轉速和目標軸轉速作為查表輸入。另外，如果這些限值被超過，活塞上施加的力也會被減少，並作為初始作用力的新值基於以上描述的輸入存儲於表格中。在過程塊19中，控制轉移到圖3中第3階段所示的控制區域。在這個階段，通過控制同步器位置來達到控制目標。該階段稱為位置控制，是在圖4中標識為37的時間段。在圖4可以更清楚地看到位置控制的過程，在該階段同步器齒套移動到最終位置並以足夠大的力撥入接合齒齒縫，其中接合齒是同步器附著在檔位上面的部分，但是該同步力不能高於一定的限值避免對檔位有大的衝擊而引起NVH(噪聲與振動)問題。在過程塊19中，控制轉速的初始作用力通過對一個可標定的表格進行插值來確定，該可標定表格基於目標檔位，當前軸轉速，實際軸轉速作為輸入進行插值。確定初始作用力後，將以目標軸轉速為基準監控實際軸轉速。目標位置基於目標檔位和當前油溫來決定，並在過程塊19中對其進行監控。如果同步位置超 過了預定的目標位置，同步力將立刻被減小，同步力減小之前和之後的位置都將與目標位置進行比較。此外，如果位置限制被超過，活塞的位置也要減少並作為新的最終位置值存儲於以之前所述輸入進行插值的表格中。此外，如果在同步力減小後，活塞移動到預定的檔位位置外，存儲的目標值將會被調整。如果檔位沒有移動到目標位置外，檔位同步將視為完成，並且本發明所述方法結束。進入 過程塊22，檔位接合實現，系統將準備進入下一步的控制。
權利要求
1.一種控制溼式雙離合變速器檔位接合的方法，特別是通過控制低成本的液壓系統來控制檔位接合的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟: (1)確定請求的目標檔位，目標檔位基於當前檔位狀態、油門開度和車速來計算； (2)確定目標軸轉速，其中軸轉速是指激活的同步器輸出側的轉速，轉速信號通過輸出軸上的傳感器測得，使用目標速比進行修正； (3)確定當前軸轉速，該轉速指激活的同步器在發動機側的轉速，通過發動機轉速除以當前檔位速比來計算； (4)基於前面所述檢測的當前檔位狀態、油門開度、車速信號和計算的目標檔位、目標軸轉速、當前軸轉速數據作為輸入，決定速度階段的初始作用力； (5)監測撥叉移動速度是否超過基於輸入計算的速度限值；所述撥叉移動速度是通過計算撥叉位置的變化率而確定的，速度限值通過查標定的表來獲得，如果查表獲得的速度限值被超過，則改變該作用力； (6 )基於查一個標定的表格確定扭矩階段的初始作用力，此標定表格的坐標為前面所述的通過檢測和計算而得到的輸入； (7)監測轉速梯度是否超過基於輸入計算的轉速梯度限值，該階段是為了控制同步器同步階段的轉速梯度即轉速變化率，如果由查標定表格獲得的速度梯度限值被超過，則改變該作用力即作用在撥叉上的力的大小； (8)決定到達終點位置所需的初始作用力，其中，在同步器完全接合併移除作用力後，判斷為達到終點位置； (9)監測到 達終點位置所需的時間是否超過基於輸入計算的時間限值，如果通過查標定表格獲得的時間限值被超過，則改變作用力，即如果整個檔位接合的時間超過目標時間則在下次接合時增大作用力； (10)如果速度、轉速和位置階段中的任何階段的時間限值被超過則調整基礎作用力，其中基礎作用力為每個階段開始時所施加的力，調整後的基礎作用力存儲在變速箱控制單兀中的表格裡，此表格與調整前的基礎作用力表格具有同樣的輸入參數。
2.如權利要求1所述方法，其特徵在於:進一步包括步驟:基於換擋時間連續再次確定掛檔力；其中，換擋時間分別計算，取決於換擋速度和輸出軸轉速的變化率。
3.如權利要求1中所述的方法，其特徵在於:還包括如下步驟:確定車輛加速度，基於加速度修改目標限值。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於進一步包括步驟:確定兩個離合器的壓力，其中離合器壓力由設置在離合器環路中的壓力傳感器測得；直到達到一定的閥值才開始控制過程，該閥值取決於標定，離合器壓力一旦超過閥值，將開始檔位接合控制。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於:其中確定完成換擋每個階段所需時間的步驟進一步包括:測量完成檔位接合的每個階段所需的時間並將測量值以轉速和目標檔位為坐標存儲在資料庫中；基於先前存儲值和新測量值的平均值，參考基礎目標時間是否超限來判斷是否發生錯誤。
全文摘要
本發明提出一種控制溼式雙離合變速器檔位接合的方法，本發明包含一種控制作用在執行機構上的作用力來提供一個初始目標速度，通過改變目標速度在需求時間內達到目標位置。控制方案包括通過當前變速箱的溫度、偶數離合速度、奇數離合速度和離合器狀態來確定需求的掛檔力。然後，該掛檔力只有在速度超過先前確定的限值時才會改變。如果該限值被超出，自適應功能將被激活，該功能將前一個值作為輸入並存儲為新的值。本方法的優點是採用開環控制加上自適應壓力調節，實現高質量的換檔、高穩定性和低成本。
文檔編號F16H59/14GK103244663SQ20131015578
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月27日 優先權日2012年8月24日
發明者張德旺, 斯紅路, 孫芬, 徐姍, 劉增玥 申請人:重慶青山工業有限責任公司