用於無級變速器的打滑檢測系統和方法

2023-05-07 21:52:51

專利名稱：用於無級變速器的打滑檢測系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於無級變速器的打滑檢測系統和方法，該無級變速器能夠連續地改變CVT(無級變速器)的傳動比，該傳動比是輸入轉速與輸出轉速之間的比值。

背景技術：
作為能夠連續地改變傳動比的無級變速器，皮帶式無級變速器和摩擦環式(牽引式)無級變速器在本領域都是公知的。皮帶式無級變速器適於傳遞轉矩並利用皮帶改變傳動比，摩擦環式無級變速器適於傳遞轉矩並利用動力滾輪(power roller)改變傳動比。在皮帶式無級變速器中，皮帶繞在主動皮帶輪和被動皮帶輪上，它們能夠分別改變槽寬，並且利用皮帶輪與皮帶的接觸面之間的摩擦力來傳遞轉矩。利用這種結構，通過改變主動皮帶輪的槽寬而改變繞在皮帶輪上的皮帶的有效半徑，以此來改變CVT的傳動比。
另一方面，在摩擦環式無級變速器中，驅動滾輪夾在輸入盤與輸出盤之間，利用驅動滾輪與每個盤之間的牽引油的剪切力來傳遞轉矩。利用這種結構，通過傾斜或偏斜旋轉中的驅動滾輪從而改變在驅動滾輪與每個盤之間傳遞轉矩的位置的半徑，以此來改變CVT的傳動比。在上述類型的無級變速器中，轉矩傳遞部分都是平面形式的，也就是說，轉矩是通過彼此相對的部件的表面來傳遞的，從而能夠連續地改變傳動比。
作為通過表面傳遞轉矩的傳動機構，已知有摩擦離合器、摩擦制動器等等。這樣的摩擦離合器或摩擦制動器的構造使得整個摩擦面區域都彼此接觸或分離，且在設計摩擦面時考慮到磨損的影響。另一方面，無級變速器的結構通過皮帶或驅動滾輪傳遞轉矩，在連續改變轉矩傳遞部分時，皮帶或驅動滾輪與每個皮帶輪或摩擦盤的轉矩傳遞面的一部分相接觸。在這樣的無級變速器中，轉矩傳遞面的設計基本上不允許磨損，因此，轉矩傳遞面的局部磨損就可導致糟糕的轉矩傳遞或對無級變速器造成破壞。
此外，CVT的主要組件或部件的強度是有一定限制的，例如皮帶、摩擦盤和牽引油。因此，相應部件之間的接觸壓力不能無限制地增長以防止無級變速器打滑。而且，當接觸壓力增大到一定程度時，傳動效率和無級變速器的耐用性就可能不良地降低。
因此，在無級變速器中，需要將用於夾緊皮帶或驅動滾輪的夾緊力(或為了夾緊皮帶或驅動滾輪而施加的載荷)設定在最小值，處於能夠保證在皮帶和相應的皮帶輪之間或在驅動滾輪與相應的摩擦盤之間不發生過度打滑(所謂宏觀滑動)。然而，通常情況下，加在無級變速器上的轉矩連續地變化。特別是在使用無級變速器的車輛突然加速或制動時，或者是在其進入複雜的運轉狀態時，例如驅動輪臨時停轉或打滑時，突然的並且瞬時很大的轉矩將作用到無級變速器上。
如果將夾緊力設為較大的值，以便為這樣的臨時大轉矩做好準備，則當車輛正常行駛或在穩定狀態下行駛時，傳動效率和燃油效率會變低。因此，最好能夠進行控制，以便在檢測到上述大轉矩而引起的打滑時增大夾緊力或減小施加到CVT上的轉矩。
同時，在日本專利公開號No.62-2059中，提出了一種用於在無級變速器中檢測由打滑引起的狀況的系統。在該文件中公開的系統用於確定無級變速器中的故障或問題。在此系統中，使用傳感器測量主皮帶輪和副皮帶輪的轉速以計算出傳動比。如果這樣測得的傳動比或傳動比變化率顯示出在正常情況下不會得到的極端值，則該系統判斷出現了故障。
在上述文件公開的系統中使用的傳感器相同於或相當於通常用於無級變速器傳動比控制的傳感器。因此，利用這種構造的上述系統，能夠檢測到無級變速器中的故障或問題而無需為此目的而新設其他的傳感器。從而，在上述文件中公開的系統設計用於確定無級變速器中的故障，但實際上並不具有任何處理皮帶過度打滑的功能。
也就是說，上述文件公開的系統的構造用於在因皮帶過度打滑而導致傳動比或傳動比變化率為異常值時第一次檢測出無級變速器的故障。因此，該系統不能用於避免皮帶過度打滑的目的。或者說，在上述文件中公開的系統不能夠高效、快速、精確地檢測出皮帶的所謂宏觀滑動(即相當大的打滑)的開始，也不能檢測出導致宏觀滑動的狀態。因此，上述的傳統系統不能夠用作執行控制以處理無級變速器中皮帶暫時打滑的打滑檢測系統。


發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種系統，在無級變速器中能夠即時並準確地檢測皮帶等打滑，或者檢測出打滑的開始或可能導致打滑的狀態，並且無需專用的傳感器。
為達到上述目的，根據本發明提供一種用於無級變速器的打滑檢測系統，該無級變速器具有輸入部件、輸出部件以及用於在輸入部件與輸出部件之間傳遞轉矩的轉矩傳遞部件，該無級變速器能夠連續地改變輸入部件的輸入轉速與輸出部件的輸出轉速之間的傳動比。該打滑檢測系統包括(a)相關係數計算裝置，用於根據輸入轉速的多個測量值和輸出轉速的多個測量值來計算關於輸入轉速與輸出轉速的相關係數，以及(b)打滑判斷裝置，用於根據相關係數計算裝置計算出的相關係數來判斷無級變速器中的轉矩傳遞部件打滑。
可以將無級變速器中的打滑看作是一種狀態或一種情況，其中，輸入側轉速與輸出側轉速之間的關係偏離了與要達到的傳動比(即，輸出側轉速對輸入側轉速的比例)相對應的預定關係。上述打滑檢測系統計算代表輸入轉速與輸出轉速之間的關係的相關係數，並因而能夠即時地並精確地判斷出CVT的打滑狀態，或者是導致過度打滑的狀態，或者是過度打滑的開始。
在本發明的一個優選實施例中，當相關係數計算裝置算出的相關係數小於預定參考值時，打滑判斷裝置就判定無級變速器中的轉矩傳遞部件打滑。可以根據安裝有該無級變速器的車輛的工作狀態設定該參考值。
通過將參考值設定為一個合適的值，打滑檢測系統能夠判斷出很小程度的打滑，也能判斷出較大的打滑，並進行合適的控制以處理該打滑情況。同時，打滑檢測系統能夠避免對打滑的過度敏感的判斷，過度敏感的判斷可能導致對打滑進行不必要的控制。
在本發明的另一實施例中，當安裝有無級變速器的車輛的工作狀態滿足至少一個預定條件時，相關係數計算裝置計算相關係數。在這種設置下，即使車輛的行駛狀態以複雜的方式發生變化，也僅在車輛處於合適的形式狀態時才進行相關係數的計算。因此，就能夠精確地判斷出無級變速器中的打滑狀態。
在本發明的另一實施例中，相關係數計算裝置根據安裝有無級變速器的車輛的工作狀態，設定用於計算相關係數的輸入轉速和輸出轉速中每一個的測量值的數目。
上述設置能夠避免對無級變速器中的打滑進行錯誤的判斷，或避免出現這樣的情況即使車輛的行駛狀態沒有變化，仍然沒有必要地反覆計算相關係數。



通過以下參考附圖對優選實施例進行的說明，本發明的上述的和/或其他的目的、特徵和優點將變得易於理解，在附圖中，相同的附圖標號用作表示相同的部件，其中 圖1為一流程圖，用於解釋根據本發明的一個實施例的打滑檢測系統的控制器進行的控制的一個例子； 圖2為示出相關係數隨時間的變化的圖線； 圖3為一圖線，示意性地示出與車輛的工作狀態相一致的參考值的變化趨勢或傾向； 圖4為一圖線，示意性地示出用於獲得與車輛的工作狀態相一致的相關係數的採樣點的數目的變化趨勢或傾向； 圖5為一流程圖，用於解釋根據本發明的打滑檢測系統進行的控制的一個例子； 圖6為一圖線，示出輸入軸轉速經過濾波處理而得到的帶通值； 圖7為一流程圖，用於解釋根據本發明的打滑檢測系統進行的控制的另一個例子； 圖8為示出累計帶通值的變化的圖線； 圖9為一流程圖，用於解釋根據本發明的打滑檢測系統進行的控制的另一個例子； 圖10為示出CVT的實際傳動比與目標傳動比之間的差值的變化的圖線； 圖11為通過對圖9的流程圖進行部分修改而得到的另一流程圖； 圖12為一視圖，示出差值總和的變化； 圖13為通過對圖11的流程圖進行部分修改而得到的另一流程圖；以及 圖14為一視圖，示意性地示出了帶有採用根據本發明的打滑檢測系統的無級變速器的車輛的驅動系統和控制系統。

具體實施例方式 以下將詳細說明本發明的一些實施例。首先，將參考圖14說明實施本發明的機動車的驅動系統和控制系統。圖14示意性地示出了一驅動系統，包括皮帶式無級變速器(CVT)1作為傳動裝置。CVT 1通過前進/後退驅動切換機構2連接到動力源3。
動力源3為驅動單元，用於產生動力以使車輛行駛，其具有內燃機、內燃機與電機的結合、電動機、等等。在此實施例中，動力源3為引擎形式。由於引擎3隻能夠向一個方向旋轉，所以採用前進/後退驅動切換機構2，用於將輸入的轉矩照原樣輸出或以反方向輸出。
在圖14示出的實施例中，採用雙齒輪式行星齒輪機構作為前進/後退驅動切換機構2。在此機構中，環形齒輪5與中心齒輪4同心設置，小齒輪6與中心齒輪4嚙合，另一小齒輪7與小齒輪6和環形齒輪5嚙合，小齒輪6和小齒輪7位於中心齒輪4與環形齒輪5之間。小齒輪6、7由支架8支撐，使得這些齒輪6、7能夠自由地圍繞著它們的中心軸和行星齒輪機構的中心軸轉動。前進驅動離合器9用於將兩個轉動部件(即中心齒輪4和支架8)結合成一個單元。而且，後退驅動制動器10用於通過有選擇地固定環形齒輪5，使來自前進/後退驅動切換機構2的轉矩輸出反向。
CVT 1的結構相同於或相當於已知帶式無級變速器的結構。CVT 1具有彼此平行設置的主動皮帶輪11和被動皮帶輪12。皮帶輪11和12中的每一個都主要由固定槽輪和活動槽輪組成，活動槽輪通過液壓致動器13或14在其軸向上向前或向後運動。以此結構，皮帶輪11、12中的每一個的槽寬都隨著皮帶輪的活動槽輪的移動在其軸向上改變，從而連續地改變繞在皮帶輪11、12上的皮帶15的卷繞直徑(即每個皮帶輪11、12的有效直徑)，籍此連續地改變CVT 1的傳動比。主動皮帶輪11連接到支架8，作為前進/後退驅動切換機構2的輸出部件。
液壓壓力(管線壓力或其修正後壓力)通過液壓泵和液壓控制設備或系統(未示出)施加到用於被動皮帶輪12的致動器14。對施加到液壓致動器14的液壓壓力的大小加以控制，使其與通過CVT 1接收到的轉矩的量大小相當。在這種情況下，皮帶15在被動皮帶輪12的槽輪之間被夾緊或被夾住，並因而具有合適的張力，確保在皮帶輪11、12的每一個與皮帶15之間都出現合適的夾緊力(或接觸壓力)。另一方面，有油壓供給到主動皮帶輪11的液壓致動器13以將皮帶輪11的槽寬(或節圓直徑)設定為目標值，該油壓取決於需要的傳動比。
被動皮帶輪12通過一對齒輪16連接到差速齒輪單元17，用於將轉矩通過差動齒輪單元17輸出到驅動輪18。
提供各種傳感器用於檢測包括CVT 1和引擎3的車輛的工作情況(或行駛情況)。更具體的說，提供引擎轉速傳感器19，用於測量引擎3的轉速並生成指示引擎轉速的信號；輸入轉速傳感器20，用於測量主動皮帶輪11的轉速並生成指示輸入轉速的信號；以及輸出轉速傳感器21，用於測量被動皮帶輪12的轉速並生成指示輸出轉速的信號。此外，儘管未在圖中示出，還提供油門位置傳感器、節氣門傳感器、制動傳感器、以及其他傳感器。油門位置傳感器用於測量油門踏板被壓下的量並輸出指示油門踏板位置的信號。節氣門傳感器用於測量節氣閥的打開量並輸出指示節氣閥開口的信號。制動器傳感器用於在壓下制動踏板時輸出信號。
而且，提供用於變速器的電子控制器(CVT-ECU)22，以便控制每個前進驅動離合器9和後退驅動制動器10的配合和脫離、皮帶15受到的夾緊力、以及CVT 1的傳動比。用於變速器的電子控制器22包括例如，微型計算機作為其主要組件，微型計算機用於根據輸入的數據以及預先存儲的數據進行計算，從而進行控制，諸如確立選定的工作模式，如前進驅動、後退驅動或空擋模式、設定需要的夾緊壓力、以及設定CVT 1的傳動比等等。
用於變速器的電子控制器22收到的輸入數據(或信號)可包括，例如，從相應傳感器(未示出)收到的指示CVT 1的輸入軸轉速Nin和輸出軸轉速No的信號。此外，用於變速器的電子控制器22從用於控制引擎3的電子控制器(E/G-ECU)23接收指示引擎轉速Ne、引擎(E/G)負載、節氣門開口、油門位置等等的信號，其中，油門位置信號代表油門踏板(未示出)被壓下的量。
CVT 1能夠連續地或無級地控制引擎轉速，作為上述的輸入轉速。因此，當CVT 1安裝在機動車上時，車輛的燃油效率得到了提高。例如，根據油門踏板位置等表示的需要的驅動量以及車輛速度來決定目標驅動力。之後，根據目標驅動力和車輛速度確定CVT 1獲得目標驅動力所需的目標輸出。之後，採用預定的映射表來確定以最優燃油效率獲得目標輸出的所需的引擎轉速。最後，控制CVT 1的傳動比，以便獲得以上確定出的引擎轉速。
為了利用燃油效率上得到的改進，將CVT 1的傳動效率控制到需要的較高水平。更具體地說，將CVT 1的最大轉矩或皮帶夾緊壓力控制在一個最小值，該最小值所在的範圍中，CVT 1能夠傳遞根據引擎轉矩確定的目標轉矩而不會使皮帶15打滑。這種控制通常在穩定狀態下進行，此時車輛速度和輸出請求很少變化，或在幾乎穩定的狀態下進行，此時這些參數的一個或兩個微小地變化。
同時，如果車輛突然制動或加速，或者如果車輛在掉落的物體或臺階上行駛，則加在包括CVT 1的驅動系統上的轉矩會突然改變。在這種情況下，CVT 1的最大轉矩可能變得相對不足，因而增大了皮帶15打滑的可能性。因此，在這種情況下，該實施例的控制系統進行所謂的反應控制(reactive control)，以便臨時增大皮帶夾緊力或臨時減小引擎轉矩。該實施例的控制系統用於進行以下控制，從而判斷或判定出現了需要進行上述反應控制的情況(即，宏觀滑動)。
圖1為流程圖，示出用於判斷CVT 1的皮帶15發生宏觀滑動的控制過程的一個例子。在該控制過程中，使用了根據輸入和輸出轉速得到的相關係數。如圖1所示，首先，在步驟S1中確定車輛的行駛狀態是否處於相關係數的計算範圍之內。在此控制過程中使用的相關係數為根據輸入軸轉速(xi)和輸出軸轉速(yi)計算出的係數。當輸出和輸入轉速中的每一個都具有非0值且傳動比幾乎保持恆定時，將車輛的行駛狀態判定為處於相關係數的計算範圍之內。也就是說，當車輛正在行駛、同時傳動比幾乎保持恆定(即，轉速比，也就是傳動比的倒數，幾乎保持恆定)時，相關係數處於計算範圍之內。
如果在步驟S1中作出了否定判斷，則在步驟S2中將標誌F重置為0且控制過程返回。另一方面，如果在步驟S1中作出了肯定判斷，則在步驟S3中將標誌F設為1並在步驟S4和S5中分別讀取輸入軸轉速(xi)和輸出軸轉速(yi)。這些轉速(xi、yi)分別通過圖14所示的輸入轉速傳感器20和輸出轉速傳感器21測得。在步驟S6中，使用到目前為止讀取的N組轉速(xi、yi)得到相關係數S。
相關係數S由以下公式(1)表示 相關係數 在上述表達式(1)中，每個下標(1，2.....n)都代表一個採樣點，在採樣點處測量轉速(xi或yi)，且n代表當前時間。
採用相關係數S以以下方式判斷皮帶打滑(宏觀滑動)的出現或可能性。在表達式(1)中，用輸入轉速和輸出轉速的冪的平方根將輸入和輸出部件(即CVT 1的輸入和輸出軸)的轉速的冪標準化。根據表達式(1)，當輸入和輸出轉速的冪減小時，標準化的值減小。更具體地說，當皮帶15沒有發生打滑時，相關係數等於1。當皮帶15發生打滑時，該值變得小於1。
因此，當皮帶15不打滑但被主動和被動皮帶輪11、12夾住時，由以下表達式(2)表示的關係為真 yi＝γ·xi …(2) 此處，γ代表轉速比(是傳動比的倒數)。
當將表達式(2)代入表達式(1)時，相關係數S由表達式(3)表示，其值變為1。
相關係數 如上所述，適於計算的條件之一是轉速比γ幾乎為常數，以便將轉速比γ提到括號外。因此，不應當以長時間間隔或長採樣時間來測量輸入軸和輸出軸轉速。
以下，將說明皮帶15沒有被主動和被動皮帶輪11、12充分夾緊並打滑的情況。當皮帶15打滑時，輸入軸轉速(xi)和輸出軸轉速(yi)之間的關係相對於當前設定的轉速比γ變得不正確。此時，這些轉速之間的關係由以下的表達式(4)所表示 yi＝ki·γ·xi…(4) 此處，ki為大於0的實數，並且是代表轉速波動或變化的係數。
在此情況下，將表達式(4)代入上述表達式(1)，則相關係數S由以下表達式(5)表示 相關係數…(5) 當由皮帶15打滑導致的轉動波動使係數ki不是常數時，相關係數S變得小於1。即，表達式(5)變形為以下表達式(6)。
相關係數…(6) 當將表達式(6)的分子和分母展開時，將分別得到以下表達式(7)和(8) (k1·x12+k2·x22+…+kn·xn2)·(k1·x12+k2·x22+…+kn·xn2) ＝k1·x12·(k1·x12+k2·x22+…+kn·xn2) +k2·x22·(k1·x12+k2·x22+…+kn·xn2) +kn·xn2·(k1·x12+k2·x22+…+kn·xn2) ＝k12·x14+k22·x24+…+kn2·xn4+x12·(k1·k2·x22+…+k1·kn·xn2)+x22·(k2·k1·x12+…+k2·kn·xn2) . . . +xn2·(kn·k1·x12+…+kn·kn-1·xn-12) …(7) (x12+x22+…+xn2)+(k12·x12+k22·x22+…+kn2·xn2) ＝x12·(k12·x12+k22·x22+…+kn2·xn2) +x22·(k12·x12+k22·x22+…+kn2·xn2) . . . +xn2·(k12·x12+k22·x22+…+kn2·xn2) ＝k12·x14+k22·x24+…+kn2·xn4+x12·(k22·x22+…+kn2·xn2) +x22·(k12·x12+…+kn2·xn2) . . . +xn2·(k12·x12+…kn-12·xn-12) …(8) 如果採樣時間n為3，則可將表達式(7)和(8)分別重寫為以下表達式(9)和(10) k12·x14+kn2·x24+k32·x34+x12·(k1·kn·x22+k1·k3·x12)+x22·(k2·k1·x12+k2·k3·x12)+x12·(k3·k1·x12+k3·k2·x22) ＝k12·x14+k22·x24+k32·x14 +(2·k1·k2·x12·x22+2·k1·k3·x12·x12+2·k2·k3·x22·x32) …(9) k12·x14+k22·x24+k32·x34+x12·(k22·x22+k32·x12)+x22·(k12·x12+k32·x32)+x32·(k12·x12+k22·x22) ＝k12·x14+k22·x24+k32·x34 +(x12·x22·(k12+k22)+x12·x32·(k12+k32)+x22·x32·(k22+k32)) …(10) 當對表達式(9)和(10)中X12、X22等等的各個係數進行比較時，發現由以下表達式(11)所表示的關係為真 kj2+km2≥2·kj·km…(11) 此處，j和m為諸如1和2的下標。
表達式(11)可重寫為以下表達式(12) (kj-km)2≥0…(12) 在此處，由於Ki和Km是實數，所以表達式(12)中的關係始終為真，並因此表達式(11)中的關係也為真。而且，當採樣數目n大於3時，表達式(11)和(12)中的關係都為真。當輸入/輸出轉速開始變化時，上述分母的值變得大於分子的值。結果，相關係數S變得小於1。相應地，能夠根據相關係數S判斷出皮帶15發生打滑。
在圖1的步驟S6中，通過計算確定相關係數S。在步驟S7中，判斷相關係數S是否等於或小於預先確定的第一參考值S1。第一參考值S1小於1並作為與發生宏觀滑動的狀態或可能導致宏觀滑動的打滑狀態相對應的值預先確定。
如果相關係數S等於或小於第一參考值S1並因而在步驟S7中作出肯定判斷，則在步驟S8中判定宏觀滑動發生或可能發生(作出宏觀滑動判斷)。在下一步驟S9中，根據步驟S8中作出的判斷執行響應控制。總之，進行響應控制以避免或抑制宏觀滑動。該響應控制例如，增大加到皮帶15上的夾緊力，或者減小引擎轉矩。此外，例如，如果使用離合器將轉矩傳遞到CVT 1，則離合器轉矩容量在響應控制的作用下減小。根據宏觀滑動的程度，即，根據相關係數S設定響應控制的程度。
相反，當相關係數S大於上述第一參考值S1且在步驟S7中作出否定判斷時，則在步驟S10中判斷相關係數S是否等於或大於第二參考值S2。第二參考值S2是一個大於第一參考值S1但小於1的值，並作為與發生較小宏觀滑動的狀態或可能導致這樣的較小宏觀滑動的狀態相對應的值而預先確定。
當在步驟S10中作出否定判斷時，即，當相關係數小於第二參考值S2時，就代表發生了或者很有可能發生較小的宏觀滑動。因此，在這種情況下，控制過程轉到步驟S8以作出宏觀滑動判定。接著，在步驟S9中執行響應控制。
相反，當在步驟S10中作出肯定判斷時，在步驟S11中作出非宏觀滑動判定。在沒有發生或不太可能發生宏觀滑動時，或者在皮帶15打滑但打滑程度處於容許範圍之內時，作出非宏觀滑動判定。在此情況下，需要根據步驟S11中作出的非宏觀滑動判定在步驟S12中執行響應控制。該響應控制的一個例子是，用於減小加到皮帶15上的夾緊力的控制過程。這種控制意圖改善CVT 1的傳動效率並將加到CVT 1的液壓壓力減至最小以減少在液壓泵處的動力損失，從而確保改善燃油效率。
圖2為一圖線，示出從皮帶15未發生宏觀滑動的狀態轉換到皮帶15發生宏觀滑動的狀態的過程中相關係數S的變化。當通過CVT 1傳遞轉矩時，會不可避免地發生打滑，對比於「宏觀滑動」，可將這種打滑稱為「微觀滑動」。因此，轉矩通過CVT 1傳遞，且相關係數S變化極小。當由於某些原因使導致皮帶15宏觀滑動的車輛工作狀態出現時，相關係數S開始減小到一定程度。當接著開始宏觀滑動時，相關係數S開始迅速減小。例如，參考值S1和S2被分別設為圖2中所示的值。
同時，根據輸入軸和輸出軸轉速確定相關係數S。不僅皮帶15的打滑會影響這些轉速之間的關係，當油門操作量變化時導致的引擎轉矩的變化、車輛的加速度/減速度等等，都會影響該關係。雖然相關係數S可以根據這些變化減小，但相關係數S的這種減小並不代表發生或可能發生宏觀滑動。因此，在此情況下，需要避免作出宏觀滑動判定。為了滿足這一需要，每個參考值S1和S2都可根據車輛的工作狀況而變化，例如，根據車輛的油門操作量變化率、車輛的加速度/減速度等等。
圖3為一圖線，示出參考值S1、S2的變化趨勢的一個例子，如圖3所示，當油門操作量的變化率ΔACC或加速度/減速度ΔV增大時，各個參考值S1、S2減小。因此，如果相關係數S由於宏觀滑動以外的原因而減小，則不會錯誤地判定發生或可能發生宏觀滑動，並且也不會響應於相關係數S的減小而錯誤地執行響應控制。從而，避免了對宏觀滑動的誤判斷，也避免或抑制了不必要的響應控制。而且，防止了判定發生打滑或可能打滑過程中的延遲。
而且，使用代表輸入和輸出轉速的多個檢測值計算相關係數S。優選地，根據車輛的工作狀態決定測得值的組數(以下稱為組數)。圖4為一圖線，示意性示出確定組數N的過程中的趨勢或傾向的一個例子。如圖4所示，當車輛速度V、加速度/減速度ΔV、油門操作量變化率ΔACC、傳動比γ等增大時，組數N減少。例如，當油門操作量變化率較大時，傳動比的相應變化程度或變化幅度應該較大。在此情況下，減少組數以避免根據傳動比差異較大的轉速計算相關係數S，從而避免了對宏觀滑動的誤判定以及判斷皮帶15發生或可能打滑時的延遲。
如上所述，本實施例的打滑檢測系統利用傳感器21、22測量輸入和輸出轉速，根據輸入輸出轉速得到的相關係數判斷宏觀滑動，傳感器21、22通常用於確定CVT 1的傳動比。以此設置，能夠以足夠高的準確度即時判斷出皮帶15打滑，而無需使用其他的傳感器專門用於此功能。而且，由於打滑檢測系統能夠根據宏觀滑動的判定而執行必要的響應控制，所以能夠防止或抑制由皮帶15過度打滑導致的對於CVT1的破壞。
同時，CVT 1的輸入軸轉速Nin隨各種因素而變化，例如傳動比控制、皮帶15的打滑、或者輸入轉矩的周期性變化。因此，通過在總體變化量中確定由皮帶15打滑導致的輸入轉速的變化量，能夠根據確定出的值(變化量)判定皮帶15發生或可能發生宏觀滑動。以下將說明這種控制過程的一個例子。
圖5為一流程圖，示出該控制過程的一個例子。在此控制過程中，首先在步驟S21中讀取由輸入轉速傳感器20測得的輸入軸轉速Nin。之後，在輸入軸轉速Nin中取得由皮帶15打滑導致的振動分量Nin-vib。在此，例如，通過進行帶通濾波處理或者根據實際輸入軸轉速Nin相對於輸入軸轉速的指令值的偏離量，能夠獲取振動分量Nin-vib。指令值是為了得到需要的傳動比而確定的。在帶通濾波處理中，還去掉了測量噪聲。
圖6為一圖線，示出對輸入軸轉速Nin進行帶通濾波(20-30Hz)時，帶通值隨時間變化的一個例子。當如圖6所示，宏觀滑動沒有發生時，帶通值保持在相對小的範圍。另一方面，當宏觀滑動發生時，帶通值迅速增大。為此，預先確定一參考值Nin-vib1，作為判斷宏觀滑動發生的指標或標準，而且，在步驟S23中判斷步驟S22中得到的振動分量Nin-vib是否等於或大於參考值Nin-vib1。同時，參考值Nin-vib1不是恆定的，而是可以根據車輛的工作狀態而改變，以便防止作出錯誤判斷並避免判定發生宏觀滑動時的延遲。
如果振動分量Nin-vib等於或大於參考值Nin-vib1，並因而在步驟S23中作出肯定的判斷，則在步驟S24中作出宏觀滑動判定，並在步驟S25中執行響應控制。步驟S24和步驟S25中的操作分別相同於或相當於在圖1中步驟S8和步驟S9中的操作。
如果振動分量Nin-vib小於參考值Nin-vib1並因此在步驟S23中作出了否定判斷，則如在圖6中可理解的，這代表宏觀滑動沒有發生。在此情況下，在步驟S26中作出非宏觀滑動判定。隨後，在步驟S27中執行正常的控制。在此正常控制中，根據例如引擎轉矩或油門踏板的下壓量(即，油門操作量)來設定皮帶夾緊力。
為了參考圖5和6進行上述控制，本實施例的打滑檢測系統只使用輸入轉速傳感器20作為用於即時準確地判斷皮帶15宏觀打滑的傳感器，而無需其他的傳感器用於此目的。而且，由於該打滑檢測系統能夠在檢測到宏觀滑動時執行需要的響應控制，所以能夠避免在不這樣做的情況下由皮帶15的過度打滑而導致的對CVT 1可能造成的破壞。
儘管能夠根據圖5所示控制中的帶通值判定發生宏觀滑動，但根據本發明的另一個實施例的打滑檢測系統的構造是根據在從前一時刻到當前時刻的時間段中皮帶打滑導致的振動分量的累計值來判定宏觀滑動的發生。以下，將說明這種控制的一個例子。
在此控制過程中，如圖7所示，在步驟S31中讀取輸入軸轉速Nin，在步驟S32中分別按照與圖5的步驟S21和步驟S22相同的方式確定振動分量Nin-vib。隨後，在步驟S33中判斷是否有可能進行振動分量Nin-vib的累計。更具體的說，在步驟S33中判斷是否已經得到了對振動分量執行時窗累計所需的i組數據。
如果在步驟S33中作出了否定判斷，則控制過程返回，並等待獲得所需的數據組數。相反，如果在步驟S33中作出了肯定判斷，則執行步驟S34以計算在當前時刻(N時間點)與當前時刻之前確定的前一時刻(N-1時間點)之間的時間段內獲得的振動分量的時窗累計值S-vib(N)。此處，可以根據車輛的工作狀態改變要累計的數據組的數目或者數據累計的時間長度。
圖8為一圖線，示出由皮帶15打滑導致的振動分量Nin-vib的時窗累計值的變化。當沒有發生宏觀滑動時，累計帶通值S-vib(N)保持在相對小的範圍內，如圖8所示。另一方面，當發生宏觀滑動時，累計帶通值S-vib(N)迅速增大。為此，預先設定一參考值Sa，用作判斷發生宏觀滑動的標準或閾值，並且，在步驟S35中判斷在步驟S34中得到的累計帶通值S-vib(N)是否等於或大於參考值Sa。同時，參考值Sa不是恆定的，而是可以根據車輛的工作狀態而變化，從而防止對宏觀滑動作出錯誤的判斷並避免判定宏觀滑動發生時的延遲。
如果累計帶通值S-vib(N)等於或大於參考值Sa且在步驟S35中作出肯定判斷，則在步驟S36中作出宏觀滑動判定並接著在步驟S37中進行響應控制。步驟S36和S37中的這些操作分別相同於或相當於圖5中步驟S24和步驟S25中的操作或者是圖1中步驟S8和S9中的操作。
另一方面，如果累計帶通值S-vib(N)小於參考值Sa且在步驟S35中作出否定判斷，則如圖8所示，這表示沒有發生宏觀滑動。因此，在此情況下，在步驟S38中作出非宏觀滑動判定。隨後，在步驟S37中執行正常控制。步驟S38和步驟S39中的這些操作分別相同於或相當於圖5中步驟S26和步驟S27中的操作。
為了參考圖7和8進行上述控制，本實施例的打滑檢測系統只使用輸入轉速傳感器20作為用於即時準確地判斷皮帶15宏觀打滑的傳感器，而無需其他的傳感器用於此目的。而且，由於該打滑檢測系統能夠在檢測到宏觀滑動時執行需要的響應控制，所以能夠避免在不這樣做的情況下由皮帶15過度打滑而導致的對CVT1可能造成的破壞。
如上所述，皮帶15打滑導致輸入和輸出轉速發生變化。當轉速如此改變時，作為輸入軸轉速與輸出軸轉速之間比值的實際傳動比將偏離皮帶15發生打滑之前形成的傳動比(即目標傳動比)。根據本發明的另一實施例，根據上述實際傳動比與目標傳動比之間的差值判定發生宏觀滑動。
圖9為一流程圖，示出用於以上述方式判定宏觀滑動的控制過程的一個例子。在此控制過程中，首先在步驟S41中判斷傳動比是否被改變，即，CVT 1是否處於換檔動作中。目標傳動比通常是根據例如輸出需求(例如油門操作量)和車輛速度或引擎轉速設定的。但是，當CVT 1處於換檔動作中時，可以將目標傳動比或與目標傳動比相對應的目標輸入轉速設定為相對於最終設定值一階滯後(first-order lag)的值。因此，變化的目標傳動比不能用作判斷皮帶15發生或可能發生打滑的依據。所以，在步驟S41中，判斷CVT 1是否處於換檔動作中，並且如果在步驟S41中作出肯定的判斷，則控制過程返回而不執行任何特別的控制。
如果CVT 1不處於換檔動作中且在步驟S41中作出否定的判斷，則在步驟S42中計算實際傳動比γ，作為通過實際測量獲得的輸入轉速Nin與輸出轉速Nout之間的比值。隨後，在步驟S43中計算目標傳動比γtag，作為通過實際測量獲得的目標輸入轉速Nint與目標輸出轉速Nout之間的比值。之後，在步驟S44中判斷實際傳動比γ與目標傳動比γtag的差的絕對值是否大於預先確定的參考值Δγa。
圖10是一圖線，示出實際傳動比γ與目標傳動比γtag的差值發生變化的情況的一個例子。如上所述，由於在操作CVT 1時，各種因素引起輸入轉速發生變化，所以實際和目標傳動比之間的傳動比差不斷地向著相對於圖10所示零值的正方向或負方向輕微地變化。當沒有發生宏觀滑動時，該傳動比差保持在小範圍內。但是，當發生宏觀滑動時，輸入轉速開始大幅度偏離目標值，導致傳動比差增大。因此，通過判斷傳動比差是否小於或大於用於判斷宏觀滑動的閾值，就能夠判定發生或可能發生宏觀滑動。
更具體地說，在圖9所示的例子中，在步驟S45中記錄傳動比差超過參考值Δγa的次數。接著，在步驟S46中判斷上述滿足步驟S44的條件(γ-γtag>Δγa)的次數是否在預定的時間段內達到了預定的次數。作出這種判斷以防止諸如噪聲的幹擾導致的錯誤判斷。
如果在步驟S46中作出肯定判斷，則在步驟S47中判定皮帶15發生或可能發生打滑或宏觀滑動。在此情況下，打滑檢測系統響應於檢測到的宏觀滑動進行控制，例如增大皮帶夾緊力或減小引擎轉矩，如上述控制的各個例子。相反，如果在步驟S46中作出否定判斷，則控制過程返回。
另一方面，如果傳動比差等於或小於參考值Δγa並在步驟S44中作出否定判斷，則在步驟S48中判斷此狀態是否延續了預定的時間長度。如果在步驟S48中作出否定判斷，則控制過程返回，等待時間流逝。另一方面，當在步驟S48中作出肯定判斷時，則表示實際傳動比γ沒有大幅不同於目標傳動比γtag，且此情況已經延續了預定的時長。在此情況下，在步驟S49中取消打滑判斷。
為了參考圖9進行上述控制，本實施例的打滑檢測系統只使用輸入轉速傳感器20作為用於即時準確地判斷皮帶15宏觀打滑的傳感器，而無需其他的傳感器用於此目的。而且，由於該打滑檢測系統能夠在檢測到宏觀滑動時執行需要的響應控制，所以能夠避免在不這樣做的情況下由皮帶15過度打滑而導致的對CVT 1可能造成的破壞。
在圖9所示的控制過程中，記錄傳動比差超過參考值Δγa的次數，以便如上所述地判定發生或可能發生打滑。相反，在預定時間段中或在預定數目的採樣點處累計的傳動比差值的總和可用於判定發生或可能發生打滑。更具體地說，記錄如上所述地累計的傳動比差值的總和超過預定參考值sumγ的次數。如果該次數在預定的時長內達到預定的次數，則判定發生了打滑。
圖11為一流程圖，示出用於以此方式判定發生或可能發生宏觀滑動的控制過程的一個例子。除了圖9的步驟S44換成了圖11的步驟S44A以外，在圖11所示的流程圖的各個步驟中的操作均相同於圖9所示的流程圖中的操作。同時，參考值sumγ不是恆定的，而是可以根據車輛的工作狀態而變化，從而防止對宏觀滑動作出錯誤的判斷並避免判定宏觀滑動發生時的延遲。
圖12為一圖線，示出傳動比差值相對於圖10所示的預定數目(例如10個)的採樣點的變化。如圖12所示，當沒有發生宏觀滑動時，傳動比差的總和保持為較小的值。當發生宏觀滑動時，該總和開始迅速增大。因此，當該總和超過預定的閾值時，就能夠判定發生或可能發生宏觀滑動。另外，還能夠根據該總和超過參考值sumγ的次數來判定發生或可能發生宏觀滑動，而不是僅僅將該總和與閾值相比較，這樣就能夠防止或避免由一些類型的幹擾造成的錯誤判斷。
為了參考圖11進行上述的控制，本實施例的打滑檢測系統只使用輸入轉速傳感器20作為用於即時準確地判斷皮帶15宏觀打滑的傳感器，而無需其他的傳感器用於此目的。而且，由於該打滑檢測系統能夠在檢測到宏觀滑動時執行需要的響應控制，所以能夠避免在不這樣做的情況下由皮帶15過度打滑而導致的對CVT 1可能造成的破壞。
如圖10和12示出傳動比差的變化和傳動比差總和的變化，如圖10或12所示，一旦皮帶15開始打滑(即，出現宏觀滑動)，這些值就會連續地不斷增大，並保持在較大的值，直到，例如，CVT 1破碎並停止工作，或者皮帶夾緊力極度增大，或者引擎轉矩極度減小。因此，根據傳動比差的總和保持大於參考值sumγ的時間長度，而不是記錄該總和超過參考值sumγ的次數，就能夠判定發生或可能發生宏觀滑動。
圖13為一流程圖，示出用於以此方式判定發生或可能發生宏觀滑動的控制過程的一個例子。除了圖11的流程圖中的步驟S45和S46被替換為圖13的流程圖中的步驟S45A以外，在圖13所示的流程圖的各個步驟中的操作都相同於在圖11所示的流程圖中的操作。在步驟S45A中，判斷在預定的時間段內是否連續地滿足了步驟S44A中確定的條件。
如圖11的控制過程的例子那樣，為了進行上述的控制，本實施例的打滑檢測系統只使用輸入轉速傳感器20作為用於即時準確地判斷皮帶15宏觀打滑的傳感器，而無需其他的傳感器用於此目的。而且，由於該打滑檢測系統能夠在檢測到宏觀滑動時執行需要的響應控制，所以能夠避免在不這樣做的情況下由皮帶15過度打滑而導致的對CVT 1可能造成的破壞。
儘管在圖9、11和13所示的控制流程中，在CVT 1的換檔動作的過程中不進行對皮帶打滑(宏觀滑動)的判斷，但該打滑檢測系統可以構造為即使在CVT 1處於換檔動作中時也對皮帶打滑進行判斷。但是，在此情況下，目標輸出轉速被設定為較大值，且實際傳動比與目標傳動比之間的差變大，這會導致判斷皮帶打滑的準確性降低。因此，當在CVT 1的換檔動作期間使用傳動比差對皮帶打滑進行判斷時，優選地對目標輸入轉速作濾波處理，根據濾波後的目標輸入轉速確定目標傳動比，並使用目標傳動比來計算傳動比差。以此方式，能夠抑制或避免錯誤地判定發生或可能發生宏觀滑動。
儘管本發明的上述實施例的打滑檢測系統是適用於皮帶式CVT的，但本發明也能夠實施為用於摩擦環式(牽引式)無級變速器的打滑檢測系統。而且，輸入轉速不限於輸入軸的轉速。更具體地說，輸入轉速可以定義為依靠從動力源接收的轉矩而轉動的任何無級變速器的部件的轉速，或者是與該部件呈一個整體的任何部件的轉速。同理，輸出轉速也不限於輸出軸的輸出轉速。更具體地說，輸出轉速可以定義為依靠從輸入側部件傳遞來的轉矩而旋轉的任何無級變速器的部件的轉速，或者是與該部件呈一個整體的任何部件的轉速。不僅如此，根據本發明的打滑檢測系統還可以構造為聯合執行多個上述的打滑判斷控制過程。
權利要求
1.一種用於無級變速器的打滑檢測系統，該無級變速器能夠連續地改變輸入部件的輸入轉速與輸出部件的輸出轉速之間的比例，該打滑檢測系統的特徵在於，包括
總和計算裝置，用於計算在預定時間長度內由輸入轉速和輸出轉速的測量值算出的實際傳動比與目標傳動比之間的多個差值的總和；
打滑判斷裝置，用於根據總和計算裝置計算出的差值總和來判斷無級變速器中的打滑。
2.根據權利要求1的打滑檢測系統，其特徵在於，
該無級變速器包括輸入部件、輸出部件、以及用於在輸入部件和輸出部件之間傳遞轉矩的轉矩傳遞部件；以及
打滑判斷裝置對無級變速器中的轉矩傳遞部件的打滑作出判斷。
3.根據權利要求1的打滑檢測系統，其特徵在於，根據在預定時間長度內差值的總和超出預定參考值的次數，打滑判斷裝置判定無級變速器中打滑。
4.根據權利要求1的打滑檢測系統，其特徵在於，根據差值總和保持大於預定參考值的時間長度，打滑判斷裝置判定無級變速器中打滑。
5.根據權利要求1的打滑檢測系統，其特徵在於，根據作為對目標輸入轉速進行的濾波處理的結果而得到的值決定目標傳動比，目標輸入轉速是根據安裝有無級變速器的車輛的輸出要求決定的。
6.根據權利要求1的打滑檢測系統，其特徵在於，還包括打滑判斷取消裝置，用於在根據安裝有無級變速器的車輛的行駛狀態的變化判斷出無級變速器處於換檔動作中時，阻止作出打滑判斷。
7.一種檢測無級變速器中的打滑的方法，該無級變速器能夠連續地改變輸入部件的輸入轉速與輸出部件的輸出轉速之間的比例，該檢測方法的特徵在於，包括以下步驟
計算在預定時間長度內由輸入轉速和輸出轉速的測量值算出的實際傳動比與目標傳動比之間的多個差值的總和；
根據計算出的差值總和判斷無級變速器中的打滑。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於，
該無級變速器包括輸入部件、輸出部件、以及用於在輸入部件和輸出部件之間傳遞轉矩的轉矩傳遞部件；以及
判斷步驟對無級變速器中的轉矩傳遞部件的打滑作出判斷。
9.根據權利要求7的方法，其特徵在於，根據在預定時間長度內差值的總和超出預定參考值的次數，判定無級變速器中打滑。
10.根據權利要求7的方法，其特徵在於，根據差值總和保持大於預定參考值的時間長度，判定無級變速器中打滑。
11.根據權利要求7的方法，其特徵在於，根據作為對目標輸入轉速進行的濾波處理的結果而得到的值決定目標傳動比，目標輸入轉速是根據安裝有無級變速器的車輛的輸出要求決定的。
12.根據權利要求7的方法，其特徵在於，還包括以下步驟當根據安裝有無級變速器的車輛的行駛狀態的變化判斷出無級變速器處於換檔動作的過程中時，阻止作出打滑判斷。
全文摘要
本發明涉及用於無級變速器的打滑檢測系統和方法。具體地，提供了一種用於無級變速器的打滑檢測系統，該無級變速器能夠連續地改變輸入部件的輸入轉速與輸出部件的輸出轉速之間的比例，該打滑檢測系統的特徵在於，包括總和計算裝置，用於計算在預定時間長度內由輸入轉速和輸出轉速的測量值算出的實際傳動比與目標傳動比之間的多個差值的總和；打滑判斷裝置，用於根據總和計算裝置計算出的差值總和來判斷無級變速器中的打滑。
文檔編號F16H61/662GK101545536SQ20091013257
公開日2009年9月30日 申請日期2002年9月30日 優先權日2001年9月28日
發明者巖月邦裕, 星屋一美, 鴛海恭弘, 中肋康則, 大澤正敬, 西澤博幸, 山口裕之, 鈴木秀之 申請人:豐田自動車株式會社