技术领域
[0001] 本
发明总体而言涉及能够实现鲁棒的(robust)离合器控制的系统及方法，更具体地，涉及用于取决于受离合器控制的
变速器中的转矩来控制加压工作介质的保持水平的系统及方法。
背景技术
[0002] 变速器代表性地包括
输入轴、
输出轴以及诸如以行星式配置或其他形式配置的相互关联的
齿轮元件的集合。这些元件被用于选择性地联结输入轴和输出轴。液压离合器也是众所周知的，在许多系统和装置中都能见到。在一实施方式中，一组或多个液压离合器便利了变速器在不同的输入/输出齿轮比或速比范围之间的变换。所述离合器被用于在有级变速器中选择齿轮比，并且用于在
无级变速器中选择速比范围。本文中，这两种联结均被称为“变速比”。
[0003] 通过影响齿轮元件的转动和/或相互关系的一个或多个离合器来执行输出轴的变速比的选择。离合器代表性地被液压致动，以接合带式或盘式转矩传递元件。从一变速比至另一变速比的变换代表性地牵涉到释放或分离与当前的变速比相关联的待分离(off-going)离合器并运用或接合与期望的变速比相关联的待接合(on-going)离合器。尽管在这种变速器中可以提供不同的离合器配置，一种配置是“
双离合器”换档变速器。在该配置中，用于各档位的两个离合器包括对于待建立档位而言被保留的、通常为旋转离合器元件的主离合器，以及为了变换到待建立档位而被分离的第二离合器。此变速条件下的第二离合器通常被称为待
分离离合器。该离合器被新离合器即“待接合”离合器取代，后者致动变速器至新的档位。也就是说，通过停用单个“待分离”离合器、启用单个“待接合”离合器、以及在有些情况下保持用于新旧两个档位的第三离合器，来执行变速。在另外的配置中，采用多个待接合和/或待分离的离合器，增大了离合器致动定时的复杂性和关键性。
[0004] 在这些配置中的各液压离合器代表性地通过电控的电磁
阀驱动。各
电磁阀通过电控
信号的应用而被调制，以控制施加到离合器上的液压
流体压
力，从而控制与变速相对应的各阶段期间的离合器
活塞运动。
[0005] 待接合和待分离的离合器元件的逐步动作的方式会对感受到的变速品质产生重大影响。例如，如果待分离离合器过早地分离，则在待接合离合器——如果仍处于充填阶段——具有足够的转矩传递承载能力之前的短时间内，
发动机转速会
波动(喘振，surge)。如果待接合离合器过早地充填，则离合器元件在待分离离合器准备开始转矩传递之前过早地具备显著的转矩传递承载能力。这通常会导致三个离合器联
锁，轻者会有损变速器的使用寿命，重者会导致变速器的机械损害。
[0006] 另一方面，在较晚的离合器充填的情形中，待分离离合器试图在待接合离合器具备足够的转矩传递承载能力之前将转矩转递给待接合离合器。结果，由于待接合液压离合器没有适当的转矩传递承载能力锁定以保持有关的具体档位，变速器会打滑。其最终结果是
离合器片中的打滑现象，由于趋于产生由旋转的离合器片的较高离合器相对速度而产生的过度发热而造成的高离合器
能量，因此也是不期望的情况。
[0007] 除了会产生不愉快的用户体验外，不适当时机的变速也将对变速器的效率和使用寿命产生不利影响。为此，期望精确地致动离合器，使得在变速器的整个使用寿命期间，在变速器的整个运行速度范围发生平滑的变速。
[0008] 用于在
电子控
制动力变速器中提供一种交换或“切换”离合器的控制策略的已知方法包括基于双重控制时间的策略。即，取决于各离合器事件的定时，待接合离合器从保持阶段到调制阶段过渡的离合器充填时间与待分离离合器相匹配。该控制策略是基于释放时待接合离合器压力、离合器解锁压力和释放后待接合离合器压力的确定。虽然该控制策略通常产生可接受的变速品质，但由于在执行离合器切换时必须被同时考虑并平衡的诸多变量，往往有些难以协调。当这些参数没有充分解决时，过渡可能导致变速品质变差。
发明内容
[0009] 一方面，本发明涉及一种控制具有多个用于在一个或多个变速比之间变速的液压离合器的变速器的方法。所述方法包括确定执行所述变速器在与当前接合的变速器的待分离液压离合器相关联的第一变速比和与当前分离的变速器的待接合液压离合器相关联的第二变速比之间的变速。对所述待分离液压离合器命令液压降低，以开始所述待分离液压离合器的分离。基于在变速器变速期间所述变速器经受的转矩，计算用于所述待接合液压离合器的保持水平命令，并关于所述待接合离合器命令离合器阶段的顺序与在变速器变速期间所述变速器经受的转矩无关地在预定时间发生。所述离合器阶段的顺序包括脉冲阶段、包括对所述待接合液压离合器施加计算出的保持水平命令的保持阶段、以及完全接合所述待接合液压离合器的调制阶段。
[0010] 另一方面，本发明公开了一种用于液压变速器的液压离合器控制系统。所述控制系统包括设置成接合变速器的第一变速比的待分离离合器，和设置成接合变速器的第二变速比的待接合离合器。第一电液
控制阀与所述待分离离合器相关联，第二电液控制阀与所述待接合离合器相关联。离合器
控制器与所述第一和第二电液控制阀可操作地相关联。所述离合器控制器设置成在所述第一变速比接合时确定所述变速器在所述第一变速比和所述第二变速比之间的变速的执行，并对所述待分离离合器命令液压下降以开始所述待分离液压离合器从所述第一变速比的分离。所述离合器控制器还设置成基于在变速器变速期间所述变速器经受的转矩来计算用于所述待接合离合器的保持水平命令，并关于所述待接合离合器命令离合器阶段的顺序与在变速器变速期间所述变速器经受的转矩无关地在预定时间发生。所述离合器阶段的顺序包括脉冲阶段、包括对所述待接合离合器施加计算出的保持水平命令的保持阶段、以及完全接合所述待接合离合器的调制阶段。
[0011] 另一方面，本发明公开了一种计算机可读介质，其具有用于在具有多个液压离合器的变速器内在一个或多个变速比之间变速的计算机可执行指令。所述计算机可执行指令包括用于确定执行所述变速器在与当前接合的变速器的待分离液压离合器相关联的第一变速比和与当前分离的变速器的待接合液压离合器相关联的第二变速比之间的变速的指令。执行用于对所述待分离液压离合器命令液压降低以开始所述待分离液压离合器的分离的指令，以及用于基于在变速器变速期间所述变速器经受的转矩来计算用于所述待接合离合器的保持水平命令的指令。此后，执行用于关于所述待接合离合器命令离合器阶段的顺序与在变速器变速期间所述变速器经受的转矩无关地在预定时间发生的指令。所述离合器阶段的顺序包括脉冲阶段、包括用于对所述待接合离合器施加计算出的保持水平命令的保持阶段、以及完全接合所述待接合液压离合器的调制阶段。
附图说明
[0012] 图1是可根据本发明的原理来控制的液压离合器的示意性截面图；
[0013] 图2是根据本发明的原理的液压离合器控制系统的示意图；
[0014] 图3是基于时间的离合器控制方案中的命令值和定时的图形表示；
[0015] 图4示出了根据本发明的原理的、量值随转矩而变化的离合器充填参数的图形表示；
[0016] 图5是示出根据本发明的原理控制液压离合器的过程的
流程图。
具体实施方式
[0017] 本发明总体而言涉及采用液压离合器来控制变速比或变速段变速的变速器。本发明的原理提供了一种用于控制在至少两个离合器之间切换的简化的控制策略。具体地，至少部分地取决于转矩来确定待接合离合器的充填。该简化的控制策略能够提供改善的变速品质。
[0018] 图1是可采用本发明的原理的液压离合器10的简化示意图。液压离合器10包括缸12，该缸至少部分地限定了用于保留液压流体的充填腔14。充填腔14还包含配合安装的活塞16或者能够将流体压力从活塞16传递到摩擦部件20的其他可移动部件。在所示出的
实施例中，摩擦部件包括离合器片的层叠体。当充填腔14内的流体量达到足以促使摩擦部件20进入最终
位置，例如使得离合器片的层叠体完全接合交错插入的传递元件(未图示)的水平时，认为离合器10被“充填”。在一实施例中，活塞16可以在离合器10的空状态和充填状态之间移动较小的距离，例如，大约4mm。
[0019] 一旦离合器10被充填，向充填腔14持续引入流体趋向于增大充填腔14内的压力。该增大的压力转化为由流体施加到活塞16上的增大的力，以及摩擦部件20与其对应部分例如交错插入的传递元件之间的相应增大的
摩擦力。在对离合器10而言可能是独特的、一定的压力水平下，摩擦部件20与其对应部分之间的摩擦完全克服了附加到对应部分例如机械变速器等上的
载荷的阻力。在这种状态下，离合器10被“锁定”，使得摩擦部件20及其对应部分一起移动，且转矩经由离合器10传递。
[0020] 在离合器变速开始时，在离散的时间段内以相对高水平施加命令脉冲形式的离合器命令信号。此阶段称为“脉冲阶段”。在此阶段中，施加到电磁阀上的脉冲足以开启控制阀，以允许流体致动的离合器的充填，从而冲击被致动的离合器活塞。然后，在足以完全充填流体致动的离合器的保持时间内，流体致动的离合器命令信号减小到保持水平。可以经由短时向下的命令斜坡信号的过渡从脉冲水平施加保持水平。在流体致动的离合器充填后，离合器压力通过施加适当的调制信号而进入调制阶段。调制阶段可以使用开环控制或闭环控制来逐步地增大离合器压力以实现离合器打滑的期望的减少。离合器内的压力增大并保持在足以将离合器维持在其完全接合位置的水平。
[0021] 可以使用许多不同的离合器配置来实现本发明的原理，前述的描述仅说明了其中一种这样的配置。尽管配置上存在变化，大多数这样的离合器具备几个共同的方面，包括：(1)在转矩传递元件起初要相互
接触之前的脉冲阶段，通过充填离合器而占用的少量的死区；以及(2)依赖于压力的转矩承载能力。根据本发明的原理，符合这些标准的待接合离合器根据基于单个离合器保持水平的控制方案被充填、保持、然后被调制。这样，控制策略有效地消除了执行基于双离合器时间的控制的必要性。
[0022] 尽管用于管理变速期间的离合器切换的控制系统可以在具体的实施细节上变化，图2是示例性的控制体系和环境200的示意图。示例性的控制体系和环境200包括离合器控制器201，其在所示实施例中是专用的离合器控制器。作为替代方案，离合器控制器201可以作为发动机和/或变速器控制器内的功能
块或模块或者作为整体系统控制的功能部分而实现。
[0023] 离合器控制器201通过有时称为电磁阀的电液控制阀205致动离合器203。在所示实施例中，电液控制阀205是以与施加的命令信号成比例的量而打开或关闭的
比例阀。代表性地，命令信号是模拟
电流信号，但也可以是
电压信号，并且可以是多级的、脉冲编码的等等。在替代方案中，施加到电液控制阀上的信号可以是经过适当修正的
数字信号。当电液控制阀205通过
控制信号而被致动时，其允许相应的更大或更小的加压液压流体流过。代表性地，加压液压流体通过如图2中示意性示出的
液压泵207以已知的压力和流量被供给。
[0024] 如上所述，在多离合器变速器中，离合器锁定和解锁的定时非常重要。例如，如果待接合离合器在待分离离合器解锁之前锁定，则会导致变速器或机器的严重损坏。即使避免了损坏，机器操作者也会体验到不平滑的变速及不适。
[0025] 在待接合离合器经历上述致动循环时，相应的待分离离合器正经历可被视为相反过程的解除致动循环。即，施加到待分离离合器上的压力被逐步地减小，使得离合器“解锁”。此过程持续直至该离合器最终完全分离。理想的转矩切换的特征在于不会导致发动机“骤燃”(由于延迟的待用锁定)以及不会导致离合器联锁(由于过早的待用锁定)。也就是说，期望待接合液压离合器和待分离离合器在不中断通过变速器的整个转矩传递的情况下“交接”转矩传递责任。
[0026] 代表性地，通过谨慎地控制调制阶段的开始定时来管理通过变速器的转矩传递的连续性。即，在待接合离合器的保持阶段结束时的离合器控制信号的定时关于待分离离合器控制信号的定时被协同地管理。因此，在例如由于载荷或发动机输出的突然增大导致变速器必须结合大量转矩的情况下，待接合离合器的调制阶段的开始被推迟与转矩的增大相当的时间。另外，待分离离合器的解除联结也可以受控方式被推迟。因此，由于需要具有多个变量和时间段的解决方法，这种情况下的切换会提出复杂的控制方案。另外，在增大的转矩载荷下执行的变速基本上要需要更久才能完成。
[0027] 示出高转矩变速期间时间延迟的使用的一般的定时图如图3中所示。第一定时图300示出了两条电磁控制曲线。第一电磁控制曲线301(用虚线表示)表示待分离离合器的控制。第二电磁控制曲线303(用实线表示)表示待接合离合器的控制。控制曲线301、
303图示了大体上如上文所述的离合器控制，其中待分离离合器压力单调递减。同时，对于待接合离合器压力施加实质上三阶段式的控
制模式，以初始的脉冲阶段开始、然后是离合器充填阶段、最后在调制阶段305结束。尽管调制阶段的精确的轮廓可以在各实施方式中被优化，美国
专利No.7353725中教导了调制技术的例子。
[0028] 图3中所示的第二定时图350以与第一定时图300相同的时间刻度来提供，以说明常规的控制方案。特别地，第二定时图350示出了在需要增大的转矩的条件下的常规的变速执行。可以看出，高转矩待分离离合器控制曲线351(用虚线表示)相对于第一电磁控制曲线301延长。同样地，高转矩待接合离合器控制曲线353(用实线表示)相对于第二电磁控制曲线303延长。具体地，第二电磁控制曲线303已通过保持阶段355的延长而被
修改，以适应调制阶段开始之前转矩的增加。这样看来，能够意识到常规的离合器切换控制需要关于待分离和待接合离合器的多个相互依赖的转矩值的精确的处理。
[0029] 图4示出了根据本文描述的新颖的切换控制策略的用于几个不同的转矩水平的重叠的待接合离合器控制曲线的定时图400。特别地，示出了分别对应于不同的转矩值T1、T2和T3的三条不同的待接合离合器致动曲线401、403和405。与转矩无关，待分离离合器的定时和水平是相同的。因此，为了方便，图4未示出待分离离合器的定时和水平。
[0030] 转矩值T1、T2和T3表示必须通过变速器结合的且可以用任何常规的方式测得的转矩水平。例如，在变速器外部测得的转矩值可以基于目标或先前的变速比以及所测得的输入和输出转速转换为适当的转矩值。可替代地，可以通过期望的其他方式测定需要的转矩值。当然，可替代地也可使用其他转矩值，例如将要通过变速器结合的估计转矩或期望转矩。
[0031] 对于不同的变速，随着必须通过变速器结合的转矩增大，施加的电磁控制电流在保持阶段407被修正。这样，脉冲阶段409的定时和量值保持不变。同样地，调制阶段411的定时也保持不变。特别地，保持阶段407中的电磁控制电流的值取决于必须通过变速器结合的转矩而增大，转矩值越大则保持水平值越大。转矩与保持水平之间的关系可以通过保持水平/转矩查找表来实现，该查找表是通过试验结果得到的或者是由保持水平/转矩
算法定义的。在一实施例中，保持水平算法可以用于通过线性方程确定与要求转矩相关的保持水平。保持水平和转矩之间的关系可替代地通过应用非线性或更复杂的关系来确定。简言之，保持水平和转矩之间的关系一般是单调性的，但不一定在将由变速器传递的转矩的整个工作范围内是连续的或线性的。
[0032] 在特定的实施例中，保持水平实现为转矩的线性函数。在该实施例中，根据线性关系H＝sT+o计算保持水平，其中，H是保持水平，T是与变速中所牵涉的一个或多个离合器经受的转矩相关联的转矩值。斜率值s可以基于在低和高转矩切换时得到的数据值经验地或试验地得出。偏移值或常数o可以与克服离合器内的回缩
弹簧力所需要的压力相对应。
[0033] 在图4所示的示例中，转矩值T1小于转矩值T2，转矩值T2又小于转矩值T3。相应的保持水平HL1、HL2和HL3类似地与变化的转矩水平相对应，HL1＜HL2＜HL3。这样，随着对于不同的变速通过变速器的转矩的增大或减小，在保持阶段407离合器传递转矩的能力也增大或减小。此控制方案允许调制阶段411与转矩值无关地在基本上相同的时间开始。应了解，尽管对于不同的转矩值调制阶段411的定时保持不变，但在调制阶段中的电流水平在该阶段的大部分与保持水平改变相同量。在调制阶段411，一旦电流达到最大水平，该差异便不存在。
[0034] 如上参照图2所述，可以是独立模块或现有控制器一部分的离合器控制器201包含适当的程序指令，以执行变速中的待分离离合器和待接合离合器的控制。应了解，离合器控制器201是计算装置，或通过一个或多个计算装置实现，其包括用于执行计算机可读指令例如程序代码的处理器。该处理器可设置成与获得和/或处理其他计算机可读数据例如离合器参数、转矩值等等相关联地执行这样的指令。计算机可读指令暂时地或永久地存储在计算机可读介质例如光或磁
存储器、闪速存储器等等上，或者构成离合器控制器201的一部分或者可由离合器控制器201获得。
[0035] 图5中的流程图示出了根据上述原理的用于提供离合器管理控制策略的示例性程序500。为了描述程序500，假定系统架构如图1和图2所示。此外，还假定程序500由离合器控制器201执行。还假定讨论中的变速是双离合器变速。然而，这些假设仅仅是为了便于理解所伴随的说明，而不应视为所有实施例都需要的条件。
[0036] 在程序500的步骤510中，离合器控制器201确定需要变速器变速。离合器控制器201可以作为诸如增大或减小机器转速和/或载荷等改变机器运行条件的结果确定这种需要。可替代地，诸如增加或减少辅助装置的使用等操作员动作会需要变速器变速。在步骤520中，离合器控制器201对与当前变速比相关的待分离离合器命令液压减小。应理解，通过向与待分离离合器相关联地使用的适当的电液控制阀(未图示)施加命令信号而提供这样的命令。如以上结合图3和图4的说明，尽管被示出为一个独立的步骤，但该步骤通常与几个随后步骤并行地持续进行。
[0037] 在与步骤520的开始相关(之前，同时，或之后)的预定时间开始的步骤530中，离合器控制器201向与新的期望变速比相关联的待接合离合器203应用脉冲阶段。在一实施例中，脉冲阶段包括提供用于通过电液控制阀205施加预定的脉
冲压力的命令信号。脉冲阶段持续预定的时间。在与步骤530同期和/或在其之前发生的步骤540中，离合器控制器201获得与通过变速器传递的所测得的转矩相应的数据。离合器控制器201以逻辑方式工作，以基于与测得的转矩相对应的数据计算保持水平电流。如先前讨论过的，保持水平电流可以通过表格例如使转矩和保持水平电流相关的经验性的查找表计算出，或者基于使适当的保持水平与所测得的转矩相关的算法或公式计算出。
[0038] 在脉冲阶段结束时，离合器控制器201在步骤550中开始保持阶段，包括将计算出的保持水平电流施加到电液控制阀205上。计算出的保持水平电流一般大大小于脉冲水平电流，且保持阶段可以由从脉冲水平电流的直接下降开始，或者更适当地，由后面跟随朝向保持水平电流的小线性斜坡的局部下降开始。保持阶段持续与测得的转矩相独立的预定的时间。当然，如上所述，保持水平本身随测得的转矩而变化。
[0039] 在保持阶段的预定时间已经结束后开始的步骤560中，离合器控制器201开始并随后完成调制阶段。在该阶段中，离合器控制器201从保持水平电流开始时作为时间的预定函数缓慢地增大电液控制阀205的电流。这样，施加到该电液控制阀的命令信号最终足以锁定待接合离合器203。
[0040] 工业应用
[0041] 本发明可应用于液压变速器，即采用液压离合器控制变速比或变速段变速的定时的变速器。特别地，本发明的原理提供了一种用于构造并控制变速器以使得在变速期间待接合离合器在与转矩无关的特定的持续时间内经过不同的阶段(脉冲，保持，调制)而被致动的机构。即，离合器的脉冲和保持阶段在对于不同的变速为常量的且不会因转矩或打滑而变化的时间执行。然而，保持水平自身随转矩而变化。此简化的控制技术消除了为补偿变速器转矩载荷变化而需要的精确时间的特定过渡。此系统可以在公路或非公路机械、建筑机械、工业机械等上实施。尽管会从本发明的原理受益的许多机器将是至少在职能上用于运输货物、材料或人员的机器，但是应理解，液压变速器也用于其他情况，且所公开的教导同样是广泛适用的。
[0042] 利用本发明的原理，离合器控制器201——例如ECM——可以在不改变离合器阶段过渡定时的情况下补偿变化的转矩载荷。这消除了计算的复杂性，还能够实现更有效地变速。一方面，本发明的系统与转矩无关地设定各种离合器阶段的开始定时，但是基于转矩设定离合器保持水平电流，越高的转矩值产生越高的保持水平电流值。因此，本发明的原理避免了基于多变量的定时的离合器控制策略。即，对于不同的变速，待接合离合器从保持阶段到调制阶段过渡的时间均相同，并且取决于转矩仅调整保持水平电流。
[0043] 应理解，前述说明提供了本发明的系统和技术的示例。然而，预期本发明的其他实施方式可以在细节上与前述示例有所不同。本发明或其示例的所有涉及内容意图涉及所讨论的特定实施例，而非对更加概括的本发明的范围增加任何限定。所有关于某些特征的区别和轻视的语句意图表示对这些特征的非优选，而不是将它们从本发明的范围中完全排除，除非另有说明。
[0044] 除非本文另有说明，本文中数值范围的表述仅仅意图用作分别指代落入该范围内的各离散值的简略表达方法，并且各离散值如同在本文中单独表述那样被结合到
说明书中。本文描述的所有方法可以以适当地顺序执行，除非本文另有说明或者在上下文中存在明显的矛盾。
[0045] 因此，本发明包括所适用的法律条文所允许的在所附
权利要求中记述的主题的所有变型和等同方案。而且，上文所述要素以各种可能变化的任何组合均包含在本发明中，除非本文另有说明或者在上下文中存在明显的矛盾。
