基于摩擦元件負荷檢測的換擋自動變速器傳動比的閉環扭矩階段控制的制作方法

專利名稱：基于摩擦元件負荷檢測的換擋自動變速器傳動比的閉環扭矩階段控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及機動車輛的自動變速器領域，更具體地說涉及基于摩擦元件負荷水平 的換檔控制裝置和方法。
背景技術：
車輛中的多級變傳動比自動變速器系統利用用于自動齒輪傳動比換檔的多個摩 擦元件。廣義地說，這些摩擦元件可以描述為扭矩產生元件，盡管通常它們叫做離合器或制 動器。這種摩擦元件的作用是形成從內燃發動機到車輛驅動輪的動力流路徑。在車輛加速 期間，當對于給定的發動機節氣門設置由于車速增加而傳動比升檔時，作為變速器輸入軸 速度與變速器輸出軸速度的比的總速度比減少。由于對于任何給定的車輛速度的發動機節 氣門設置增加，或者當由于發動機節氣門設置減小而車速減小時，進行降檔以實現更大的 傳動比。在現代自動變速器中有各種行星齒輪結構。但是，換檔運動學的基本原理仍然相 似。利用通過行星齒輪組改變扭矩路徑來換檔具有多個行星齒輪組的多級傳動比自動變速 器伴隨有施加和/或釋放摩擦元件以改變速度和扭矩關系。摩擦元件通常用液壓或機械操 縱。在同步的摩擦元件對摩擦元件升檔的情況下，為了降低變速齒輪傳動比，稱為 離去的(off-going)摩擦元件的第一壓力操縱的扭矩產生元件被釋放，同時稱為到來的 (on-coming)摩擦元件的第二壓力操縱的扭矩產生元件接合。一般的升檔事件分成準備階 段、扭矩階段和慣性階段。在準備階段中，到來的摩擦元件活塞往復運動以準備其接合，同 時離去的摩擦元件扭矩保持能力階梯式地向著其釋放減小。在可以稱為扭矩傳遞階段的 扭矩階段期間，到來的摩擦元件扭矩上升，同時離去的摩擦元件仍然被接合。在扭矩階段期 間，自動變速器的輸出軸扭矩通常下降，產生所謂的扭矩洞(torque hole)。當到來的摩擦 元件產生足夠的扭矩時，離去的摩擦元件被釋放，標志著扭矩階段的結束和慣性階段的開 始。在慣性階段期間，到來的摩擦元件扭矩被調節以向著零減少其滑動速度。當到來的摩 擦元件滑動速度達到零時，換檔事件完成。在同步的換檔中，離去的摩擦元件釋放的正時必需與到來的摩擦元件扭矩水平同 步，以提供穩定的換檔感覺。過早的釋放導致發動機速度爆發(flare)和較深的扭矩洞，對 車內人員引起可感覺到的換檔時沖擊。延遲的釋放引起齒輪元件的停頓(tie-up)，而且導 致不穩定的換檔感覺的深而寬的扭矩洞。常規的換檔控制依靠動力傳動系部件的速度測 量，例如發動機和變速器輸入軸的速度測量，以在扭矩階段期間控制離去的摩擦元件釋放 過程。常規的扭矩階段控制方法，按照預定的離去的摩擦元件致動器力分布圖，通過基于預 校準的正時的開環控制從其鎖緊狀態釋放離去的摩擦元件。這種常規的方法不能確保最佳 的離去的摩擦元件釋放正時，并且因此導致不穩定的換檔感覺。可選地，控制器可以利用速度信號計量離去的摩擦元件釋放正時。也就是，如果控制器檢測到齒輪停頓的跡象，這可能表現為輸入軸速度可測量地下降，則釋放離去的摩擦 元件。當在到來的摩擦元件產生足夠的扭矩之前離去的摩擦元件過早地開始釋放時，發動 機速度或自動變速器輸入軸速度可能以非受控方式迅速上升。如果檢測到這種所謂的發動 機速度爆發，則控制器可以增加離去的摩擦元件控制力，以使自動變速器輸入速度或離去 的摩擦元件滑動速度迅速地下降。這種基于速度或基于滑動的方法常常導致在齒輪停頓和 發動機爆發之間的振蕩行為，引起不穩定的換檔感覺。而且，由于其對滑動狀態的高靈敏度 以及靜態和動態摩擦力之間的不連續性，離去的摩擦元件滑動控制非常困難。在扭矩階段 期間不能實現無縫的滑動控制導致不希望的換檔沖擊。在非同步的自動變速器的情況下，升檔事件涉及單獨的到來的摩擦元件的接合控 制，同時伴隨的通常單向耦合的離合器元件自動脫離以減小傳動比。非同步的升檔事件也 可以分成三個階段，這三個階段也叫做準備階段、扭矩階段和慣性階段。非同步的升檔的準 備階段是扭矩階段之前的一段時間。非同步升檔的扭矩階段是當到來的摩擦元件扭矩為了 其接合有目的地升高直到單向耦合開始滑動或超限運行的時間周期。這種定義不同于同步 換檔的定義，因為非同步的換檔不涉及單向耦合的或離去的摩擦元件的主動控制。非同步 升檔的慣性階段是在扭矩階段之后當單向耦合從開始到滑動的時間周期。根據常規的升檔 控制，在用于非同步的自動變速器的升檔事件的扭矩階段期間，通過到來的摩擦元件傳遞 的扭矩由于其開始接合而增加。非同步升檔自動變速器的運動學結構以這樣的方式構造， 使得通過單向耦合傳遞的扭矩響應于到來的摩擦元件扭矩增加而自動減少。由于這種相互 作用的結果，自動變速器輸出軸扭矩在扭矩階段期間下降，這再一次形成所謂的“扭矩洞”。 在單向耦合脫離之前，正如在前面所述的情況，較大的扭矩洞作為令人不愉快的換檔沖擊 可以被車內人員感覺到。現有技術換檔控制裝置的示例可以在美國專利No. 7，351，183中 找到，該專利結合于此供參考。在圖1中，用2示意地示出的變速器是具有控制器4的現有技術多級傳動比變速 器的示例，其中傳動比變化通過作用在單個齒輪元件上的摩擦元件來控制。來自車輛發動 機5的發動機扭矩分配給流體動力變矩器12的扭矩輸入元件10。變矩器12的泵輪14以 已知的方式對渦輪16產生渦輪扭矩。渦輪扭矩分配給渦輪軸，該渦輪軸也是變速器輸入軸 18。圖1的變速器2包括簡單的行星齒輪組20和組合的行星齒輪組21。齒輪組20具有永 久固定的太陽輪S1、齒圈R1和可旋轉地支撐在托架22上的行星齒輪P1。變速器輸入軸18 可驅動地連接于齒圈R1。組合的行星齒輪組21，有時也叫做維列奧克斯(Ravagineaux)行 星齒輪組，其具有較小的節園直徑太陽輪S3、扭矩輸出齒圈R3、較大的節園直徑太陽輪S2 和組合的行星小齒輪。該組合的行星小齒輪包括長型小齒輪P2/3，該長型小齒輪P2/3可驅 動地接合短型行星小齒輪P3和扭矩輸出齒圈R3。長型行星小齒輪P2/3還可驅動地接合 短型行星小齒輪P3。短型行星小齒輪P3進一步接合太陽輪S3。齒輪組21的行星小齒輪 P2/3、P3可旋轉地支撐在組合托架23上。齒圈R3可驅動地連接于扭矩輸出軸24，該扭矩 輸出軸24通過差速器和車橋總成(未示出)可驅動地連接于車輛驅動輪。齒輪組20是相 對于組合的齒輪組21串聯地設置的低速傳動比齒輪組。通常，變速器2優選包括用25示 出的鎖定或變矩器旁路離合器，以在變矩器扭矩倍增模式完成以及流體動力學耦合模式開 始之后將變速器輸入軸18直接連接于發動機5。圖2示出了離合器和致動摩擦元件接合和 釋放模式的圖表，該圖表用于建立變速器2的六個向前驅動傳動比和一個倒檔傳動比中的每一個。在以前四個向前驅動傳動比運行期間，托架P1通過軸26和向前摩擦元件A可驅 動地連接于太陽輪S3。在以第三傳動比、第五傳動比和倒檔運行期間，直接摩擦元件B將 托架22可驅動地連接于軸27，該軸27連接于較大的節園直徑太陽輪S2。在以第四、第五 和第六向前驅動傳動比運行期間，超速檔摩擦元件E通過軸28將渦輪軸18連接于組合托 架23。在以第二和第六向前驅動傳動比運行期間，摩擦元件C用作太陽輪S2的反作用制動 器。在以第三向前驅動傳動比運行期間，直接摩擦元件B與向前摩擦元件A—起應用。齒輪 組21的元件于是鎖定在一起以在軸28和輸出軸26之間產生直接驅動連接。在向前驅動 期間，向前摩擦元件A的扭矩輸出側通過扭矩傳輸元件29連接于直接摩擦元件B的扭矩輸 入側。在向前驅動期間，直接摩擦元件B的扭矩輸出側通過扭矩傳輸元件30連接于軸27。 通過利用低的倒檔制動器D和摩擦元件B建立倒檔驅動。為了說明圖1的變速器的同步的傳動比升檔的一個示例，假定升檔發生在第一傳 動比和第二傳動比之間。對于這種1-2檔的升檔，摩擦元件C在換檔之前在釋放位置開始 并且在換檔期間接合，而低/倒檔摩擦元件D在換檔前在接合位置開始，并且在換檔期間被 釋放。向前摩擦元件A保持接合狀態，而摩擦元件B和超速檔摩擦元件E在整個換檔期間 保持脫離狀態。這種類型的變速器裝置更詳細的描述公開在美國專利No. 7，216，025中，該 專利結合于此供參考圖3示出用于圖1的自動變速器系統的從低速檔配置到高速檔配置的同步的摩擦 元件對摩擦元件升檔事件的一般過程。例如，上面已經關于1-2檔同步傳動比升檔對該過 程進行了描述，其中，摩擦元件C是到來的摩擦元件，而低/倒檔摩擦元件D是離去的摩擦 元件，但并不意圖示出具體的控制方案。換檔事件分成三個階段準備階段31、扭矩階段31和慣性階段33。在準備階段31 期間，到來的摩擦元件活塞往復運動(未示出)以準備其接合。同時，離去的摩擦元件控制 力減小以向著其釋放進行，如34所示。在這個例子中，離去的摩擦元件D仍然保持以35所 示的足夠的扭矩能力，以保持其不滑動，將變速器2保持在低速檔配置。但是，增加以36所 示的到來的摩擦元件控制力將減小在齒輪組21內的凈扭矩流動。因此，輸出軸扭矩在扭矩 階段32期間明顯下降，形成所謂的扭矩洞37。較大的扭矩洞作為令人不愉快的換檔沖擊 可以被車上的人感覺到。扭矩階段32將近結束時，離去的摩擦元件控制力下降到零，如38 所示，而到來的摩擦元件作用力繼續上升，如39所示。當離去的摩擦元件D開始滑動時扭 矩階段32結束并且慣性階段33開始，如40所示。在慣性階段33期間，離去的摩擦元件D 滑動速度上升，如41所示，同時如42所示的到來的摩擦元件滑動速度朝著在43的零減小。 由于行星齒輪配置的變化，發動機速度和變速器輸出速度44下降。在慣性階段33期間，由 分布圖45所示的輸出軸扭矩主要受由力分布圖46間接表示的到來的摩擦元件C扭矩能力 的影響。當到來的摩擦元件C完成接合或當其滑動速度在43變成零時，慣性階段33結束， 完成換檔事件。圖4示出了同步的摩擦元件對摩擦元件升檔事件從低速檔配置到高速檔配置的 一般過程，其中，與圖3的情況相比，離去的摩擦元件D過早地釋放，如51所示。當離去的 摩擦元件D被釋放時，其打破如圖1所示的自動變速器輸入軸18和自動變速器輸出軸24 之間的路徑，不再以低速檔傳動比將扭矩傳遞給自動變速器輸出軸。由于到來的摩擦元件C仍然帶有由在52的低作用力所示的足夠的接合扭矩，因此自動變速器輸出軸扭矩大大下 降，形成能夠被感覺為換檔沖擊的深扭矩洞53。同時，發動機速度或變速器輸入速度快速增 加，如54所示，產生通常叫做發動機爆發的狀態。較大的發動機爆發水平作為令人不愉快 的噪聲可以被車內人員聽見。一旦到來的摩擦元件C產生如由在55的上升的控制力所示 的足夠的接合扭矩，則自動變速器輸入速度開始下降，并且輸出扭矩快速移動到56處的水 平，該水平對應于到來的摩擦元件控制力55。在一些條件下，這可能導致扭矩振蕩57，這種 振蕩作為令人不愉快的換檔沖擊能夠被車內人員感覺到。圖5示出了從低速檔配置到高速檔配置的摩擦元件對摩擦元件升檔事件一般過 程，其中與圖3所示的情況相比，離去的摩擦元件釋放被延遲，如61所示。甚至當到來的摩 擦元件C產生如由在65處的較大的實際控制力所示的較大扭矩后，離去的摩擦元件D仍然 保持接合。因此，變速器輸入扭矩繼續以低速檔傳動比主要傳遞給輸出軸24。但是，較大的 到來的摩擦元件控制力65引起阻力扭矩，降低了自動變速器輸出軸扭矩，形成深而寬的扭 矩洞63。這種狀態通常叫做齒輪元件停頓。嚴重的停頓可以被車內人員感覺為換檔沖擊或 動力損失。如圖3、圖4和圖5所示，相對于到來的摩擦元件扭矩能力，離去的摩擦元件釋放正 時的失去的同步化導致發動機爆發或停頓。兩種狀態都導致在換檔期間改變在自動變速器 扭矩輸出軸24的扭矩水平和分布圖。如果這些狀態嚴重，它們導致不希望的驅動經歷，例 如不穩定的換檔感覺或能夠感覺到的換檔沖擊。現有技術的方法試圖通過利用基于速度信 號測量的開環離去的摩擦元件釋放控制，減輕失去的同步化的水平。其同樣試圖在動態地 改變的換檔條件下通過在扭矩階段期間的開環方法實現穩定的到來的摩擦元件接合扭矩。圖6示出了用于控制圖1中的自動變速器2從低速檔配置到高速檔配置的摩擦元 件對摩擦元件升檔的現有技術的方法。在圖6中所示的現有技術中的到來的摩擦元件控制 應用于同步的或非同步的換檔所用的常規的扭矩階段控制。在這個例子中，離去的摩擦元 件D保持接合直到扭矩階段32結束。雖然重點放在扭矩階段控制上，但是圖6示出整個換 檔控制過程。如圖所示，換檔事件分成三個階段準備階段31、扭矩階段31和慣性階段33。 在準備階段31期間，到來的摩擦元件活塞往復運動(未示出)以準備其接合。同時，離去 的摩擦元件控制力在34減小以朝著其釋放進行。在扭矩階段32期間，控制器4通過基于 開環的方法操控到來的摩擦元件致動器，以遵循規定的到來的摩擦元件控制力分布圖64。 由于控制系統的易變性，實際的到來的摩擦元件控制力65可以不同于規定的分布圖64。即 便實際控制力65密切地遵循規定的分布圖64，但由于到來的摩擦元件接合過程對諸如潤 滑油流動和摩擦表面溫度的接合條件的敏感性，到來的摩擦元件接合扭矩在換檔與換檔之 間也仍然可以極大地變化。控制器4操控足夠的離去的摩擦元件控制力61，以保持離去的 摩擦元件D不滑動，以將行星齒輪組保持在低速檔配置直到扭矩階段32結束。增加到來的 摩擦元件控制力65或接合扭矩將減小在低速檔配置內的凈扭矩流動。因此，在扭矩階段32 期間，輸出軸扭矩66明顯下降，形成所謂的扭矩洞63。如果到來的摩擦元件接合扭矩的易 變性明顯改變扭矩洞63的形狀和深度，則車內人員可能經受不穩定的換檔感覺。控制器4 按照預先校準的分布圖減少在38處的離去的摩擦元件致動器力，以便在預定的正時67釋 放它。該釋放正時可以以到來的摩擦元件控制力62的操控值為基礎。可選地，如果控制器 4檢測到明顯的齒輪停頓的跡象，則離去的摩擦元件D被釋放，這種停頓可以表現為在輸入軸速度44中的可檢測的下降。如在67處所示，當離去的摩擦元件D被釋放并且開始滑動 時，慣性階段33開始。在慣性階段33期間，離去的摩擦元件滑動速度上升，如68所示，同 時到來的摩擦元件滑動速度朝著零減小，如69所示。由于行星齒輪配置改變，變速器輸入 速度44下降。在慣性階段33期間，輸出軸扭矩66主要受到來的摩擦元件扭矩能力或控制 力65的影響。當到來的摩擦元件進入鎖定或接合位置而不滑動時，換檔事件完成，如70處 所示。圖7示出了用于控制從低速檔配置到高速檔配置的同步升檔過程的另一種現有 技術的方法。在這個例子中，控制器4允許離去的摩擦元件D在扭矩階段32期間滑動。雖 然重點放在扭矩階段控制上，但是圖7示出了整個換檔事件。在準備階段31期間，到來的 摩擦元件活塞往復運動(stroke)以準備其接合。同時，離去的摩擦元件控制力86減小以 朝著其滑動進行。在扭矩階段32期間，到來的摩擦元件控制力以受控方式升高。更具體 地，控制器4通過基于開環的方法操控到來的摩擦元件致動器以遵循規定的到來的摩擦元 件控制力分布圖87。由于控制系統的易變性，實際的到來的摩擦元件控制力88可以不同于 操控的分布圖87。即便實際的控制力88密切地遵循操控的分布圖87，但由于到來的摩擦 元件接合過程對諸如潤滑油流動和摩擦表面溫度的接合條件的敏感性，到來的摩擦元件接 合扭矩在換檔與換檔之間也仍然可以極大地變化。增加到來的摩擦元件控制力88或到來 的摩擦元件接合扭矩減小了在低速檔配置內的凈扭矩流動。這導致在扭矩階段32期間輸 出軸扭矩99減小，形成所謂的扭矩洞85。如果到來的摩擦元件接合扭矩中的易變性明顯改變扭矩洞85的形狀和深度，那 么車內人員可能經受不穩定的換檔感覺。深的扭矩洞可以被感覺為令人不愉快的換檔沖 擊。在扭矩階段32期間，離去的摩擦元件控制力被減小，如82所示，以引起最初的滑動83。 控制器4試圖通過基于離去的摩擦元件速度96的閉環控制，將離去的摩擦元件滑動保持在 目標水平，該速度96可以直接測量或從在預定位置的速度測量中間接獲得。離去的摩擦元 件滑動扭矩的離去的摩擦元件控制力82中的易變性可以改變扭矩洞85的形狀和深度，因 此影響換檔感覺。如果控制器4不利地允許離去的摩擦元件滑動水平的突然增加，那么自 動變速器輸入速度或發動機速度90可以瞬時地驟增，引起所謂的發動機速度爆發或發動 機爆發。發動機爆發可以被車內人員感覺為令人不愉快的聲音。控制器4在所示的預定正時開始離去的摩擦元件釋放過程，該正時可以以到來的 摩擦元件控制力93的操控值為基礎。控制器4按照預先校準的分布圖94降低離去的摩擦 元件控制力。如果離去的摩擦元件D的釋放在到來的摩擦元件C產生足夠的扭矩之前過早 地開始，則發動機速度或輸入軸速度可以以非受控方式快速上升。如果發動機速度爆發90 被檢測到，那么控制器4增加離去的摩擦元件控制力，以延遲離去的摩擦元件釋放過程。可 選地，對于預定的離去的摩擦元件釋放正時，控制器4可以利用速度信號，以確定最終離去 的摩擦元件釋放正時。當可以表現為輸入軸速度的可測量的下降的明顯的齒輪停頓跡象被 檢測到時，離去的摩擦元件D按照預先校準的力分布圖被釋放。當離去的摩擦元件扭矩能 力或控制力下降到不明顯的水平95時，慣性階段33開始。在慣性階段33期間，離去的摩 擦元件滑動速度上升96，同時到來的摩擦元件滑動速度朝著零減小97。由于行星齒輪配置 的變化，變速器輸入軸速度下降，如98所示。在慣性階段33期間，輸出軸扭矩99主要受到 來的摩擦元件扭矩能力的影響，該扭矩能力由其控制力100表示。當到來的摩擦元件C在101處變成牢固地接合時，換檔事件完成。總而言之，基于扭矩階段期間的開環到來的摩擦元件控制的現有技術的方法，不 能解決扭矩階段期間的控制系統易變性和動態改變換檔條件，導致不穩定的換檔感覺或令 人不愉快的換檔沖擊。具有預先校準的控制力分布圖的預定的離去的摩擦元件釋放正時在 動態地改變換檔條件下不能確保最佳正時，導致不穩定的換檔感覺或令人不愉快的換檔沖 擊。根據速度信號計量離去的摩擦元件釋放正時的可選的方法經常導致在齒輪停頓和發動 機爆發之間的振蕩行為，導致不穩定的換檔感覺。而且，由于其對滑動條件的高度的靈敏 性，離去的摩擦元件滑動控制十分困難。此外，在靜態和動態摩擦系數之間存在較大的不連 續性，在初始滑動控制期間引起大的扭矩擾動。在扭矩階段期間不能實現無縫的離去的摩 擦元件滑動控制導致不希望的換檔沖擊。正如從上面的討論中所能夠看到的，在扭矩階段期間離去的摩擦元件和到來的摩 擦元件的可控制性是希望的，以便提供穩定的和無縫的換檔質量。依賴基于速度測量的開 環方法的現有技術沒有任何方案解決協調地控制通過多盤離合器或帶式制動器的扭矩的 問題，并且因此在現有技術中需要一種變速器控制系統，該控制系統使得在傳動比變化期 間換檔時沖擊最小，該傳動比變化不單獨依賴傳統的速度信號測量，而是依賴在傳動比改 變的扭矩階段期間測量或估算在多片(plate)離合器或帶式制動器中的摩擦元件負荷水 平。

發明內容
本發明涉及基于自動變速器系統的摩擦元件負荷水平的閉環換擋控制裝置和方 法，該裝置和設備在傳動比改變的扭矩階段期間從低速檔構形到高速檔構形控制到來的摩 擦元件接合和離去的摩擦元件釋放過程。當壓力操縱的扭矩產生元件選擇地接合和釋放 時，它們在變速器齒輪系統中形成扭矩流動路徑。作用在離去的摩擦元件上的扭矩的負荷 直接測量或估算和到來的摩擦元件接合扭矩的直接測量和估算用來改善換檔感覺。為了實 現穩定的換檔感覺，在第一實施例中扭矩負荷的測量用于預測最佳的離去的摩擦元件釋放 正時。當作用在離去的摩擦元件上的扭矩負荷變成零或接近于零水平時，唯一地去定釋放 該離去的摩擦元件的理想正時。為了實現穩定的換檔感覺，到來的摩擦元件接合扭矩水平 的測量或估算用于閉環控制方法，以緊密地遵循給定的目標軌跡。具體地說，用于控制多級傳動比自動變速器中傳動比換檔的方法用于車輛動力傳 動系。該自動變速器包括輸入扭矩源、扭矩輸出部件、從輸入扭矩源到扭矩輸出部件形成多 個扭矩流動路徑的齒輪裝置，以及第一和第二壓力致動的扭矩產生元件，該扭矩產生元件 在傳動比升檔事件期間用于從具有低傳動比的第一齒輪構形到具有高傳動比的第二齒輪 構形的換檔。該升檔事件具有準備階段、扭矩階段和慣性階段。扭矩階段可以叫做扭矩傳 輸階段。在準備階段期間保持第一扭矩產生元件的扭矩能力防止滑動。在扭矩階段期間測 量或估算通過第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量。根據本發明的第一優選實施例，在扭矩 階段期間第二扭矩產生元件的扭矩能力通過基于測量或估算的接合扭矩的閉環控制而增 加。在扭矩階段期間保持第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過該第一扭矩產生元件傳 遞的扭矩的量下降到預定量以下，并且然后減小第一扭矩產生元件的扭矩能力。根據本發 明的第二優選實施例，在扭矩階段期間第二扭矩產生元件的扭矩能力根據測量的或估算的扭矩來控制，使得在所有時間傳遞的扭矩在到來的摩擦元件的有限的控制帶寬下被嚴格控 制。在扭矩階段期間仍然保持第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過第一扭矩產生元件 傳遞的扭矩下降到預定量以下，并且然后減小第一扭矩產生元件的扭矩能力。根據另一方面，提供一種用于控制車輛動力傳動系的多級傳動比自動變速器中的 傳動比變檔的方法，該自動變速器包括輸入扭矩源、扭矩輸出部件、從輸入扭矩源到扭矩輸 出部件形成多個扭矩流動路徑的齒輪裝置，以及第一和第二壓力致動的扭矩產生元件，該 扭矩產生元件在具有準備階段、扭矩階段和慣性階段的傳動比升檔事件期間，分別用于形 成具有低傳動比的第一齒輪構形和具有高傳動比的第二齒輪構形。該方法包括在準備階段 期間保持第一扭矩產生元件的扭矩能力防止滑動；在扭矩階段期間確定通過第一扭矩產生 元件傳遞的扭矩的量；在扭矩階段期間增加第二扭矩產生元件的扭矩能力；以及基于通過 第一扭矩產生元件的轉傳遞的扭矩的量，確定釋放該第一扭矩產生元件的正時。根據又一方面，提供一種用于控制車輛動力傳動系的多級傳動比自動變速器中的 傳動比換檔的方法。該自動變速器包括輸入扭矩源、扭矩輸出部件、從輸入扭矩源到扭矩輸 出部件形成多個扭矩流動路徑的齒輪裝置，以及第一和第二壓力致動的扭矩產生元件，該 扭矩產生元件在具有準備階段、扭矩階段和慣性階段的傳動比升檔事件期間，用于從具有 低傳動比的第一齒輪構形到具有高傳動比的第二齒輪構形換擋。該方法包括在準備階段期 間保持第一扭矩產生元件的扭矩能力防止滑動；在扭矩階段期間確定通過第二扭矩產生元 件傳遞的扭矩的量；在扭矩階段期間根據確定的扭矩量，以希望的比率增加第二扭矩產生 元件的扭矩能力，以便至少在一部分扭矩階段，產生通過該第二扭矩產生元件傳遞的扭矩 的量的閉環控制；以及在扭矩階段期間保持第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過該第 一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量下降到預定量以下，并且然后減小第一扭矩產生元件的扭 矩能力。一種用于控制車輛動力傳動系的多級傳動比自動變速器的系統，包括用于改變第 一扭矩產生元件的扭矩能力第一致動器，和用于測量通過第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的 量負荷傳感器或估算器。設置第二致動器用于增加第二扭矩產生元件的扭矩能力。優選 地，該傳遞的扭矩基于測量的或估算的扭矩以閉環方式控制。在扭矩階段期間控制器保持 第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量下降到預定量 以下。其后控制器減小第一扭矩產生元件的扭矩能力。由于這種設置，減小發動機暴發和 換檔時沖擊。本發明的其他目的、特征和優點從下面對優選實施例的詳細描述連同附圖一起將 變得更清楚，其中在多個附圖中相同的附圖標記指的是對應的零部件。


圖1是根據現有技術的自動變速器系統的齒輪配置的示意圖；圖2是示出了離合器和制動器摩擦元件接合和釋放模式的圖表，該圖表用于產生 用于圖1中示意性地示出的變速器的六個前進傳動比和一個倒檔傳動比中的每一個；圖3是用于圖1的現有技術的自動變速器系統從低速檔配置到高速檔配置的同步 的摩擦元件對摩擦元件升檔事件的一般過程的曲線圖。圖4是從低速檔配置到高速檔配置的同步的摩擦元件對摩擦元件升檔事件一般過程的曲線圖，其中與圖3所示的情況相比離去的摩擦元件被過早地釋放。圖5是從低速檔配置到高速檔配置的同步的摩擦元件對摩擦元件升檔事件一般 過程的曲線圖，其中與圖3所示的情況相比，離去的摩擦元件釋放被延遲。圖6是用于圖1中的自動變速器系統的基于動力傳動系部件的速度測量從低速檔 配置到高速檔配置的現有技術同步的摩擦元件對摩擦元件升檔控制的曲線圖，其中離去的 摩擦元件在扭矩階段保持鎖緊。圖7是用于圖1中的自動變速器系統的基于動力傳動系部件的速度測量從低速檔 配置到高速檔配置的現有技術同步的摩擦元件對摩擦元件升檔控制的曲線圖，其中離去的 摩擦元件在扭矩階段滑動。圖8是根據本發明第一優選實施例用于包括負荷傳感器設置的自動變速器系統 的齒輪配置的示意圖；圖9是根據本發明的優選實施例基于作用在離去的摩擦元件上的扭矩負荷的直 接測量或估算，用于圖8的自動控制系統的從低速檔配置到高速檔配置的同步的摩擦元件 對摩擦元件升檔控制的曲線圖；圖10是示出根據本發明優選實施例的到來的摩擦元件控制方法的流程圖；圖11是示出根據本發明優選實施例的離去的摩擦元件釋放控制方法的流程圖；圖12是根據本發明的第一優選實施例的用于確定離去的摩擦元件的理想釋放正 時的過程的曲線圖。圖13是示出根據本發明優選實施例的換檔控制方法的流程圖；圖14是根據本發明的另一個優選實施例，基于作用在離去的摩擦元件和到來的 摩擦元件上的扭矩負荷的直接測量或估算，用于圖8的自動變速器控制系統的從低速檔配 置到高速檔配置的同步的摩擦元件對摩擦元件升檔控制的曲線圖；圖15是示出根據本發明另一個優選實施例的到來的摩擦元件換檔控制方法的流 程圖；圖16A示出根據本發明的另一個優選實施例的安裝在摩擦元件端片的兩個齒之 間的負荷傳感器組件，其用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖16B示出安裝在變速器箱中的圖16A的負荷傳感器組件；圖17A示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，其設置成緊靠從摩 擦元件的端片伸出的銷，以用于測量離去的摩擦元件上的相對負荷水平；圖17B示出安裝在變速器箱中的圖17A的負荷傳感器組件；圖18示出本發明另一個優選實施例的負荷傳感器，該負荷傳感器用薄膜型負荷 傳感器構成并且附連到用于測量離去的摩擦元件上的相對負荷水平的齒；圖19示出本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器用金屬橫 桿構成，用于測量離去的摩擦元件上的相對負荷水平；圖20示出本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件安裝 在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖21A-21C示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器 組件安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖22A和22B示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖23示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件 安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖24示出根據本發明另一個優選實施例的曲線圖；圖25示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件 安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖26示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件 安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖27示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件 安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；圖28示出根據本發明另一個優選實施例的負荷傳感器組件，該負荷傳感器組件 安裝在帶式制動器型摩擦元件上，用于測量該摩擦元件上的相對負荷水平；以及圖29示出根據本發明另一個優選實施例的曲線圖。
具體實施例方式從參考圖8開始，圖8示出采用本發明的自動變速器。由于這種自動變速器裝置 類似于圖1中示意地示出的自動變速器裝置，因此所有相同的零部件用對應的附圖標記表 示，并且因此在這里對這些相同的零部件不進行重復的討論。而是，特別重要的是增加位于 摩擦元件C中的扭矩傳感器120、位于摩擦元件D中的負荷傳感器130、以及位于變速器輸 出軸24中的扭矩傳感器131，所有的傳感器都連接于用于控制變速器2的各種功能的控制 器4，這將在下面詳細地描述。圖9示出了根據本發明優選實施例的扭矩階段控制方法，該方法用于圖8中的自 動變速器系統從低速檔配置到高速檔配置的同步的摩擦元件對摩擦元件升檔。在這里所示 的到來的摩擦元件控制方法也能夠應用于非同步換檔控制。換檔事件分成三個階段準備 階段31、扭矩階段32和慣性階段33。在準備階段31期間，到來的摩擦元件活塞往復運動 以準備其接合。同時，離去的摩擦元件控制力或其扭矩能力減小以朝著其釋放進行，如404 所示。在扭矩階段32期間，到來的摩擦元件控制力以控制的方式升高，如405所示。更具體 地說，在扭矩階段32期間，控制器4通過直接基于到來的摩擦元件接合扭矩407的測量的 閉環控制而操控到來的摩擦元件致動器以遵循目標到來的摩擦元件接合扭矩分布圖406。 到來的摩擦元件扭矩407可以利用根據本發明的負荷傳感器直接測量，這在下面詳細地描 述。到來的摩擦元件接合扭矩直接影響傳遞給車輪的變速器輸出扭矩。這種基于扭矩的閉 環控制消除或大大減少了到來的摩擦元件接合扭矩靈敏性對硬件易變性和換檔條件的影 響，實現了穩定的換檔感覺，而與換檔條件無關。對于直接測量可選地，到來的摩擦元件扭矩能夠利用圖8所示的扭矩傳感器131 從變速器輸出軸扭矩的測量來確定。數學上，到來的摩擦元件扭可以描述為測量的 輸出軸扭矩；的函數T0CE(t) = G0CET0S(t)方程(1)其中可以基于給定的齒輪組幾何結構容易地得到。還可選地，到來的摩擦元件扭矩能夠根據在預定位置(i = 1,2,…，n)的略微變化的變速器部件速度0^通過下面的方程(2)進行估算。Toce(t) = Ftrans("^t) 方程(2)其中t表示時間，Ftrans表示變速器系統的數學描述。更具體地說，由于到來的摩 擦元件接合扭矩上升407，因此通過各種變速器部件傳遞的扭矩水平也變化。這形成了小的 但是可檢測的…的變化。變速器模型，Ftrans能夠容易推導出，以在扭矩階段32期間當離 去的摩擦元件保持鎖緊時估算到來的摩擦元件接合扭矩。控制器4操控足夠的離去的摩擦元件控制力408，以使其保持不滑動，在扭矩階段 32期間保持行星齒輪組在低速檔配置中。由于到來的摩擦元件接合扭矩407增加，反作用 扭矩作用在設置于變速器箱的部件上。更具體地說，在這種情況下，通過離去的摩擦元件傳 遞的扭矩或作用在離去的摩擦元件D上的扭矩負荷409成比例地減少。離去的摩擦元件負 荷水平409能夠利用例如在下面詳細描述的扭矩傳感器直接監控。可選地，在扭矩階段32 期間當離去的摩擦元件保持鎖緊時，離去的摩擦元件負荷水平409能夠從測量的到來 的摩擦元件接合扭矩1_ 407或從根據方程(3)估算的到來的摩擦元件接合扭矩1~_407計 笪弁。Toge (t) = Foce/oge (Toce (t)) 方程(3)其中FraAx;E表示在低速檔配置的到來的摩擦元件C和離去的摩擦元件D之間的扭 矩比例，并且能夠根據齒輪組的幾何結構獲得。根據本發明，當作用在離去的摩擦元件D上 的扭矩負荷變成零或接近于零水平時，離去的摩擦元件D在理想的正時被釋放。如410所 示，當離去的摩擦元件負荷409在411接近零時，變速器控制器4開始離去的摩擦元件D的 釋放過程。如412所示，離去的摩擦元件扭矩由于沒有滑動控制而快速下降。由于沒有包含 離去的摩擦元件滑動控制，該方法對離去的摩擦元件中斷(break-away)摩擦系數易變性 不敏感。此外，412所示的離去的摩擦元件D的快速釋放幾乎不引起在輸出軸扭矩413中的 擾動，因為在釋放瞬間離去的摩擦元件負荷水平接近于零，如411所示。一旦其控制力達到 不明顯的水平，離去的摩擦元件D在411開始滑動。在慣性階段33期間，基于到來的摩擦 元件滑動測量可以利用常規的控制方法。如415所示離去的摩擦元件滑動速度增加，而如 416所示到來的摩擦元件滑動速度減小。由于行星齒輪配置變化，變速器輸入速度下降，如 417所示。在慣性階段33期間，輸出軸扭矩418主要受到來的摩擦元件扭矩水平419的影 響。對于常規控制可選地，可以繼續采用基于測量或估算的到來的摩擦元件扭矩的閉環控 制。當到來的摩擦元件C完成接合或當其滑動速度變成零時，如420所示，換檔事件完成。圖10示出在圖9所示的在扭矩階段期間閉環到來的摩擦元件接合扭矩控制的流 程圖。步驟430是扭矩階段32的開始。在步驟431，控制器4選擇希望的到來的摩擦元件 扭矩，并且在步驟432，測量或估算實際的扭矩。然后在步驟433，根據測量的/估算的扭矩 水平和實際扭矩水平之間的差，由控制器4調節到來的摩擦元件致動器。在步驟434，控制 器4判斷扭矩階段是否結束，并且如果已經結束，則在步驟436控制器4開始慣性階段33。圖11示出在圖9所示的在扭矩階段32期間離去的摩擦元件扭矩控制過程的流程 圖。在扭矩階段32開始處，該過程在步驟440開始。在步驟441，通過鎖緊的離去的摩擦 元件D傳遞的負荷被直接測量或估算。在步驟442，當其負荷水平下降到低于預定水平時， 離去的摩擦元件D在步驟444被立即釋放。在扭矩階段32結束處，控制過程在步驟445結 束o
對于絕對負荷水平的測量或估算，可選地，圖12示出基于根據本發明的相對負荷 的測量或估算，確定離去的摩擦元件D的理想釋放正時的過程。圖12示出在圖9所示的升 檔事件期間作用在離去的摩擦元件D上的實際負荷分布圖451和被扭矩傳感器130測量的 相對負荷分布圖L(t)452。優選實施例只需要相對負荷分布圖L(t)452。優選地，相對負荷 分布圖L(t)452用反映實際負荷分布圖451的未校準的傳感器輸出來構造，而非其絕對水 平。這個特征不需要在整個負荷范圍內全部的傳感器校準。還使得優選實施例在所有的時 間對傳感器輸出漂移不敏感。但是，優選實施例依賴于對傳感器測量k 453的了解，傳感 器測量k 453對應于零離去的摩擦元件負荷水平454。正如經常需要的，通過在車輛變速 器2處在空檔或沒有負荷施加在離去的摩擦元件D上的類似的條件下的同時對傳感器輸出 采樣，能夠容易地確定傳感器測量k 453。在扭矩階段32期間，變速器控制器4收集相對 負荷數據455以動態地構造相對負荷分布圖L(t)452。然后，控制器4外推L(t)以預測tQ 457，其中LUJ =1^。一旦、457預先得到，控制器4預測何時開始離去的摩擦元件釋放 過程。具體說，控制器4在458所示的等于At的時刻開始該釋放過程，其中At是使 離去的摩擦元件控制力快速下降到零所需要的時間。以這種方式，當實際的離去的摩擦元 件負荷水平為在附圖標記454所示的零或接近零時，在理想的正時、457或接近理想的正 時、457，離去的摩擦元件D開始滑動。圖13示出根據本發明的新的升檔控制方法的流程圖。在步驟461的同步升檔事 件的準備階段31期間，在步驟462離去的摩擦元件扭矩能力或作用力減小以保持水平而不 允許任何滑動，同時在步驟463，到來的摩擦元件活塞往復運動。在扭矩階段32期間，在步 驟465變速器控制器4利用在下面進一步描述的扭矩傳感器130以預先規定的采樣的頻率 測量作用在離去的摩擦元件D上的相對負荷水平。控制器4重復這個測量步驟465，直到在 步驟466收集到足夠的數據點，用于在步驟467動態構造相對負荷分布圖，該分布圖將負荷 示作時間L(t)的函數。一旦獲得相對負荷分布圖L(t)，控制器4在步驟468預測理想的 離去的摩擦元件釋放正時、，以使Laj =1^。其中k對應于離去的摩擦元件D上的基本 零負荷水平。控制器4如步驟469所示在‘-At開始離去的摩擦元件釋放過程，其中At 是使離去的摩擦元件作用力快速下降到零所需要的預先規定的時間。可選地，控制器4可 以在tttoes開始離去的摩擦元件釋放過程，使得L(tttoes) = Lttoes，其中Lthres是預定的閾值。 在扭矩階段32期間，離去的摩擦元件D不需要滑動控制。當離去的摩擦元件D被釋放時， 慣性階段33開始。優選地，在扭矩階段32期間，圖10所示的控制方法應用于到來的摩擦 元件C。在慣性階段33期間可以應用基于速度信號的常規的到來的摩擦元件控制。在步驟 473，當到來的摩擦元件C變成牢固地接合時，在步驟474換檔事件完成。圖14示出根據本發明的另一個優選實施例，該實施例涉及具有到來的摩擦元件 致動器的變速器系統，與采樣的負荷測量時間相比，該變速器系統可以不具有足夠的控制 帶寬。在扭矩階段32的開始，基于在如間隔481所示的在、和、之間的整個時間間隔At 上預先校準的斜率480，變速器控制器升高到來的摩擦元件致動器的力。在間隔481期間， 到來的摩擦元件負荷被測量或者用比At更精細的采樣時間估算，以構造接合扭矩分布圖 482。與目標扭矩分布圖483相比，如果該測量或估算的扭矩分布圖482示出緩慢的上升， 則控制器4在、和t2之間的下一個間隔485增大被操控的到來的摩擦元件控制力的斜率。 另一方面，如果實際扭矩上升得比目標分布圖快，則控制器4減小被操控的到來的摩擦元件控制力的斜率。例如在、和t2之間的間隔485期間，到來的摩擦元件負荷被測量或者用 比A t更精細的采樣時間估算，以構造接合扭矩分布圖486。該接合扭矩的測量或估算的斜 率486與目標分布圖487進行比較，以確定用于下一個控制間隔的被操控的力分布圖的斜 率488。重復這個過程直到扭矩階段32結束。離去的摩擦元件釋放控制與圖9所示的相 同。圖15示出在圖14所示的扭矩階段期間可選的閉環到來的摩擦元件接合扭矩控制 的流程圖。在步驟520示出扭矩階段32的開始。按照路徑521，在步驟522，測量或估算離 去的摩擦元件扭矩，并且在步驟523用該離去的摩擦元件形成扭矩分布圖482。該方法必 需通過如確定方框524和返回回路525所示的多次迭代。在步驟526計算扭矩斜率分布圖 486或扭矩分布圖482的平均導數，并且同時在步驟527計算希望的目標斜率分布圖487， 并且在528與扭矩斜率分布圖486進行比較。致動器力斜率在步驟529增加或在步驟530 減小，并且該過程在步驟531、532繼續，直到扭矩階段32結束。然后在步驟533該過程進 行到慣性階段33。雖然在上面已經討論換檔控制，但是現在將討論各種負荷傳感器組件的結構。圖 16A、16B、17A、17B、18和19示出根據本發明優選實施例的負荷傳感器組件的多種優選的 實施例，這些傳感器組件用于測量作用在離去的摩擦元件D或到來的摩擦元件C上的相對 負荷水平。圖16A示出根據優選實施例的負荷傳感器組件601結構的剖視圖。在圖16A 中，傳感器組件601安裝在離去的摩擦元件D的端片604的兩個齒602、603之間。組件 601包括芯605、負荷傳感器606和套筒607。芯605優選用金屬制造，例如鋼或鋁，并且通 過固定螺釘609牢固地固定于變速器殼體608。負荷傳感器606優選是用壓力敏感材料 (pressure-resistive material)制造的薄膜型傳感器。傳感器606產生對應于負荷力610 的相對水平的電信號。保護傳感器606的套筒607優選用橡膠、塑料或金屬制造。雖然蓋 子607也叫做套筒或蓋子，但是應當理解，這些術語是可以互換的。圖16B示出在變速器殼 體608中的傳感器組件601的安裝。傳感器組件601牢固地設置在花鍵軸齒正交地設置的 位置處。當安裝離去的摩擦元件片時，端片604圍繞傳感器組件601密配合，對傳感器606 提供預負荷。因此即便當沒有負荷作用在離去的摩擦元件D或其端片604上時，傳感器606 也優選指示非零的輸出L0。在換檔事件期間，當扭矩負荷如箭頭610所示地施加時，來自傳 感器606的輸出提供在離去的摩擦元件D上的負荷的相對測量。當這個實施例被用于測量 作用在離去摩擦摩擦元件上的相對負荷時，例如，當傳感器130用來測量摩擦元件D上的負 荷時，很容易理解，當傳感器輸出水平達到對應于零負荷水平的L0時，最佳摩擦元件釋放 正時被確定。圖17A和17B示出具有與圖16A的組件601類似結構的另一個傳感器組件611。 組件611包括一個固定的芯612、力傳感器613和套筒614。但是，如圖17A所示，組件611 設置成緊靠固定于離去的摩擦元件D的端片的銷615。傳感器613被預加載靠在銷615上， 在沒有作用在離去的摩擦元件端片616 (圖17B)上的扭矩負荷的情況下提供非零的輸出。 當扭矩負荷作用在離去的摩擦元件D上時，銷615被力617壓緊，通過套筒714緊靠傳感器 613。這使傳感器613能夠提供在離去的摩擦元件D上的扭矩負荷的相對測量。圖17B示出 傳感器組件611和具有在變速器殼體618中的銷615的離去的摩擦元件端片616的視圖。圖18示出本發明的另一個潛在的實施例，其中薄膜型力傳感器621直接連接于摩擦元件片623的齒622，該齒622用保護套筒624覆蓋。套筒624優選用橡膠、塑料或金屬 制造。當片623安裝在變速器殼體625中時，傳感器621通過套筒層624直接測量在摩擦 元件齒622和花鍵軸627之間的接觸負荷，提供作用在離去的摩擦元件D上的負荷的相對測量。圖19示出本發明的另一個優選實施例，其中牢固地固定于變速器殼體632的金屬 橫桿631被安裝并位于離去的摩擦元件片635的兩個齒633、634之間。當作用在片635上 的負荷水平636變化時，橫桿631的應力水平發生變化。該應力水平通過應力傳感器673 檢測，提供作用在離去的摩擦元件D上的扭矩負荷的相對測量。優選地可以添加蓋子以保 護應力傳感器637。圖20、21A、21B、21C、22A、22B和23-29示出本發明的各種優選實施例，這些實施例 涉及直接測量摩擦元件中的扭矩。更具體地說，圖20示出具有負荷傳感組件731的帶式制 動器系統700的局部視圖。該制動器系統700包括帶式條732的固定端、銷或鉤子733以 及固定支架734。帶式條732優選或者是單包層或者雙包層型。負荷傳感器組件731包括 組件芯735、負荷傳感器單元736以及保護套筒或蓋子737。組件芯735用金屬制造并且用 螺釘739或任何其他裝置牢固地安裝于變速器殼體738。蓋子737可以用金屬、橡膠、塑料 或任何其他材料制造。蓋子737保護傳感器單元736不直接與銷或鉤子733接觸，從而減 少傳感器材料磨損。蓋子737可以用隔熱材料制造以保護傳感器736不受熱的影響。蓋子 737還可以用作保護罩防止任何其他有害條件，包括與變速器油的電化學反應。負荷傳感 器單元736設置在芯735和蓋子737之間，其可以是壓力敏感薄膜型負荷傳感器。傳感器 736的末端通過蓋子737設置成緊靠銷733。當控制帶接合時，條732被液力伺服機構(在 下面詳細描述)沿著用箭頭740所示的方向拉動。帶式條732被稍稍拉伸，緊靠負荷傳感 器736推動銷或鉤子733。負荷傳感器736根據接觸力的大小產生電信號。S卩，傳感器736 在銷733的位置提供帶張力的相對測量。該電信號被傳輸給數據采集單元(未示出)并且 然后通過電纜741傳輸給控制器4。圖21A、21B和21C詳細示出帶式條的詳細結構。在圖21A中，帶式條732具有穿 孔的部分并且彎曲以形成銷或鉤子753和孔752。在帶接合期間孔752也用作放油孔。在 圖21B中，小銷或塊754被鉚接、螺紋連接或焊接于條732。可選地，銷或鉤子755可以形成 為固定支架734的一部分，如圖21C所示。銷755連接于帶固定支架734而不是條732。傳 感器組件731設置成緊靠銷755。由于支架734比條732硬，因此在保持和接合兩者期間， 在加載條件下它的應力比較小。因此，通過銷755的微小的位移作用在負荷傳感器736上 的力的水平明顯減小。較低的應力水平提高傳感器組件731的壽命，同時能夠利用傳感器 736對較低的最大力(lower maximum force)進行測量。圖22A示出在帶接合過程期間的傳感器功能。當接合開始時，變速器控制器4發 送電信號I(t)以升高并調節施加于伺服活塞762的液壓力761。由于伺服活塞開始往復運 動，伺服桿763拉動帶式條732的一端764。環繞條的張力增加，將潤滑油766從帶-鼓界 面擠出。在接合期間，從條732到鼓767的制動扭矩通過穿過油766的粘滯剪切力部分地 傳遞。一旦帶732與鼓767物理接觸時，制動扭矩通過機械摩擦力傳遞。假定庫侖摩擦模 型作為帶式條732和鼓767之間基本的扭矩傳輸機制，根據常規分析，接合扭矩Teng、在銷處 的帶張力Fpin733和在伺服器處的帶張力Fserv。769之間的關系可以表示如下
Teng = FservoR(eu e_l)方程(4)Tpin = Fservoeu 0方程(5)其中R =鼓半徑，U =庫侖摩擦系數，0 =帶包繞角770，假定銷733設置成足夠 靠近固定器734。鼓767沿著與液壓力761相同的方向旋轉。將方程(5)代入方程(4)，得 到Teng = Fpin(l-e-e)或&” =及方程⑶由于來自傳感器的電輸出信號Spin與帶張力Fpin是大致線性的Spin = kFpin方程(7)其中k是比例常數，將方程(7)代入方程(6)，得到Spm 二 ( k-,p\Teng = k'Teng或^=眾方程⑶
KV~e )dtdt其中^勸丄-助)方程(9)根據方程(8)傳感器輸出Spin提供帶式制動器接合扭矩Tmg的相對測量。這個實施例提供Teng的相對測量和其導數(dTeng/dt)，該導數使得在扭矩階段32 期間能夠進行到來的摩擦元件接合過程的閉環控制。這顯著地改進帶接合控制、減輕叫做 “抖振”行為的帶式制動扭矩的突然上升。可選地，傳感器信號可以用來自適當地優化開環 校準參數，例如作為油溫函數的壓力上升率，以便實現相容的(dTeng/dt)。類似的分析可以 用于所謂的“去能的”帶接合，在這種情況下，鼓沿著與伺服器方向相反的方向自轉。圖22B示出在沒有任何滑動的保持條件下當帶式條732繞鼓767牢固地接合時傳 感器功能。在這種情況下，在銷處的帶張力Fpin733反映來自鄰接部件(未示出)的在伺服 器處的帶張力Fsctv。784的水平和作用在帶732和鼓767上的扭矩負荷TlMd的水平。重要的 是人們應當清楚地區別TlMd和Tmg，Teng是在滑動條件下從帶到鼓施加的制動扭矩。根據常規分析，Fpin、Fservo和TlMd的之間的關系可以用代數方法表示為Fpm = Fservo + ^或 TlMd = R (Fpin-Fservo) 方程(10)將方程(10)代入方程(7)，傳感器輸出Spin可以描述為FSCTV。和TlMd的函數Spm =kFpin =kF謂。方程(11)注意，Fservo是從變速器控制器操控的液壓控制系統的電信號I的函數，即Fserv。= Fsrv。(I)方程(12)將方程(12)代入方程(11)，得到Spin 二 kF腫=kFs_(r} + ^Thad方程(13)在沒有TlMd的情況下，方程(13)變成Spm 二狄方程(14)其中對于給定的I的水平，SpinMl°adS義為無負荷條件下的測量的傳感器輸出。在 實踐中，當需要時在車輛處于穩定條件下通過用變化的I的水平掃描伺服致動器，能夠容易得到Spinn°lMd。將方程(14)代入方程(13)，得到 因此，對于給定的電輸入I，Spin-Spinn°lM、I)提供扭矩負荷TlMd的相對測量。在同 步換檔期間釋放離去的摩擦元件的最佳正時是作用在離去的摩擦元件上的負荷或TlMd變 成零的時候。對于給定的電信號I這通過采樣Spin并評估Spin-Spinn°lMd 容易得到。利用 根據這個實施例的傳感器組件在所有運行條件下的同步換檔期間明顯改進帶釋放可控制 性。圖23示出另一個負荷傳感器組件811的剖視圖，該負荷傳感器組件包括插入負荷 傳感器813和銷或塊814之間的墊塊元件812，該塊814連接于帶式條或固定支架。墊塊 元件812用選用橡膠制造。可選地，墊塊元件812可以用金屬制造做成彈簧的形式，例如盤 簧或錐形彈簧。保護蓋815優選設置在墊塊元件812和塊814之間。蓋815在加載條件下 容易以很微小標稱的(nominal)力滑動。該負荷力通過墊塊元件812的變形從塊814傳遞 給負荷傳感器813。因此，墊塊元件剛度用來為在塊814處的給定的加載力范圍規定在傳 感器813的力范圍。一旦墊塊元件表面變成與組件芯的表面817齊平，傳遞給負荷傳感器 813的力受到限制。對于如圖24所示的目標負荷范圍，在818所示的這個非線性特性使得 高分辨率力測量成為可能，同時保護傳感器818不受到過量的負荷。圖25示出本發明的一個可選實施例。在這種結構中，負荷傳感器821設置在在變 速器殼體823內側的帶固定器銷822的底部。連接于傳感器821的電纜824通過殼體823 在外面布線(route)。銷822的末端插入固定支架826中，該固定支架連接于帶式條825。 當帶式制動器系統被致動時，條825圍繞鼓流體地或機械地束緊，使得固定支架826沿著如 箭頭所示的固定器負荷828的方向拉銷822。因此，負荷傳感器821直接測量來自固定支 架826的作用在銷822上的固定器負荷828。墊塊元件831優選放置在固定銷822的底部 和負荷傳感器821之間。應當指出，傳感器821的檢測面積小于墊塊元件831的表面面積。 由銷822支承的固定器負荷分布在墊塊元件的整個表面上。因此，只有一部分固定器負荷 被傳遞給負荷傳感器821。這使得能夠利用傳感器對較小的最大力進行測量。在圖26中，支桿841插入固定支架826和固定銷843之間。支桿841能夠使固定 銷843相對于帶式條825和變速器殼體823彎曲地放置。而且，支桿841和銷843之間的 角度845可以調節，以使支架876通過支桿841作用在銷843上的軸向負荷最佳化。墊塊 元件831和減小的軸向負荷能夠利用傳感器對較小的最大力進行測量。可選地，角度845 可以調節以減小銷843上的側向負荷，使在負荷條件下由粘性銷位移引起的傳感器輸出滯 后最小化。在圖27中的本發明的實施例共享許多關于圖26中的實施例所描述的相同的特 征。首先，固定銷853插入變速器殼體823里面的非螺紋孔852中。其大頭854防止銷通 過孔852脫落。墊塊元件836和負荷傳感器821放置成緊靠銷頭854。墊塊元件836可以 用橡膠制造并且用作密封件以保護傳感器821不因變速器油而損壞。在傳感器821和墊塊 元件836后面是傳感器支撐件盤857，支撐盤857可以用金屬制造。傳感器支撐盤857由插 入螺紋孔859中的大插入物(plug)支持。插入物858的位置可以用螺母860調節并鎖緊， 以便相對于固定支架826和支桿841將固定銷853設置在想要的位置。
圖28所示的本發明的實施例與圖27的實施例共享多個特征。具體說，負荷傳感 器821在具有升高的保持壁873支撐碟874里面放置墊塊元件872的后面。墊塊元件872 可以用金屬制造成彈簧的形式，例如盤簧或錐形彈簧。在無負荷條件下，當保持壁873的端 部離開銷975的表面時，墊塊元件872的表面與銷875的表面接觸。當固定器負荷低于預 定水平時，整個負荷通過墊塊元件872的彈性變形傳遞給傳感器821。當固定器負荷增加 時，墊塊元件872變成受壓。一旦墊塊元件872的表平面變成與保持壁873的端部齊平時， 保持壁873開始支承作用在銷875上的負荷，限制在傳感器821上的負荷。如圖29所示，墊塊元件剛度確定在什么位置傳感器輸出開始在876穩定到一水 平。本發明的這個實施例使得傳感器性能能夠將特定的負荷范圍定為目標，使測量分辨率 877最大化。此外，為了能夠進行絕對負荷測量，受限制的負荷水平876處和在零負荷水平 處的傳感器輸出電壓能夠用來自動校準傳感器821。也就是當傳感器輸出達到最大平穩段 時，傳感器輸出電壓和負荷水平之間的傳遞函數可以根據兩點校準來映射。這個特征特別 有用，特別是，如果隨著時間傳感器特性漂移或在不同的運行條件下變化。這個受限制的負 荷特性還保護傳感器不發生過載并防止故障。根據上面所述，應當很容易明白，在齒輪傳動比改變的扭矩階段期間，與現有技術 的摩擦元件控制相比本發明具有各種優點。在同步的摩擦元件對摩擦元件升檔期間，優選 實施例為具有多級變速比自動變速器系統的動力傳動系提供一致的輸出軸扭矩分布，這種 分布減少換檔時沖擊。而且，在同步的摩擦元件對摩擦元件升檔期間，明顯減少具有多級變 速比自動變速器系統的動力傳動系的換檔感覺的易變性。本發明的優選實施例允許使用直 接測量的或估算的絕對的或相對負荷水平。利用相對負荷分布圖，而不是絕對負荷分布圖， 不需要全部傳感器校準，在利用相對負荷分布圖時只需要對應于零負荷水平的一點傳感器 校準，并且提高克服傳感器隨時間漂移的強度。由于離去的摩擦元件在其負荷水平為零或 接近于零的理想的釋放正時或在理想的釋放正時附近釋放，優選實施例在慣性階段開始時 還提供減少的輸出軸扭矩振蕩，并且通過離去的摩擦元件在理想的同步正時的快速釋放， 優選實施例還提供克服離去的摩擦元件中斷摩擦系數的易變性的強度。其他的優點包括在同步的摩擦元件對摩擦元件升檔的扭矩階段期間，和具有超速 運轉耦合元件的非同步的升檔的扭矩期間，對于多級變速比系統的動力傳動系具有一致的 輸出軸扭矩分布和換檔感覺易變性的明顯減少。而且，該系統通過在同步換檔期間在理想 正時的快速釋放離去的摩擦元件，還提供克服離去的摩擦元件中斷摩擦系數的易變性的可 靠性，和對同步和非同步換檔兩者提供克服摩擦元件致動系統的易變性的可靠性。離合器負荷傳感器組件在該離合器接合時提供作用于離合器的扭矩負荷的相對 測量。在接合過程期間，當帶逆著鼓滑動時帶式制動器負荷傳感器組件提供接合扭矩(制 動扭矩)的相對測量和其導數，以及當帶牢固地接合于鼓而沒有滑動時提供作用在帶和鼓 上的扭矩負荷的相對測量。在扭矩負荷為零時傳感器輸出可以關于給帶伺服制動器的控制 信號校準。為了減少傳感器材料的磨損，在傳感器組件中利用保護蓋，防止負荷傳感器材料 和銷之間的直接接觸；并且保護傳感器不受有害條件的損害，包括熱和諸如變速器油的電 化學反應。雖然參考本發明的優選實施例進行描述，但是應當理解，在不脫離其精神實質的 情況下可以對本發明進行各種變化和/或修改。例如，本發明可以延伸到雙層包繞帶式制動器系統。一般而言，本發明旨在由權利要求的范圍唯一地限定 。
權利要求
一種用于控制車輛動力傳動系的多級傳動比自動變速器的系統，所述自動變速器包括輸入扭矩源、扭矩輸出部件、從所述輸入扭矩源到所述扭矩輸出部件形成多個扭矩流動路徑的齒輪裝置，以及第一壓力致動的扭矩產生元件和第二壓力致動的扭矩產生元件，所述扭矩產生元件在具有準備階段、扭矩階段和慣性階段的傳動比升檔事件期間，用于分別形成具有低傳動比的第一齒輪構形和具有高傳動比的第二齒輪構形，該系統包括用于改變所述第一扭矩產生元件的扭矩能力的第一致動器；用于測量通過所述第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量的第一負荷傳感器；用于增加所述第二扭矩產生元件的扭矩能力的第二致動器；用于測量通過所述第二扭矩產生元件傳遞的扭矩的量的第二負荷傳感器；和控制器，所述控制器用于在扭矩階段期間以通過由所述第二負荷傳感器測量的扭矩的量部分地確定的比率增加所述第二扭矩產生元件的扭矩能力，并且保持所述第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過所述第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量下降到預定量以下，并且然后減小所述第一扭矩產生元件的扭矩能力。
2.根據權利要求1所述的系統，還包括用于測量在變速器輸出軸傳遞的扭矩的量的第 三負荷傳感器，并且其中所述比率由用所述第三負荷傳感器測量的扭矩的量部分地確定， 并且在所述扭矩階段期間所述控制器保持所述第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過所 述第三扭矩傳感器確定的通過所述第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量下降到預定量以下， 然后所述控制器減小所述第一扭矩產生元件的扭矩能力。
3.根據權利要求1所述的系統，還包括用于測量在變速器輸出軸傳遞的扭矩的量的第 三負荷傳感器，并且其中所述比率由用所述第三負荷傳感器測量的扭矩的量部分地確定， 并且在所述扭矩階段期間所述控制器通過利用閉環控制增加或減小所述第二扭矩產生元 件的扭矩能力。
全文摘要
本發明公開一種用于控制車輛動力傳動系的多級傳動比自動變速器的系統，該系統包括用于改變第一扭矩產生元件的扭矩能力的第一致動器；用于測量通過第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量的第一負荷傳感器；用于增加第二扭矩產生元件的扭矩能力的第二致動器；用于測量通過第二扭矩產生元件傳遞的扭矩的量的第二負荷傳感器；和控制器，其用于在扭矩階段期間以通過由第二負荷傳感器測量的扭矩的量部分地確定的比率增加第二扭矩產生元件的扭矩能力，并且保持第一扭矩產生元件的扭矩能力，直到通過第一扭矩產生元件傳遞的扭矩的量下降到預定量以下，并且然后減小第一扭矩產生元件的扭矩能力。
文檔編號F16H61/04GK101858427SQ201010163198
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者D·亞內基夫, D·波普喬伊, G·M·彼得羅恩, J·W·L·麥卡勒姆, J·布特維恩, M·雷迪塞, R·O·伯克哈特, S-H·李, 藤井雄二 申請人:福特環球技術公司