用于連續(xù)可變變速器的控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種通過變換器速比（VSR）閉環(huán)反饋來控制連續(xù)可變變速器的系統(tǒng)和方法。該方法包括基于駕駛員和車輛輸入中的至少一個確定希望的VSR、確定調(diào)節(jié)滾輪位置所需的電動機位置調(diào)節(jié)以達到希望的VSR、基于確定的所需的電機位置調(diào)節(jié)驅(qū)動電機、在電動機正被驅(qū)動時感測變速器輸出速度、在電動機正被驅(qū)動時確定實際的VSR和提供對應(yīng)于實際的VSR與希望的VSR之間的任何差異的閉環(huán)反饋并驅(qū)動電機以消除該差異，由此通過提高的快速響應(yīng)時間和更準確的控制，達到希望的VSR。
【專利說明】用于連續(xù)可變變速器的控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)和方法，其在用于車輛的連續(xù)可變變速器中具有變換器速比閉環(huán)反饋。
【背景技術(shù)】
[0002]具有聯(lián)接到連續(xù)可變或無級變速器的內(nèi)燃發(fā)動機的動力總成被用來提供有效的驅(qū)動系統(tǒng)。在連續(xù)可變或無級變速器(此后稱為“CVT”)中，變速器傳動比可以以連續(xù)的方式從最大減速傳動比(under drive ratio)變化至最大增速傳動比(over drive ratio)。這允許發(fā)動機在最佳油耗區(qū)域或最佳性能區(qū)域運行。
[0003]CVT包括牽引驅(qū)動組件，通常為整環(huán)式單元或半環(huán)式單元的形式。這些裝置都經(jīng)由滾輪通過牽引力將功率或扭矩從輸入盤傳遞到輸出盤。CVT通常包括至少兩個輸入盤、兩個輸出盤和設(shè)置在相應(yīng)的輸入盤/輸出盤對之間的多個滾輪。輸入盤、輸出盤和滾輪的每個組件是變換器。每個變換器具有變換器速比(VSR)，其是輸入盤速度和輸出盤速度之間的比率。變換器速比是滾輪所定位的角度的函數(shù)。滾輪可旋轉(zhuǎn)地支撐在凸耳上，液壓力施加到所述凸耳上，以將滾輪在相應(yīng)的輸入和輸出盤對之間保持在希望位置。施加到凸耳上的液壓壓力建立盤和滾輪之間的牽引力。由于液壓系統(tǒng)中的滯后，使用液壓電磁閥或類似這樣的液壓控制裝置來改變液壓力的系統(tǒng)可能不能快速地變化。
[0004]當前的CVT系統(tǒng)可使用步進電動機或其他類型的促動裝置來以開環(huán)調(diào)節(jié)促動器位置，從而達到希望的滾輪位置，并且由此達到希望的VSR?？刂破髦笇?dǎo)步進電動機運動若干步距至計算出的位置，由此調(diào)節(jié)促動器位置。計算出的位置對應(yīng)于希望的VSR。VSR中的變化導(dǎo)致變速器速度的變化，從而車輛動力學(xué)特性變化。使用這些車輛動力學(xué)變化以及駕駛員輸入，CVT控制系統(tǒng)在步進電動機被指導(dǎo)再次運動、調(diào)節(jié)促動器位置之前確定新的希望的VSR。因此，這樣的CVT控制系統(tǒng)具有慢的響應(yīng)時間，且非常依賴于步進電動機定位的精度來達到希望的VSR。因此，需要這樣的控制系統(tǒng)，其提高響應(yīng)時間和CVT的精度，并降低由于步進電動機的所需的精度而導(dǎo)致的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供了一種通過變換器速比閉環(huán)反饋來控制連續(xù)可變變速器的方法。該方法響應(yīng)于駕駛員和車輛輸入，并在具有變換器和電機的系統(tǒng)中操作，所述變換器包括至少一個滾輪，其操作地定位在輸入盤和輸出盤之間，從而變換器速比(VSR)被定義為輸出盤速度與輸入盤速度的比，所述電動機用于調(diào)節(jié)滾輪位置。該方法包括基于駕駛員和車輛輸入中的至少一個，確定希望的VSR。接下來，該方法包括確定調(diào)節(jié)滾輪的位置所需的電機位置調(diào)節(jié)，以達到希望的VSR。該方法包括基于所需的電機位置調(diào)節(jié)驅(qū)動電機。接下來該方法包括:在電動機正被驅(qū)動時感測變速器輸出速度、在電動機正被驅(qū)動時確定實際的VSR以及提供對應(yīng)于實際的VSR與希望的VSR之間的任何差異的閉環(huán)反饋。該電機被驅(qū)動以消除實際和希望的VSR之間的差異，由此通過提高的快速響應(yīng)時間和更準確的控制達到希望的VSR。[0006]提供了用于控制車輛中的連續(xù)可變變速器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應(yīng)于駕駛員和車輛輸入。該系統(tǒng)包括變換器和電機，所述變換器具有至少一個滾輪，其操作地定位在輸入盤和輸出盤之間，從而變換器速比(VSR)被定義為輸出盤速度與輸入盤速度的比，所述電機用于調(diào)節(jié)滾輪位置。該系統(tǒng)還包括控制器，其用于使用控制模塊控制變換器和電機，所述控制模塊基于駕駛員和車輛輸入中的至少一個確定希望的VSR、確定調(diào)節(jié)滾輪位置所需的電機位置調(diào)節(jié)以達到希望的VSR、基于確定的所需的電機位置調(diào)節(jié)驅(qū)動電機、在電機正被驅(qū)動時感測變速器輸出速度、在電機正被驅(qū)動時確定實際的VSR和提供對應(yīng)于實際的VSR與希望的VSR之間的任何差異的閉環(huán)反饋并驅(qū)動電機以消除實際的VSR與希望的VSR之間的差異，由此通過提高的快速響應(yīng)時間和更準確的控制達到希望的VSR。
[0007]還提供了一種車輛，其包括用于控制連續(xù)可變變速器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應(yīng)于駕駛員和車輛輸入。
[0008]本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢及其他特征和優(yōu)勢將在結(jié)合附圖時，從用于實施如所附的權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的一些最佳模式和其它實施例的以下詳細描述顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是具有本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)的連續(xù)可變變速器(CVT)的示意圖；
[0010]圖2是沿圖1的線2-2的方向截取的變換器的局部示意圖；
[0011]圖3是控制模塊的功能框圖，所述控制模塊用于本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)的控制器；和
[0012]圖4是用于與本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)一起使用的變換器速比(VSR)對變速器速比(TSR)的曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]參考圖1，示出了包括具有改進的控制系統(tǒng)的連續(xù)可變變速器(CVT) 100的車輛10，所述改進的控制系統(tǒng)具有本發(fā)明的變換器速比(VSR)閉環(huán)反饋。車輛10包括發(fā)動機12，例如內(nèi)燃發(fā)動機，其驅(qū)動第一聯(lián)接裝置16，比如離合器。第一聯(lián)接裝置16驅(qū)動CVT100 (為了清楚，在較長虛線內(nèi)示出)的輸入軸18。CVT100的輸出軸24連接到第二聯(lián)接裝置26，t匕如差速器。第二聯(lián)接裝置26的輸出軸28可以是用于推進車輛10的車輪30的車軸。車輛10還包括駕駛員輸入裝置32，比如加速踏板。在整個本描述中被稱為控制器40的電子控制單元(EOT)可定位在CVT100之外，用以提供本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)。替代地，變速器控制單元(TCU)(未示出)可以位于CVT100內(nèi)部，且可包括用于提供本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)的控制器。
[0014]多個傳感器定位在車輛10周圍，用來感測和提供用于本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)的信號。例如，加速踏板位置傳感器42可安裝在駕駛員輸入裝置32附近，以將駕駛員信息信號43提供到控制器40。車輛速度傳感器52可安裝在車輪30附近，用于將車輛運行信息信號53提供到控制器40。變速器輸入速度傳感器44可安裝在第一聯(lián)接裝置16附近，輸入軸18上，以將變速器輸入速度信號45提供到控制器40。變速器輸出速度傳感器50可安裝在CVT100和第二聯(lián)接裝置26之間，在輸出軸24上，以將變速器輸出速度信號51提供到控制器40。這兩個信號45和51可在控制器40中被結(jié)合，以提供實際的變速器速比。盡管來自傳感器的所述信號作為分立的線被顯示，但它們可包括在公共總線上、被無線地發(fā)送、在用于本發(fā)明的多芯電纜等上被發(fā)送。
[0015]仍參考圖1，CVT100 (為了清楚，在較長虛線內(nèi)顯示)包括變換器102 (為了清楚，被顯示為圍在較短虛線內(nèi))，所述變換器包括至少一個輸入盤110和至少一個輸出盤120，其分別通過扭矩聯(lián)接裝置112聯(lián)接到輸入軸18，并且通過扭矩聯(lián)接裝置122和變速器聯(lián)接裝置124 (如果需要)聯(lián)接到輸出軸24。輸入盤速度傳感器46提供輸入盤速度信號47到控制器40，輸出盤速度傳感器48提供輸出盤速度信號49到控制器40。操作地定位在變換器102的輸入盤110和輸出盤120之間的是至少一個滾輪130。盡管在圖1中顯示了僅一個代表性的滾輪130、一個輸入盤110和一個輸出盤120，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，CVT100的變換器102通常包括至少兩個輸入盤、兩個輸出盤和布置在相應(yīng)輸入盤/輸出盤對之間的多個滾輪。
[0016]如圖1和2所示，變換器102的滾輪130以多個角度可旋轉(zhuǎn)地定位，以控制從輸入盤110向輸出盤120傳遞的功率或扭矩的量。滾輪130摩擦地接合盤110、120，以將功率或扭矩從輸入軸18傳遞到輸出軸24。滾輪130可旋轉(zhuǎn)地支撐在凸耳132和桿134上，所述桿134具有通過活塞136施加的液壓力，以將滾輪130保持在輸入盤110和輸出盤120之間的希望位置。
[0017]再次參考圖1，桿134運動穿過殼體138，所述殼體138圍繞活塞136和桿134的一部分。活塞136和桿134將殼體138分為相等面積的腔體，包括第一腔體140和第二腔體150。第一腔體140與第一通道142流體連通，第二腔體150與第二通道152流體連通。殼體138包括球形止回閥(未示出)，該止回閥允許第一腔體140和第二腔體150分別與通道142、152之間的流體連通(取決于腔體140、150中的哪一個具有更高的壓力水平)。活塞136和桿134上的壓力轉(zhuǎn)化為凸耳132上的旋轉(zhuǎn)力，以旋轉(zhuǎn)滾輪130，由此改變輸入盤110和輸出盤120之間的滾輪130位置。
[0018]第一腔體140和第二腔體150中的液壓力通過比率控制閥160建立。比率控制閥160具有連接在卷軸桿180上的一對卷軸162、164，所述卷軸桿180在套筒182內(nèi)可滑動地運動。比率控制閥160液壓地連接到泵170和兩個貯存器166、168，兩個貯存器166、168分別用于當卷軸162和164在卷軸桿180上隨著電機178和下連桿176運動而運動時，使得通道142和152中的壓力變化。電機178可以是DC伺服電機、任何其他電機或任何促動器，其不需要像步進電機那樣提供精度控制。由于包括本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)的模塊350的閉環(huán)反饋(見圖1和3)，這種精度控制是不必要的。參考圖1，下連桿176具有接觸上連桿174的第一端部175和連接到電機178的第二端部177。壓力傳感器144和154分別與通道142、152中的液壓流體處于流體壓力傳感連通。形成在桿134上的凸輪172通過上連桿174提供滾輪130的角位置的反饋。卷軸162、164由電動機178通過下連桿176的第二端部177定位。套筒182與通道142、152和流體貯存器166和168流體連通。
[0019]仍參考圖1，控制器40可包括數(shù)字處理能力，并適于基于輸入信號(例如車輛運行信息信號53上的車輛速度和經(jīng)由發(fā)動機信號13的發(fā)動機扭矩)發(fā)出控制信號?？刂破?0可配置為通用數(shù)字計算機，其通常包括微處理器或中央處理單元、只讀存儲器(ROM)、隨機訪問存儲器(RAM)、電可擦可編程只讀存儲器(EPROM)、高速時鐘、模擬-數(shù)字(A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)電路和輸入/輸出(I/O)電路與裝置，以及適當?shù)男盘栒{(diào)制和緩沖電路。存在于控制器40中或可由其訪問的任何算法和控制系統(tǒng)指令，包括所述的根據(jù)本發(fā)明的改進的CVT控制系統(tǒng)300模塊(見圖1和3)，可存儲在ROM中，并被執(zhí)行以提供相應(yīng)的功能。
[0020]參考圖1和3，示出了本發(fā)明的改進的CVT控制系統(tǒng)300的框圖。控制系統(tǒng)首先在模塊310中接收輸入信號302，所述輸入信號302包括駕駛員信息，例如所示的加速器踏板位置。駕駛員信息可替代地經(jīng)由發(fā)動機信號線路13使用來自發(fā)動機12的節(jié)流閥位置信息被獲取。輸入信號302還可經(jīng)由車輛運行信息信號53包括比如當前車輛速度等車輛信息。這些信號通常被輸入到控制器內(nèi)，例如控制器40。發(fā)動機和車輛信息(例如變化的車輛速度或減小的發(fā)動機扭矩)也被通過反饋輸入信號304輸入到模塊310中，如圖所示。基于這些輸入，控制器40在模塊310中確定希望的VSR。在本發(fā)明中，模塊310的輸出被與模塊350的輸出相比較，模塊350在閉環(huán)反饋中提供實際VSR。該實際的VSR可以由控制器40使用實際輸出盤速度信號49和實際輸入盤速度信號47的比確定。替代地,實際的VSR反饋可通過控制器40使用查找表確定，所述查找表基于例如圖4中所示的變換器速比(VSR)對變速器速比(TSR)的曲線。變速器速比可由控制器40使用如圖1中所示的變速器輸出速度信號51與變速器輸入速度信號45的比而確定。
[0021]仍參考圖1和3，在模塊320中，控制器40使用希望的VSR以及實際的VSR與希望的VSR之間的任何差異確定電機位置調(diào)節(jié)。(在起動程序中，將不存在實際的VSR，因此第一模塊320的輸出將對應(yīng)于模塊310的輸出。)所需的電動機位置調(diào)節(jié)可使用商業(yè)軟件中可容易地獲得的比例-積分-微分(PID)算法確定。其他閉環(huán)控制算法也可用于本發(fā)明的范圍內(nèi)。在模塊330中，基于該確定的電機位置調(diào)節(jié)，控制器40發(fā)送電機控制信號41，以基于該電機位置調(diào)節(jié)驅(qū)動電機178，并使下連桿176運動，使得卷軸162和164如上所述地運動。該運動引起壓力差(在腔體140、150中)變化，引起實際的VSR變化。在模塊340中，基于該變化的VSR，控制器40感測或測量隨其變化的對應(yīng)的實際變速器輸出速度。最后，在模塊360中，改進的控制系統(tǒng)使用變化的變速器輸出來推動車輛10，并發(fā)送反饋信號304，所述反饋信號304包含變化的車輛速度、變化的發(fā)動機扭矩和如上所討論的其他相關(guān)信息。反饋信號304被用于在模塊310中確定新的希望的VSR。在重復(fù)間隔的采樣中，控制器40中被感測且包括實際車輛速度的反饋信號304如上所述地被輸入到控制器40中，并在模塊310中作為相對較慢的反饋信號被使用。相比于等待車輛運行條件變化以便在模塊310中重新確定以在接下來的采樣間隔中使用的希望的VSR，使用模塊350中的實際的VSR，本發(fā)明的閉環(huán)反饋提供提高的快速響應(yīng)時間和更準確的控制。
[0022]從上述討論中很明顯的是，本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)連續(xù)且迅速地確定實際的VSR，并將其與希望的VSR相比較，從而驅(qū)動電機到電機調(diào)節(jié)位置，以消除實際的VSR與希望的VSR之間的任何差異。由此，本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)以提高的快速響應(yīng)時間和更準確的控制實現(xiàn)了希望的VSR。相對于發(fā)送控制命令以改變步進電機位置(其對應(yīng)于希望的VSR)和在發(fā)送給步進電機新的命令之前等待車輛運行狀態(tài)變化，本發(fā)明的閉環(huán)反饋有所改進。由于控制器(在步進電機系統(tǒng)中)不知道實際的VSR，而是僅根據(jù)車輛運行狀態(tài)調(diào)節(jié)希望的VSR，所以需要步進電機達到準確的位置。相反，在本發(fā)明的改進的控制系統(tǒng)中，實際的VSR在模塊350中被計算，并被以快速反饋回路被提供。因此，控制器40 (使用控制模塊320、330、340和350)直接經(jīng)由DC伺服電動機通過調(diào)節(jié)電機位置(其調(diào)節(jié)變換器)控制VSR。
[0023]參考圖4，其提供了用于與本發(fā)明的控制系統(tǒng)一起使用的變換器速比(VSR)對變速器速比(TSR)的示例性曲線圖。使用如上所述的模塊340的輸出，實際的VSR可在模塊350中基于變速器速比從曲線圖中被讀取，以提供根據(jù)本發(fā)明的閉環(huán)反饋。示例的VSR可從
0.364到2.333的范圍內(nèi)，對應(yīng)于從-0.163至0 (在倒車模式中)和0至0.654 (在前進模式中)范圍內(nèi)的變速器速比。
[0024]再次參考圖1和3，提供了通過VSR閉環(huán)快速反饋控制車輛中的連續(xù)可變變速器的方法。該方法經(jīng)由輸入信號302和反饋信號304，響應(yīng)于駕駛員和車輛輸入，并且包括控制變換器102和電機178，所述變換器102包括至少一個滾輪130，其操作地定位在輸入盤110和輸出盤120之間，從而變換器速比(VSR)被定義為輸出盤速度與輸入盤速度的比，所述電機178用于調(diào)節(jié)滾輪130的位置。該方法包括，在模塊310中，基于駕駛員和車輛輸入中的至少一個，經(jīng)由輸入信號302和反饋信號304，確定希望的VSR。接下來該方法包括，在模塊320中，確定調(diào)節(jié)滾輪130的位置所需的電機178的位置調(diào)節(jié)，以達到希望的VSR。該方法包括，在模塊330中，基于確定的所需電機位置調(diào)節(jié)，驅(qū)動電機178。該方法包括，在模塊340中，當電機正被驅(qū)動時感測變速器輸出速度。該方法包括，在模塊350中，在電機正被驅(qū)動時確定實際的VSR，且該方法使用對應(yīng)于實際的VSR和希望的VSR之間的任何差異的閉環(huán)反饋來驅(qū)動電機，以消除該差異，由此通過提高的快速響應(yīng)時間和更準確的控制實現(xiàn)希望的VSR。
[0025]系統(tǒng)和方法的詳細描述以及圖或附圖支持和描述本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限定。盡管已詳細描述了用于執(zhí)行要求保護的發(fā)明的最佳模式和其他實施例，但是存在各種替換涉及和實施例，用于實踐限定在所附權(quán)利要求中的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種控制車輛中的連續(xù)可變變速器的方法，該方法響應(yīng)于駕駛員和車輛輸入，并具有變換器和電機，所述變換器包括至少一個滾輪，該至少一個滾輪操作地定位在輸入盤和輸出盤之間，從而變換器速比(VSR)被定義為輸出盤速度與輸入盤速度的比，所述電機用于調(diào)節(jié)滾輪位置，該方法包括:基于駕駛員和車輛輸入中的至少一個，確定希望的VSR ；確定調(diào)節(jié)滾輪的位置所需的電機位置調(diào)節(jié)，以達到希望的VSR ；基于確定的所需電機位置調(diào)節(jié)，驅(qū)動電機；在電機正被驅(qū)動時，感測變速器輸出速度；在電機正被驅(qū)動時，確定實際的VSR ;和提供對應(yīng)于實際VSR與希望的VSR之間的任何差異的閉環(huán)反饋，并且驅(qū)動電機以消除實際的VSR與希望的VSR之間的差異，由此達到希望的VSR。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電機是DC伺服電機。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用比例-積分-微分(PID)算法確定所需的電機位置調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括使用車輛速度的反饋信號，來確定希望的VSR。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定實際的VSR進一步包括，在電機正被驅(qū)動時感測輸出盤速度和輸入盤速度，并計算實際的變換器速度，所述實際的變換器速度為感測的輸出盤速度和感測的輸入盤速度的比。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括感測變速器輸入速度，且其中，實際的VSR使用感測的變速器輸出速度和感測的變速器輸入速度的比被確定。
7.用于控制車輛中的連續(xù)可變變速器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)響應(yīng)于駕駛員和車輛輸入，該系統(tǒng)包括:變換器，包括至少一個滾輪，該至少一個滾輪操作地定位在輸入盤和輸出盤之間，從而變換器速比(VSR)被定義為輸出盤速度與輸入盤速度的比；電機，用于調(diào)節(jié)滾輪的位置；和控制器，用于控制變換器和電動機，其方式是通過:基于駕駛員和車輛輸入中的至少一個確定希望的VSR、確定調(diào)節(jié)滾輪位置所需的電機位置調(diào)節(jié)以達到希望的VSR、基于確定的所需的電機位置調(diào)節(jié)驅(qū)動電機、在電動機正被驅(qū)動時感測變速器輸出速度、在電動機正被驅(qū)動時確定實際的VSR和提供對應(yīng)于實際的VSR與希望的VSR之間的任何差異的閉環(huán)反饋以及驅(qū)動電機以消除實際的VSR與希望的VSR之間的差異，由此達到希望的VSR。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中電機是DC伺服電機。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中控制器使用比例-積分-微分(PID)算法確定所需的電機位置調(diào)節(jié)。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中控制器進一步提供用于確定希望的VSR的車輛速度的反饋。
【文檔編號】B60W10/08GK103661357SQ201310415016
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月12日
【發(fā)明者】J.X.崔, R.A.韋弗 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司