CN110425275B - 一种变速器换挡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车技术领域，公开了一种变速器换挡控制方法。该变速器换挡控制方法包括：摘挡阶段，通过调节换挡压力控制阀和流量控制阀，换挡液压缸的换挡活塞被配置为能够驱动拨叉相对于换挡液压缸移动，使拨叉推动同步器实现变速器档位切换至空挡；空挡摘入阶段，根据拨叉的当前位置和拨叉的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀和流量控制阀，使拨叉进入拨叉的空挡目标位置。采用压强与流量联合控制的方式，对液压执行机构中液压***的匹配，实现变速器快速准确的摘挡，满足变速器快速换挡需求。根据拨叉当前位置和拨叉空挡目标位置，调节换挡压力控制阀和流量控制阀用于快速准确的摘挡，缩短整体换挡时间，保证换挡的可靠性和速度，改善换挡品质。

Description

一种变速器换挡控制方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种变速器换挡控制方法。
背景技术
随着汽车的广泛普及，驾驶者对汽车操纵便利性提出了更高的要求。采用自动变速器的车辆可以代替驾驶者自动完成车辆起步、换挡等操作，降低了驾驶者的驾驶强度和驾驶技术要求。相比手动变速器，由于自动变速器具备较好的行驶平顺性，受到大众的欢迎，使搭载自动变速器车辆近年来市场占用率不断提高。
在自动变速器的换挡过程中，将当前挡位摘回空挡是对换挡过程影响很大的操作之一，摘挡失败会直接导致换挡的失败。变速器摘挡操作主要通过液压执行机构或电动执行机构完成。目前，变速器液压执行***已发展到泄漏***，其驱动效率较之前***有了很大提高。针对新型液压***，利用现有的控制方法无法保证换挡的可靠性和速度，使得换挡的品质较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变速器换挡控制方法，用于快速准确的摘挡，以改善换挡品质。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种变速器换挡控制方法，其特征在于，所述变速器换挡控制方法包括：
摘挡阶段，通过调节换挡压力控制阀和流量控制阀，换挡液压缸的换挡活塞被配置为能够驱动拨叉相对于换挡液压缸移动，使所述拨叉推动同步器实现变速器档位切换至空挡；
空挡摘入阶段，根据拨叉的当前位置和拨叉的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀和流量控制阀，使拨叉进入所述拨叉的空挡目标位置。
作为优选，在所述拨叉上设置有限位架，限位球通过弹性件抵压于所述限位架上并能够与所述限位架的表面滚动配合，换挡活塞连接于倒锥，倒锥选择性抵接于齿圈倒锥；
在所述摘挡阶段，调节所述换挡压力控制阀的压强P为P1+P2，其中P1为在换挡活塞施加使限位球从限位架底部移出的压强，P2为在换挡活塞施加使同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压强。
作为优选，P1＝F1/A，其中，F1为在换挡活塞施加使限位球从限位架底部移出的压力，A为换挡活塞的有效作用面积，F1通过限位球与限位架之间摩擦系数、限位球的直径、弹性件的预压缩量、限位球与限位架的相对位置计算而得到。
作为优选，P2＝F2/A，其中，F2为在换挡活塞施加使同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压力，A为换挡活塞的有效作用面积，F2通过台架标定试验得到。
作为优选，在将换挡压力控制阀的压强P调节至P1+P2及流量控制阀的流量调节至Q1时，如果拨叉的位置没有移动改变，将换挡压力控制阀的压强P减少为零并持续t1时间，然后以△p作为步长逐渐增加换挡压力控制阀的压强，直到拨叉位置发生移动或达到最大摘挡时间T。
作为优选，如果拨叉的当前位置发生移动至第一预设位置L1，进入空挡摘入阶段；如果摘挡时间T达到最大摘挡时间Tmax，则进入空挡摘入阶段失败。
作为优选，在所述空挡摘入阶段时，换挡压力控制阀的压强P(x)与拨叉的当前位置x和空挡目标位置关系为分段函数：
Figure BDA0002144965550000031
作为优选，在所述空挡摘入阶段，根据拨叉的当前位置和空挡目标位置，采用PID闭环控制对流量控制阀的流量进行控制和修正。
作为优选，在所述空挡摘入阶段之后还包括：
空挡保持阶段，每隔检测间隔时间△T，连续N次获取拨叉的当前位置，如果每次拨叉的当前位置均为拨叉的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀的压强和流量控制阀的流速均为零。
作为优选，在所述摘挡阶段之前还包括充油阶段，获取并设定换挡压力控制阀的预设压强P0和流量控制阀的预设流量Q0，之后向换挡液压缸内填充液压油，充油阶段的时间T不小于预设时间T0。
本发明的有益效果：
本发明提供的变速器换挡控制方法，通过调节换挡压力控制阀和流量控制阀，换挡液压缸的换挡活塞被配置为能够驱动拨叉相对于换挡液压缸移动，使拨叉推动同步器实现变速器档位切换至空挡，采用压强与流量联合控制的方式，对液压执行机构中液压***的匹配，实现变速器快速准确的摘挡，满足变速器快速换挡需求。同时，根据拨叉当前位置和拨叉空挡目标位置，调节换挡压力控制阀和流量控制阀，使拨叉进入拨叉空挡目标位置，用于快速准确的摘挡，缩短整体换挡时间，保证换挡的可靠性和速度，从而改善换挡品质。
附图说明
图1是本发明提供变速器换挡控制方法控制液压执行机构的液压原理图；
图2是本发明提供变速器换挡控制方法控制液压执行机构连接示意图；
图3是本发明提供变速器换挡控制方法中限位架和限位球的示意图；
图4是本发明提供变速器换挡控制方法的流程图；
图5是本发明提供变速器换挡控制方法采用比例积分控制方法的原理框图。
图中：
1、液压源；2、换挡压力控制阀；3、流量控制阀；4、换挡液压缸；5、拨叉；6、蓄能器；7、限位架；8、限位球；9、弹性件；10、过滤器；11、位置传感器；
41、换挡活塞；
71、弧形凸起；72、限位凹槽。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在自动变速器的换挡过程中，将当前挡位摘回空挡是对换挡过程影响很大的操作之一，摘挡失败会直接导致换挡的失败。因此，本实施例提供了一种变速器换挡控制方法，通过控制液压执行机构来完成变速器摘挡操作。如图1所示，该液压执行机构包括液压源1、换挡压力控制阀2、流量控制阀3、换挡液压缸4、拨叉5、蓄能器6、限位架7、限位球8、弹性件9及过滤器10，液压源1可以为液压泵等，液压源1能够将油箱的液压油提供给液压管路中，通过调节换挡压力控制阀2的电流来控制换挡压力控制阀2的压强，经换挡压力控制阀2调节压力后的液压油进入流量控制阀3内，通过调节流量控制阀3的电流可改变进入换挡液压缸4内液压油的流速和方向，在换挡液压缸4内滑动设置有换挡活塞41，从而改变换挡液压缸4的换挡活塞41的运动速度和方向。换挡活塞41连接于拨叉5，随着换挡活塞41的移动，拨叉5也随之移动并推动同步器完成变速器的摘挡、挂挡的过程。
可以理解的是，在各个进油或者回油的液压管路内，为了防止液压管路、换挡压力控制阀2、流量控制阀3及换挡液压缸4出现堵塞，在液压管路上设置有多个过滤器10，以过滤液压油中的杂质，以保证液压油的清洁度。
如图2-3所示，为了保证对拨叉5在空挡位置的限位，在拨叉5上设置有限位架7，限位架7为山形结构，限位架7的表面为弧形结构，具体地，在限位架7的一侧对称设置有两个弧形凸起71，两个弧形凸起71之间形成限位凹槽72。其中，限位架7两侧表面、弧形凸起71和限位凹槽72之间的连接处均通过圆角过渡。在拨叉5的一侧设置有位置传感器11，位置传感器11用于检测拨叉5的位置。
弹性件9能够将限位球8抵压于限位架7上，限位球8具体为钢球，弹性件9具体为弹簧。限位球8的位置保持不动，限位架7在拨叉5的驱动作用下进行移动，使得限位球8与限位架7的表面滚动配合，限位球8能够从限位架7两侧的底部移出，再滚动经过弧形凸起71后进入限位凹槽72内。当限位球8恰好滑入限位凹槽72内时，拨叉5恰好处于空挡位置。当变速器在摘挡进入空挡时，通过调节换挡压力控制阀2和流量控制阀3，换挡活塞41能够驱动拨叉5移动，以克服弹性件9对限位球8的阻力，通过这种方式，起到了缓冲的作用，保证了换挡的准确性和可靠性。
本实施例提供的变速器换挡控制方法，如图4所示，将摘挡过程划分成四个阶段：充油阶段、摘挡阶段、空挡摘入阶段、空挡保持阶段。下面对四个阶段的控制分别进行详细叙述。
S1、充油阶段
在油箱中设置有油温传感器，油温传感器用于检测液压油的当前油温，根据当前油温，查表获取换挡压力控制阀2的预设压强P0和流量控制阀3的预设流量Q0，其中，表格输入为当前油温，输出为换挡压力控制阀2的压强、流量控制阀3的流量，其数值由标定试验确定。根据查表获得的数值，设定换挡压力控制阀2的压强为预设压强P0和流量控制阀3的流量为预设流量Q0，之后向换挡液压缸4内填充液压油，并消除拨叉5和同步环之间的间隙。在此过程中，充油阶段的充油时间T不小于预设时间T0，当充油时间超过预设时间T0，进入摘挡阶段。
本实施例优选当前油温为30℃，查表后得到换挡压力控制阀2的预设压强P0为10bar，流量控制阀3的预设流量Q0为10L/min，充油阶段预设时间T0为100ms。
S2、摘挡阶段
在进入摘挡阶段后，通过调节换挡压力控制阀2和流量控制阀3，换挡液压缸4的换挡活塞41被配置为能够驱动拨叉5相对于换挡液压缸4移动，使拨叉5推动同步器实现变速器档位切换至空挡。具体地，调节换挡压力控制阀2的压强P为P1+P2，其中P1为在换挡活塞41施加使限位球8从限位架7底部移出的压强，换挡活塞41连接于倒锥，倒锥选择性抵接于齿圈倒锥，P2为在换挡活塞41施加使同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压强。
对于P1的确定，根据公式P1＝F1/A，利用该公式通过确定F1即可确定P1。其中，F1为在换挡活塞41施加使限位球8从限位架7底部移出的压力，A为换挡活塞41的有效作用面积。进一步地，F1的大小与限位球8与限位架7之间摩擦系数、限位架7的形状、限位球8的直径、弹性件9的预压缩量、限位球8与限位架7的相对位置等参数有关，人工计算比较困难，需将上述参数输入Adams、ProE等软件计算后得到F1大小与限位球8与限位架7的相对位置之间的数值关系。
对于P2的确定，根据公式P2＝F2/A，利用该公式通过确定F2即可确定P2。其中，F2为在换挡活塞41施加使同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压力，A为换挡活塞41的有效作用面积。可选地，F2通过台架标定试验直接得到。
在将换挡压力控制阀2的压强P调节至P1+P2及流量控制阀3的流量调节至Q1时，检测拨叉5的当前位置，如果拨叉5的位置没有移动改变，将换挡压力控制阀2的压强P减少为零并持续t1时间，然后以△p作为步长逐渐增加换挡压力控制阀2的压强，直到拨叉5位置发生移动或达到最大摘挡时间T。如果拨叉5的当前位置发生移动至第一预设位置L1，进入空挡摘入阶段；如果摘挡时间T达到最大摘挡时间Tmax，则进入空挡摘入阶段失败。
本实施例优选，根据拨叉5位置，得到限位球8移出限位架7底部的压力F1为25N，由此计算出压强P1为0.7bar，同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压强P2压强为3bar，因此，设定换挡压力控制阀2的压力为25.7bar，流量控制阀3的流量Q1设定为8L/min，此时如果检测拨叉5位置发生移动，拨叉5移动至第一预设位置L1为3.5mm时，进入空挡摘入阶段。
在摘挡阶段，通过调节换挡压力控制阀2和流量控制阀3，换挡液压缸4的换挡活塞41被配置为能够驱动拨叉5相对于换挡液压缸4移动，使拨叉5推动同步器实现变速器档位切换至空挡，采用压强与流量联合控制的方式，对液压执行机构中液压***的匹配，实现变速器快速准确的摘挡，满足变速器快速换挡需求。
S3、空挡摘入阶段
当拨叉5移动到第一预设位置L1时，进入空挡摘入阶段。根据拨叉5的当前位置和拨叉5的空挡目标位置，动态调节压力控制阀电流和流量控制阀3电流，分别调节换挡压力控制阀2的压强和流量控制阀3的流量，使拨叉5进入拨叉5的空挡目标位置。
在该阶段中，对于换挡压力控制阀2的压强采用压力阶梯调节的方式。利用位置传感器11检测拨叉5的当前位置，由于限位球8和限位架7的作用下，限位球8需要在限位架7的弧形凸起71和限位凹槽72内进行滚动，则拨叉5需要带动限位架7的移动的拉力在限位架7的各个位置是不相同的，因此，换挡压力控制阀2的压强P(x)与拨叉5的当前位置x和空挡目标位置关系为分段函数：
Figure BDA0002144965550000091
分段函数中Px中压强数值与拨叉5的当前位置x的分段点，可通过标定试验进行确定。
进一步地，在空挡摘入阶段，根据拨叉5的当前位置和空挡目标位置，采用PID闭环控制对流量控制阀3的流量进行控制和修正。比例积分调节流量控制阀3的流量，控制拨叉5进入空挡位置。如图5所示，拨叉5目标位置为空挡位置，位置传感器11检测为拨叉5的当前位置，两者差值输出给比例环节、积分环节并计算后，输出比例电磁阀控制电流，以完成比例积分法调节流量控制阀3流量的过程。
本实施例中分段函数只采用其中的第一段，即根据Px＝P1 x∈[x1,x2],获得换挡压力控制阀2的设定压强为4bar，流量控制阀3的比例环节系数Kp中P参数为30，积分环节1/Kixs中i参数为70，当拨叉5进入空挡位置后，空挡摘入阶段结束，进入空挡保持阶段。
本实施例提供的变速器换挡控制方法，根据拨叉5的当前位置和拨叉5的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀2和流量控制阀3，使拨叉5进入拨叉5的空挡目标位置，用于快速准确的摘挡，缩短整体换挡时间，保证换挡的可靠性和速度，从而改善换挡品质。
S4、空挡保持阶段
每隔检测间隔时间△T，连续N次获取拨叉5的当前位置，本实施例中优选间隔时间△T为100ms，连续检测的次数N为三次，如果每次拨叉5的当前位置均为拨叉5的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀2的压强和流量控制阀3的流速均为零，此时流量控制阀3的阀芯保持在中位，摘挡过程结束。采用这种方式，确保拨叉5位于空挡目标位置，保证了换挡的可靠性和成功率。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (2)

1.一种变速器换挡控制方法，其特征在于，所述变速器换挡控制方法包括：
摘挡阶段，通过调节换挡压力控制阀(2)和流量控制阀(3)，换挡液压缸(4)的换挡活塞(41)被配置为能够驱动拨叉(5)相对于换挡液压缸(4)移动，使所述拨叉(5)推动同步器实现变速器档位切换至空挡；
空挡摘入阶段，根据拨叉(5)的当前位置和拨叉(5)的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀(2)和流量控制阀(3)，使拨叉(5)进入空挡目标位置；在所述拨叉(5)上设置有限位架(7)，限位球(8)通过弹性件(9)抵压于所述限位架(7)上并能够与所述限位架(7)的表面滚动配合，换挡活塞(41)连接于倒锥，倒锥选择性抵接于齿圈倒锥；
在所述摘挡阶段，调节所述换挡压力控制阀(2)的压强P至P1+P2，其中P1为在换挡活塞(41)施加使限位球(8)从限位架(7)底部移出的压强，P2为在换挡活塞(41)施加使同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压强；
在将换挡压力控制阀(2)的压强P调节至P1+P2及流量控制阀(3)的流量调节至Q1时，如果拨叉(5)的位置没有移动改变，将换挡压力控制阀(2)的压强P减少为零并持续t1时间，然后以△p作为步长逐渐增加换挡压力控制阀(2)的压强，直到拨叉(5)位置发生移动或达到最大摘挡时间T；
如果拨叉(5)的当前位置发生移动至第一预设位置L1，进入空挡摘入阶段；如果摘挡时间T达到最大摘挡时间Tmax，则进入空挡摘入阶段失败；
在所述空挡摘入阶段之后还包括：
空挡保持阶段，每隔检测间隔时间△T，连续N次获取拨叉(5)的当前位置，如果每次拨叉(5)的当前位置均为拨叉(5)的空挡目标位置，调节换挡压力控制阀(2)的压强和流量控制阀(3)的流速均为零；P1＝F1/A，其中，F1为在换挡活塞(41)施加使限位球(8)从限位架(7)底部移出的压力，A为换挡活塞(41)的有效作用面积，F1通过限位球(8)与限位架(7)之间摩擦系数、限位球(8)的直径、弹性件(9)的预压缩量、限位球(8)与限位架(7)的相对位置计算而得到；P2＝F2/A，其中，F2为在换挡活塞(41)施加使同步器倒锥脱离齿圈倒锥的压力，A为换挡活塞(41)的有效作用面积，F2通过台架标定试验得到；在所述空挡摘入阶段时，换挡压力控制阀(2)的压强P(x)与拨叉(5)的当前位置x和空挡目标位置关系为分段函数：
Figure FDA0003286444510000021
在所述摘挡阶段之前还包括充油阶段，获取并设定换挡压力控制阀(2)的预设压强P0和流量控制阀(3)的预设流量Q0，之后向换挡液压缸(4)内填充液压油，充油阶段的时间T不小于预设时间T0。
2.根据权利要求1所述的变速器换挡控制方法，其特征在于，在所述空挡摘入阶段，根据拨叉(5)的当前位置和空挡目标位置，采用PID闭环控制对流量控制阀(3)的流量进行控制和修正。
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