專利名稱：換擋可行性控制方法和控制系統(tǒng)的制作方法
本申請與名稱為換檔控制方法及系統(tǒng)，序號(hào)U.S.SerialNo.909，332，申請日同為1992年7月6日的申請有關(guān)，而且本申請被轉(zhuǎn)讓給同一受讓人EATONCORPORATION，作為申請人。
本發(fā)明涉及用來控制變速器換檔的控制方法和控制系統(tǒng)，其中被控變速器至少是部分自動(dòng)控制的變速器。更確切地說，本發(fā)明涉及可自動(dòng)控制的機(jī)械變速器的換檔控制方法和換檔控制系統(tǒng)，這里是否升檔成功是根據(jù)當(dāng)前車輛工況來估算的，并且只換可行的檔位。
可接受的升檔指的是在當(dāng)前車輛工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩在升檔后至少能使車輛產(chǎn)生事先確定的最小加速度。
用于重型車輛，比如重型卡車，和用于汽車的全自動(dòng)變速器在現(xiàn)有的技術(shù)中已眾所周知了。此種變速器檢測油門開度或位置、變速器軸的轉(zhuǎn)速、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等等，并根據(jù)這些量自動(dòng)換檔。這類全自動(dòng)換檔變速器包括利用受壓流體，以摩擦的形式把一個(gè)或多個(gè)齒輪接合到其它齒輪或脫開以獲得某一速比的自動(dòng)控制變速器以及利用電子、液壓和(或)氣動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來接合和分離機(jī)械的(即剛性的)離合器以獲得所需速比的自動(dòng)控制機(jī)械變速器。參考美國專利第3961546號(hào)、第4，081065號(hào)和第4，361060號(hào)都可以找到這類變速器，這里公開這些專利是為了參考。
另一類是半自動(dòng)變速器系統(tǒng)，它利用電控單元來檢測發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，油門位置，發(fā)動(dòng)機(jī)、輸入軸、輸出軸的轉(zhuǎn)速和(或)車速，電控單元又利用自動(dòng)控制的油門裝置、變檔裝置和(或)主離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)來真正全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)司機(jī)手動(dòng)選擇的檔位，這類變速器在現(xiàn)有的技術(shù)中也為人們所熟知了。參考美國專利第4425620號(hào)、第4631679號(hào)和第4648290號(hào)都可以找到這類半自動(dòng)機(jī)械變速器的例子，這里公開這些專利是為了參考。
還有一種部分自動(dòng)變速器系統(tǒng)，它利用半自動(dòng)換檔的系統(tǒng)和方法來對用在只有手動(dòng)控制油門和(或)只有手動(dòng)控制的主離合器的車輛上的機(jī)構(gòu)變速器系統(tǒng)進(jìn)行換檔。此系統(tǒng)通常有至少一種操作方式，在這種方式中要半自動(dòng)換檔的檔位可以自動(dòng)預(yù)選。此系統(tǒng)包括一個(gè)控制顯示板或儀表板，讓司機(jī)預(yù)選檔位或在自動(dòng)預(yù)選的方式下工作，并顯示預(yù)選方式是換高檔、換低檔還是換空檔。此系統(tǒng)中有一個(gè)電控單元(ECU)用來接收并處理變速器輸入軸、輸出軸轉(zhuǎn)速信號(hào)并根據(jù)預(yù)先確定的邏輯規(guī)則來決定ⅰ)是否存在同步條件;
ⅱ)在預(yù)選工作方式中，是否需要從當(dāng)前檔換高檔或換低檔。并保證送給換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換檔命令信號(hào)與命令輸出信號(hào)一致。
在某些條件下，不允許預(yù)選和(或)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)選的換檔，以防止意想不到的或不需要的換檔。最好給司機(jī)提供一些手段，比如人工踏離合器的踏板以解除對換檔的禁止。禁止實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)選換檔的情況還包括，車速較高或較低的情況、制動(dòng)器和(或)減速器工作期間，和(或)油門處于怠速位置的時(shí)候。
控制顯示裝置應(yīng)顯示已選定的但還沒有實(shí)現(xiàn)的檔位以及變速器的當(dāng)前狀態(tài)，最好還應(yīng)允許司機(jī)手動(dòng)選擇或預(yù)選一個(gè)檔位到高檔、低檔或空檔。如果控制裝置還應(yīng)允許取消手動(dòng)或自動(dòng)選取的檔位那就更好。
參考美國專利第5050079號(hào);第5053959號(hào);第5053961號(hào);第5053962;第5063511號(hào)，第5081588號(hào);第5089962號(hào)及第5089965號(hào)可以找到這類變速器的例子，這里公開了這些專利是為了參考。
雖然上述的自動(dòng)，半自動(dòng)和/或部分自動(dòng)換檔方式的車用機(jī)械式變速系統(tǒng)能很好地滿足其設(shè)計(jì)用途，但由于它們有時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生車輛的運(yùn)行狀態(tài)所不能允許的換檔企圖，因此并不令人完全滿意。上述情況在車輛受到了極大的阻力，而使發(fā)動(dòng)機(jī)在升檔后不能使車輛加速或保持原速的情況下，全自動(dòng)機(jī)械式變速器的升檔過程中尤為突出。此時(shí)將會(huì)引起不需要的“振蕩”即變速器將在升檔后幾乎馬上接著降檔，不斷循環(huán)。
使用本發(fā)明后，在至少使用部分自動(dòng)變速方式的機(jī)械式變速器的車輛上，當(dāng)檢測到由于自動(dòng)或手動(dòng)選擇，即將發(fā)生由現(xiàn)在檔位向目標(biāo)檔位轉(zhuǎn)變的升檔過程后，根據(jù)當(dāng)前檢測到的車輛工況，將確定這種變速選擇是否可行，也就是說在目的檔位上發(fā)動(dòng)機(jī)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩是否足以維持車輛所預(yù)定的最低加速度，然后將只進(jìn)行那些可行的，能被接受的換檔，采用了上述換檔控制方法和系統(tǒng)后，現(xiàn)有技術(shù)的缺欠將得以克服，或至少降至最低。
某些機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于在某些情況下，它們并不能令人滿意地完成某些它自己產(chǎn)生的換檔過程(如在斜坡上或在低速比換檔時(shí)等)。然而，變速系統(tǒng)并不需要能在任何條件下均能令人滿意地完成所有的換檔。它僅需要精明到當(dāng)新檔通常是升檔，由于車輛工況而實(shí)現(xiàn)不了時(shí)不進(jìn)行換檔就足夠了。根據(jù)本發(fā)明，變速控制系統(tǒng)將在換檔之前，對于換檔可行性進(jìn)行簡單被動(dòng)性測試。此測試包括瞬間輕微地改變節(jié)氣門開度，司機(jī)應(yīng)該清楚這一情況并觀察反應(yīng)。，通過觀察此反應(yīng)，就能夠確定換檔是否可行和可接受，不可接受/不可行的升擋請求將被修改或取消。
上述過程在車輛總重量變化很大的車輛上是通過提供換檔控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。此系統(tǒng)在得知有從當(dāng)前檔位向目的檔位(通常應(yīng)是發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給，節(jié)氣門位置，發(fā)動(dòng)機(jī)速度，車輛速度，和/或當(dāng)前速比的函數(shù))升檔的選擇后，將自動(dòng)在很短時(shí)間里略微減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給(大約10%)，檢測車輛加速度的變化，預(yù)測維持預(yù)定的車輛最低加速度在驅(qū)動(dòng)輪上所需扭矩，并將此值和在目的檔位上可能獲得的最大扭矩進(jìn)行比較，來確定計(jì)劃的換檔是否可行/可接受(也就是說在當(dāng)前車輛運(yùn)行條件下在目標(biāo)檔位上能否獲得可接受的最小加速度？)。
如果計(jì)劃的換檔操作(通常是升檔)不可行，此請求將被修改(即多級(jí)換檔改成單換檔)，或在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)(如10秒)取消。
對于總重量基本上為常量的車輛如公共汽車，移動(dòng)吊車等，假設(shè)其裝備有SAEJ1992議定書中規(guī)定的可以測出發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或可以表示發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的參數(shù)電子數(shù)據(jù)傳輸器，那么當(dāng)確定要從當(dāng)前檔位向目的檔位進(jìn)行換檔時(shí)，控制器就能通過測定當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及車輛加速度估計(jì)出在當(dāng)前車輛工作狀態(tài)下，為維持滿意的最低加速度在目的檔位下所需扭矩。系統(tǒng)接著用前述邏輯判定計(jì)劃的換檔是否可行/可接受。
這樣，對于至少部分自動(dòng)換檔方式的機(jī)械式車輛變速系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方法，在預(yù)選方式下，這種控制系統(tǒng)/方法將禁止其認(rèn)為是不可行，不可接受的換檔(通常是升檔)。
閱讀完實(shí)施例中的具體描述和與其相關(guān)的附圖后，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)就顯而易見了。


圖1是一種采用本發(fā)明的部分自動(dòng)變速系統(tǒng)的車輛機(jī)械式變速器的示意圖。
圖1A是圖1所示的變速器的檔位示意圖。
圖2是使用本發(fā)明的半自動(dòng)變速的機(jī)械式變速器的示意圖。
圖3是圖2系統(tǒng)的變換控制面板的示意圖。
圖4表示的是本發(fā)明的控制方法的流程圖。
圖5是升檔過程的圖形表示，顯示了可接受和不可接受的換檔企圖。
下面的描述中將要用到一些術(shù)語，這只是為了參考方便，并沒有其他限制?！跋蛏稀?、“向下”、“向左”、“向右”表示附圖中的參考方向，“前”、“后”分別指變速器按常規(guī)方式安裝在車上時(shí)前面和后面，對應(yīng)圖1的左和右?！跋騼?nèi)”和“向外”分別指朝向或離開裝置或所示部件的幾何中心的方向。上述術(shù)語包括以上提到的詞、它們派生的詞以及類似的引入詞。
“組合式變換器”指的是一個(gè)具有多個(gè)前進(jìn)檔的主變速器與一個(gè)具有多個(gè)檔位的副變速器串聯(lián)而成的離合器，因而速比是主變速器的速比與副變速器速比的組合。“同步離合器裝置”及類似的引入詞指的是一種離合器裝置，在通過剛性的離合器換檔時(shí)，它能保證離合器組件與軸真正同步，以防止非同步時(shí)接合產(chǎn)生沖擊。使用摩擦容量大的離合器組件很必要，它們在離合器開始接合時(shí)，使離合器組件及所有組件能立即以真正的同步速度與軸一起旋轉(zhuǎn)。
本文中的“換高檔”指的是從低速檔換到高速檔?！皳Q低檔”指的是從高速檔換到低速檔?！暗蜋n”和(或)“第一檔”指的都是變速器中最低前進(jìn)檔，即此檔對變速器輸入軸減速最多。
換檔的“方向選擇”指的是從某一檔選擇單級(jí)換檔、多級(jí)換高檔或換低檔。
圖1表示的是一類組合式離合器10，這類組合離合器由半自動(dòng)機(jī)械變速器系統(tǒng)部分自動(dòng)控制，它們帶有本發(fā)明的自動(dòng)預(yù)選工作方式。組合變速器由一個(gè)多檔主變速器12和一個(gè)副變速器14串聯(lián)而成。變速器10安裝在外殼H中，它有一根輸入軸16，通過主離合器C由發(fā)動(dòng)機(jī)比如紫油機(jī)E驅(qū)動(dòng)，主離合器C通常是接合的，但可以分離，它的輸入或驅(qū)動(dòng)部分18聯(lián)到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸20上，從動(dòng)部分22固定到變速器的輸入軸16上。
發(fā)動(dòng)機(jī)E可通過油門控制，最好是電控，并接到電子數(shù)據(jù)傳輸器DL上，DL是SAEJ1992草案所定義的那類，主離合器可以通過踏板(圖中沒畫出來)或類似的機(jī)構(gòu)由人工控制。還可安裝一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的輸入軸制動(dòng)器(圖中沒有畫)以進(jìn)行快速手動(dòng)升檔，它也由離合器踏板控制離合器踏板踩到底時(shí)輸入軸制動(dòng)器才工作。
與機(jī)械變速器10類似的變速器已為人們所熟知，要評價(jià)這類離合器，請參考美國專利第3105395號(hào)、第3283613號(hào)及第4754665號(hào)、這里公開這些專利是為了參考。
圖中所示的部分自動(dòng)車輛機(jī)械變速器系統(tǒng)可以從上面所提到的美國專利第5050079號(hào)、第5053959號(hào)，第5053961號(hào)、第5053962號(hào)、第5063511號(hào)和第5089965號(hào)中查到。
雖然本發(fā)明的控制方法/系統(tǒng)對于所述類型的自動(dòng)機(jī)械變速器系統(tǒng)是有用的，但本發(fā)明并非限于此，本發(fā)明的控制方法/系統(tǒng)可以應(yīng)用于廣泛變化的全自動(dòng)和部分自動(dòng)的機(jī)械式變速器系統(tǒng)。
在主變速器12中，輸入軸16上帶動(dòng)一個(gè)輸入齒輪24，它以基本相同的轉(zhuǎn)速同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)基本相同的中間軸總成26和26A。這兩個(gè)基本相同的(中間軸)總成安裝在主軸28完全對稱的兩側(cè)，主軸一般與輸入軸16同軸。每一個(gè)中間軸總成在外殼內(nèi)部都由一根中間軸30和兩個(gè)支承軸承32和34組成，圖中只畫出了一部分。每一根中間軸上都有一組相同的中間軸齒輪38、40、42、44、46和48，固定在軸上，與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸28的周圍有多個(gè)主軸齒輪50、52、54、56和58，它們都可以一次一個(gè)地與主軸接合或分離以形成轉(zhuǎn)動(dòng)，這是通過滑動(dòng)離合套筒60、62和64來進(jìn)行的。這一點(diǎn)已為人們所熟知了。離合套筒60還可用來接合輸入齒輪24和主軸28，以使得輸入軸16能直接驅(qū)動(dòng)主軸28。
典型情況下，離合套筒60、62和64安裝在軸上，通過換檔撥叉同變速機(jī)構(gòu)總成70相聯(lián)。這已眾所周知了。離合套筒60、62和64可能就是人們所熟知的非同步雙爪式離合套筒。
變速機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)(70)由壓縮流體、比如壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，屬于由控制單元自動(dòng)控制的類型。這類機(jī)構(gòu)可從美國專利第4445393號(hào)，第4555959號(hào)、第4361060號(hào)、第4722237號(hào)、第4873881號(hào)、第4928544號(hào)及第2931237號(hào)中找到。這里公開這些專利只是為了參考。
主軸齒輪58是倒檔齒輪、它通過常規(guī)的中間惰輪(圖中沒有畫)與中間軸齒輪48保持常嚙合。還應(yīng)注意，盡管主變速器12有5個(gè)前進(jìn)檔、但最低前進(jìn)檔、即主軸28和主軸驅(qū)動(dòng)齒輪56直接接合所提供的檔，這樣高的減速比以致人們常稱之為低速檔或“爬行”檔，只有在惡劣的條件下起動(dòng)車輛時(shí)才會(huì)用到，在很多變速器中，該檔并不常用。所以，雖然主變速器有5個(gè)前進(jìn)檔，但是通常被說成是“4加1”，原因是只有4個(gè)前進(jìn)檔與副變速器14結(jié)合使用。
爪式離合套筒60、62和64有三種位置，一種是如圖所示的中央非接合裝置、一種是最右的接合位置，第三個(gè)是最左的接合位置，這三個(gè)位置都是由執(zhí)行機(jī)械70來實(shí)現(xiàn)的。眾所周知在任何時(shí)候離合套筒60、62和64中只能有一個(gè)可接合、其余的由主變速器上的互鎖機(jī)構(gòu)(未示)鎖到空檔位置。
副變速器14有兩根本質(zhì)上相同的副中間軸總成74和74A，在外殼H的內(nèi)部，每根中間軸總成都有一根中間軸76和兩個(gè)支承軸承78和80，軸上有兩個(gè)副變速器中間軸齒輪82和84，它們隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。副變速器的中間軸齒輪82同支承/輸出齒輪86保持常嚙合，副變速器中間軸齒輪84與輸出齒輪88保持常嚙合。
同步齒爪式離合套筒有兩個(gè)位置，通過換檔撥叉(圖中沒有畫)和副變速器換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，用來把齒輪86接合到輸出軸90上。以便能獲得直接檔或高速檔，或把齒輪88接合到輸出軸90上以便能獲得組合式變速器10的低速檔。組合式變速器的換檔方式簡略地表示在圖1A中。
副變速器換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)96可以是美國專利第3648546號(hào)第4440037號(hào)和第4614126號(hào)所示的那類，這里公開這些專利是為了參考。
盡管圖示的副變速器14可以利用正齒輪或斜齒輪獲得兩個(gè)檔位，但是還應(yīng)該清楚本發(fā)明同樣適用于使用組合式分離器或副變速器的變速器，通過行星齒輪可得到三個(gè)或三個(gè)以上的檔位。同時(shí)，離合套筒60、62或64中的一個(gè)或多個(gè)也可以是同步爪式的，主變速器12和副變速器14都可以是單中間軸式的。
為了使變速器10能自動(dòng)預(yù)選工作方式并能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)換檔，安裝了輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器98和輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器100?？梢杂酶弊兯倨髦虚g軸齒輪82轉(zhuǎn)速傳感器102代替輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器100。當(dāng)然，齒輪82的轉(zhuǎn)速是主軸28轉(zhuǎn)速的一個(gè)已知函數(shù)，如果離合套筒92在一已知位置接合，齒輪82的轉(zhuǎn)速又是輸出軸90轉(zhuǎn)速的函數(shù)。
采用本發(fā)明的用于機(jī)械變速器系統(tǒng)的自動(dòng)預(yù)選和半自動(dòng)換檔控制系統(tǒng)104簡略地表示在圖2中?？刂葡到y(tǒng)104以及上面所描述的機(jī)械變速器10都有一個(gè)電控單元，最好是以微處理器為基礎(chǔ)的電控單元，用來接收來自輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器98、輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器100(或用主軸轉(zhuǎn)速傳感器W替代)、來自司機(jī)控制儀表板108、油門踏板P的位置傳感器152以及來自發(fā)動(dòng)機(jī)E的輸入信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)E的輸入信號(hào)是通過數(shù)據(jù)傳輸器DL傳來的。ECU106可能還要接收來自副變速器位置傳感器110的信號(hào)。
ECU106可以是美國專利第4595986號(hào)所示的那類，這里公開此專利是為了參考。根據(jù)事先確定的邏輯規(guī)則，用ECU能高效地處理輸入信號(hào)，能保證向控制器，發(fā)出命令輸出信號(hào)例如控制主變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)70及副變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)96的電磁歧管112，到司機(jī)控制儀表板108并通過數(shù)據(jù)傳輸器DL到發(fā)動(dòng)機(jī)E。
在本實(shí)施例中，司機(jī)控制儀表板允許司機(jī)手動(dòng)選擇升降檔位或從當(dāng)前的檔位換到空檔，或選擇半自動(dòng)預(yù)選工作方式。儀表板上有顯示設(shè)備，告訴司機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)(是自動(dòng)換檔還是手動(dòng)預(yù)選換檔)、當(dāng)前的變速器工況(是前進(jìn)檔、倒檔、還是空檔)以及已被預(yù)選但還沒實(shí)現(xiàn)的檔位變換(是換高檔、換低檔還是換空檔)。
儀表板108上有三個(gè)指示燈114、116和118，分別用來指示變速器10是工作在前進(jìn)檔、倒檔還是空檔工況。儀表板上還有三個(gè)按下時(shí)才亮的按鈕120、122和124，使司機(jī)能分別選擇換高檔預(yù)選工作方式和換低檔。按鈕126允許選擇換空檔。
按一下按鈕120，122，124或126就可選擇一個(gè)檔位，再按一下就取消(在按鈕120，124和126的情況下先于執(zhí)行換檔)。作為可替代的方法，可用有多個(gè)位置的按鈕120和124來作為跳檔命令。當(dāng)然，按鈕和帶指示燈的按鈕可用別的選擇方法來替代，比如觸發(fā)開關(guān)和帶指示燈的觸發(fā)開關(guān)以及其他標(biāo)志開關(guān)。倒檔選擇可用單獨(dú)的按鈕或開關(guān)，也可用從空檔換低檔的方法進(jìn)行選擇。此外，可以用從倒檔換高檔或從最低檔換低檔的方法選擇空檔。
在操作過程中，要想手動(dòng)選擇換高檔和換低檔、司機(jī)需要按下按鈕120或124，選中的按鈕，指示燈亮，直到換檔完成或取消時(shí)為止。
此外，在某一規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(比如1700轉(zhuǎn)/分以上)換檔按鈕也亮，直到某個(gè)換檔按鈕被按下為止。
要實(shí)現(xiàn)選下的換檔，需要預(yù)選歧管112，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)70偏到一邊，以使主變速器換到空檔位置。瞬間手動(dòng)增加或減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供應(yīng)，或者是手動(dòng)或自動(dòng)將主離合器C分離，控制器或ECU就會(huì)來使扭矩逆轉(zhuǎn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了上面所說的動(dòng)作。當(dāng)變速器換到空檔，并由ECU驗(yàn)證確實(shí)是空檔(空檔傳感器監(jiān)測一段時(shí)間，比如1.5秒)后，空檔按鈕的指示燈亮。如果選中的換檔是組合換檔，即主變速器12和副變速器都換檔，比如圖1A所示的從第4檔換到第5檔，ECU在監(jiān)視到主變速器已處于空檔后向歧管112發(fā)出命令輸出信號(hào)，讓副變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)96來完成換檔。
在副變速器接合到正確的檔位后，ECU根據(jù)輸出軸(車輛)轉(zhuǎn)速和待換檔的速比來計(jì)算、確定和不斷更新能夠換檔的輸入軸轉(zhuǎn)速范圍或轉(zhuǎn)速段，這使得待換檔能同步接合。當(dāng)控制器或ECU控制油門使輸入軸轉(zhuǎn)速落在允許范圍內(nèi)時(shí)，ECU106就向歧管112發(fā)命令輸出信號(hào)，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)70來完成主變速器的換檔。
按下帶指示燈的按鈕122、就進(jìn)入了自動(dòng)預(yù)選工作方式，ECU根據(jù)儲(chǔ)存的邏輯規(guī)則、當(dāng)前檔的速比(可通過輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算出來)、輸出軸轉(zhuǎn)速或車速和(或)油門踏板的位置來確定是否需要換高檔或換低檔，一旦需要時(shí)，就進(jìn)行預(yù)選，然后從ECU106發(fā)出命令使按鈕120或124上的指示燈閃爍，和(或)發(fā)出可知的換檔報(bào)警信號(hào)，通過司機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)預(yù)選了換高檔或換低檔、并將半自動(dòng)實(shí)現(xiàn)換檔。司機(jī)可以允許對預(yù)選的檔位半自動(dòng)換檔。也可以按下按鈕122取消自動(dòng)方式和預(yù)選的檔位。
當(dāng)車輛運(yùn)行于某些條件下時(shí)，手動(dòng)或自動(dòng)選擇的換檔可能完成不了，或者完成后也是不可接受的。這些條件是指車輛在重載下和/或受到極大的阻力如行駛在泥中，正在爬坡和/或正遇極強(qiáng)的頂風(fēng)時(shí)的升檔。在這些條件下，升了一檔或者多檔后，在目的檔位下驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩可能不足以維持車輛的速度，而使車輛減速，從而導(dǎo)致不希望的快速升檔后馬上接著降檔(即振蕩)。
圖5是上面說明的全自動(dòng)機(jī)械式變速升檔過程的圖形表示。線200表示在換檔點(diǎn)202前驅(qū)動(dòng)輪上可能獲得的最大扭矩。線206表示在204點(diǎn)升到目的檔后驅(qū)動(dòng)輪上能獲得的最大扭矩。
線208表示在小阻力時(shí)維持車輛的速度(即零加速度)所需扭矩而線210則表示了在大阻力下維持車輛的速度所需扭矩。
對于一輛裝有典型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(扭矩1000磅·英尺)和典型驅(qū)動(dòng)橋(速比4.11∶1.0)的重型卡車，當(dāng)使用1.89∶1的第六檔時(shí)驅(qū)動(dòng)輪能獲得扭矩大約是7768磅·英尺，在速比為1∶1.37的第七檔上大約是5631磅·英尺，而在1∶1.0的第8檔上大約是4110磅·英尺。
按照本發(fā)明所采用升檔控制方法/系統(tǒng)，每次升檔選擇在開始執(zhí)行前，都將先考查其是可接受的還是不可接受的，對于不可接受的選擇將被修改或取消。可接受的換檔是指在當(dāng)前車輛運(yùn)行條件下，目的檔位上能夠維持預(yù)定的最小加速度。
圖4中以流程示意圖的方法表示采用本發(fā)明的控制系統(tǒng)/方法時(shí)的升檔過程。
為了完成上述目標(biāo)，對于總重即車輛，燃料，貨物及乘客(可能有)及司機(jī)的重量之和變化很大的車輛采用了如下的過程。當(dāng)ECU106感知到系統(tǒng)控制器，發(fā)出升檔(升一檔或跳檔)的選擇后，它就通過數(shù)據(jù)傳輸器DL發(fā)出指令，暫時(shí)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩短時(shí)間內(nèi)略微減少一已知值。為說明起見，在一秒或更少的時(shí)間里降低發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的10%就足夠了，司機(jī)應(yīng)該清楚這一情況(并非注意)。在此時(shí)間內(nèi)，車輛(輸出軸)加速度的變化被測量出來。通過這一信息，系統(tǒng)即可確定為了獲得最低可接受加速度(通常為0加速度)在驅(qū)動(dòng)輪上所需扭矩，也就是線208或210的值。利用此信息以及發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的現(xiàn)值或已知值再加上傳動(dòng)速比，即可確定線200和206等的值，這樣ECU即可以確定在當(dāng)前行駛條件下該系統(tǒng)能否成功地和可接受地完成計(jì)劃的換檔。有了上述信息，控制系統(tǒng)即可以(ⅰ)發(fā)布命令信號(hào)完成計(jì)劃的換檔或(ⅱ)修改計(jì)劃的換檔命令(通常是把多極升檔改成單級(jí)升檔)，或(ⅲ)在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)(如約10秒)取消或禁止換檔請求，可以利用如下關(guān)系大致簡單推出零加速度下所需車輪扭矩T0＝T1-(C·W·A1)其中T1＝車輛加速度為ⅰ時(shí)驅(qū)動(dòng)輪扭矩，C＝常數(shù)，A1＝在給定扭矩ⅰ處車輛加速度，W＝車輛總重量，車輛總重量W及常數(shù)C的值是在暫時(shí)降低車輛扭矩時(shí)，通過確定車輛加速度的相應(yīng)變化而確定的。
上述關(guān)系是由下式推出的T＝C1W+C2V2+C3·G·W+C4·W/g(A)其中T＝驅(qū)動(dòng)輪扭矩W＝車輛總重量V＝車輛速度G＝與坡度成比例的系數(shù)A＝當(dāng)前加速度C?。匠?shù)，與傳動(dòng)系及嚙合速比有關(guān)C1·W表示為了克服滾動(dòng)阻力傳遞至驅(qū)動(dòng)輪的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩;
C2·V2表示為了克服空氣阻力而需傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。
C3·G·W表示為了克服上坡阻力而需傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。
C4(W/g)A是指為了獲得加速度A而需傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩由T1，變化到T2時(shí)，其扭矩變化可表示為T1-T2＝C1(W-W)+C(V21-V22)+C3G(W-W)+C4W/g(A1-A2)考慮其中W-W＝O;
V21-V22＝O;(V1、V2幾乎相同)，C＝C4/g此關(guān)系可改寫成T1-T2＝C·W·(A1-A2)或(T1-T2)/(A1-A2)＝C·W當(dāng)把加速度A2設(shè)置成0時(shí)有T1-T2＝CW(A1)T2＝T1-(C·W·A1)當(dāng)車輛的總重是一已知基本不變量時(shí)，如公共汽車，CW的值可以預(yù)先確定并存儲(chǔ)起來。這樣只要測出發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩T1和車輛加速度A1即可通過方程式T0＝T1-(C·W·A1)而確定在當(dāng)前車輛工況下，車輛加速度為零的驅(qū)動(dòng)軸扭矩。
圖3中的130是司機(jī)控制顯示儀表板，操縱桿132可沿彈性偏動(dòng)板的中心移動(dòng)，以選擇高檔、低檔或空檔。還可以像圖中所示的那樣上下左右移動(dòng)進(jìn)入預(yù)選工作方式。指示燈134和136亮?xí)r分別代表預(yù)選了高檔或低檔，指示燈138和140亮?xí)r分別代表工作方式是前進(jìn)檔還是倒檔。指示燈144亮?xí)r表示系統(tǒng)104工作在自動(dòng)預(yù)選方式。
可見，用來自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)變速器系統(tǒng)10的換檔控制系統(tǒng)和控制方法結(jié)構(gòu)簡單，成本低。只需要一個(gè)變速器換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(112/70/96)、一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸器DL。兩個(gè)裝在變速器上的速度輸入。一個(gè)電控單元106接收這兩個(gè)來自傳感器的速度輸入信號(hào)以及來自數(shù)據(jù)傳輸器DL和司機(jī)控制板的輸入信號(hào)，并向發(fā)動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示裝置發(fā)出輸出命令信號(hào)。系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前車輛工況下手動(dòng)或自動(dòng)預(yù)選的檔位能否實(shí)現(xiàn)，然后或者開始換檔或者修改所計(jì)劃的換檔或者取消所計(jì)劃的換檔。
雖然本發(fā)明的描述有一定的特殊性，但是應(yīng)該清楚只要不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍、形式和細(xì)節(jié)可以千變?nèi)f化，這在后面的權(quán)利要求中會(huì)提到。
權(quán)利要求
1.一種控制方法，用于控制至少可以部分自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在機(jī)械式換檔的變速器系統(tǒng)中所選取的換檔，此變速系統(tǒng)含有具有確定的扭矩范圍的由可控油門控制的發(fā)動(dòng)機(jī)(E)，具有多個(gè)已知速比的一個(gè)多檔機(jī)械式變速器(10)，上面有一個(gè)輸入軸16和驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)輪的輸出軸(90)，一個(gè)用于提供表示變速器輸入軸(16)轉(zhuǎn)速的第一輸入信號(hào)的第一傳感器(98)，一個(gè)用于提供表示車輛速度的第二輸入信號(hào)的第二傳感器(100)，一個(gè)用于提供表示發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的輸入信號(hào)的第三傳感器(DL)，和用于控制變速器換檔的變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)(112，70，96)，上述控制方法的特征在于預(yù)選確定升檔后所能接受的車輛最小加速度(A0)；確定是否需要從當(dāng)前檔位升到目標(biāo)檔位；確定在當(dāng)前車輛工況下維持最低給定加速度(A0)所需驅(qū)動(dòng)輪扭矩(T0)，此扭矩至少是當(dāng)前所用檔位及所述表示(ⅰ)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩(ⅱ)當(dāng)前車輛加速度的輸入信號(hào)的函數(shù)；根據(jù)(ⅰ)在當(dāng)前車輛工況條件下維持最低加速度A0所需驅(qū)動(dòng)輪扭矩(T0)，(ⅱ)選定的目的檔位上的速比，(ⅲ)在目的檔位上驅(qū)動(dòng)輪所需最大扭矩的函數(shù)關(guān)系，確定實(shí)施所選擇的換檔，在目的速比下獲得可接受的工況的可能性。并且僅僅在確定了在換檔到目的檔位時(shí)能達(dá)到實(shí)現(xiàn)可允許換檔時(shí)才開始換檔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述控制方法，其中上述用于在當(dāng)前車輛工況條件下確定至少維持給定最小加速度(A0)驅(qū)動(dòng)輪所需扭矩(T0)的方法包括在保持當(dāng)前所用檔位同時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩從第一個(gè)值(T1)變化到第二個(gè)值(T2)并確定在上述兩種扭矩值下車輛的加速度(A，A2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述方法，其特征在于上述發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的變化值不超出第一扭矩值的10%且延續(xù)時(shí)間不超過1秒鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中所述的方法，其特征在于升檔后預(yù)定的車輛最低加速度(A0)基本等于零。
5.一種控制系統(tǒng)，用于控制至少部分自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在機(jī)械式換檔的車輛變速系統(tǒng)上所選取的換檔，該變速系統(tǒng)包括一個(gè)具有已確定扭矩范圍由可控油門控制的發(fā)動(dòng)機(jī)(E)，一個(gè)具有多個(gè)已知檔位的機(jī)械式變速器(10)，上面有輸入軸(16)和驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)輪的輸出軸(90)，一個(gè)用于提供表示變速器輸入軸(16)旋轉(zhuǎn)速度的第一輸入信號(hào)的第一傳感器(98)，一個(gè)用于提供表示車輛速度的第二輸入信號(hào)的第二傳感器(100)，一個(gè)用于提供表示發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的輸入信號(hào)的第三傳感器(DL)，和用于控制換檔的變速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)(112，70，96)，上述控制系統(tǒng)的特征在于用于貯存升檔后表明預(yù)定的車輛可接受最小加速度(A0)值的裝置;用于確定是否需要從當(dāng)前擋換到目的檔的裝置;根據(jù)當(dāng)前所用速比及所述表示(ⅰ)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩(ⅱ)當(dāng)前車輛加速度的輸入信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，確定在當(dāng)前車輛工況下及驅(qū)動(dòng)輪發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩為零時(shí)所需驅(qū)動(dòng)輪扭矩(T0)的裝置;根據(jù)(ⅰ)在當(dāng)前車輛工況下維持上述車輛最小加速度(A0)所需的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，(ⅱ)選定的目的檔位的速比，(ⅲ)在目的檔位驅(qū)動(dòng)輪所需的最大可獲得發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的函數(shù)關(guān)系，確定如果實(shí)施所選的換檔是否達(dá)到實(shí)現(xiàn)與目的檔嚙合的同步條件的裝置;用于只有在確認(rèn)能到達(dá)實(shí)現(xiàn)換檔的可接受條件時(shí)才開始進(jìn)行換檔操作的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的控制系統(tǒng)，其特征在于用于在車輛現(xiàn)行運(yùn)行狀況下確定升檔后維持車輛最小加速度所需驅(qū)動(dòng)扭矩(T0)的裝置，包括用于將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩從第一扭矩值(T1)變化至第二扭矩值(T2)的裝置及確定車輛在上述兩扭矩(T1，T2)下加速度(A1，A2)的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述控制系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩變化值不大于上述第一扭矩值的10%，且變化時(shí)間將不超過1秒鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的系統(tǒng)，其特征在于升檔后預(yù)定車輛最少加速度(A0)基本上等于零。
9.權(quán)利要求1中所述控方法，其特征在于表示車輛速度的輸入信號(hào)是一個(gè)表示輸出軸(90)的轉(zhuǎn)速的信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4中所述方法，其特征在于在當(dāng)前車輛運(yùn)行狀況下，升檔后維持至少上述最小可接受車輛加速度時(shí)預(yù)期驅(qū)動(dòng)輪扭矩由下述表示式推導(dǎo)T0＝T1-(C·W·A1)其中T1是表示車輛加速度為i時(shí)驅(qū)動(dòng)輪扭矩A1是表示給定驅(qū)動(dòng)輪扭矩i時(shí)車輛加速度W是表示車輛總重量C是常數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述方法，其特征在于表達(dá)式C·W由下列表達(dá)式推導(dǎo)(T1-T2)/(A1-A2)其中A2表示當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩在第二值T2時(shí)車輛的加速度的值，T2是與T1不同的已知的發(fā)動(dòng)機(jī)第二扭矩值。
12.根據(jù)權(quán)利要求5中所述控制系統(tǒng)，其特征在于上述表示車輛的速度的輸入信號(hào)是一個(gè)表示輸出軸(90)的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5，6，7或8中所述控制系統(tǒng)，其特征在于在當(dāng)前車輛運(yùn)行狀況下，升檔后維持至少上述最小可接受車輛加速度(A0)預(yù)期的驅(qū)動(dòng)輪扭矩由下述表達(dá)式推導(dǎo)T0＝T1-(C·W·A1)其中T1是加速度為i時(shí)驅(qū)動(dòng)輪扭矩。A1是給定驅(qū)動(dòng)輪扭矩i時(shí)車輛加速度W是表示車輛總重量C是常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13中所述控制系統(tǒng)，其特征在于表達(dá)式C·W的值由下述表示式推導(dǎo)(T1-T2)/(A1-A2)其中A2是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩在第二值T2時(shí)車輛的加速度;T2是與T1不同的已知的發(fā)動(dòng)機(jī)第二扭矩值。
全文摘要
一種控制系統(tǒng)和方法，用于至少為部分自動(dòng)換擋的機(jī)械變速器，可以確定在當(dāng)前車輛運(yùn)行狀況下，選定的向目的擋進(jìn)行的升擋是可接受的還是不可接受的，并且禁止進(jìn)行不可行的換擋選擇。如果在當(dāng)前車輛運(yùn)行狀況下，升擋后在目的速比下驅(qū)動(dòng)輪扭矩足以維持車輛的至少最低可接受加速度，則此升擋企圖被認(rèn)為是可接受的。
文檔編號(hào)F16H61/04GK1088520SQ9310814
公開日1994年6月29日 申請日期1993年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月6日
發(fā)明者T·A·詹尼斯, R·K·馬里基維奇 申請人:易通公司