專利名稱:發(fā)動機制動增強的換高擋控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及用于控制至少部分自動車輛機械傳動系統(tǒng)的換高檔的控制方法和裝置。具體地說,本發(fā)明涉及用于自動機械傳動的換檔控制方法/系統(tǒng),其中,考慮到現(xiàn)有車輛運行條件來估算成功地完成所選換高檔的概率并僅啟動可行的換檔。更具體地說,本發(fā)明涉及的是在現(xiàn)有車輛條件下,首先在無助力發(fā)動機衰減然后在通過越來越強大的發(fā)動機制動減速增強的發(fā)動機衰減速度下評價在包括一個發(fā)動機制動器但不包括非手動離合致動器的一半自動機械傳動系統(tǒng)中成功完成換高檔的可能性的一種控制。
本申請是1992年7月16日提交的題為“換檔控制方法/系統(tǒng)的共同待審美國申請07/909332,(該申請已轉(zhuǎn)讓給本申請的同一受讓人EATON公司)的部分繼續(xù)申請。
本申請與已轉(zhuǎn)讓給本申請同一受讓人EATON公司的1993年8月10日提交的題為發(fā)動機制動-輔助換檔的控制系統(tǒng)/方法U.S 08/103947共同待審申請有關。
既用于諸如重型載貨汽車等的重型車輛又用于小汽車的,檢測油門開度或位置,傳動軸速度,車輛速度,發(fā)動機速度等等并據(jù)此自動地對該車輛傳動系進行換檔的全自動傳動系統(tǒng)是先有技術所周知的。這種全自動換檔傳動系統(tǒng)包括若干自動傳動裝置-其中采用加壓液體以摩擦方式將一個或多個部件嚙合到另一些部件或到地(ground),以獲得所選擇的齒輪減速比,以及利用電子,液壓和/或氣動邏輯和致動器去嚙合和分開機械(即,純粹的)離合器以獲得所需減速比的自動機械變速器。這類變速器的實例可參考U.S專利3961546;4081065和4361060而得知,這些專利的公開內(nèi)容與本文結(jié)合供參考。
利用電子控制部件的半自動傳動系統(tǒng)檢測發(fā)動機加油(fueling),油門位置,發(fā)動機,輸入軸,輸出軸和/或車輛速度,和利用自動控制的燃料節(jié)流閥裝置,齒輪換檔裝置和/或主離合器操縱裝置,以基本上全自動地執(zhí)行操縱人員手動選擇的傳動比的變化,這些在本領域中是已知的先有技術。這類半自動機械傳動系統(tǒng)可參考美國專利4425620;4631679和4648290得知,它們的公開內(nèi)容納入本文供參考。
另一種部分自動的傳動系統(tǒng)為用于僅有手動控制的發(fā)動機油門裝置和/或僅有手動控制的主離合器的車輛中的機械傳動系統(tǒng)提供半一自動換檔執(zhí)行。這類系統(tǒng)通常具有至少一種操作方式,共中待執(zhí)行半自動的換檔均是自動予選的,并包括一個控制/顯示盤或控制臺供操作人員選擇速比變化或在自動予選方式下的操作和指示自動予選的掛高檔,掛低檔或換成空檔。設置的一個電子控制裝置(ECU)用以接收指示傳動輸入和輸出軸速度的輸入信號并根據(jù)預定邏輯規(guī)則處理這些信號以判定(ⅰ)是否存在同步條件;和(ⅱ)在自動予選方式下,根據(jù)當前嚙合比是否要求掛高檔或掛低檔并給變速器致動器發(fā)出命令輸出信號以便按此命令輸出信號給變速器換檔。這類普通型傳動系統(tǒng)可參考美國專利5050079;5053959;5053961;5053962;5063511;5081588;5089962;和5089965得知,這些文獻內(nèi)容納入本文供參考。
盡管上述自動和/或部分自動換檔執(zhí)行-式車輛機械傳動系統(tǒng)極適用于它們的預期應用場合,但偶而在啟動所需換檔時由于車輛運行的種種條件所限,而不能完成換檔,因此它們不能完全令人滿意。該問題對于未裝有自動離合器致動器和/或輸入軸制動器并因此使得輸入軸的減速被限制在發(fā)動機的自然衰減率而無法利用輸入軸制動或類似裝置的那些機械傳動系統(tǒng)的掛高檔尤為重要,突出。
發(fā)動機制動器,通常稱為“發(fā)動機壓縮制動器”或“排氣制動器”是先有技術眾所周知的而且這類裝置(諸如眾所周知的“Jake制動器”)通常是裝在重型載貨汽車上的。這些裝置通常是手動操縱的,可通過手動選擇一排,兩排或三排汽缸工作而提供可變減速,并用于減低車速和在最近幾項開發(fā)項目中用于在掛高檔期間為更快同步而快速降低發(fā)動機/輸入軸速度。利用發(fā)動機壓縮制動器的車輛自動機械傳動系統(tǒng)的實例可參見美國專利4933850;5255650和5042327,這些文獻的內(nèi)容納入本文供參考。
本發(fā)明可應用于以上論及的多種類型發(fā)動機制動器,也可應用于有選擇的降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速的其他類型裝置?!鞍l(fā)動機制動器裝置”一詞意欲包括所有這類裝置。
一般說來,發(fā)動機壓縮制動器可有效地通常以液壓方式改變發(fā)動機閥的定時/開啟以便給發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)施加較大的壓縮力或阻力。先有技術的這些手動操作的發(fā)動機制動器的自動機械傳動系統(tǒng)則由于發(fā)動機制動器輔助掛高檔往往趨于生硬和急劇而不能完全令人滿意。
根據(jù)本發(fā)明,通過對至少包括發(fā)動機制動器的部分自動機械傳動系統(tǒng)的車輛提供一種換檔控制方法/系統(tǒng)而克服或?qū)⑾扔屑夹g的上述缺陷降至最小,該方法/系統(tǒng)一旦檢測到一個掛高檔的自動或手動選擇便依據(jù)當前檢測到的車輛運行條件首先在正常的發(fā)動機衰減率下,然后再在發(fā)動機制動器-增強的衰減率下,確定該所選掛高檔是否可行(即可完成的概率),并僅僅啟動可行換檔,從當前嚙合的傳動比換至一目標傳動比。
對于自動程度低于全自動的某種機械傳動系統(tǒng)(諸如沒有自動主離合器控制器的傳動系統(tǒng)之類)批評在于在某些條件下,它們不可能完成它們啟動的一些換檔(即,對爬坡時的低變速換檔,等等)。然而,一個傳動系統(tǒng)不需要在所有條件下都能換全部檔,而只需要知道不要起動一個不能完成的換檔就足夠“創(chuàng)新”的。按照本發(fā)明,傳動控制器在開始換檔以前將對可換檔性進行簡單被動測試(passive test)并變更或取消不可行掛高檔要求。
以上是通過提供下述換檔控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的,該系統(tǒng)當從當前嚙合速比選擇至一目標速比(通常作為發(fā)動機加油,油門位置,發(fā)動機速度,車輛速度和/或當前嚙合比的一個函數(shù))時,將自動地予測車輛對扭矩中斷換檔瞬態(tài)(torque break shift transient)的反應,確定在換成目標速比的換檔完成時的估算車速并將此值與在打算換檔過渡期間的期望發(fā)動機速度(等于輸入軸速度)相比較,以確定所建議換檔是否可行,即是否能真正達到同步。
可行性首先是在自然的發(fā)動機衰減率條件下確定若在這種條件下所建議掛高檔不可行,然后在發(fā)動機制動器增強最好遞增式增強發(fā)動機速度衰減(即減速)率的條件下,評價所建議掛高檔的可行性。
若建議掛高檔僅在增強的發(fā)動機衰減率下是可行的,則將著手掛高檔并僅必要時和僅在所需范圍內(nèi)利用發(fā)動機制動器。由于噪音,摩損等因素,僅在必要時才使用發(fā)動機制動器而不是所有掛高檔都用。
若甚至在發(fā)動機制動器的最高設定值下仍不可實現(xiàn)所建議的換高檔,則可修改換檔請求(即將跳躍換檔請求改為單檔換檔)或在一予定時間周期內(nèi)(例如10秒)取消該請求。
在一個實施例中,對諸如大客車,自行式吊車之類的總體重量(“GCW”)基本恒定的車輛,假設車輛配置有諸如在SAEJ 1922或1939協(xié)議中所定義的電子數(shù)據(jù)鏈路的車輛在其上可檢測發(fā)動機扭矩或表示發(fā)動機扭矩的一種參數(shù),則一旦確定需要從當前嚙合速比掛高檔至目標速比,即可檢測當前發(fā)動機扭矩和車速,由此控制器可估算零扭矩時(即,換檔瞬間)的車輛減速。然后該系統(tǒng)利用以上論及的邏輯進行所提議的掛高檔是否可行的判定。
于是,提供了用于裝備有一發(fā)動機制動裝置的至少部分自動機械傳動系統(tǒng)的車輛的控制系統(tǒng)/方法,其在予選條件下將禁止認為不可行的換高檔的啟動。
結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的最佳實施例的詳細說明便可更清楚地了解本發(fā)明的這一與其他目的及優(yōu)點。
圖1是借助本發(fā)明系統(tǒng)達到部分自動的一個部分自動車輛的機械傳動系統(tǒng)的示意圖;
圖1A是圖1傳動系統(tǒng)的變速桿各檔位置圖的示意圖;
圖2是用于本發(fā)明機械傳動系統(tǒng)的自動予選和半自動換檔執(zhí)行系統(tǒng)的示意圖;
圖3是用于圖2系統(tǒng)的一種可供選擇的控制臺的示意圖;
圖3A是代表現(xiàn)行車輛與速度的微分信號的邏輯示意圖;
圖3B是用于計算換檔瞬間當發(fā)動機零扭矩作用于驅(qū)動輪時的期望車輛加速度的邏輯示意圖;
圖4是以流程圖形式表示本發(fā)明創(chuàng)新控制法的示意圖;
圖4A是以流程圖形式表示一個可行換檔的開始和完成的示意圖;
圖5是說明一個換高檔事件中可行和不可行的兩種嘗試換檔情況的圖解。
下列說明中將使用某些術語僅為提及時方便起見而并不是限制。詞匯“向上”,“向下”,“向右”和“向左”將表示所參考附圖中的方向。詞匯“向前”,“向左”將分別指按傳統(tǒng)方法安裝在車輛中的變速器的前端和后端,分別為圖1所示的變速器左側(cè)和右側(cè)。詞匯“向里”和“向外”將分別指朝向和背離該裝置及其所表示部分的向何中心的方向。所述術語將包含以上具體提及的字,其派生詞及類似含義詞。
術語“復合變速器”用于指定一個具有多個前向速度主變速器段和一串聯(lián)連接的多速輔助變速器段變速或改變齒輪傳動系統(tǒng),從而在主變速器段中的所選速比的減小可通過在輔助變速器段中另一選擇速比降低加以組合?!巴诫x合器組件”及類似含義詞應指用以借助剛性離合器將所選齒輪非旋轉(zhuǎn)地偶合到軸上的離合器組件,從而避免了在離合器各部件基本處于同步旋轉(zhuǎn)之前嘗試嚙合所述離合器。一個相對大功率摩擦裝置(relatively large capacity friction means)與離合器部件一起使用并在啟動離合器嚙合時足以使離合器部件和與其一起旋轉(zhuǎn)的部件以大致同步的速度旋轉(zhuǎn)。
如本文所用的術語“掛高檔”應指從較低速傳動比至較高速傳動比的換檔。如本文所用的術語“換低檔”應指從較高速傳動比至較低速傳動比的換檔。如本文所用術語“低速檔”,“低檔”和/或“第一檔”應全指對于一個傳動系統(tǒng)或傳動系段中的最低前進車速操作所用的傳動比,也就是說,具有相對于傳動系輸入軸的最高減速比的那組齒輪。
換檔“所選擇方向”將指根據(jù)一具體的傳動比或選擇單檔或選擇多檔掛高檔或掛低檔。
參考圖1,該圖示出在一個部分自動半自動機械傳動系統(tǒng)中的一個范圍型復合傳動系10。該復合傳動系10包括與一范圍型輔助段14串聯(lián)連接的多速主傳動系段12。傳動系10置于外殼H內(nèi)并包括由諸如內(nèi)燃機E之類的原動機通過一選擇分離的常嚙合主摩擦離合器C驅(qū)動的輸入軸16,該主摩擦離合器C具有一個與發(fā)動機曲軸20驅(qū)動連接的輸入或驅(qū)動部分18和一個與傳動輸入軸16轉(zhuǎn)動固定的從動部分22。
發(fā)動機E是燃油油門控制的,最好用電子控制,并可連接到在SAEJ1922或J1939協(xié)議中所定義的那種電子數(shù)據(jù)鏈路DL,而主離合器C是由一離合器踏板(圖中未示)之類的部件人工控制。正如先有技術所眾所周知的,可設置一個由手動控制器23操縱的發(fā)動機制動器(EB)。發(fā)動機制動器EB還可響應來自系統(tǒng)控制器的命令輸出信號由致動器23A操縱,如將在下面詳述的。
類似于機械傳動系10的傳動系是先有技術所周知的并可通過參考U.S專利3105395;3283613和4754665而了解,這些專利的公開內(nèi)容納入本文供參考。
圖示那種部分自動的車輛機械傳動系統(tǒng)可參見上述U.S.專利5050079;5053959;5053961;5053962;5063511和5089965。本發(fā)明還可應用于在U.S專利4722248和4850236中所圖示的那種部分自動機械傳動系統(tǒng),該兩篇文獻的公開內(nèi)容納入本文供參考。
雖然本發(fā)明的控制方法/系統(tǒng)對那些沒有離合器致動器或輸入軸制動器的自動機械傳動系統(tǒng)特別有用,但本發(fā)明并不局限于這種應用。
在主傳動段12中,輸入軸16帶有輸入齒輪24,用以在基本相同轉(zhuǎn)速下同時驅(qū)動多個基本相同的中間軸組件26和26A。該兩個基本相同的中間軸組件設置在通常與輸入軸16同心并準直的主軸28直徑的相對兩側(cè)。每個中間軸組件包括經(jīng)由軸承32和34支承在外殼H中的中間軸30-圖中僅概略地示出其一部分。每個中間軸設置有用以以此旋轉(zhuǎn)固定的一組相同的中間軸齒輪38,40,42,44,46和48。如先有技術所周知的,多個主軸齒輪50,52,54,56和58圍繞主軸28并一次一個地可選擇離合到借助滑動離合器環(huán)(collars)60,62和64旋轉(zhuǎn)的主軸28。離合器環(huán)60也可用于輸入軸24至主軸28的離合,以在輸入軸16和主軸28之間提供直接驅(qū)動關系。
一般來說,如先有技術眾所周知的,離合器環(huán)60,62和64是通過與換檔外殼組件70關聯(lián)的換檔撥叉而軸向安置的。離合器環(huán)60,62和64可為眾所周知的非同步雙向牙嵌式離合器。
換檔殼體或執(zhí)行器70是由諸如壓縮空氣之類的壓縮流體致動的,并屬于可通過一控制部件的自動控制類型,此可參見美國專利4445393;4555959;4361060;4722237;4873881;4928544和2931237,這些專利的公開內(nèi)容引入本文供參考。
主軸齒輪58是倒檔齒輪并通過傳統(tǒng)的中間惰齒輪(intermediateidler gears)(圖中未示)與中間軸齒輪48處于連續(xù)嚙合中。還應注意雖然主傳動段12的確提供五個可選前進速比,但最低前進速比,即通過將主軸驅(qū)動齒輪56驅(qū)動連接至主軸28所提供的速比,這種減速比往往高得使其僅用于在惡劣條件下起動車輛時所采用的低檔或“爬行”檔,一般在高傳動范圍中不采用。因此,雖然主傳動段12確實提供了五種前進速度,但通常稱之為“四加一”主段,因為前進速度中僅有四種車速是通過與此同時使用的輔助范圍傳動段14復合而成的。
牙嵌式離合器60,62和64是三位置離合器,因為它們可如圖所示位于中間的非嚙合位置,或借助執(zhí)行器70位于完全向右嚙合或完全向左嚙合的位置。眾所周知,在某一給定時間離合器60,62和64中只有一個可被嚙合,同時設置有主段聯(lián)鎖裝置(圖中未示),以便把其他離合器鎖定到空檔位置。
輔助傳動范圍段14包括兩個基本相同的輔助中間軸組件74和74A,其每個包括由軸承78和80支承在殼體H中的輔助中間軸76和帶有兩個以此旋轉(zhuǎn)的輔助段中間軸齒輪82和84。輔助中間軸齒輪82始終嚙合和支承范圍/輸出齒輪86,同時輔助段中間軸齒輪84始終與輸出齒輪88嚙合。
通過換檔撥叉(未示出)和范圍段換檔執(zhí)行器組件96軸向定位的一個兩位置同步牙嵌式離合器組件92用于離合齒輪86與輸出軸90,以進行直接或高范圍操作,或離合齒輪88與輸出軸90,以便進行復合傳動系10低范圍操作。用于復合范圍式傳動系10的“變速桿各檔位置圖”概略示于圖1A中。
范圍段執(zhí)行器96可為本文引證供參考的U.S專利3648546;4440037和4614126中所示類型。
雖然圖中將范圍式輔助段14被作為利用正齒輪或斜齒輪兩速段表示出來,但自然本發(fā)明也可應用于具有三種或更多可選范圍比和/或用行星式齒輪傳動裝置的,利用組合分離器(splitter)/范圍式輔助段的范圍式傳動系。而且,離合器60,62或64中任一個或更多可為同步牙嵌式離合器,而傳動段12和/或14可為單中間軸式。
為給傳動系10提供操作的自動予選方式和半自動換檔執(zhí)行操作,利用了輸入軸速度(IS)傳感器98,發(fā)動機速度(ES)傳感器99和輸出軸速度(OS)傳感器100。另外可用檢測輔助段中間軸齒輪82的轉(zhuǎn)速的傳感器102來替換輸出軸速度傳感器100。齒輪82的轉(zhuǎn)速,當然是主軸28的轉(zhuǎn)速的已知函數(shù),而且若離合器92嚙合于一個已知位置,則就是輸出軸90之轉(zhuǎn)速的一個函數(shù)。
用于本發(fā)明自動機械傳動系統(tǒng)的自動予選和半自動換檔執(zhí)行控制系統(tǒng)104概略示于圖2中??刂葡到y(tǒng)104,除了上述的機械傳動系10以外,包括一電子控制部件106,最好是基于微處理器式的,用以接收來自輸入軸速度傳感器98,來自發(fā)動機速度傳感器99,來自輸出軸速度傳感器100(或,也可選來自主軸速度傳感器102),來自換檔執(zhí)行器70和96,來自駕駛員控制臺108,來自油門踏板P的位置傳感器152和/或來自發(fā)動機E通過數(shù)據(jù)鏈路DL,的諸輸入信號。ECU106還可接收來自輔助段位置傳感器110的輸入信號。
ECU106可為其內(nèi)容納入本文供參考的U.S.專利4595986中圖示的那種類型。ECU按照預定的邏輯規(guī)則有效地處理這些輸入信號以給諸如控制主段部分執(zhí)行器70和輔助段執(zhí)行器96的電磁線圈歧管112,通過數(shù)據(jù)鏈路DL給發(fā)動機E,給駕駛員控制臺108和給發(fā)動機制動執(zhí)行器23A等傳動系操作器發(fā)出命令輸出信號。
在最佳實施例中,駕駛員控制臺使操作員能沿給定方向選擇一檔或從當前嚙合速比換至空檔,或選擇操作的半自動予選方式,和提供通知操作員現(xiàn)行操作方式(自動或手動予選換檔),當前的傳動工作狀態(tài)(前進檔,倒檔或空檔)和已予選但還未實施的任何速比變化或換檔(掛高檔,掛低檔或換至空檔)的顯示。
控制臺108包括三個指示燈114,116和118,這些燈分別為指示傳動系10處于前進驅(qū)動,空檔或倒退驅(qū)動狀態(tài)而被點亮。該控制臺還包括三個可選擇點亮的按鈕120,122和124,這些按鈕使操作員能分別選擇掛高檔,自動予選方式或掛低檔。按鈕126允許選擇換至空檔。
通過壓或推按鈕120,122,124或126之任一個來進行選擇并可通過再壓這些按鈕來取消選擇(就按鈕120,124和126情況執(zhí)行以前)。作為一種可供選擇的做法,多次按壓按鈕120和124可用作跳檔(skip shifts)命令。當然,該按鈕和點亮按鈕可用諸如肘節(jié)開關和/或肘節(jié)開關與燈或其他指示器件等的其他選擇裝置來替代??稍O置一個獨立按鈕或開關用以選擇倒檔,也可選擇從空檔換低檔來選擇倒檔。同樣,空檔可通過選擇從倒檔換高檔或從低檔換低檔來選擇。
運行時,為手動選擇掛高檔和掛低檔,操作員將按需要壓下按鈕120或按鈕124。于是所選按鈕被點亮直到所選換檔被執(zhí)行或直到該選擇被取消。
另一方面,在一給定發(fā)動機速度ES(例如1700RPM以上)掛高檔按鈕可能被點亮并一直亮到由推壓按鈕選擇換高檔為止。
為實施所選換檔,要予選歧管112以使執(zhí)行器70偏置,將主傳動段12換成空檔。這是通過操作員或ECU控制器通過手動地瞬時減少和或增加給發(fā)動機的燃油供應量或自動地分離主離合器C而引起扭矩反向來完成的。當傳動系被換成空檔時,并由ECU證實空檔(檢測到空檔的時間周期如為1.5秒),點亮空檔狀態(tài)指示按鈕116。若所選換檔為一復合換檔,即,如圖1A中所見從第4速換至第5速度時的主段12和范圍段14兩者的換檔,則ECU將給歧管112發(fā)出命令輸出信號以使輔助段執(zhí)行器96在前箱(the front box)中測得空檔之后完成范圍換檔。
當范圍輔助段以適當速比嚙合時,ECU將根據(jù)測得的輸出軸(車輛)速度和待嚙合速比(GR目標)計算或另外確定,和連續(xù)更新輸入軸速度的使能量程或帶,從而導致待嚙合速比的可接受的同步嚙合。當操作員或ECU,通過操縱油門使輸入軸速度進入可接收的范圍內(nèi)時,ECU106即給歧管112發(fā)出命令輸出信號,以使執(zhí)行器70去嚙合待嚙合的主段速比。
在通過使用點亮按鈕122選擇的自動予選操作方式中,ECU將根據(jù)貯存的邏輯法則,當前嚙合速比(可通過比較輸入軸與輸出軸速度加以計算),輸出軸或車輛速度和/或油門踏板位置來判定是否要求和予選掛高檔或掛低檔。通過從ECU106來的命令輸出信號使點亮的按鈕120或使點亮的按鈕124閃爍和/或通過換檔音響警告信號告知操作員予選了一個換高檔或換低檔并將半自動地加以實施。操作員可按上述指示啟動自動予選換檔的半自動實施或可通過按壓按鈕122取消自動方式和所予選的換檔。
在車輛的某些運行條件下,有可能不能完成自動或手動選擇換檔。這些條件通常包括當車輛處于重載時和/或正在克服諸如陷入泥巴上陡坡和/或強逆風之類的巨大阻力時的掛高檔。為獲得完成掛高檔的基本同步的條件,輸入軸10的速度(它基本等于發(fā)動機E同嚙合的主離合器的速度)必須低至基本等于輸出軸90的速度(直接正比于車速)乘以目標傳動比。當未設置自動離合器執(zhí)行器和輸入軸制動器時,輸入軸速度將隨發(fā)動機速度的衰減率而遞減。這樣,為得到嚙合目標速比(GR目標)時的基本同步條件,IS應基本等于OS*GR目標并隨著主離合器完全嚙合,IS應基本等于ES(ES=IS=OS*GR目標)。
在重型卡車工業(yè)領域中,發(fā)動機制動器EB,也稱為“發(fā)動機壓縮制動器”或“排氣制動器”(諸如周知的“Jake制動器”是眾所周知的。概括地說,這類裝置通常經(jīng)由諸如開關23之類的操作人員控制器手動使動的,并通常借助液力改變發(fā)動機排氣閥的相對位置有效地對發(fā)動機旋轉(zhuǎn)施加一減速扭矩。該種排氣制動器一般用于提供兩種功能首先在諸如下山行駛之類的條件下的車輛用它們?nèi)ポo助車輛制動系統(tǒng)減速,其次在傳動系掛高檔期間用它們?nèi)ジ斓孬@得同步狀態(tài),這是因為與沒有排氣制動的輸入軸和/或發(fā)動機自然減速情況相比能更快地衰減輸入軸轉(zhuǎn)速。
在本發(fā)明控制系統(tǒng)/方法中,控制器106可促使執(zhí)行器23A僅當必要時才取代手動控制器23有選擇地操作發(fā)動機制動器并僅至所需范圍,以獲得其他方式無法完成的換高檔。
所說明的自動機械傳動系統(tǒng)的掛高檔順序示于圖5中。線200表示在掛高檔點202以前的當前車輛狀態(tài)下的輸入軸速度(IS),其中當前傳動比(GR)是全嚙合,主離合器C是全嚙合,而ES=IS=OS*GR。當發(fā)動機被除油(即,發(fā)動機的加油減至最小值)時,輸入軸速度(IS)和發(fā)動機速度(ES)將以已知基本恒定(但不必為線性)速率(dIS/dt)減小直達到發(fā)動機怠速206。
線204表示在沒有發(fā)動機制動情況下,發(fā)動機的期望衰減,即自然衰減率。在一般重型卡車的內(nèi)燃機中,無助力的發(fā)動機/輸入軸衰減率大約為每秒300至800RPM并可近似為線性。發(fā)動機和/或輸入軸的具體衰減率可予先確定或可通過對除油期間的ES和/或IS信號值進行微分而得知。例如,看上面提及的美國專利4361060。線208和210分別表示當分別由發(fā)動機制動器的低和高衰減應用所增強衰減時的發(fā)動機速度/輸入軸速度。
線212,214和216分別表示對車輛前進運動的阻力分別處于低,中和高情況下,期望輸出軸速度乘以目標傳動比的乘積值(OS期望*GR目標)。人們已知,為獲得目標傳動比(GR目標)嚙合的基本同步狀態(tài),OS期望*GR目標的乘積應基本等于IS(=離合器C全嚙合時的ES)。
可見,在對車輛前進運動阻力較低條件(線212)下,基本同步條件(IS=OS期望*GR目標)將以正常發(fā)動機衰減率(線204)出現(xiàn)在點218而不要求發(fā)動機制動增強。在中等阻力條件下(線214)基本同步條件將出現(xiàn)在發(fā)動機衰減的高度發(fā)動機制動增強(線210)的點220處,但以自然發(fā)動機衰減率(204)或以發(fā)動機制動中等增強(線208)便不能得到。在對車輛前進存在高阻力時(線216),則即使最大限度地施加發(fā)動機制動器仍不能實現(xiàn)建議換高檔。
根據(jù)本發(fā)明的換高檔控制方法/系統(tǒng),在對其啟動以前先評價所選換高檔,以判定是可行的還是不可行的,然后修改或取消不可行選擇。按本發(fā)明控制系統(tǒng)/方法的換高檔評價和起動順序以流程格式概略示于圖4中。僅在無助力發(fā)動機衰減條件下?lián)Q檔不可行時才在發(fā)動機制動-增強的發(fā)動機減速度條件下進行換檔可行性估價。僅當需要時才使用該發(fā)動機制動器同時考慮與發(fā)動機制動器操作相關的噪音,摩損和/或巔簸獲得一掛高檔。
如可參考圖5所見,若由點202處起始輸入軸速度和輸入軸減速度(dIS/dt)所確定的輸入軸速度(IS)等于由起始OS(-IS/GR)和當時對車輛運動的阻力下的車輛加速度(dOS/dt)所確定的車輛驅(qū)動輪為零扭矩時的期望輸出軸速度(OS期望)乘以在一個大于基準值(例如發(fā)動機怠速206)的值下的目標傳動比(GR目標)數(shù)值所得到的積,則得到同步換至所選目標傳動比是可行的;若不是,獲得一個基本同步換成所選目標傳動比是不可行的。當然,OS和dOS/dt信號分別等價于車速和車輛加速度信號。
在本發(fā)明的一個實施例中,對于具有廣泛可變總體綜合重量(“GCW”),即,車輛,燃料,貨物(若有的話),乘客(若有的話)以及駕駛員的組合重量的車輛,系統(tǒng)邏輯通常通過比較不同驅(qū)動輪扭矩值下的車輛加速度而估算GCW。該系統(tǒng)可從該信息確定動力傳動系統(tǒng)零扭矩下的車輛加速度(通常為負加速度),即直線212,214或216的斜率。然后ECU基于該信息和可能隨發(fā)動機速度,運行溫度等變化而不同的發(fā)動機衰減率的當前或已知值,即,直線204,208或210的斜率,可確定在現(xiàn)時車輛運行條件下該系統(tǒng)是否能成功完成提議的換檔。然后控制系統(tǒng)根據(jù)該信息或(ⅰ)為執(zhí)行提議換檔發(fā)出命令信號,或(ⅱ)變更該提議換檔(通常命令換單檔而不是跳掛上檔,或(ⅲ)在一預定時段(諸如,例如10秒左右)取消/禁止該換檔請求。
簡言之,車輛在零扭矩時的加速度可近似由下列關系確定Ao扭矩=Ai-(Ti/CW)其中Ai=發(fā)動機扭矩i時的車輛加速度C=常數(shù)Ti=發(fā)動機扭矩(在驅(qū)動輪)i,以及W=車輛總重量車輛總重量W的值及常數(shù)C是在發(fā)動機扭矩瞬間減小期間通過測定車輛加速度方面的相應變化而確定的。
上述關系推導如下T=CiW+C2V2+C3GW+C4W/g(A)其中T=發(fā)動機扭矩(驅(qū)動輪處)W=車輛總重量V=車速
G=正比于爬坡的系數(shù)A=現(xiàn)時加速度Ci=若干常數(shù),與傳動系和嚙合速比有關。
以及其中C1W表示為克服滾動阻力傳送到驅(qū)動輪的發(fā)動機扭矩;
C2V2表示為克服空氣阻力傳送到驅(qū)動輪的發(fā)動機扭矩;
C3.G.W表示為克服爬坡阻力而傳送到驅(qū)動輪的發(fā)動機扭矩;和C4(W/g)A表示為獲得加速度A而傳送到驅(qū)動輪的發(fā)動機扭矩發(fā)動機扭矩(驅(qū)動輪處),從T1至T2的變量表達為T1-T2=C1(W-W)+C2(V21-V22)+C3·G(W-W)+C4W/g(A1-A2).
考慮到W-W=0;
V21-V22=0(V1幾乎等于V2);
C=C4/g,則可將上述關系式改寫為T1-T2=C·W(A1-A2),or(T1-T2)/(A1-A2)=C·W設T2等于零扭矩,T1=C·W(A1-A0)T1=C·W·A1-C·W·A0A0=(C·W·A1-T1)/(C·W)
驅(qū)動輪的扭矩可根據(jù)發(fā)動機飛輪扭矩和其他傳動系參數(shù)來確定。若車輛總重量例如象客車那樣為一已知基本恒定的值,則可預定和貯存CW值,這就使車輛在現(xiàn)行運行狀態(tài)下零扭矩時的減速(負加速度)能通過檢測現(xiàn)時發(fā)動機扭矩(T1)和車輛加速度(A1)和求解A0=A1-(T1/CW)來確定。
圖3A概略示出對諸如OS和/或ES等不同輸入信號222進行微分的邏輯單元或子程序220,以確定其相對于時間的導數(shù)dOS/dt和/或dES/dt,作為輸出信號224。
圖3B概略示出一邏輯單元或子程序226,其中包括指示發(fā)動機扭矩和車輛加速度(dOS/dt)信號在內(nèi)的輸入信號228是按以上提出的邏輯規(guī)則加以處理的,以確定換檔瞬態(tài)期間當無發(fā)動機扭矩作用到車輛驅(qū)動輪時指示期望車輛加速度(dOS/dt)的輸出信號值230。
一個可供選擇的駕駛員控制和顯示臺130可參見圖3。一個帶球鉸的控制桿132可通過如圖示那樣分別向上,下,向左或向右移動而克服回彈傾向從其中心位置移向選擇的換高檔,換低檔,至空檔或自動予選方式的換檔。指示燈134和136為分別指示予選的換高檔或換低檔而被點亮。指示燈138和140分別為指示車輛的前進或倒退運行方式而分別被點亮。指示燈142為指示變速器空檔狀態(tài)而穩(wěn)定點亮并為指示予選但還未確認的空檔狀態(tài)而閃爍。指示燈144為指示系統(tǒng)104正運行于自動予選操作方式下而被點亮。
該顯示/控制臺還可為“RNDHL”型(即,倒-空-驅(qū)動-保持-低)帶有一手動掛高檔和掛低檔選擇器。
具體參見圖4,由圖可見本發(fā)明的控制系統(tǒng)/方法判定并在可行時才以一種從最小(即零至逐漸增大的次序使用發(fā)動機制動而執(zhí)行掛高檔。通過這種控制策略發(fā)動機制動器可有效地實現(xiàn)在發(fā)動機自然衰減率下不可獲得的某些掛高檔,但僅在必要時而且僅以那種必要程度使用發(fā)動機制動。在啟動和完成一所選換檔時涉及的諸步驟示于圖4A中。
因此,可見本發(fā)明對具有發(fā)動機制動器EB的自動機械傳動系統(tǒng)10提供了一種相對簡單和廉價的換檔執(zhí)行控制系統(tǒng)/方法。該控制系統(tǒng)/方法自動判定在現(xiàn)行車輛運行條件下手動或自動予選換高檔的可行性,使必要時利用發(fā)動機制動增強這種建議換檔付諸實施,或?qū)ζ浼右孕薷幕驅(qū)⑵淙∠?br>
雖然現(xiàn)已相當詳細地描述了本發(fā)明,但人們知道還可能在不脫離如此后權利要求所述本發(fā)明的精神和范圍情況下作出形式上和細節(jié)方面的種種變動。
權利要求
1.用以控制車輛至少部分自動執(zhí)行機械變速傳動系統(tǒng)的所選換檔的控制方法,該傳動系統(tǒng)包括一燃料節(jié)流閥控制的發(fā)動機(E),發(fā)動機制動裝置(EB),有適于驅(qū)動車輛驅(qū)動輪的輸入軸(16)和輸出軸(90)的多速變速機械傳動系(10),所述輸入軸具有在速比變化操作期間在供最少燃料和沒有發(fā)動機制動作用下的第一可測定的期望減速(204)和在供最少燃料和經(jīng)所述發(fā)動機制動裝置施加發(fā)動機制動作用下的第二可測定期望減速(208,210),所述第二期望減速超過所述第一期望減速,一個主摩擦離合器(C)驅(qū)動地插在發(fā)動機與傳動系之間,一個用于非手動操作所述發(fā)動機制動器的執(zhí)行器(23A)一個用于提供指示傳動系輸入軸(16)轉(zhuǎn)速的第一輸入信號的第一傳感器(98),一個用于提供指示車速的第二輸入信號的第二傳感器(100),以及一個用于控制傳動系換檔的傳動系執(zhí)行器(112,70,96),所述控制方法的特征在于確定從一現(xiàn)行嚙合傳動比至一目標速比(GR目標)的換高檔選擇;確定現(xiàn)行車輛運行條件下和發(fā)動機零扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度;作為(i)現(xiàn)時車輛運行條件下和在零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的(ii)所選目標速比的速比的和(iii)所述第一期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為獲得嚙合目標速比的基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在可行時,執(zhí)行所選換檔而不啟動所述發(fā)動機制動器;若獲得作為所述第一期望減速度的一個函數(shù)的基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的,則作為(i)在現(xiàn)行車輛運行條件下和零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的,(ii)所選目標速比的速比的和(iii)所述第二期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為獲得嚙合目標速比的基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在可行時,執(zhí)行所選換檔同時啟動所述發(fā)動機制動裝置;以及若作為所述第二期望減速度的一個函數(shù)得到基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的結(jié)論則避免執(zhí)行所述所選換檔。
2.根據(jù)權利要求1的控制方法,其特征在于所述傳動系統(tǒng)包括用以提供指示發(fā)動機扭矩的輸入信號的第三傳感器(DL)而且確定期望車輛減速度是作為(ⅰ)當前發(fā)動機扭矩的和(ⅱ)當前車輛的加速度的一個函數(shù)來完成的。
3.用以控制車輛至少部分自動執(zhí)行機械變速傳動系統(tǒng)的所選換檔的控制方法,該傳動系統(tǒng)包括一燃料節(jié)流閥控制的發(fā)動機(E)具有第一相對較低發(fā)動機減速操作方式和第二相對較高發(fā)動機減速運行方式的發(fā)動機制動裝置(EB),有適于驅(qū)動車輛驅(qū)動輪的輸入軸(16)和輸出軸(90)的多速變速機械傳動系(10),所述輸入軸具有在速比變化操作期間在供最少燃料和沒有發(fā)動機制動作用下的第一可測定的期望減速度(204)和在供最少燃料和經(jīng)運行在所述第一操作方式下的所述發(fā)動機制動裝置施加的發(fā)動機制動作用下的第二可測定期望減速度(208),所述第二期望減速勝過所述第一期望減速,和在供最少燃料和經(jīng)運行在所述第二操作方式下的所述發(fā)動機制動裝置施加的發(fā)動機制動作用下的第三可測定期望減速度(210),所述第三期望減速度勝過所述第二期望減速度,一個主摩擦離合器(c)驅(qū)動地插在發(fā)動機與傳動系之間,一個用于非手動操作處于其第一或第二操作方式下的所述發(fā)動機制動器的執(zhí)行器(23A)一個用于提供指示傳動系輸入軸(16)轉(zhuǎn)速的第一輸入信號的第一傳感器(98),一個用于提供指示車速的第二輸入信號的第二傳感器(100),一個用以提供指示發(fā)動機扭矩的輸入信號的第三傳感器(DL)以及一個用于控制傳動換檔的傳動系執(zhí)行器(112,70,96),所述控制方法的特征在于確定從一現(xiàn)行嚙合傳動比至一目標速比(GR目標)的換高檔選擇;確定現(xiàn)行車輛運行條件下和發(fā)動機零扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度;作為(ⅰ)現(xiàn)時車輛運行條件下和在零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第一期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為嚙合目標速比時達到基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在可行時執(zhí)行所選換檔而不啟動所述發(fā)動機制動裝置;若獲得作為所述第一期望減速度的一個函數(shù)的基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的,則作為(ⅰ)在現(xiàn)行車輛運行條件下和零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的,(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第二期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為嚙合目標速比時獲得基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在可行時執(zhí)行所選換檔同時啟動所述發(fā)動機制動裝置于其所述第一操作方式中;若作為所述第二期望減速度的一個函數(shù)得到基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的,則作為(ⅰ)現(xiàn)時車輛運行條件下并在零發(fā)動機扭轉(zhuǎn)時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的,(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第三期望減速度的一個函數(shù)確定在執(zhí)行所選換檔時為嚙合目標速比而達到基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在可行時執(zhí)行所選換檔并對所述發(fā)動機制動裝置執(zhí)行其所述第二操作方式;以及若作為所述第二期望減速度的一個函數(shù)得到基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的,則避免執(zhí)行所述所選換檔。
4.如權利要求3的控制方法,其特征在于確定所述期望車輛加速度是作為(ⅰ)現(xiàn)時發(fā)動機扭矩的和(ⅱ)現(xiàn)時車輛加速度的一個函數(shù)完成的。
5.用以控制車輛至少部分自動執(zhí)行機械變速傳動系統(tǒng)的所選換檔的控制系統(tǒng),該傳動系統(tǒng)包括一燃料節(jié)流閥控制的發(fā)動機(E),發(fā)動機制動裝置(EB),有適于驅(qū)動車輛驅(qū)動輪的輸入軸(16)和輸出軸(90)的多速變速機械傳動系(10),所述輸入軸具有在速比變化操作期間在供最少燃料和沒有發(fā)動機制動作用下的第一可測定的期望減速度(204)和在供最少燃料和經(jīng)所述發(fā)動機制動裝置施加發(fā)動機制動作用下的第二可測定期望減速度(208,210),所述第二期望減速勝過所述第一期望減速度,一個主摩擦離合器(c)驅(qū)動地插在發(fā)動機與傳動系之間,一個用于非手動操作所述發(fā)動機制動器的執(zhí)行器(23A)一個用于提供指示傳動系輸入軸(16)轉(zhuǎn)速的第一輸入信號的第一傳感器(98),一個用于提供指示車速的第二輸入信號的第二傳感器(100),以及一個用于控制傳動系換檔的傳動系執(zhí)行器(112,70,96),所述控制系統(tǒng)的特征在于用于確定從一現(xiàn)行嚙合傳動比至一目標速比的換高檔選擇裝置;用于確定現(xiàn)行車輛運行條件下和發(fā)動機零扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的裝置;用于(a)作為(ⅰ)現(xiàn)時車輛運行條件下和在零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第一期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為獲得嚙合目標速比時的基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在(b)可行時,執(zhí)行所選換檔而不啟動所述發(fā)動機制動器的裝置;若獲得作為所述第一期望減速度的一個函數(shù)的基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)時,用于(a)作為(ⅰ)在現(xiàn)行車輛運行條件下和零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的,(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第二期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為獲得嚙合目標速比時的基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并在(b)可行時執(zhí)行所選換檔同時啟動所述發(fā)動機制動裝置的裝置以及若作為所述第二期望減速度的一個函數(shù)得到基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)時,則避免執(zhí)行所述所選換檔的裝置。
6.如權利要求5的控制系統(tǒng),其特征在于所述傳動系統(tǒng)包括用以提供指示發(fā)動機扭矩的輸入信號的第三傳感器(DL)而且確定所述期望車輛減速度是作為(ⅰ)現(xiàn)時發(fā)動機扭矩和(ⅱ)現(xiàn)時車輛加速度的一個函數(shù)完成的。
7.用以控制車輛至少部分自動執(zhí)行機械變速傳動系統(tǒng)的所選換檔的控制系統(tǒng),該傳動系統(tǒng)包括一燃料節(jié)流閥控制的發(fā)動機(E),具有第一相對較低發(fā)動機減速操作方式和第二相對較高發(fā)動機減速運行方式的發(fā)動機制動裝置(EB),有適于驅(qū)動車輛驅(qū)動輪的輸入軸(16)和輸出軸(90)的多速變速機械傳動系(10),所述輸入軸具有在速比變化操作期間在供最少燃料和沒有發(fā)動機制動作用下的第一可測定的期望減速度(204)和在供最少燃料和經(jīng)運行在所述第一操作方式下的所述發(fā)動機制動裝置施加發(fā)動機制動作用下的第二可測定期望減速度(208),所述第二期望減速勝過所述第一期望減速,和在最少供燃料和經(jīng)運行在所述第二操作方式下的所述發(fā)動機制動裝置施加發(fā)動機制動作用下的第三可測定期望減速度(210),所述第三期望減速度勝過所述第二期望減速度,一個主摩擦離合器(c)驅(qū)動地插在發(fā)動機與傳動系之間,一個用于非手動操作處于其第一或第二操作方式下的所述發(fā)動機制動器的執(zhí)行器(23A)一個用于提供指示傳動系輸入軸(16)轉(zhuǎn)速的第一輸入信號的第一傳感器(98),一個用于提供指示車速的第二輸入信號的第二傳感器(100),一個用以提供指示發(fā)動機扭矩的輸入信號的第三傳感器(DL)以及一個用于控制傳動換檔的傳動系執(zhí)行器(112,70,96),所述控制系統(tǒng)的特征在于用于確定從一現(xiàn)行嚙合傳動比至一目標速比的換高檔選擇的裝置;用于確定現(xiàn)行車輛運行條件下和發(fā)動機零扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的裝置;用于(a)作為(ⅰ)現(xiàn)時車輛運行條件下和在零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第一期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為嚙合目標速比時達到基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并且(b)在可行時執(zhí)行所選換檔而不啟動所述發(fā)動機制動裝置。用于完成下述功能的確定和執(zhí)行裝置,即若獲得作為所述第一期望減速度的一個函數(shù)的基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的,則為用于(a)作為(ⅰ)在現(xiàn)行車輛運行條件下和零發(fā)動機扭矩時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的,(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第二期望減速度的一個函數(shù),確定在執(zhí)行所選換檔時為嚙合目標速比時獲得基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并(b)在可行時執(zhí)行所選換檔同時啟動所述發(fā)動機制動裝置于其所述第一操作方式中的裝置。若作為所述第二期望減速度的一個函數(shù)得到基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)的,則為用于(a)作為(ⅰ)現(xiàn)時車輛運行條件下并在零發(fā)動機扭轉(zhuǎn)時對驅(qū)動輪的期望車輛減速度的,(ⅱ)所選目標速比的速比的和(ⅲ)所述第三期望減速度的一個函數(shù)確定在執(zhí)行所選換檔時為嚙合目標速比而達到基本同步狀態(tài)的可行性或不可行性,并(b)在可行時執(zhí)行所選換檔并對所述發(fā)動機制動裝置執(zhí)行其所述第二操作方式的裝置;以及用于若作為所述第二期望減速度的一個函數(shù)得到基本同步狀態(tài)是不可實現(xiàn)時,則避免執(zhí)行所述所選換檔的裝置。
8.如權利要求7的控制系統(tǒng),其特征在于確定期望車輛加速度的工作是作為(ⅰ)現(xiàn)時發(fā)動機扭矩和(ⅱ)現(xiàn)時車輛加速度的一個函數(shù)完成的。
全文摘要
一種用于至少部分自動機械變速器系統(tǒng)(10)的控制系統(tǒng)及方法,其包括操縱發(fā)動機制動器(EB)的控制器(106)。該控制系統(tǒng)/方法能確定現(xiàn)時車輛運行條件下所選進入目標速比的掛高擋是可行(212,214)還是不可行(216)并禁止不可行的所選掛高擋的啟動。該變速器系統(tǒng)包括可通過系統(tǒng)控制器(106)操作的發(fā)動機制作執(zhí)行器(23A)。評定所選掛高擋并在可行時依次執(zhí)行,其中可行性是發(fā)動機減速的函數(shù)而減速在最小至逐漸增大的發(fā)動機制動作用下達到期望值。
文檔編號B60W30/18GK1110947SQ9510060
公開日1995年11月1日 申請日期1995年1月6日 優(yōu)先權日1994年1月7日
發(fā)明者T·A·詹尼斯 申請人:易通公司