坡上自動摩擦離合器衝動轉矩的計算的製作方法

2023-06-17 05:15:51

專利名稱：坡上自動摩擦離合器衝動轉矩的計算的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛變速器的改進，特別地，涉及安裝有自動變速器和離合系統的車輛。
一自動機械式變速器(AMT)包括一個換檔變速器並通常還包括一控制檔位選擇與檔位選擇機構的操作的中央處理器(CPU)。通常，AMT與傳統的摩擦式離合器相接合，而非眾所周知的液力變矩器。在更先進的AMT之中，離合器控制也是自動的，而在駕駛室內司機只有兩個踏板，一個節氣門踏板或油門踏板和一個剎車踏板。正常或手動操作的離合器控制離合器並不給司機一種「向前衝」的感覺。在靜止時，離合器通常完全脫開，以最小化離合器磨損，並避免由離合器的連續打滑造成的過度熱耗散。在這些條件下，如果司機既不採用駐車制動器也不通過踏板踩下行車制動器，就不能防止安裝有AMT的車輛向前或向後滾動(rolling)。
在具有6、9或更多前進速比的商用車輛中，可以選擇一不是第一檔的檔位用於接合。通常在這些具有6個速度變速級的車輛裡，起動檔為第2或第3檔。對載重更重些的具有12或16個速度變速的車輛裡，起動檔通常為第3或第5檔，並偶爾地在車輛為空載並處於下坡方向時為第7檔。通過一系列的起動速比的選擇，可以選擇一個可以使啟動階段的離合器打滑與熱量產生最小化的速比。
要求為司機提供一個在車輛準備啟動並可以在接到命令時迅速離開的指示。在本說明書中，「向前衝」的表達方法就是為了說明車輛準備好移動，以及傳動系鬆弛部分已被拉緊，並使司機感覺如果鬆開剎車裝置車輛將會移動。它並不一定意味著車輛將向前(或向後)爬行(creep)儘管對於一個安裝了傳統變矩器的車輛而言趨於如此，但它用於說明足夠的轉矩正被通過車輛傳動系傳遞以拉緊傳動系部件中的任意鬆弛，而且車輛在靜止於一個坡上且沒有施加剎車時將不會沿下坡方向滾動。衝動轉矩(urgetorque)是一個形成向前衝的感覺所需的轉矩，並使得車輛感覺起來就要從靜止狀態離開。它是一個經驗決定的數據並將取決於車輛的重量與類型。它可以被定性地描述為給司機造成一個至少傳動系內的任意鬆弛已被部分地拉緊、而且離合器接合過程已開始、因而車輛已準備好移動的感覺所需的轉矩。
允許離合器部分接合以提供在零速度條件下的打滑部分地重現了變矩器類系統的感覺，並提供一個此類系統所經歷的向前衝的感覺。自動離合系統可以被編程來傳遞一個更大的轉矩，並因此提供一有限的移動量並因此而重現該「爬行」功能。可選擇地，當車輛在一上坡時，希望能提供一個坡度保持能力，其中車輛可以通過以怠速或稍微高於怠速運轉的發動機和打滑的離合器而保持靜止，無需施加額外的剎車力。同樣清楚的是，當一車輛為空載時，防止車輛向後滾動所需的轉矩比當車輛空載或在平坦的表面上所需的要大。顯然，要求保證足夠的轉矩以提供在特定的條件下即當車輛最小化其打滑量以及因此而產生的熱量以使離合器壽命最大化時的向前衝。
該傳動系由中央處理器(CPU)30控制，優選地，中央處理器是一單個處理單元，但可選地可以是多個分布式處理單元。在上述條件下，處理單元可以安裝於變速器上、在車輛駕駛室裡、在發動機上、在底盤上或以上的任意組合上。變速器通常有多個操作模式，包括手動和自動模式。還可以有附加的功能，使得可以調節換檔點以適應目前的主要/經常條件。
司機所要求發動機功率由THL22標識，其輸出信號被送往CPU30。CPU30然後將所需功率作為一個輸出信號沿鏈路23送往發動機E進行通信。司機也有一個速比換檔杆34，可用於選擇一個變速器速比或在變速器處於自動模式時超越(override)CPU所選擇的速比。離合器的操作由其控制信號被送往離合器操縱機構27的CPU控制。該變速器的操作將通過一眾所周知的機構實現，從而不構成本發明的一部分。速比換檔杆34操縱機構36內的一套接觸器(contacts)以將一輸出信號提供給CPU30。換檔杆34供司機用於選擇一速比或超越由變速器CPU所選擇的速比。向CPU的其他輸入來自分別測量發動機速度、變速器輸入軸速度與變速器輸出軸速度的傳感器ES、IS和OS。輸出軸速度以眾所周知的方式決定車輛速度。變速器控制機構29也將提供關於當前所嚙合的速比(GR)的信息。根據這一信息，可以按照已知的方式計算GVW。另一個獲得GVW信息的途徑可以是SAE J1939數據鏈路或「CAN總線」系統(如果其中之一安裝於該車輛之上)。
圖2示出了實施本發明的一個流程圖。節氣門位置THL、輸出軸速度OS、發動機速度ES和輸入軸速度IS的值取自傳感器22、25、28和30，並提供給處理這些信息的CPU以確定車輛是處於一上坡、平地還是下坡，以及還用於確定車輛重量。
然後，坡度與重量信息被用於計算在特定條件下將車輛保持於一穩定靜止狀態所需的轉矩(修正衝動轉矩)。衝動轉矩通常被定義為一個特定的由發動機控制以提供給司機一個向前衝的感覺的轉矩值，也就是說，傳動系內的鬆弛已被拉緊，車輛已準備待發。通常對一特定類型的車輛而言它是一個特定的轉矩值，並已根據經驗確定。一運行於可達例如26噸(大約50000lbs)的中型載重車輛，一大約61Nm的衝動轉矩(大約45ftlbs)被確認為一優值。影響衝動轉矩精確值的因素包括車輛結構、以及是否車輛被優選為以一最小延遲值平穩啟動，或是否一較慢的響應時間是所容許的。
CPU計算在特定條件下保持車輛所需的修正衝動轉矩的值，即UTMOD。如該車輛位於一平坦的表面上，衝動轉矩將等於通常所存貯的預定值。如果車輛處於一個上坡，則將需要較多的轉矩保持車輛就位而不後退。
與當車輛處於平地上而其他條件相同時相比，儘管正常的向前衝轉矩將減緩車輛後退的速度，但如果可能的話，要求額外提供一個坡度保持能力。在提供一充分的坡度保持能力時，需要考慮多個重要的標準，首要地是離合器的熱性能，及其在坡度保持過程中所產生的熱耗散能力。顯然，小容量/能力(capacity)離合器與較大容量的(離合器)相比將具有一個較低的熱容量(和轉矩傳遞能力)，對相同尺寸的離合器而言，安裝有冷卻器的溼離合器比普通溼離合器有更大的容量，而普通溼離合器本身比幹離合器有更多的容量。在確定一個系統是否可以有一個充分的坡度保持能力時，要考慮這些因素。同樣重要的是結合(安裝)其設計與細節在本發明範圍之外的熱警告與熱保護系統。
如果車輛位於下坡，那麼將要求減小修正的衝動轉矩以使之小於該衝動轉矩。減小後的值有多個優點，其中之一是減少了離合器打滑與離合器磨損。另外，如果車輛面向下坡，要求具有向前衝的感覺但要有一減少的強度，以使得車輛不沿下坡方向加速，除非司機要求或通過壓下節氣門命令這種加速度。
可以看出，修正衝動轉矩並非一直是大於預定的衝動轉矩，在下坡條件下它可以小些。儘管其值可以低，但不可以為負，並在傳動系內的鬆弛將被拉緊時不能為零。
為了使發動機產生所需轉矩，需要提高發動機速度於怠速之上，首要的是要保證發動機的控制依靠變速器CPU而非發動機CPU。取決於發動機而超出怠速50至100rpm的增加是需要的，但通常50rpm就足以達到所需的效果。
自動變速器的CPU可通常根據輸入傳感器信息，例如，變速器輸入軸速度、輸出軸速度、速比和車輛加速度/減速度計算道路的坡度與車輛總重量(GVW)。可選地，這些信息可以取自SAE J1939數據鏈路或CAN總線(如果安裝於車輛上)。利用坡度與GVW的值以及關於發動機轉矩特徵的信息，可以計算在一上坡將車輛保持就位所需的轉矩。
CPU還接收所嚙合的速比輸入，該輸入用於確定該變速器是否處於其起動檔之一。傳感器檢測的節氣門位置(THL)提供一個輸入22，與一預定參考值THLREF相比較，而輸出軸速度也與一預定參考值OSREF相比較。如果節氣門設置大於其預定參考值，而且輸出軸速度也大於其預定參考值，CPU將確定車輛不處於靜止或怠速，並因此放棄程序而退出過程。
如果節氣門設置小於其預定參考值，而且輸出軸速度也小於一預定參考值，而車輛處於所允許的起動速比之一中，那麼過程將繼續。如果測試條件滿足，CPU可以命令提高發動機速度以超出怠速，以提供修正衝動轉矩。一旦發動機產生了修正衝動轉矩，CPU命令離合器控制機構27起動與離合器的接合，以傳遞修正衝動轉矩。該程序結束。
該程序可以用於優化所有條件下的離合器打滑量。該系統的優點在於一貫地而與負載或坡度無關的「向前衝」的感覺。通過只產生所需要的轉矩，可以將離合器打滑保持於所需最小值，而同時仍給以司機「向前衝」的感覺。最小化發動機產生的轉矩將使通過離合器傳遞的轉矩最小化，並由此減少磨損量。這有一個優點，即減少在離合器內耗散的熱量。它使得可以更充分地利用離合器的熱容量。在這種情況下，當車輛在平地上或上坡時，這可能意味著一個較長時間的離合器打滑，而在坡度保持模式下，這意味著將車輛保持在陡坡上的能力。這些優點可以用於使離合器壽命最大化或提高在這些困難條件下系統的能力。
權利要求
1.一種自動摩擦式離合器(C)，它被適配地安裝於一車輛，可用於接合以將從發動機(E)的功率傳遞到一機械式換檔變速器(11)以及一個用於控制離合器操作並可以向發動機(E)和變速器發送命令信號的中央處理器(CPU)；多個傳感器(22、25、28和30)，其輸出用作中央處理器(CPU)的輸入，用於計算車輛位於其上的坡度以及車輛的重量(GVW)；坡度與車輛重量的計算結果被中央處理器(CPU)用於計算一修正衝動轉矩值(UTMOD)，並用以提供給發動機(E)命令信號以將一個等於修正衝動轉矩(UTMOD)的轉矩輸出傳送至離合器(C)，並向離合器操縱機構(27)提供命令信號，以與上述離合器(C)接合以傳送上述修正衝動轉矩(UTMOD)。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，計算修正衝動轉矩以使其等於在平地或上坡將車輛保持在靜止位置所需的衝動轉矩。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，如果車輛在平地上或處於上坡方向，修正衝動轉矩等於或大於上述衝動轉矩。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，如果車輛處於下坡方向，修正衝動轉矩小於上述衝動轉矩。
5.一種控制一在一節氣門控制的發動機(E)和一機械式換檔變速器(11)之間接合的自動摩擦式離合系統的方法，上述離合器系統連接到一中央處理器(CPU)，其中CPU1)接收一個嚙合的變速器速比(GR)的輸入，2)確定是否嚙合的速比為起動檔位中的一個，3)接收測量上述發動機E的節氣門位置的節氣門位置傳感器所檢測的節氣門位置(THL)輸入量(22)，4)將檢測的節氣門位置(THL)與預定的參考值(THLREF)相比較，和5)將變速器輸出軸速度(OS)與預定的參考值(OSREF)相比較，以及，如果上述變速器處於上述所允許的起動速比之一中，而且，如果節氣門設置(THL)小於預定參考值(THLREF)，而且，如果輸出軸速度(OS)小於預定參考值(OSREF)，那麼，計算一個修正衝動轉矩值(UTMOD)並命令提高發動機速度以高於發動機怠速，以提供修正衝動轉矩(UTMOD)並命令一離合器操縱機構(27)向變速器(11)提供修正衝動轉矩值。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，計算修正衝動轉矩的使其等於在平地或上坡將車輛保持在靜止位置所需的衝動轉矩。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，如果車輛在平地上或處於上坡方向，修正衝動轉矩等於或大於衝動轉矩。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，如果車輛處於下坡方向，修正衝動轉矩小於衝動轉矩。
全文摘要
本發明涉及一種用於計算為使一車輛產生「向前衝」的感覺所需的預定轉矩量的修正值的方法，該修正值考慮車輛的重量與其所運行於其上的坡度，然後命令發動機產生上述修正轉矩，並傳送上述修正衝動轉矩到一離合裝置，以根據當前操作條件實現「向前衝」的感覺。
文檔編號B60W30/18GK1443123SQ01813042
公開日2003年9月17日 申請日期2001年7月24日 優先權日2000年7月26日
發明者M·福勒, A·J·理查森, R·S·惠勒, K·賴特 申請人:伊頓公司