用於控制包括車輪剎住和容差的自動化機械變速系統的方法
2024-02-12 13:50:15
專利名稱:用於控制包括車輪剎住和容差的自動化機械變速系統的方法
本發明涉及控制系統和提供多種齒輪或減速比的自動變速(automatic transmission)方法，例如自動化機械變速(即「AMT」)。本發明尤其涉及控制系統和用於動車自動化機械變速系統的方法。其中齒輪的選擇和換檔的決定是根據所測得和/或算出的各種參數而進行的。這些參數和動車和/或輸出軸速度、變速器輸入軸速度、發動機速度、油門位置、油門位置的變化率、動車和/或發動機速度的變化率等等。本發明更具體涉及一種根據滑動狀態(Skid Condition)和系統從滑動或車輪剎住狀態(Skid or wheel lock-up condition)到系統恢復的檢測、控制一個包括傳感(或檢測)滑動或車輪剎住狀態的車輛ATM系統的方法。
在現有技術中採用剛性離合器的自動機械型和採用摩擦離合器的行星齒輪型的自動變速器的控制系統是公知的。為了自動變速而採用分立邏輯電路和/或軟體控制微處理器的電子控制系統，其中齒輪選擇和換檔決定是根據某些測得和/或算出的參數進行的(這些參數如動車速度(或變速器輸出軸速度)、變速器輸入軸速度、發動機速度、動車速度變化率、發動機速度變化率、油門位置、油門位置變化率、油門踩到底(即換低檔)、制動機械的起動、當前的嚙合比等等)。這也是公知的。這種用於動車的自動變速控制系統的例子可見參考文獻第4，361，060、4，551，802、4，527，447、4，425，620、4，463，427、4，081，065、4，073，203、4，253，348、4，038，889、4，226，295、3，776，048、4，208，929、4，039，061、3，974，720、3，478，851、3，942，393號公開的美國專利文件。
動車制動防滑動或防剎住系統在現有技術中也是公知的。簡單地說，由於車輪剎住或滑動要比動車最佳地停車和控制的情況少，所以希望檢測已存在的或正在進入的車輪剎住情況。如果檢測該車輪剎住狀態，就允許該車輪加速到車速，然後再重新施加動車制動。防滑動或防剎住的制動系統的例子可見參考文獻第3，767，270、3，768，872、3，854，556、3，920，284、3，929，382、3，966，267、3，995，912號公開的美國專利文件。
當以上參考的自動或半自動機械變速(即「AMT」)控制系統和類似系統藉助於選取一個能使燃料經濟和/或使該動車功能最佳化所需的齒輪比，根據檢測出的參數和/或指令換檔改變成所選取的齒輪比，有效地控制一個自動變速器時，如果所採用的預定程序或控制方法不包括檢測已存在的或正在進入的剎住或滑動狀態(也稱為車輪剎住狀態)的邏輯和/或不根據檢測的車輪剎住狀態修改該程序以提供最佳控制，則這種控制不會完全被採納。
車輪剎住狀態存在涉及動車AMT系統控制的一些問題，這些問題包括作用於輪對的發動機和離合器的慣性，此慣性拖延車輪對加速到車速的時間;在滑動時出現輸出軸速度信號值不表示車速的情況，這將使變速系統進行不希望的一次或多次快速換低檔的操作;以及需要給該系統提供一種能使輸出軸速度信號能夠重新表達車輪剎住狀態預期結束時的車速的真實指示的功能。
根據本發明，通過提供一個控制系統(最好是一個電子控制系統)和一種控制方法，以使自動化機械變速系統的齒輪選擇和換檔決定是根據測得的和/或算出的、包括指示發動機速度的輸入信號、變速器輸入軸速度和變速器輸出軸速度的各種參數來進行的，因而現有技術的缺點可以克服或減至最小。其它的輸入/參數如指示油門位置的信號和/或油門位置變化率、主離合器狀態、當前嚙合的齒輪比、動車制動操作等也用來決定AMT系統的控制。該方法提供檢測的車輪剎住狀態，並以修改控制算法作為響應。
建立另一種專門用於檢測非標準狀態，如檢測車輪剎住狀態的控制方法來代替在沒有這種非標準狀態時所用的控制算法就是本發明描述的目的，本發明涉及處理輸入信號以輸出控制AMT的輸出指令信號用來對控制算法或程序進行修改。
上述作用通過提供帶有輸入裝置的電子控制單元就能實現，該輸入裝置用來接收指示車輪剎住的信號(例如它來自動車反剎住系統)和/或包括處理輸入信號以確定車輪剎住狀態的有無的邏輯。當檢測出車輪剎住時，該控制方法可使該車離合器(或其它完全可分離的偶合器)分離開來或仍然處於分離狀態，並停止所有齒輪變換操作，這樣可使車輪加速到車速，並防止該變速器不希望的換低檔操作。該方法還包括檢測表示車輪剎住狀態結束的狀態，及根據檢測出可能的車輪剎住狀態的結束來校核指示車速的輸出軸速度信號的步驟，以允許該AMT系統重新開始正常操作。
為此，本發明的一個目的是提供一種新的改進了的方法，用以控制一個包括檢測車輪剎住狀態和在這個檢測出的剎住狀態的容差內修改該系統控制算法的動車AMT系統。
本發明以上的及其它的目的和優點通過聯繫其附圖對所選擇實施例說明的閱讀將會十分明瞭。
圖1是本發明自動化機械變速控制系統的部件和相互連接的原理圖。
圖2A、2B是說明實施本發明方法的擇優實施例的流程圖。
圖1從原理上示出一個動車自動化機械變速系統10，該系統包括一個油門控制的發動機12，譬如一個公知的內燃機，它通過一個主離合器14驅動一個自動多速變化的齒輪變速器11。自動變速器11的輸出是用於驅動聯接一個相應的動車部件，譬如動車驅動軸20的差動機構18的輸出軸16。上述動力傳動部件受到幾個裝置的作用與監測，以下將要對這些裝置逐個地詳細描述。這些裝置包括一個能檢測受動車油門或其它燃料節流裝置24控制的操縱器位置的、油門位置或油門開度監測部件22、一個用於控制供給發動機12燃油量的燃油控制裝置26、一個能檢測發動機轉速的發動機速度傳感器28、一個能鎖合和分離主離合器14、並能提供有關離合器狀態信息的離合器操縱器30、一個變速器輸入軸速度傳感器32、一個能有效地使變速器11換檔到選取的齒輪比、並能提供一個表示當前嚙合齒輪比信號的變速器操縱器34和一個變速器輸出軸速度傳感器36。還設有一個動車制動監測器38用以檢測動車制動器踏板40的動作。
該車還設有一個動車反剎住系統，這在現有技術中是公知的，概括地用標號42表示。簡單地說，一個反剎住系統包括一個中央反鎖定邏輯單元44，該單元接收來自各種輪速傳感器、譬如傳感器46和48的輸入信號、以確定已存在的或正在進入的車輪剎住狀態的存在，並將其輸出指令輸給制動器操縱器50和52，以使動車的停車和控制最佳化，這在現有技術中也是公知的。如果該車提供裝設了一個反剎住系統42，則該系統通過滑動或剎住傳感器54向該AMT系統10提供一個輸入信號。
上述AMT系統裝置向中央處理單元(CPU)或控制器56供給信息或接收它的指令。該中央處理單元56可以包括模擬的和/或數字的電子邏輯硬體，或更好的是在一個微處理器的基礎上並使用軟體模式邏輯。中央處理器56還接收來自換檔控制部件58的信號，動車的司機可利用換檔控制部件選擇動車操作的倒車檔(R)、空檔(N)或前向驅動(D)模式。電源(圖中未畫出)和/或增壓流體源(source of pressurized fluid)圖中未畫出)向各傳感器、操縱器和/或處理單元提供電和/或壓縮空氣動力。傳動力部件和上文所述的該型控制器在現有技術中是公知的，通過參閱上述第3，478，851、3，776，048、4，038，889、4，081，065、4，226，295、4，361，060號美國專利文件可更詳知。
傳感器22、28、32、36、38、54和/或58可具有任一公知的型式或結構，由此產生正比於上述參數的模擬或數位訊號。同樣，操縱器26、30、34、50、52可具有任一公知的電、氣或電控氣動型式，以按照處理單元56或44的指令信號進行操作。燃油控制執行器26通常按照司機對油門24的置位向發動機12供油，也可按照控制單元56的指令提供少(燃油下降)量或多(燃油上升)量的燃油。
中央處理單元56的作用就是按照一個程序(即預定的邏輯規則)和當前的或存貯的參數選取最佳齒輪比，變速器11必須工作在最佳齒輪比的情況下，如果有必要，則根據當前的和/或存貯的信息指令齒輪改變或換檔到所選取的最佳齒輪比。
CPU56執行各種功能，執行同樣功能的較佳方式可詳見1984年10月申請的系列號為第659，114號已批准的美國專利申請文件，和1983年11月刊登在公開的Society of Automotive Engineers SAE上的第831776號論文，這些公開文件做為參考文獻。
在車輪剎住或滑動狀態的情況下，重要的是對AMT系統的控制邏輯提供一種檢測下列狀態的方法，該狀態即是由指示變速器輸出軸轉速的傳感器36來的輸入信號不能真實指示動車速度、並由此系統可能將進行不需要的變速器11向低換檔的狀態。此外，希望發動機12及離合器14的慣性從制動的動車驅動輪對60上分離開來，能允許該輪對快速地加速跟上動車的速度，以提供最佳的停車和控制狀態。
由AMT中央處理單元56所進行的已存在的或正在進入的狀態的檢測相對地來說是簡單的，換句話說，它可包括如果給該車設置一個反剎住系統42，則接收來自動車反剎住系統42的信號，或對來自變速器輸出軸速度傳感器36的信號進行微分和將該信號與一個相應的或有關車胎與路面保持滾動摩擦時的最大可能的輸出軸減速率的參考信號相比較。當動車進入滑動時，車胎60和輸出軸16以比保持滾動摩擦時可能的減速度大得多的減速度減速。因此，每當檢測出輸出軸減速度超過滾動車胎最大可能的減速度時，它一定是滑動狀態。滑動狀態一檢測出，輸出軸當前速度就被存貯，這樣它可在以後的滑動恢復算法中使用，這種算法將在下面詳細討論。
在檢測出滑動或車輪剎住狀態存在以後，系統必須以儘可能安全的方式響應檢測的狀態。控制AMT系統10響應檢測的滑動狀態的運算邏輯或方法在於立即釋放離合器或偶合器件4並禁止中央處理單元56以免進行變速器齒輪的改變。上述響應使車輛司機平安地度過一次滑動的經歷，不需要抑制發動機的力矩，也不為變速器系統10在滑動期間決定換低檔而操心。重要的二點是釋放偶合器14讓制動的車輪60不受發動機12和離合器14的輸入板慣性的阻礙加速到車輛速度;而禁止變速器11中的齒輪變化就防止了由於在車輪剎住時間不真實反映車速的輸出軸速度信號，引起運算邏輯進行不希望有的一次或多次向低檔換檔。
在本方法的滑動容差邏輯中包含了滑動或車輪剎住是通過在光滑表面上施加超量的制動轉矩而開始的。因此油門24未被操作，發動機12將自動地怠速下來，輸出軸速度為最小值而不代表車速。直至輸出軸速度到達預剎住值的預定百分數和/或油門24再被操作為止，假定這時滑動仍在繼續使離合器14仍然分離及來自控制器56的換檔指令仍被禁止。
本方法能使邏輯檢測前次檢測出的滑動狀態可能結束，並提供步驟驗證這個情況和/或使來自傳感器36的輸出軸速度的輸入信號代表車速。
參見圖2A和2B，首先，將輸出軸當前速度(「OSC」)與當滑行首次被檢出時存貯的輸出軸速度(「OSI」)比較。如果輸出軸當前速度等於或大於存貯的輸出軸速度的預定百分數、如75%，假定是正確的(即代表車速)並在短延時之後採用非車輪剎住控制算法讓AMT系統10的控制恢復，以允許滑動恢復。如果是另一情況，輸出軸當前速度OSC未恢復到存貯的輸出軸速度OSI的75%，則需要採取其它步驟，以確定該車是否仍在滑動。該車司機再操作油門24、正如油門位置傳感器22檢測出的，由它作為一個指示即代表滑動狀態可能已經結束並且司機希望該車以正常方式繼續操作。一旦檢測出油門24再被操作，AMT系統的邏輯就提供一種方法，以做出由輸出軸速度傳感器36提供的信息是否正確的決定(正確即該信息代表車速)或作出一個或多個主動輪是否還在滑動的決定。採用兩步法做出這個邏輯決定。
為了判斷驅動輪對是否仍在滑動，同時為了主動輪不滑動，發動機速度應等於輸出軸速度乘以齒輪比或發動機空轉速度中較大的一個，並操作離合器14。如果離合器鎖合完成，則油門平穩上升到參考值，該值不大於司機要求的點。如果離合器能夠完全鎖合，而未使發動機失速，則認為離合器鎖合已發生了。在短延時期間，如半秒，在離合器鎖合完成以後，計算輸出軸速度變化，並將其與滾動摩擦狀態下等於最大期望輸出軸加速度(dos/dt)的參考值比較。如果dos/dt未超過參考值，則認為滑動已經結束。
如果在初始的嘗試中離合器鎖合未完成，則假定該車已經怠速下來到停車或至少到很低的速度，輸出軸速度的輸入信號真實地代表車速。這時允許作出變速器換檔決定，在短延時之後(如半秒)，離合器14可再被操作。
如上所述，中央處理單元56接收各種輸入信號，並根據預定邏輯規則中的一個程序處理這些信號和/或所存信息，發出指令輸出信號，以使AMT系統10操作。在各種機械執行器對指令輸出信號響應的每段時間中定時地、至少一次地使邏輯校核車輪剎住狀態是存在或是不存在，如果有必要，採用容許上述檢測狀態的一套邏輯規則或操作方法。假定中央處理單元56是一個以微處理器為基礎的控制單元，則處理當前和所存儲參數並發出指令輸出信號的一個完整周期可在不到15～20毫秒內完成，而一個典型的機械執行器(如螺旋線圈控制的閥門等)將最少需要20～30毫秒產生控制部件的初始運動。
雖然AMT系統10已描述為利用一個微處理器為基礎的中央處理單元56加上由軟體模式或算法來進行的方法和操作，但是操作也可用由分立硬體元件組成的電子/射流邏輯迴路來進行，這是很清楚的。
離合器的操縱器30最好由中央處理單元56進行控制，它可使主離合器14鎖合和分離，還如上述第4，081，065號美國專利文件所述的。變速器11可包括同步裝置(如加速踏板)和用於制動機械的同步裝置，正如上述第3，478，851號美國專利文件所述的。變速器11最好是具有一對中間軸式的，但並非必需這樣，如參考文獻第3，105，395號美國專利文件所述的。
雖然本發明敘述具有一定程度的特殊性，但可以理解還有各種可能的改型，它們不會超出下面權利要求
所述的本發明要旨和範圍。
權利要求
1.一種控制方法，用以控制與裝有車輪制動器(50、52)至少能制動一個驅動輪對轉動的動車相關的動車自動機械變速系統(10)，所述的自動機械變速系統包括一個油門控制的發動機(12)、一個在變速器輸入軸及與上述動車驅動輪對傳動聯接的變速器輸出軸(16)之間具有多種可選齒輪比組合的可變齒輪變速器(11)、一個可分離的、設在上述發動機和上述變速器輸入軸之間作傳動的偶合器(14)，所述的自動機械變速系統還包括一個信息處理單元(56)，它有一個裝置，用以接收包括(1)代表上述變速器輸出軸轉速的輸入信號(36)在內的多個輸入信號，上述處理單元還包括一個裝置，用以根據一個程序處理上述輸入信號，該程序為給定的輸入信號組合和產生指令輸出信號提供一個預定的齒輪比，藉此，上述變速器系統按照上述程序加以操作，所述的自動機械變速系統還包括一個裝置(34)，它與上述變速器系統相聯，有效操作上述變速器系統，它響應上述處理單元的輸出信號，使上述齒輪比組合中的一個嚙合起作用；本方法的特徵是檢測車輪剎住狀態是否存在；如果是由使上述偶合器立即被分離檢測車輪剎住狀態存在，則修改程序。
2.權利要求
1的控制方法，其中如果是由禁止上述處理單元產生所有變速器齒輪變換指令輸出信號檢測出車輪剎住狀態，則上述程序還得修改。
3.權利要求
1的控制方法，其中對車輪剎住狀態存在的檢測包括代表變速器輸出軸轉速的當前輸入信號值對時間的微分，和將上述微分值與一參考值比較，該參考值與驅動輪對保持滾動摩擦時變速器輸出軸可能的最大減速度有關。
4.權利要求
2的控制方法，其中對車輪剎住狀態的檢測包括代表變速器輸出軸轉速的當前輸入信號值對時間的微分，和將上述微分值與一參考值比較，該參考值一般相應於驅動輪對保持滾動摩擦時變速器輸出軸可能的最大減速。
5.權利要求
1的控制方法，其中所述動車裝配一個動車制動反剎住系統(44)，所述的對車輪剎住狀態存在的檢測包括接收來自所述反剎住系統的代表車輪狀態存在的輸入信號(54)。
6.權利要求
2的控制系統，其中所述動車裝配了動車制動反剎住系統和所述的對車輪剎住狀態的檢測包括接收來自所述反剎住系統的代表車輪剎住狀態存在的輸入信號。
7.權利要求
1的控制方法，其中所述的輸入信號還包括(2)代表操縱器油門位置(22)的輸入信號，所述方法還包括如下步驟檢測油門位置;及如果在檢測車輪剎住狀態存在之後，檢測出油門位置超過預定的最小參考值時，則處理上述輸入信號，以確定是所述前次檢測出的已經存在的或是正在進入的車輪剎住狀態已經結束。
8.權利要求
2的控制方法，其中所述輸入信號還包括(2)代表油門位置的輸入信號，所述方法還包括如下步驟檢測油門位置;及如果在檢測出車輪剎住狀態之後，檢測出油門位置超過預定的最小參考值，則處理上述信號，以確定是所述前次檢測出的已存在的或是正在進入的車輪剎住狀態已經結束。
9.權利要求
4的控制方法，其中所述輸入信號還包括(2)代表油門位置的輸入信號，所述方法還包括如下步驟檢測油門位置;及如果在檢測出車輪剎住狀態之後，檢測出油門位置超過預定的最小參考值，則處理上述信號，以確定是所述前次檢測出的已存在或是正在進入的車輪剎住狀態已經結束。
10.權利要求
5的控制方法，其中所述輸入信號還包括(2)代表油門位置的輸入信號，所述方法還包括如下步驟檢測油門位置;及如果在檢測出車輪剎住狀態之後，檢測出油門位置超過預定的最小參考值，則處理上述信號，以確定是所述前次檢測出的已存在或是正在進入的車輪剎住狀態已經結束。
11.權利要求
6的控制方法，其中所述輸入信號還包括(2)代表油門位置的輸入信號，所述方法還包括如下步驟檢測油門位置;及如果在檢測出車輪剎住狀態之後，檢測出油門位置超過預定的最小參考值，則處理上述信號，以確定所述前次檢測出的已存在或是正在進入的車輪剎住狀態已經結束。
12.權利要求
1的控制方法，還包括如下步驟存貯在檢測出車輪剎住狀態存在時代表輸出軸速的輸入信號的初始值;檢測代表輸出軸轉速的輸入信號的當前值;所述確定車輪剎住狀態存在是否已經結束包括將代表輸出軸速度的輸入信號當前值與代表輸出軸轉速的輸入信號初始值的預定百分數比較;如果上述當前輸入信號值超過上述輸入信號初始值，則返回到非車輪剎住狀態控制算法。
13.權利要求
2的控制方法，還包括如下步驟存貯在檢測出車輪剎住狀態存在時代表輸出軸轉速的輸入信號的初始值;檢測代表輸出軸轉速的輸入信號的當前值;所述確定車輪剎住狀態存在是否已經結束包括將代表輸出軸速度的輸入信號當前值與代表輸出軸轉速的輸入信號初始值的預定百分數比較;如果上述當前輸入信號值超過上述輸入信號初始值，則返回到非車輪剎住狀態控制算法。
14.權利要求
4的控制方法，還包括如下步驟存貯在檢測出車輪剎住狀態存在時代表輸出軸轉速的輸入信號的初始值;檢測代表輸出軸轉速的輸入信號的當前值;所述確定車輪剎住狀態存在是否已經結束包括將代表輸出軸速度的輸入信號當前值與代表輸出軸轉速的輸入信號初始值的預定百分數比較;如果上述當前輸入信號值超過上述輸入信號初始值，則返回到非車輪剎住狀態控制算法。
15.權利要求
8的控制方法，還包括以下步驟存貯在檢測出車輪剎住狀態存在時代表輸出軸速的輸入信號的初始值;檢測代表輸出軸轉速的輸入信號當前值;所述確定車輪剎住狀態存在是否已經結束包括將代表輸出軸速度的輸入信號當前值與代表輸出軸轉速的輸入信號初始值的預定百分數比較;如果上述當前輸入信號值超過上述輸入信號初始值，則返回到非車輪剎住狀態控制算法。
16.權利要求
12的控制方法，其中預定百分數是在50%～80%範圍以內。
17.權利要求
13的控制方法，其中預定百分數是在50%～80%範圍以內。
18.權利要求
15的控制方法，其中預定百分數是在50%～80%範圍以內。
19.權利要求
7的控制方法，其中所述輸入信號還包括(3)代表所述發動機轉速的輸入信號，(4)代表所述變速器輸入軸轉速的輸入信號，(6)代表所述偶合器鎖合和分離狀態的輸入信號，所述方法還包括如下步驟使所述發動機以基本等於所述輸入軸的速度旋轉;操作偶合器;當發動機速度保持在等於變速器輸入軸速度，但大於發動機失速速度時確定離合器能否完全鎖合;返回到非車輪剎住狀態算法，以使所述偶合器的自動機械變速系統不能與未失速而保持輸入軸速度的上述發動機完全聯接;如果所述偶合器能與在失速情況下保持輸入軸轉速的發動機完全聯接，則讓上述發動機的燃料供應量等於預定值，並監測一個代表輸出軸速度對時間變化的測試值，如果上述測試值不超過最大參考值，則返回到非車輪剎住控制算法。
20.權利要求
8的控制方法，其中所述輸入信號還包括(3)代表所述發動機轉速的輸入信號，(4)代表所述變速器輸入軸轉速的輸入信號，(6)代表所述偶合器鎖合和分離狀態的輸入信號，所述方法還包括如下步驟使所述發動機以基本等於所述輸入軸的速度旋轉;操作偶合器;當發動機速度保持在等於變速器輸入軸速度，但大於發動機失速速度時確定離合器能否完全鎖合;返回到非車輪剎住狀態算法，以使所述偶合器的自動機械變速系統不能與未失速而保持輸入軸速度的上述發動機完全聯接;如果所述偶合器的發動機完全聯接，則讓上述發動機的燃料供應量等於預定值，並監測一個代表輸出軸速度對時間變化的測試值，如果上述測試值不超過最大參考值，則返回到非車輪控制算法。
21.權利要求
15的控制方法，其中所述輸入信號還包括(3)代表所述發動機轉速的輸入信號，(4)代表所述變速器輸入軸轉速的輸入信號，(6)代表所述偶合器鎖合和分離狀態的輸入信號，所述方法還包括如下步驟使所述發動機以基本等於所述輸入軸的速度旋轉;操作偶合器;當發動機速度保持在等於變速器輸入軸速度，但大於發動機失速速度時確定離合器能否完全鎖合;返回到非車輪剎住狀態算法，以使所述偶合器的自動機械變速系統不能與擊失速而保持輸入軸速度的上述發動機完全聯接;如果所述偶合器的發動機完全聯接，則讓上述發動機的燃料供應量等於預定值，並監測一個代表輸出軸速度對時間變化的測試值，如果上述測試值不超過最大參考值，則返回到非車輪控制算法。
專利摘要
提供一種方法，以控制一個AMT系統，該方法包括檢測已存在的或正在進入的車輪剎住狀態的存在；根據上述車輪剎住狀態修改該方法，以一種儘量安全的方式控制該系統。根據檢測車輪剎住狀態控制該AMT系統的方法包括立即釋放離合器或偶合器14，並禁止中央處理單元56發出任何變速器變換齒輪的指令輸出信號。
文檔編號B60W30/18GK87102596SQ87102596
公開日1988年8月17日 申請日期1987年4月6日
發明者威廉·弗朗西斯·柯特, 羅伯特·拉爾斯頓·史密斯 申請人:伊頓公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan