CN100384670C - X-y位置传感器的自适应校准 - Google Patents

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Abstract

一种在保持车辆主摩擦离合器(20)接合的同时，在爪形离合器(70)脱开期间，用于自适应控制发动机燃料供给的方法/系统。发动机转矩被最初命令为一个传动系空载转矩值(114)，并且，在一个时间段(T2-T1)之后，如果非转矩锁止未被检测到((d/dt(SLY-Y))＜REF)，则开始一个转矩冲击(128)发动机燃料供给程序。

Description

X-Y位置传感器的自适应校准
发明背景
相关申请
本申请涉及于2000年6月25日提交的题为X-Y位置传感器的自适应校准，并转让给本申请的受让人伊顿公司的序列号No.09/587503的美国专利申请。
发明领域
本发明涉及一种使用一种位置传感器，例如一种用于检测车辆变速器换档机构中换档部件的Y-Y位置的传感器，来判断发动机燃料供给的状态(模式)的方法/系统，以便可以换档至空档而无需车辆主离合器脱开。更具体地，本发明涉及一种自适应技术，该技术利用所检测到的一个换档部件-例如一个可以按一种“H型”档位图移动的换档杆或换档指或者是一个自动换档致动器-的Y-Y位置的变化率，以判断是否需要一个强制转矩逆向程序来换至空档。
本发明还涉及一种用于使得发动机转矩等于一个计算值以提供一个传动系空载转矩(零转矩)的方法/系统，其中，发动机转矩以一个作为所检测到的节气门踏板位置和/或接合的速比的函数的速率变化。
背景技术
在H型档位图中，用于移动换档部件的手动换档杆和X-Y换档机构例如换档指等在先有技术中是众所周知的，可以参见美国专利No.5481170、No.5281902、No.4899607、No.4821590、No.4784007、No.4455883和No.4515029，这些专利的公开结合于此作为参考。
在H型档位图中，用于检测换档部件的不连续(离散)X-Y位置的不连续位置型的位置传感器在先有技术中是已知的，可参见美国专利No.4817468和4718307。提供模拟或数字信号并且其数值代表在H型档位图中换档部件的X-X和/或Y-Y位置和/或轴力(shaft force)的传感器，在先有技术中是已知的，可参见美国专利No.5911787、No.5743143、No.5481170和No.5950491，这些专利的公开结合于此作为参考。用于检测其它换档部件例如活塞、滚动丝杠等的位置的传感器在先有技术中也是已知的。
在判断希望从一个当前接合的速比换档至空档然后换档至一个目标速比时，在保持车辆主摩擦离合器接合的同时启动自动燃料控制，以使得在待脱离的爪形离合器上的转矩减少的全部或部分自动的机械式变速器系统，在先有技术中也是已知的，可参见美国专利No.4850236、No.5582558、No.5735771、No.5775639和No.6015366，这些专利的公开结合于此作为参考。
这些系统包括试图供给发动机燃料以达到传动系空载转矩的系统，参见美国专利No.4593580，该专利的公开结合于此作为参考，和供给发动机燃料以强制进行一或多次转矩逆向的系统，参见美国专利No.4850236。
利用强制转矩逆向尤其是重复强制转矩逆向的发动机燃料供给技术的系统，提供一种高度可靠的程序用于允许换至空档，但可能多少达不到所希望的换档感觉。利用目标为并试图保持在传动系空载转矩的发动机燃料供给技术的系统，提供一种较高质量的换档燃料(shift fuel)，但不具有所希望的使得接合的爪形离合器可接受地脱离的可靠性。
发明概述
根据本发明，提供了一种自适应发动机燃料供给控制，它基于一种所检测到的运动，优选地为一个换档部件例如在Y-Y方向的换档杆等的运动速率，将使用发动机燃料供给以达到最适当的(a)目标为传动系空载转矩，(b)或在待脱离的爪形离合器上产生转矩冲击(torque bump)以强制转矩逆向；或(c)它们的组合。
在一个优选的实施例中，上述控制是如下实现的：在判断需要换档至变速器空档时，使发动机被供给燃料，以在监测换档部件位置的同时使得一个所确定的输出(飞轮)转矩导致一个基本为传动系空载转矩。经过一段时间之后，如果该换档部件位置的变化速率大于一个基准值，则所希望的基本为空载转矩条件已达到(如通过操作者朝向Y-Y空档位置移动换档杆的能力来表现)，并且一个对强制转矩逆向的转矩冲击程序是不需要的。然而，如果该换档部件的运动速率不是至少等于该基准值，则该转矩冲击程序可能是需要的并将被启动。
因此，本发明的一个目的在于提供一种改善的方法/系统，用于自适应地控制发动机燃料供给，以允许换至空档而无需主摩擦离合器保持脱离。该自适应发动机燃料控制是一个所检测到的换档部件位置-例如在一种H型档位图中可移动的换档部件的Y-Y位置-的变化或变化速率的函数。
本发明的该目的以及其它目的和优点将在阅读以下与附图相关联的优选实施例的说明后变得清楚。
附图简介
图1是一种使用本发明的自适应发动机燃料供给控制方法/系统的车辆传动系的示意图；
图1A是一种与一种机械式变速器使用的常用爪形离合器组件的示意图；
图2是在本发明的自适应发动机燃料供给控制方法/系统的一个优选实施例中使用的一个X-Y位置传感器的示意图；
图3是用于在本发明的另一个实施例中使用的一种自动换档致动器的示意图；
图4是本发明的发动机燃料控制的图形表示；
图5是以流程图形式表示的本发明的自适应发动机燃料控制方法/系统的示意图；
图6A和图6B以流程图形式表示的本发明的自适应发动机燃料供给控制方法/系统的进一步的实施例的示意图；
优选实施例详细说明
在图1中示意地示出了一种使用本发明的自适应发动机燃料供给控制技术的至少部分自动的车辆传动系系统10。该系统10可以是全自动的，如美国专利No.4361060中的示例所示，可以是部分自动的，如美国专利No.4648290和No.5409432中的示例所示，或者是带有控制器辅助的手动的，如美国专利No.4850236、No.5582558、No.5735771和No.6015336中的示例所示。
在系统10中，一个包括与一个分动器(副变速器，splitter)类型的辅助变速器部分16串联连接的一个手动或自动换档主变速器部分14的变换齿轮变速器12，通过一个手动或自动操作的主摩擦离合器20或其它非刚性接合器，可驱动地与一个内燃机18例如众所周知的汽油机或柴油机连接。优选地，该辅助变速器部分16是一个三层四速组合式分动器/档位范围(range)类型，如美国专利No.4754665和No.5390561中所示，这些专利的公开结合于此作为参考。
发动机18包括一个与主离合器20的一个驱动部件24连接的曲轴22，该驱动部件24通常与一个连接到变速器的输入轴28的从动部件26摩擦地接合。一个变速器输出轴30从辅助变速器部分16伸出，用于例如通过一个驱动轴等驱动连接到车辆驱动轮。为便于显示，变速器12示为一个具有9或10个可选前进速比的(2+1)×(2)×(2)型变速器，可参见在图2中示意性地示出的档位图12A。这种普通类型的变速器在先有技术中是众所周知的，并由本申请的受让人伊顿公司以商标“Super-10”出售，并且更详细的内容可参见美国专利No.6015366、No.5974906和No.5974354，这些专利的公开结合于此作为参考。
图2中所示的档位图12A是一种众所周知的“H型”，包括两或多个沿所谓的“Y-Y”(或接合/脱离)方向伸展的竖直的分支(leg)(R和第1/第2，第3/第4和第5/第6，第7/第8和第9/第10档)，和一个沿“X-X”(或选择)方向伸展并位于Y-Y方向的中心空档位置的水平连接分支12B。
在此所使用的术语“H型”档位图将称为档位图，其中一个换档部件，例如一个换档指SF等，(I)可选择地在X-X方向移动，以与沿Y-Y方向伸展的两或多个分支中所选择的一个对准，(II)可在Y-Y方向离开或朝向一个中心空档位置移动，以分别与所选择的齿轮速比接合或脱离，并且(III)仅当在Y-Y方向的空档位置时可以在与所选择的分支对准的位置之间沿X-X方向移动。
控制器辅助变速器系统10还包括用于检测发动机转速(ES)的转速传感器32，用于检测输入轴转速(IS)的转速传感器34，和用于检测输出轴转速(OS)的转速传感器36，并提供其指示信号。一个传感器37提供一种指示节气门踏板位置的信号THL。该信号通常为燃料节气门位置的一个百分数(0％到100％)。发动机18可以用电子控制，包括一个按照一种工业标准协议例如SAE J-1922，SAE J-1939，ISO11898等操作的通过一种电子数据链路(DL)通信的电子控制器38。一种人工操作的离合器踏板(未示出)或一种自动致动器(未示出)可以被用来选择性地接合或脱离通常接合的(常接的)主离合器20，这在先有技术中是众所周知的。
设置了一个辅助部分致动器40，用以控制辅助部分分动器的换档和/或档位速比。优选地，至少该分动器致动器是一个三位置致动器，允许该分动器部分被换档到并保持在一个高分动器速比，一个低分动器速比或一个分动器空档位置，其结构和优点的更详细内容可参见美国专利No.5651292、No.5974906和No.5970810，该专利的公开结合于此作为参考。
变速器系统10包括一个手动换档杆42，该换档杆上具有一个换档手柄。换档手柄44可以是在上述美国专利No.5957001中所述的类型。众所周知，换档杆42是以一种已知的档位图(见图2)手动操作，用于各种换档速比的选择性的接合和脱离。可选择地，一个X-Y换档致动器，例如在美国专利No.5481170、No.5281902、No.4899609、和No.4821590中所示例的类型，可以被提供用于自动地或通过钢丝换档(shift-by-wire)对变速器主要部分进行换档。换档手柄44可以包括一个换档开关44A，通过该开关车辆操作者将要求自动发动机燃料供给控制，以释放转矩锁止，并允许一个到变速器空档的换档。
一个位置传感器组件46可操作地用以检测在该档位图中换档杆的X-Y位置并提供其指示信号(SL)。这种类型的X-Y位置传感器在先有技术中是已知的，并且其示例可参见美国专利No.5743143、No.5894758、No.5950491和No.5911787，这种专利的公开结合于此作为参考。传感器组件46在图2中示出并将在下文中更详细地说明。
系统10包括一个控制单元，优选的是一个在美国专利No.4595986、No.4361065和No.5335566-这些专利的公开结合于此作为参考-中所示类型的基于微处理器的控制单元，用于接收输入信号54，并根据预定逻辑规则处理该信号，以发布指令输出信号56至系统致动器，例如发动机控制器38、辅助部分换档致动器40等等。
传感器组件46包括：一个第一检测部件46A，它用于提供一种具有指示在H型档位图中换档部件的X-X位置的量值的第一信号SLX-X；和一个第二检测部件46B，它用于提供一种具有指示在该档位图中换档部件的Y-Y位置的量值的第二信号SLY-Y。
传感器部件46A和46B可提供这样一些信号，它们在诸如频率、幅值、电压、电流、压力等方面的量值随所检测的位置而改变。美国专利No.5743143和欧洲专利No.0371975示出了常用的位移传感装置。
尽管X-X和Y-Y运动被显示为一般垂直的轴向运动，但一种轴向和一种旋转运动(如美国专利No.5743143和5911787中所示)也视为包括在X-X和Y-Y运动中。
图3示出了一种可选择的实施例，其中，一个换档致动器100根据ECU52的指令动作，以使得换档叉102沿Y-Y方向运动，用于有选择地接合和脱离爪形离合器(未示出)。一种传感器104提供指示检测到的换档叉和关联的换档部件的位置的信号SFY-Y。
图1A示出了一种典型的爪形离合器组件70，用于可选择地将一个齿轮72接合上或脱离开一个轴74，例如一变速器主轴，用以接合或脱离一个变速比。简而言之，离合器部件76用花键联接到轴74，用于相对其轴向运动以及与其一起旋转。离合器部件76具有外离合器齿78，用于和形成在齿轮72的内直径孔中的内离合器齿80接合。离合器部件76由一个换档拨叉(未示出)等轴向定位。该换档拨叉通常由一个换档拨叉轨、一个换档拨叉轴、一个滚珠滑道或滚动丝杠、一个活塞或功能上相似的装置轴向定位。
如所已知的，要将一个车辆机械式变速器特别是重载车辆中的爪形离合器脱离，需要解除接合的爪形离合器的转矩锁止。如果打开主离合器20是不能实现的或者不是所希望的，转矩锁止可以通过供给发动机燃料以导致假定的传动系空载转矩，和/或通过可以主动地引起传动系空载转矩的交叉(crossings)的强制转矩逆向而解除。虽然控制发动机燃料供给以期实现并保持在传动系空载转矩值将导致一个更高质量的换档，但该方法可能不会实际上使得接合的爪形离合器欠载脱开。使用一个“转矩冲击”或其它程序以实现穿过待脱离爪形离合器的强制转矩逆向是高度可靠的，但可能会导致一个较低质量的换档。
控制发动机转矩以实现一个所希望的输出或飞轮转矩可已知于并参见美国专利No.5620392，该专利的公开结合于此作为参考。
在此所使用的发动机转矩指的是一个指示发动机转矩-通常为发动机总转矩-的值，从该值可以计算或估测一个输出或飞轮转矩。发动机总转矩与飞轮转矩的关系在美国专利No.5509867和No.5490063中讨论，这些专利的公开结合于此作为参考。
一或多个发动机转矩值可以从一种工业标准数据链路，即DL，例如符合SAE J-1922、SAE J-1939或ISO 11898的数据链路下达指令或读出。
根据本发明，在检测到需要从一个接合的速比换档至空档而不要脱开主离合器20时，该发动机首先被命令运转到一个基于所检测到的系统操作参数而判断或计算的发动机转矩值，以对应于传动系空载转矩。
参照图4，如果换档在一个传动条件110启动，该发动机转矩将被命令沿曲线112下降到假定为对应于传动系空载转矩条件的计算值114。相似地，如果到空档的换档在一个滑行条件116启动，该发动机转矩将被命令沿曲线118上升到该计算值114。优选地，曲线112和116的斜率(坡度)(即发动机转矩的变化率)是正被脱开的速比和/或当前节气门位置THL的函数。在达到假定的传动系空载转矩条件120(在时间T1)时，发动机将被命令保持在该条件122一段时间(T2-T1)。该段时间(T2-T1)通常为大约150-300微秒。在该段时间终止的时间124，所检测到的换档部件例如换档杆42或换档指SF的速率与一个基准值REF相比较。如果换档部件的速率等于或超过该基准值((d/dt(SLY-Y))＞REF)，这表明该换档部件正在以一个速率朝向爪形离合器脱离移动，表明无转矩锁止条件并且转矩冲击程序是不必要的或不是所希望的。在该条件下，该发动机将被命令继续产生一个假定对应于传动系空载转矩(实线126)的输出转矩，直到检测到变速器空档。
如果该检测到的换档部件速率不等于或不超过该基准值((d/dt(SLY-Y))＜REF)，则转矩锁止可能存在，并且发动机的针对爪形离合器的强制转矩逆向(130)的转矩冲击燃料供给程序(虚线128)将开始，直到检测到空档和/或一个时间段终止。该转矩冲击128的数值和/或形状随时间而改变。
图5是一个以流程图形式表示的本发明的自适应发动机燃料供给控制子程序的示意图。优选地，该子程序将在每一控制循环期间执行。
在作为示例利用换档部件的速率来判断是否目标为空载转矩的燃料控制正在达到其解除转矩锁止的目的时，其它参数例如在一个致动器上的力、电流、电压降、压力等等也可以被监测，以判断在待脱开的爪形离合器处的转矩锁止条件的存在是否被指示。
如果没有位置或其它换档部件监测传感器，一个实现空档的失败可以用作转矩锁止条件可能存在并且需要转矩冲击的一个指示。
图6A和6B是一个以流程图形式表示的本发明的自适应发动机燃料供给控制方法/系统的进一步实施例的示意图。
在本发明的优选实施例中，节气门高和/或以一个较高的速比(例如在一个10速变速器中的第8、第9或第10速)接合时的曲线斜率(即发动机转矩的变化率)大于节气门低或以一个较低的速比(例如一个10速变速器中的第1、第2或第3速)时的曲线斜率。
本发明意在适用于一个主变速器部分的手动换档和/或一个主和/或辅助变速器部分的致动器换档。
因此，可以看出提供了一个新的并且改善的系统/方法，用于在将爪形离合器与接合的主摩擦离合器脱开的同时自适应地控制发动机燃料供给。
尽管本发明已经通过一定程度的具体情况进行了说明，但可以理解该优选实施例的说明只是作为示例，并且在不脱离下面所要求保护的本发明的精神和范围的情况下可以有多种变型和具体实施方式。

Claims (10)

1.一种用于在车辆自动变速器系统中控制发动机燃料供给的方法，该自动变速器系统包括一个通过一个主摩擦离合器(20)驱动一个多速比变速器(12)的输入轴(18)的内燃机(18)，上述变速器具有至少两个由刚性爪形离合器接合和脱离的速比，该爪形离合器具有一个可由一个换档部件(42、SF、102)移动到一个接合和一个脱离位置中所选择的一个位置的爪形离合器部件(76)；一个用于控制发动机燃料供给的发动机燃料控制器(38)；和一个用于接收输入信号(54)的系统控制器(52)，所述输入信号包括指示发动机转速(ES)、输入轴转速(IS)、操作者节气门设置(THL)、主摩擦离合器接合、换档部件位置(SLY-Y，SFY-Y)和一个接合的齿轮速比(IS/OS)的信号中的至少一种信号，所述系统控制器根据逻辑规则处理上述输入信号，以发布命令输出信号(56)到包括上述燃料控制器的系统致动器；上述方法包括以下步骤：在保持主摩擦离合器接合的同时判断需要脱离一个接合的爪形离合器时，
确定一个对应于通过接合的爪形离合器的基本为空载转矩的目标发动机转矩；
命令上述发动机被供给燃料，以使得发动机转矩等于上述目标发动机转矩；
检测一种上述接合的爪形离合器的转矩锁止条件的不存在；
在上述发动机转矩已经等于上述目标发动机转矩一个预定的时间段(T2-T1)之后，(i)如果未检测到上述爪形离合器的转矩锁止条件不存在，命令上述发动机被供给燃料，以达成通过上述接合的爪形离合器的强制的转矩逆向(128、130)，和(ii)如果检测到上述接合的爪形离合器的转矩锁止条件不存在时，使上述发动机转矩继续等于上述目标发动机转矩值，直到检测到上述爪形离合器的脱离。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，上述输入信号包括一个指示换档部件位置的信号，并且如果上述换档部件位置具有超过一个基准值的(i)一个变化和(ii)一个变化率的其中一个时，检测到上述转矩锁止条件的不存在。
3.根据权利要求1的方法，其特征是，上述发动机和上述系统控制器通过一种电子数据链路通信。
4.根据权利要求3的方法，其特征是，上述数据链路符合SAE J 1939协议。
5.一种用于在车辆自动变速器系统中控制发动机燃料供给的方法，该自动变速器系统包括一个通过一个主摩擦离合器(20)驱动一个多速比变速器(12)的输入轴(18)的内燃机(18)，上述变速器具有至少两个由刚性爪形离合器接合和脱离的速比，该爪形离合器具有一个可由一个换档部件(42、SF、102)移动的爪形离合器部件(76)；一个用于控制发动机燃料供给的发动机燃料控制器(38)；和一个用于接收输入信号(54)的系统控制器(52)，所述输入信号至少包括指示换档部件位置(SLY-Y，SFY-Y)的信号，所述系统控制器根据逻辑规则处理上述输入信号，以发布命令输出信号(56)到包括上述燃料控制器的系统致动器；上述方法包括以下步骤：在保持主摩擦离合器接合的同时判断需要脱离一个接合的爪形离合器时，
确定一个对应于通过接合的爪形离合器的基本为空载转矩的目标发动机转矩(114)；
命令上述发动机被供给燃料，以使得发动机转矩等于上述目标发动机转矩；
在发动机转矩等于上述目标发动机转矩一个预定的时间段之后，将指示a)换档部件位置的一个变化和b)换档部件位置的一个变化率的其中一个的控制参数与一个基准值(REF)相比较，并且
如果上述控制参数至少等于上述基准值，使发动机转矩等于上述目标发动机转矩；
如果上述控制参数小于上述基准值，使发动机被供给燃料，以达成通过上述接合的爪形离合器的强制的转矩逆向(128、130)。
6.一种用于在车辆自动变速器系统中控制发动机燃料供给的控制系统，包括一个通过一个主摩擦离合器(20)驱动一个多速比变速器(12)的输入轴(18)的内燃机(18)，上述变速器具有至少两个由刚性爪形离合器接合和脱离的速比，该爪形离合器具有一个可由一个换档部件(42、SF、102)移动到一个接合和一个脱离位置中所选择的一个位置的爪形离合器部件(76)；一个用于控制发动机燃料供给的发动机燃料控制器(38)；和一个用于接收输入信号(54)的系统控制器(52)，所述输入信号包括指示发动机转速(ES)、输入轴转速(IS)、操作者节气门设置(THL)、主摩擦离合器接合、换档部件位置(SLY-Y，SFY-Y)和一个接合的齿轮速比(IS/OS)的信号中的至少一种信号，所述系统控制器根据逻辑规则处理上述输入信号，以发布命令输出信号(56)到包括上述燃料控制器的系统致动器；上述控制系统的特征是，上述逻辑规则包括，在保持主摩擦离合器接合的同时判断需要脱离一个接合的爪形离合器时，对下列有效的规则：
确定一个对应于通过接合的爪形离合器的基本为空载转矩的目标发动机转矩；
命令上述发动机被供给燃料，以使得发动机转矩等于上述目标发动机转矩；
检测一种上述接合的爪形离合器的转矩锁止条件的不存在；
在上述发动机转矩已经等于上述目标发动机转矩一个预定的时间段(T2-T1)之后，(i)如果未检测到上述爪形离合器的转矩锁止条件不存在，命令上述发动机被供给燃料，以达成通过上述接合的爪形离合器的强制的转矩逆向(128、130)，和(ii)如果检测到上述接合的爪形离合器的转矩锁止条件不存在时，使上述发动机转矩继续等于上述目标发动机转矩值，直到检测到上述爪形离合器的脱离。
7.根据权利要求6的控制系统，其特征是，上述输入信号包括一个指示换档部件位置的信号，并且如果上述换档部件位置具有超过一个基准值的(i)一个变化和(ii)一个变化率的其中一个时，检测到上述转矩锁止条件的不存在。
8.根据权利要求6的控制系统，其特征是，上述发动机和上述系统控制器通过一种电子数据链路通信。
9.根据权利要求8的控制系统，其特征是，上述数据链路符合SAEJ1939协议。
10.一种用于在车辆自动变速器系统中控制发动机燃料供给的控制系统，包括一个通过一个主摩擦离合器(20)驱动一个多速比变速器(12)的输入轴(18)的内燃机(18)，上述变速器具有至少两个由刚性爪形离合器接合和脱离的速比，该爪形离合器具有一个可由一个换档部件(42、SF、102)移动的爪形离合器部件(76)；一个用于控制发动机燃料供给的发动机燃料控制器(38)；和一个用于接收输入信号(54)的系统控制器(52)，所述输入信号至少包括指示换档部件位置(SLY-Y，SFY-Y)的信号，所述系统控制器根据逻辑规则处理上述输入信号，以发布命令输出信号(56)到包括上述燃料控制器的系统致动器；上述控制系统的特征是，上述逻辑规则包括，在保持主摩擦离合器接合的同时判断需要脱离一个接合的爪形离合器时，对下列有效的规则：
确定一个对应于通过接合的爪形离合器的基本为空载转矩的目标发动机转矩(114)；
命令上述发动机被供给燃料，以使得发动机转矩等于上述目标发动机转矩；
在发动机转矩等于上述目标发动机转矩一个预定的时间段之后，将指示a)换档部件位置的一个变化和b)换档部件位置的一个变化率的其中一个的控制参数与一个基准值(REF)相比较，并且
如果上述控制参数至少等于上述基准值，使发动机转矩等于上述目标发动机转矩；
如果上述控制参数小于上述基准值，使发动机被供给燃料，以达成通过上述接合的爪形离合器的强制的转矩逆向(128、130)。
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