CN100408887C - 机械式自动变速控制装置 - Google Patents

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Abstract

在起步时的半离合时，利用装备在变速器ECU中的起步控制单元，计算离合器上的负荷(离合器吸收能量)，在该负荷大的情况下，禁止由换档信号生成单元根据变速对应图来生成换档信号，保持变速齿轮档。离合器吸收能量通过对发动机转速和离合器转速的差值与离合器传递扭矩的积进行积分而求出，该离合器传递扭矩由装备在变速器ECU内的离合器传递扭矩对应图得到。

Description

机械式自动变速控制装置
技术领域
本发明涉及车辆用机械式自动变速控制装置，涉及在车辆起步时的行驶阻力大的情况下，禁止换高速档而保持变速档，防止由加速不良或车速降低引起的换低速档的机械式自动变速控制装置。
背景技术
近几年，作为汽车的变速器，在与手动档车相同的变速齿轮机构和离合器机构中分别附设致动器，使其能够自动变速的机械式自动变速器已研制并实用化，主要适用于卡车和公共汽车等大型车辆。
在这种机械式自动变速器中，通常，根据图6所示的变速对应图来进行变速控制。也就是说，根据油门开度信息和车速信息而进行换高速档或换低速档。
例如，在起步时，如图6的变速对应图所示，当车速达到大约10多km/h时，自动地从1档换入到2档；当达到大约20多km/h时，自动地从2档换入到3档；当达到大约40km/h时从3档换入到4档。在各个车速下，油门开度越大，自动地换高速档时的车速越偏向高速侧。
但是，当按照这样的变速对应图来进行自动控制时，如果在爬陡坡或载重量大等行驶阻力大的状态下进行起步，则可能产生问题。也就是说，如果按照变速对应图来进行自动控制，则即使在爬陡坡或载重量大的情况下，也是按照当达到一定的车速、例如10多km/h时从1档换到2档，当达到20多km/h时从2档换到3档这样来自动地执行换高速档控制，但由于行驶阻力大，所以换高速档后的驱动力不足，不能够充分加速，产生车速降低而再次进行换低速档的控制，随着车速的提高再次换高速档这种变速齿轮档摇摆的问题。
作为这种问题的解决方法，可以考虑由行驶中的加速度、发动机扭矩来推定行驶阻力，禁止起步后换高速档的方法，但由该方法，起步结束后如果不行驶一定距离以上则不能够计算出行驶阻力，即使在刚起步之后希望禁止换高速档的情况下，也会有来不及计算行驶阻力而进行换高速档，产生上述问题的情况。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种机械式自动变速控制装置，其通过推定刚起步之后的行驶阻力，在起步后行驶阻力大的情况下禁止换高速档，可以实现顺利的起步。
发明内容
为解决前述起步时变速齿轮档摇摆的问题，本发明的机械式自动变速装置具有：发动机；变速器，其用于向车辆的输出系统输出驱动力；离合器，其安装在上述发动机与上述变速器之间，将来自于发动机的驱动力选择性地传递到上述变速器上；运转状态检测单元，其检测车辆的运转状态；变速对应图，其存储根据车辆的运转状态的目标变速档；以及变速控制单元，其根据由上述运转状态检测单元所检测出的车辆的运转状态，随着由上述变速对应图更改目标变速档，使上述离合器和上述变速器动作而进行变速，其特征在于，具有：离合器负荷检测单元，其检测上述离合器上的负荷；以及行驶阻力推定单元，其由通过上述离合器负荷检测单元所检测的起步后的半离合时的上述离合器上的负荷，推定车辆起步时的道路坡度或载重量等行驶阻力，上述变速控制单元在由上述行驶阻力推定单元所推定的上述行驶阻力大于规定值的情况下禁止变速，保持当初的变速档。
这样，在起步后的半离合时，通过由离合器上的负荷来推定行驶阻力，可以不需要传感器类等的、用于检测行驶阻力的特殊装置，来推定刚起步之后的行驶阻力，在刚起步之后的行驶阻力大的情况下禁止换高速档，可以在规定期间内保持变速齿轮档。
由此，起到防止起步时变速齿轮档摇摆，消除行驶感觉不适的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的机械式自动变速器的结构的结构图。
图2是机械式自动变速器的功能结构图。
图3是表示起步控制的处理流程的流程图。
图4是起步时的行驶负荷的说明图。
图5是离合器传递扭矩·对应图的说明图。
图6是变速对应图的说明图。
具体实施方式
以下根据附图，详细说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式涉及的机械式自动变速器的结构的结构图，图2是机械式自动变速器的功能结构图，图3是表示起步时的变速控制的处理流程的流程图，图4是起步时的行驶负荷的说明图，图5是表示离合器行程与离合器传递扭矩的关系的其他的图，图6是表示变速对应图的图。
首先，根据图1说明本发明的实施方式涉及的机械式自动变速器的结构。发动机1具有：离合器机构3，其具有磨擦离合器；以及机械式自动变速机构5，其通过该离合器机构3与发动机1的输出部相连接。在离合器机构3上连接离合器用电动马达(CCU)21作为离合器用致动器，通过该离合器用电动马达21进行动作而使离合器3进行离合。
此外，机械式自动变速机构5由换档用电动马达(GSU)31驱动进行变速操作。该换档用电动马达31由2组电动马达构成，它们用于位于驱动机械式自动变速机构5内的选档方向及换档方向的各个换档部件。变速时，由换档用电动马达31驱动换档部件，对机械式自动变速机构5的咬合状态进行切换，将变速档转换到希望的状态。
发动机1由发动机电子控制单元(发动机ECU)43输出的发动机控制信号141进行控制。发动机ECU43具有：中央处理装置(CPU)431，其按照控制程序执行运算处理；只读存储器(ROM)435，其存储控制程序等；随机存取存诸器(RAM)433，其存储运算结果等；输入输出接口437；以及定时器439等，生成发动机控制信号141和用于驱动排气制动器(排气制动系统)53的排气制动驱动信号143。
输入到发动机ECU43内的信号是：车速信号135，其利用在机械式自动变速机构5的输出侧所具有的车速传感器信号而得到；发动机1的转速信号137；油门开度信号117，其由安装在油门踏板9上的油门踩入量传感器得到；以及表示位于空档状态的信号N位置信号139等，这些信号通过输入输出接口437被输入。油门开度信号117，例如，作为对应于驾驶者对油门踏板9的踩入量的电压值被检测，通过A/D变换而作为数字值被输入。
此外，离合器用电动马达21和换档用电动马达31，通过变速器电子控制单元(变速器ECU)41的控制信号进行驱动。变速器ECU41也与发动机ECU43同样地具有：中央处理装置(CPU)411，其按照控制程序执行运算处理；只读取存储器(ROM)415，其存储包括后述的发动机输出控制程序在内的控制程序，以及为后述的发动机输出对应图等；随机存取存储器(RAM)413，其存储运算结果等；输入输出接口417；以及定时器419等。
此外，通过输入输出接口417，以下信号被输入到变速器ECU41中：变速杆单元信号113，其为变速杆单元13的操作信号；停车制动操作信号115，其在停车制动器11被拉下的情况下接通，传递停车制动器的动作；油门开度信号117，其由安装在油门踏板9上的油门踩入量传感器得到；刹车踏板操作信号119，其在刹车踏板7被踩时接通，传递刹车动作；离合器行程信号121，其由离合器用电动马达21输出；换档·选档行程信号123，其由换档用电动马达31输出；离合器转速信号125，其为离合器机构3的输出侧转速；离合器磨损·行程信号127，其通过离合器机构3检测；车速信号129，其利用在机械式自动变速机构5的输出侧所具有的车速传感器得到；以及发动机1的转速信号131等。
并且，变速器ECU41通过对这些输入信号进行处理，将用于驱动离合器用电动马达21及换档用电动马达31的驱动信号(分别为CCU马达驱动信号103及GSU马达驱动信号105)和电源信号101，通过输入输出接口417进行输出。此外，变速器ECU41向指示器15输出表示机械式自动变速机构5的齿轮位置的齿轮位置信号111。变速器ECU41输出的CCU马达驱动信号103、GSU马达驱动信号105和电源信号101被输入到作为动力电路的驱动单元45内。驱动单元45与蓄电池47连接，根据前述CCU马达驱动信号103向离合器用电动马达21施加电压，根据GSU马达驱动信号105向换档用电动马达31施加电压。
此外，变速器ECU41、发动机ECU43和其他未图示的电子控制单元类连接在总线42上，互相交换信号。
驾驶者可以利用变速杆单元13来切换自动换档方式与手动换档方式进行驾驶。也就是说，在驾驶者将变速杆单元13的控制杆扳到驱动装置“D”上的状态下，根据所输入的表示车辆的各种行驶状态(例如车速或发动机负荷)的信号，以向最佳变速档进行变速档切换的方式，变速器ECU41控制离合器用电动马达21和换档用电动马达31，发动机ECU43也对应于从变速器ECU41通过总线42发送的换档信号和发动机转速信号137等，控制发动机输出等(自动换档方式)。
另一方面，驾驶者也可以通过手动操作进行变速档的换档指令，如果驾驶者将变速杆单元13的控制杆扳到“+”或“-”上，则用于使当前的变速档提高一档或者降低一档的变速杆操作信号113被输入到变速器ECU41中。根据该信号，变速器ECU41控制离合器用电动马达21和换档用电动马达31，发动机ECU43对应于从变速器ECU41通过总线发送的换档信号，控制发动机输出等(手动换档方式)。
也就是说，变速器ECU41在自动换档方式的情况下，根据车速和发动机负荷等行驶状态的信息来判断变速档切换的必要性，此外，在手动换档方式的情况下，根据驾驶者的换档指令，输出换档信号，进行离合器断开-换档-离合器接合的控制。不管是自动换档方式还是手动换档方式，发动机ECU42均根据变速器ECU41输出的换档信号，适当地控制进行离合器断开-换档-离合器接合期间的发动机1的输出。
图2是机械式自动变速控制装置的功能结构图。如图2所示，机械式自动变速控制装置由变速器ECU41和发动机ECU43构成。
变速器ECU41具有：换档信号生成单元33、换档控制单元35、离合器控制单元23以及起步控制单元29，这些单元作为程序存储在变速器ECU41的ROM415等存储装置内。通过CPU411执行这些程序，变速器ECU41控制自动变速，使车辆行驶。
也就是说，换档信号生成单元33设定变速齿轮档，在需要变速的情况下，通过换档信号生成单元33进行变速请求，离合器控制单元23生成离合器的离合的信号，控制离合器用电动马达21使离合器机构3动作。另一方面，利用来自于换档信号生成单元33的变速请求，换档控制单元35控制换档用电动马达31，将机械式自动变速机构5变换到所选择的变速齿轮档上。此外，来自于换档信号生成单元33的变速请求信号通过总线42也发送到发动机ECU43，发动机ECU43内的发动机输出控制单元25与离合器控制单元23相连动，来控制变速时的发动机1的输出。该发动机输出控制单元25作为程序存储在发动机ECU43内的ROM435内，通过CPU431执行该程序来控制发动机1。
更详细地说明图2。
在车辆行驶时，通过驾驶者利用变速杆单元13的操作来选择手动或自动变速，将手动/自动变速指令37输入到换档信号生成单元33中。在手动换档方式的情况下，根据由驾驶者的变速杆单元13的操作而生成的换高速档或换低速档的请求，决定变换的档。
另一方面，在利用手动/自动变换指令37来选择自动换档方式的情况下，换档信号生成单元33通常接收通过变速器ECU41的输入输出接口417而输入的车速信号129、油门开度信号117等信号作为行驶状态信息39，根据这些信息来确定变速齿轮档。
也就是说，在变速器ECU41的ROM415中，以例如表格的形式存储图6所示的变速对应图27，换档信号生成单元33以根据作为行驶状态信息39输入到换档信号生成单元33中的车速信号129和油门开度信号117为基础，参考该表，由此选择出与此时的行驶状态相对应的变速齿轮档。当选择出变速齿轮档时，换档信号生成单元33将信号输送到离合器控制单元23、换档控制单元35以及发动机ECU43内的发动机输出控制单元25中，分别控制离合器机构3、机械式自动变速机构5和发动机1，执行齿轮档的变速。
下面，说明本实施方式中的车辆起步时的变速控制。图3是表示起步控制单元29的处理流程的流程图，图4是车辆起步时的行驶负荷的说明图，表示了发动机和离合器的转速、离合器行程、离合器吸收能量的随时间变化的例子。
起步控制单元29在车辆起步时，根据输入到变速器ECU41中的离合器行程信号121、离合器转速信号125、发动机转速131，推定起步时的行驶负荷，执行在行驶负荷大的情况下禁止变速齿轮档换高速档，保持起步时的变速齿轮档的控制。
行驶负荷由起步时通过离合器控制单元23自动控制的离合器3上的负荷推定。离合器机构3上的负荷(离含器吸收能量)E，由传递到离合器上的扭矩T、发动机转速NE和离合器转速NC按照
E＝∫T·|NE-NC|····(1)
表示，也就是说，通过在半离合状态的时间带内，对发动机转速NE和离合器转速NC的差值与离合器传递扭矩T的积进行积分而求出。
此外，半离合状态下的离合器传递扭矩T可以由离合器行程来推定。图5是表示离合器行程与离合器传递扭矩的关系的图。也就是说，在离合器接合的情况下，传递最大离合器传递扭矩的100％，离合器行程越接近断开，离合器传递扭矩越小，离合器断开时则为0，在变速器ECU41的ROM415中存储以表格的方式表示该离合器扭矩与离合器传递扭矩的离合器传递扭矩·对应图30。
根据图3的流程图说明起步时的变速控制的处理流程。
首先，由离合器行程信号121判断离合器的状态(S201)。在离合器断开的情况下(S201的断开)，判断为起步的初始动作尚未开始，重复S201的处理。也就是说，相当于图4的从时间t0到t1之间。
在S201中判断离合器状态为半离合的情况下(S201的半离合)，进行求出行驶阻力的处理(S202～S203)。也就是说，首先，以通过输入输出接口417输入到变速器ECU41中的离合器行程信号121的值为基础，参考存储在变速器ECU41的ROM415内的离合器传递扭矩对应图30，读出离合器传递扭矩作为Tt(时间t的离合器传递扭矩)(S202)。然后，按照式(1)计算离合器吸收能量E(S203)。也就是说，根据通过输入输出接口417而输入到变速器ECU41内的发动机转速信号131和离合器转速信号125，求出时间t中的发动机转速NE与离合器转速NC的差，再求出该差与离合器传递扭矩Tt的积，在从达到半离合状态的t＝t1到当前时间点t的范围内对该值进行积分。这样，求出时间t的离合器吸收能量E。
然后，判断离合器吸收能量E是否大，即行驶阻力是否大(S204)。也就是说，判断离合器吸收能量E是否大于事先确定的阈值α(例如，α＝40kJ)。在离合器吸收能量E大于阈值α的情况下(S204的是)判断为行驶负荷大。
如图4所示，如果t＝t1以后，成为半离合状态，则离合器转速慢慢上升，最后达到发动机转速。这时，在行驶阻力小的情况下(图4的实线)，离合器转速的上升快，例如，在t＝t2时达到发动机转速。另一方面，在行驶阻力大的情况下(图4的虚线)，离合器转速的上升较慢，例如，需要达到t＝t3。通常，如果离合器转速达到发动机转速(t＝t2或者t＝t3)，则使离合器达到接合状态。
离合器吸收能量E以达到半离合状态的时间点(t＝t1)作为计算的开始点，在小于或等于阈值α的情况下(S204的否)返回到S201，重复处理。
也就是说，如图4的下段所示，t＝t1以后，离合器吸收能量E慢慢增大，但即使在行驶阻力大的情况下，离合器吸收能量E在t＝t4之前也不超过阈值α。因此，在t＝t1～t4的期间，重复执行从S201到S204的处理，离合器吸收能量E的值慢慢增大。
在离合器吸收能量E超过阈值α的情况下(S204的是)，起步控制单元29向换档信号生成单元33发送禁止变速的信号。换档信号生成单元33如果收到该信号，则在按照变速对应图27进行变速的情况，例如，为车速和油门开度达到了执行换高速档的值的情况下，也不进行换档信号的生成。这样，保持起步时的变速档。
变速齿轮档的保持在油门开度不足10％，或者发动机转速NC达到大于或等于4000rpm之前一直持续(S206、207)。也就是说，在油门开度大于或等于10％的情况下(S206的否)，检查发动机转速NC的值，在不足4000rpm的情况下(S207的否)返回到S206，重复处理。
在油门开度不足10％(S206的是)或者发动机转速NC大于或等于4000rpm(S207的是)的情况下，起步控制单元29使控制返回到换档信号生成单元33(S208)，结束起步控制处理。换档信号生成单元33由此解除变速齿轮档的保持，进行与变速对应图27相对应的变速控制。
另一方面，在行驶阻力小的情况下，离合器吸收能量E的值不超过阈值α(图4下段的实线)，S204重复“否”，直到离合器转速达到发动机转速(t＝t2)，一直重复从S201到S204的处理。如果离合器转速达到发动机转速，则离合器机构3被控制为接合，变成S201的接合，使控制返回到换档信号生成单元33(S208)，结束起步控制处理。
通过以上的起步控制处理，可以推定刚起步之后的行驶阻力，在达到变速对应图27的进行变速处理的车速的情况下，也可以在行驶阻力大时禁止变速，使变速齿轮档保持在起步时的齿轮档上。
这样，通过在起步后的半离合时由离合器上的负荷来推定行驶阻力，不需要传感器类等用于检测行驶阻力的特殊装置就能够推定刚起步之后的行驶阻力，在刚起步之后的行驶阻力大的情况下，可以禁止换高速档，在规定期间保持变速齿轮档。
由此，具有以下效果：与利用由行驶中的加速度或发动机扭矩推定的行驶阻力，禁止起步后的换高速档的方式相比，通过本发明能够迅速地推定行驶阻力，可以更可靠地防止起步时的变速齿轮档摇摆，能够防止行驶感觉不舒适。
此外，起步时离合器上的负荷越大，陡上坡道路和载重量大等行驶时对车辆所加的负荷即行驶阻力越大。因此，通过将离合器上的负荷，作为对发动机转速和离合器转速的差值与离合器传递扭矩的积进行积分的离合器吸收能量进行计算，能够推定行驶阻力。
此外，因为利用表示离合器行程与离合器传递扭矩值的关系的对应图，通过由离合器行程值求出离合器传递扭矩，不需要求离合器传递扭矩时的复杂的控制逻辑，就能够更快地求出离合器传递扭矩，所以可以迅速推定刚起步之后的行驶阻力，能够更可靠地禁止不必要的换高速档。
另外，本发明并不仅限于上述实施方式，能够进行各种更改，这些更改也包括在本发明的技术范围内。例如，在本实施方式中将离合器吸收能量E的阈值α定为40kJ，但其并不仅限于该值，也可以预先根据测量等而确定为其他值。此外，在本实施方式中，将判断使变速控制返回到换档信号生成单元33的时间点的油门开度定为例如10％，将发动机转速定为例如4000rpm，但这些值是例子，并不限于此值，可以预先确定为规定的值，存储到变速器ECU41的ROM415中。

Claims (3)

1. 一种机械式自动变速控制装置，其具有：
发动机；
变速器，其用于向车辆的输出系统输出驱动力；
离合器，其安装在上述发动机与上述变速器之间，将来自于发动机的驱动力选择性地传递到上述变速器上；
运转状态检测单元，其检测车辆的运转状态；
变速对应图，其存储根据车辆的运转状态的目标变速档；以及
变速控制单元，其根据由上述运转状态检测单元所检测出的车辆的运转状态，随着由上述变速对应图更改目标变速档，使上述离合器和上述变速器动作而进行变速，其特征在于，具有：
离合器负荷检测单元，其检测上述离合器上的负荷；以及
行驶阻力推定单元，其由上述离合器负荷检测单元所检测的起步后的半离合时的上述离合器上的负荷，推定车辆起步时的道路坡度或载重量等行驶阻力，
上述变速控制单元在由上述行驶阻力推定单元所推定的上述行驶阻力大于规定值的情况下禁止变速，保持当初的变速档。
2. 如权利要求1所述的机械式自动变速控制装置，其特征在于，
上述离合器负荷检测单元，通过对发动机转速和离合器转速的差值与离合器传递扭矩的积进行积分，计算出前述离合器上的负荷。
3. 如权利要求2所述的机械式自动变速控制装置，其特征在于，
上述离合器负荷检测单元，利用表示离合器行程与离合器传递扭矩值的关系的预先设定的对应图，由离合器行程值求出前述离合器传递扭矩。
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