CN100451372C

CN100451372C - 定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法

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Publication number: CN100451372C
Application number: CNB2006100004065A
Authority: CN
Inventors: 曾士哲; 陈义仁; 林金亨
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: CN1995774A

Abstract

一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其是利用离合器致动器啮合离合器至不同位置时，其引擎转速与变速箱输入轴同步的时间比例或其变速箱输入轴转速的加速度量与扭力间的比例，推算出其间的离合器扭力比例，再利用实验或假设其离合器位置与扭力的关系，由此定义出离合器扭力为零，亦即离合器初始接触点的位置，并可推算出离合器的扭力特性曲线。

Description

定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法

技术领域

本发明涉及一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，特别涉及一种不需外加传感器及电子节气阀，利用运算方式及实验数据的验证即可精确定义出自动离合车辆的离合器初始接触点位置以进行磨耗补偿的方法。

背景技术

一般而言，于自动离合(Automated manual transmission/Automated clutchManual Transmission)的车辆中，其动力系统10的组成如图1所示，包括：引擎11、飞轮12、离合器13、变速箱14及离合器致动器(Clutch Actuator)15，离合器13则是经由一控制单元16驱动离合器致动器15进而推动离合器13达到控制单元16需求的位置，当驾驶者17于起步171或换档172的行驶状况下，每当离合器13进行啮合(engage)动作时，都会先将离合器13啮合至一接近点(approach point)以等待下一步动作，相较于传统手排变速箱而言，由于自动离合车辆的所述离合器13的动作并非由驾驶者17本身操控，因此离合器13经长时间使用而产生了较大的磨耗量后，若不对其磨耗量作一磨耗补偿，则将会对本身程控产生不良影响，进而影响车辆的行车质量及其安全性，而若能明确定义离合器13初始接触的位置对于离合器13控制来说，便成为一关键的技术。

就目前已知专利所提供用以定义离合器接触点位置的方式而言，可分为以下几种：

(1)电路控制方式：

如美国专利4440279号Control system or method for a friction device suchas a clutch or brake，其是利用电子讯号对于扭力的侦测，定义出离合器的接触点及啮合点；

这种方式的缺点在于：易受电磁干扰，且由于资料判定不易，故所得结果的准确度较不稳定。

(2)引擎转速变化方式：

如美国专利4629045号Automatic clutch control system，其作动原理为，当满足离合器补偿条件时，先快速啮合离合器再退出，此时将带动变速箱输入轴转速转动，再慢慢啮合离合器，此时若变速箱输入轴转速有变化发生的离合器啮合位置则定义为接触点，再利用学习控制(Learning Control)的方式来定义离合器的有效范围，并可由此方法反向定义出离合器的接触点；

再如美国专利4646891号Automatic clutch control，其是利用定速率前进马达并同时感测引擎的转速变化，当其变化满足一事先所设定的值时，则定义此时的离合器位置为接触点；

再如美国专利5393274号Touch point identification algorithm for automatedclutch controller，其是利用定速率前进马达，并同时感测引擎的转速变化率，当变化率下降40％～60％时，则定义此时的离合器位置为接触点；

再如美国专利5411124号Method and apparatus for determining clutch touchpoint，其是假设离合器的扭力与其位置为一线性关系，将扭力、引擎转速及离合器前进时间作一关系连结，而得到离合器的接触点位置；

这种方式的缺点在于：属于较早期的使用方式，由于定义方式较为粗糙，故其精确度不佳，且无法利用此种方式修正离合器扭力曲线。

(3)扭力控制方式：

如前述属于引擎转速变化方式的美国专利5411124号Method andapparatus for determining clutch touch point，亦属于此种方式，其是假设离合器的扭力与其位置为一线性关系，将扭力、引擎转速及离合器前进时间作一关系连结，而得到离合器的接触点位置；

再如美国专利6022295号Touch point identification for vehicle masterclutch，其是利用扭力控制的方式将引擎转速固定在怠速(Idle)，并利用离合器控制得到扭力A及B和位置A及B，再利用外插方式取得扭力为0的位置，此点即为离合器的接触点位置；

再如美国专利6086514号Clutch control method for determining clutchkiss-point during running condition，其是利用预先建立的油门、引擎转速及扭力曲线中的负压力区域原理，在换文件的引擎煞车时，根据离合器行程扭力曲线，作一离合器的补偿矫正，并定义新的(磨耗后)离合器扭力曲线；

再如美国专利6309325号Method and apparatus for operating a clutch in anautomated mechanical transmission，其是利用一事先定义的离合器扭力与油门关系曲线作为啮合动作的依据，藉以修正离合器啮合程度的扭力曲线及定义其完全啮合位置和接触点位置；

这种方式的缺点在于：若车辆本身无扭力控制模块且无电子节气阀的装置，则此类控制方式将无法达成效果。

(4)加装传感器方式：

如美国专利5337874号Method/system fro determining clutch touch point，其是利用推动离合器的力量大小与离合器啮合位置的关系作为判断其初始接触点的指标，藉以定义离合器的接触点；

此种方式虽较为准确，其缺点在于：由于必须加装传感器，故使得制造成本增加。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，采用控制离合器的方式得到所需的值带入比例式及实验值，即可精确求得离合器初始接触位置以进行磨耗补偿。

本发明的次要目的在于提出一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，离合器致动器控制离合器到达定点时所求得的值，为引擎与变速箱转速的同步时间或离合器传递扭力所带动变速箱转速的加速度。

本发明的另一目的在于提出一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，通过实验所得的离合器扭力与其啮合位置关系图，可利用内插法定义出较精确的磨耗后的离合器扭力特性曲线以进行磨耗补偿。

为达到上述目的，本发明提出一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其包括下列步骤：

a’.通过一离合器磨耗补偿模块进行判断车辆是否满足修正条件，若变速箱档位位于空档，且引擎转速为怠速、变速箱输入轴转速为零时，表示修正条件成立，可进行步骤a，反之则进行步骤f；

a.控制离合器由完全脱离位置前进至造成变速箱输入轴速度变化的指定位置；

b.计算第一次离合器啮合位置的变速箱输入轴加速度；

c.计算第二次离合器啮合位置的变速箱输入轴加速度；以及

d.依据步骤b及步骤c所得数值计算出离合器初始接触点的位置；

e.推算出离合器的扭力曲线；

f.结束。

较佳地，所述离合器磨耗补偿模块是为一可侦测行车系统状态而自动开启的离合器磨耗补偿模块。

较佳地，所述行车系统状态是指离合器片过热或过度打滑的情形。

较佳地，所述行车系统状态是指车辆经过一定时间的驾驶后。

较佳地，所述离合器前进方式是利用马达控制的方式定速率前进至指定位置。

较佳地，所述指定位置比初始的离合器接触点多进入10～30％。

较佳地，所述轴加速度的计算方式是由初始固定点的速度与依预定义的速度作一加速度的运算。

较佳地，其演算离合器完整的扭力曲线的步骤更包括对离合器总行程作多点线性回归计算。

较佳地，其步骤d是依据程序

{ΣT}_{External} = T - T_{D} = I \overset{\cdot \cdot}{θ}

及

\overset{\cdot}{θ} = {&Integral;}_{0}^{t_{s}} \overset{\cdot \cdot}{θ} dt = \overset{\cdot \cdot}{θ} t_{s} = ω

计算出离合器初始接触点的位置。

较佳地，其步骤e是通过实验所得的离合器扭力与其啮合位置关系图，再利用内插法而定义出离合器的扭力曲线。

较佳地，其是适用于自动离合车辆。

为了对本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，配合图式详细说明如后。

附图说明

图1是现有动力系统的架构示意图；

图2是本发明原理的动力系统的架构示意图；

图3是离合器啮合程度与扭力的特性曲线图；

图4是本发明定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法的一较佳实施方式流程图；

图5是本发明定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法另一较佳实施方式流程图。

现有技术：10-动力系统；11-引擎；12-飞轮；13-离合器；14-变速箱；15-离合器致动器；16-控制单元；17-驾驶者；171-起步；172-换档。

本发明：20-动力系统； 21-引擎；22-飞轮；23-离合器；24-变速箱；241-输入轴；I-惯性距；F-引擎出力；N-离合器出力；T-扭矩；TD-反向扭矩；θ-角度；

-角速度；

-角加速度；ω-速度。

具体实施方式

以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，本案的技术手段并不限于所列举图式。

本发明是利用变速箱输入轴转速的加速度与其与引擎转速的同步时间，作一离合器扭力曲线的修正和离合器初始点的定义，请参阅图2所示的动力系统20，说明本发明的原理如下：当引擎21运转启动输入一力F时，会带动飞轮22转动一速度ω，并产生一扭矩T，此时离合器致动器(图中未示)被驱动而推动离合器23施加一力N将飞轮22与离合器23接合，使得飞轮22与离合器23联动，同时带动变速箱24转动一角度θ，并对抗外界所赋予的反向扭矩TD，当车辆处于空档时，其所带动的反向扭矩TD为一定值，故在此可设定其为常数项，而T项则为引擎21经飞轮22与离合器23啮合程度有关的扭矩，同时再将离合器23的摩擦是数设为定值，如此，可知扭矩T仅与力N有关系。

依据

{ΣT}_{External} = T - T_{D} = I \overset{\cdot \cdot}{θ}

------(程序1)；

T-扭矩；

TD-反向扭矩；

I-惯性距；

-角加速度；

可得

\overset{\cdot \cdot}{θ} = \frac{T - T_{D}}{I}

---------------(程序2)；

由程序2可知T-TD正比于由于反向扭矩TD为一定值，故扭矩T正比于角加速度

再依据

\overset{\cdot}{θ} = {&Integral;}_{0}^{t_{s}} \overset{\cdot \cdot}{θ} dt = \overset{\cdot \cdot}{θ} t_{s} = ω

-----(程序3)

-角速度；

-角加速度；

t-时间；

ω-速度；

可得

t_{s} = \frac{ωI}{{T - T}_{D}}

---------------(程序4)

由程序4可知扭矩T反比于时间ts。

据此，再假设当离合器23与飞轮22啮合程度变化量较小时，将其与离合器23的扭力视为一线性关系，为定义离合器23的接触点位置，此时可将变速箱24的输入轴241转速的角加速度

及其同步时间对离合器23位置的关系视为一线性关系，或利用实验事先定义出离合器23的扭力曲线，再利用外插法即可取得离合器23扭力为0的位置，如图3所示的特性曲线图，曲线L0为全新离合器的扭力曲线，曲线L1为半磨耗离合器的扭力曲线，曲线L2为全磨耗离合器的扭力曲线，如此，即可依据曲线L0对不同磨耗程度的离合器进行磨耗补偿矫正。

根据上述原理及所定义出的扭力曲线图，可归纳本发明的控制方式如图4及图5所示，其差异在于图4是为记录时间方式，而图5是为计算角加速度值方式，然而两种方式均可达到本发明定义离合器初始接触点的目的。

首先，请参阅图4所示的方式：

4a.开始：离合器磨耗补偿模块启动；

4b.是否满足修正条件；首先判断车辆是否满足修正条件，若变速箱档位位于空档，且引擎转速为怠速、变速箱输入轴转速为零时，表示修正条件成立，可继续下一程序；而若不成立，则离开离合器磨耗补偿程序(4f)；

4c.以一定速度移动离合器至导致变速箱输入轴速度变化的位置A，等待其输入轴转速与引擎转速同步，并记录其经历时间tA。

4d.等待输入轴转速静止后，以一定速度移动离合器至导致变速箱输入轴速度变化的位置B(大于A)，等待其输入轴转速与引擎转速同步，并记录其经历时间tB。

4e.由于扭力T反比于时间(依据程序4)，并假设此时由于离合啮合程度较浅，故可将离合器啮合程度与其扭力呈现一线性关系，因此可利用此线性关系做一外插求得T＝0，亦即离合器接触点的位置。

根据上述控制方式的流程，可归纳本发明所提供的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其包括下列步骤：

a.控制离合器由完全脱离位置(disengage)前进至造成变速箱输入轴速度变化的位置；

b.记录第一次离合器啮合位置的同步时间；

c.记录第二次离合器啮合位置的同步时间；

e.通过实验所得的离合器扭力与其啮合位置关系图，再利用内插法而定义出离合器的扭力曲线。

通过上述步骤即可修正离合器各定义点位置完成离合器的磨耗补偿矫正。

于进行步骤a之前更包括一判别步骤，其是通过一可侦测行车系统状态而自动开启的离合器磨耗补偿模块进行判断车辆是否满足修正条件，所述行车系统状态是指离合器片过热或过度打滑的情形或车辆经过一定时间的驾驶后，若变速箱档位位于空档，且引擎转速为怠速、变速箱输入轴转速为零时，表示修正条件成立，可进行步骤a，反之则不进行步骤a；此外，于步骤a中，所述离合器可利用马达控制的方式定速率前进至指定位置，同时，为节省同步时间计算，所述指定位置比初始的离合器接触点多进入10～30％，以得到较快速的计算结果；此外，为取得完整的步骤e所需的离合器扭力曲线，可对离合器总行程作多点线性回归计算，以得到较精确的扭力曲线。

再请参阅图5所示的方式：

5a.开始：离合器磨耗补偿模块启动；

5b.是否满足修正条件；首先判断车辆是否满足修正条件，若变速箱档位位于空档，且引擎转速为怠速、变速箱输入轴转速为零时，表示修正条件成立，可继续下一程序；而若不成立，则离开离合器磨耗补偿程序(5f)；

5c.以一定速度移动离合器至导致变速箱输入轴速度变化的位置A，等待其输入轴转速与引擎转速同步，并计算其间的角加速度值。

5d.等待输入轴转速静止后，以一定速度移动离合器至导致变速箱输入轴速度变化的位置B(大于A)，等待其输入轴转速与引擎转速同步，并计算其间的角加速度值。

5e.由于扭力T正比于角加速度(依据程序2)，并假设此时由于离合啮合程度较浅，故可将离合器啮合程度与其扭力呈现一线性关系，因此可利用此线性关系做一外插求得T＝0，亦即离合器接触点的位置。

根据上述控制方式的流程，可归纳本发明所提供的另一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其包括下列步骤：

b.计算第一次离合器啮合位置的变速箱输入轴加速度；

c.计算第二次离合器啮合位置的变速箱输入轴加速度；

与图4揭露的方式相同，于进行本方法步骤a之前更包括一判别步骤，其是通过一可侦测行车系统状态而自动开启的离合器磨耗补偿模块进行判断车辆是否满足修正条件，所述行车系统状态是指离合器片过热或过度打滑的情形或车辆经过一定时间的驾驶后，若变速箱档位位于空档，且引擎转速为怠速、变速箱输入轴转速为零时，表示修正条件成立，可进行步骤a，反之则不进行步骤a；此外，于步骤a中，所述离合器可利用马达控制的方式定速率前进至指定位置，同时，为节省同步时间计算，所述指定位置比初始的离合器接触点多进入10～30％，以得到较快速的计算结果；所述轴加速度的计算方式是由初始固定点的速度与依预定义的速度作一加速度的运算；此外，为取得完整的步骤d所需的离合器扭力曲线，可对离合器总行程作多点线性回归计算，以得到较精确的扭力曲线。

综上所述，本发明提出的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其是利用离合器致动器啮合离合器至不同位置时，其引擎转速与变速箱输入轴同步的时间比例或其变速箱输入轴转速的加速度量与扭力间的比例，推算出其间的离合器扭力比例，再利用实验或假设其离合器位置与扭力的关系，即可定义出离合器扭力为零的位置，亦即初始接触点的位置，并可推算出离合器的扭力特性曲线，其方式简单、精确，且不需加装额外装置，可降低成本。

以上所述，仅为本发明的最佳实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于，包括下列步骤：

b.计算第一次离合器啮合位置的变速箱输入轴加速度；

c.计算第二次离合器啮合位置的变速箱输入轴加速度；以及

e.推算出离合器的扭力曲线；

f.结束。

2.如权利要求1所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：所述离合器磨耗补偿模块是为一可侦测行车系统状态而自动开启的离合器磨耗补偿模块。

3.如权利要求1所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：所述离合器前进方式是利用马达控制的方式定速率前进至指定位置。

4.如权利要求1所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：所述指定位置比初始的离合器接触点多进入10～30％。

5.如权利要求1所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：所述轴加速度的计算方式是由初始固定点的速度与依预定义的速度作一加速度的运算。

6.如权利要求1所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：步骤d是依据程序

{ΣT}_{External} = T - T_{D} = I \overset{\cdot \cdot}{θ}

及

\overset{\cdot}{θ} = {&Integral;}_{0}^{t_{s}} \overset{\cdot \cdot}{θ} dt = \overset{\cdot \cdot}{θ} t_{s} = ω

计算出离合器初始接触点的位置，其中，T为扭矩，T_D为反向扭矩，I为惯性矩，为角速度，

为角加速度，t_s为时间，ω为速度。

7.如权利要求1所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：步骤d的后更包括一步骤e，所述步骤e是通过步骤d所计算出离合器初始接触点的位置以推算出离合器的扭力曲线。

8.如权利要求6所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：所述步骤e更包括对离合器总行程作多点线性回归计算。

9.如权利要求6所述的定义离合器接触点及扭力特性曲线的方法，其特征在于：步骤e是通过实验所得的离合器扭力与其啮合位置关系图，再利用内插法而定义出离合器的扭力曲线。