CN1009350B - 改进的自动变速系统控制方法 - Google Patents

Abstract

提供控制AMT系统10的一种方法，该方法包括检测已实际存在的或即将发生的车轮抱死状态的存在。响应上述车轮抱死状态，以一种尽量安全的方式修改控制该系统的方法。响应检测车轮抱死状态控制AMT系统10的方法包括立即释放离合器或耦合器14。并禁止中央处理单元56发出任何的变速箱变换齿轮的命令输出信号。

Description

本发明涉及一种提供多种齿轮减速比的自动变速箱的控制系统和方法，例如自动机械式变速箱（即“AMT”），尤其涉及用于机动车自动机械式变速系统的控制系统和方法，其中齿轮的选择和换挡的决定与执行是根据所测得和/或算出的各种参数而进行的，这些参数是机动车和/或变速箱输出轴速度、变速箱输入轴速度、发动机速度、油门位置、油门位置的变化率、机动车和/或发动机速度的变化率等等。更具体地说，本发明涉及一种控制机动车AMT系统的方法。包括识别（或检测）滑动或车轮抱死状态，响应滑动状态和从滑动或车轮抱死状态到系统恢复的检测。

在现有技术中采用刚性离合器的自动机械式和采用摩擦离合器的行星齿轮型的自动变速箱的控制系统是公知的。在现有技术中采用分立逻辑电路和/或软件控制微处理器的自动变速箱的电子控制系统也是公知的，其中齿轮选择和换挡决定是根据某些测得和/或算出的参数进行的。这些参数如机动车速度（或变速箱输出轴速度）、变速箱输入轴速度、发动机速度、机动车速度变化率、发动机速度变化率、油门位置、油门位置变化率、油门踩到底（急踩油门）、制动机构的起动、当前的啮合比等等。这种用于机动车的自动变速箱控制系统的例子可参考第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号美国专利文件。

在现有技术中，机动车制动防滑动或防抱死系统也是公知的。简单地说，由于车轮抱死或滑动将提供机动车停车和控制不是最佳的，因而希望识别实际上的或即将发生的车轮抱死，如果识别出这样的车轮抱死状态，就允许该车轮滚动到机动车的车速，然后再重新施加机动车制动。防滑动或防抱死的制动系统的例子可参考第3，767，270;3，768，872;3，854，556;3，920，284;3，929，382;3，966，267;3，995，912号美国专利文件。

在上述被参考的自动或半自动机械式变速箱控制系统和类似系统借助于选取一个能使燃料经济和/或使机动车功能最佳化所需的齿轮比并根据检测出的参数和/或命令换挡改成为所选取的齿轮比来有效地控制一个自动变速箱时，如果所采用的预定程序或控制方法不包括检测实际上的或即将发生的抱死或滑动状态（也称为车轮抱死状态）的逻辑和/或不根据检测的车轮抱死状态来修改该程序以提供最佳控制，则这样的控制系统是不能完全接受的。

车轮抱死状态存在涉及机动车AMT系统控制的一些问题，这些问题包括作用于车轮上的发动机和离合器的惯性力，此惯性力拖延车轮对滚动加速到机动车车速的时间;在打滑动时出现输出轴速度信号值不表示机动车车速的情况，这将使变速系统进行不希望的一次或多次快速换低挡的操作;以及需要给该系统提供一种能使输出轴速度信号能够重新表达车轮抱死状态期待结束时的机动车车速的真实指示的 能力。

根据本发明，通过为自动化机械式变速系统提供一个控制系统（最好是一个电子控制系统）和一种控制方法来克服或消除现有技术的缺点，在该变速系统中齿轮选择和换挡决定是根据测得的和/或算出的、包括指示发动机速度的输入信号、变速箱输入轴速度和变速箱输出轴速度的各种参数来产生和执行的。其它的输入或参数如指示油门位置的信号和/或油门位置变化率、主离合器状态、当前啮合的齿轮比、机动车制动操作等也用来对AMT系统的控制作出决定。该方法提供识别车轮抱死状态，并以修改控制算法作为对此的响应。

利用专门用于已识别的非标准状态如已识别的车轮抱死状态的另一种控制方法或算法来代替在没有这种非标准状态时所用的控制算法就是描述本发明的目的，本发明涉及修改用以处理输入信号发出控制AMT的输出指令信号的控制算法或程序。

实现以上所述的这些要给电子控制单元提供用以接收诸如来自机动车反抱死系统的指示车轮抱死的信号的输入装置和/或包括处理输入信号以确定车轮抱死状态的有无的逻辑单元。当识别出车轮抱死时，该控制方法就使机动车离合器或其它完全可分离的耦合器分离开来或仍然处于分离状态，并停止所有齿轮变换操作，这样可使车轮滚动到机动车的车速，并阻止该变速箱不希望的换低挡操作。该方法还包括识别表示车轮抱死状态结束的状态，和响应识别出可能的车轮抱死状态的结束、用以校核指示机动车车速的输出轴速度信号允许AMT系统的正常操作重新开始的步骤。

为此，本发明的一个目的是提供一种新的改进方法，用以控制一个包括识别车轮抱死状态和在这个识别出的抱死状态的允差内修改该 系统控制算法的机动车AMT系统。

本发明以上的及其它的目的和优点通过参阅以下附图以及对优选实施例的描述将会明了。

图1是本发明自动化机械式变速控制系统的部件及其相互连接的概括图。

图2A、图2B是说明实施本发明方法的优选实施例的流程图。

图1概括示出一个机动车自动化机械变速系统10，该系统包括利用油门控制的发动机12（譬如一个公知的内燃机）通过主离合器14驱动的自动多速变化齿轮变速箱11。自动变速箱11的输出是输出轴16，用以驱动联接一个相应的机动车部件譬如机动车驱动轴20的差速器18是适合的。上述动力传动部件受到几个装置的作用与监测，下面将要对这些装置逐个地详细描述。这些装置包括能检测机动车油门或其它燃料节流装置24控制的操纵器位置的、油门位置或油门开度监测部件22、用于控制供给发动机12燃油量的燃油控制装置26、能检测发动机转速的发动机速度传感器28、能接合和分离主离合器14、并能提供有关离合器状态信息的离合器操纵器30、变速箱输入轴速度传感器32、一个能有效地使变速箱11换挡到选定的齿轮比、并能提供一个表示当前啮合齿轮比信号的变速箱操纵器34、以及变速箱输出轴速度传感器36。还设有机动车制动监测器38，用以检测机动车制动器踏板40的动作。

该机动车还设有机动车反抱死系统，这在现有技术中是公知的，概括地用标号42表示。简单地说，反抱死系统包括中央反抱死逻辑单元44，该单元接收来自各种轮速传感器譬如传感器46和48的输入信号，以确定实际上的或即将发生车轮抱死状态的存在，并发出 输出指令输给制动器操纵器50和52，以使该机动车的停车和控制最佳化，这在现有技术中也是公知的。如果该机动车装设了反抱死系统42，则该系统通过滑动或抱死传感器54向该AMT系统10提供输入信号。

上述AMT系统的装置向中央处理单元（CPU）或控制器56供给信息或接收它的指令。中央处理单元56可以包括模拟的和/或数字的电子逻辑硬件，或更好的是在一似微处理器的基础上并使用软件方式的逻辑。中央处理器56还接收来自换挡控制部件58的信息，机动车的司机可利用换挡控制部件选择机动车操作的倒车挡（R）、空挡（N）或前向驱动（D）模式，电源（图中未画出）和/或增压流质源（图中未画出）向各传感器、操纵器和/或处理单元供电和/或压缩空气动力。传动力部件和上文所述类型的控制器在现有技术中是公知的，通过参阅上述第3，478，851;3，776，048;4，038，889;4，081，065;4，226，295;4，361，060号美国专利文件可更详知。

传感器22、28、32、36、38、54和/或58可具有任一公知的型式或结构，由此产生正比于上述参数的模拟或数字信号。同样，操纵器26、30、34、50、52可具有任一公知的电、气或电控气动型式，以按照处理单元56或44的指令信号进行操作。燃油控制执行器26通常按照操纵器对油门24的置位向发动机12供油，也可按照控制单元56的指令提供少（燃油下降）量或多（燃油上升）量的燃油。

中央处理单元56的作用就是按照一个程序（即预定的逻辑规则）和当前的或存贮的参数选取最佳齿轮比，变速箱11必须工作在最佳 齿轮比的情况下，如果有必要，则根据当前的和/或存贮的信息命令齿轮改变或换挡到所选取的最佳齿轮比。

CPU56执行各种功能，执行同样功能的较佳方式可详见1984年10月申请的系列号为第659，114号已批准的美国专利申请文件，和1983年11月刊登在公开的Society    of    Automotive    Engineers    SAE上的第831776号论文，这些公开文件做为参考文献。

在车轮抱死或滑动状态的情况下，重要的是：对AMT系统的控制逻辑提供一种检测下列状态的方法，该状态即是由指示变速箱输出轴转速的传感器36来的输入信号不能真实指示机动车速度，对此，系统可能将进行不需要的变速箱11向低换挡的状态。此外，希望发动机12及离合器14的惯性从制动的机动车驱动轮对60上分离开来，能允许该轮对快速滚动到机动车的速度，以提供最佳的机动车停车和控制的情况。

由AMT中央处理单元56所进行的识别实际上已存在的或即将发生的车轮抱死的状态是相当简单的，换句话说，它可包括：如果给该机动车设置这样的反抱死系统42，则接收来自机动车反抱死系统42的信号，或对来自变速箱输出轴速度传感器36的信号进行微分并将该信号与一个相应的或有关车胎与路面保持滚动摩擦时的最大可能的输出轴减速率的参考信号相比较。当机动车进入滑动时，车胎60和输出轴16以比保持滚动摩擦时可能的减速度大得多的减速度减速。因此，每当检测出输出轴减速度超过滚动车胎最大可能的减速度时，它一定是滑动状态。滑动状态一检测出，输出轴当前速度就被存贮，这样它可在以后的滑动恢复算法中使用，这种算法将在下面详细讨论。

在检测出滑动或车轮抱死状态存在以后，系统10必须以尽可能安全的方式响应检测的状态。控制AMT系统10响应检测的滑动状态的运算逻辑或方法在于立即释放离合器或耦合器14，禁止中央处理单元56进行变速箱齿轮的改变。上述响应使机动车司机平安地度过一次滑动的经历，不需要抑制发动机的力矩，也不为变速箱系统10在滑动期间决定换低挡而操心。重要的二点是：释放耦合器14让制动的车轮对60不受发动机12和离合器14的输入盘惯性的阻碍滚转到机动车速度;而禁止变速箱11中的齿轮变化就防止了由于在车轮抱死期间不真实反映机动车车速的输出轴速度信号，使运算逻辑进行不希望的一次或多次向低挡换挡。

在本方法的滑动允差逻辑中包含由于在光滑表面上施加超量的制动转矩而引起的滑动或车轮抱死。因此未加油门24，发动机12就自动地怠速下来，输出轴速度将在最小值上而不代表机动车车速。在输出轴速度到达抱死前值的预定百分数和/或油门24再被操作之前，车轮被假定为滑动状态，从而仍继续使离合器14保持分离并禁止控制器56换挡指令仍被禁止。

本方法能使该逻辑检测前次检测出的滑动状态可能结束，并提供验证这个情况的步骤，和/或让来自传感器36的输出轴速度的输入信号代表机动车车速。

参见图2A和2B，首先，将输出轴当前速度（“OSc”）与当滑行首次被检出时存贮的输出轴速度（“OSi”）比较。如果当前的输出轴速度等于或大于存贮的输出轴速度的预定百分数、如75%，则假定是准确的（即代表机动车车速）并在短延时之后采用非车轮抱死控制算法让AMT系统10的控制恢复，以允许滑动恢复。如 果是另一情况，当前输出轴速度OSc未恢复到存贮的输出轴速度OS₂的75%，则需要采取其它步骤，以确定该机动车是否仍在滑动。该车司机再操作油门24、正如油门位置传感器22检测出的，由它作为一个指示：即代表滑动状态可能已经结束并且司机希望该机动车以正常方式继续操作。一旦检测出油门24再被操作，AMT系统的逻辑就提供一种方法，以做出由输出轴速度传感器36提供的信息是否准确的决定（准确即该信息代表机动车车速）或作出一个或多个主动轮是否还在滑动的决定。采用两步法做出这个逻辑决定。

为了判断驱动轮对是否仍在滑动，为使主动轮不滑动，发动机速度应等于输出轴速度乘以齿轮比乘积中较大的一个或发动机空转速度，并操作离合器14。如果离合器接合完成，则油门平稳上升到参考值，该值不大于操作器所要求的油门位置点。离合器14接合，被看作是在未使发动机失速，离合器完全咬合已发生了。在短延时期间，如半秒，在离合器接合完成以后，计算输出轴速度变化，并将其与滚动摩擦状态下最大期望输出轴加速度（dos/dt）的参考值比较。如果dos/dt未超过参考值，则认为滑动已经结束。

如果在初始的努力中离合器接合尚未完成，则假定该机动车已经怠速下来到停车或至少到很低的速度，输出轴速度的输入信号真实地代表机动车车速。这时允许作出变速箱换挡的决定，在短延时之后（如半秒），离合器14可再被操作。

如上所述，中央处理单元56接收各种输入信号，并根据预定逻辑规则中的一个程序处理这些信号和/或所存信息，发出命令输出信号，以使AMT系统10操作。在各种机械式执行器对命令输出信号响应的每段时间中定时地、至少一次地使该逻辑校核车轮抱死状态是 存在或是不存在，如果有必要，采用容许上述检测状态的一套逻辑规则或操作方法。假定中央处理单元56是一个以微处理器为基础的控制单元，则处理当前和所存储参数并发出命令输出信号的一个完整周期可在不到15～20毫秒内完成，而一个典型的机械式执行器例如螺旋线圈控制的阀门等将最少需要20～30毫秒产生控制部件的初始移动。

虽然AMT系统10已描述为利用一个微处理器为基础的中央处理单元56加上由软件方式或算法来进行的方法和操作，但是操作也可用由分立硬件元件组成的电子/射流逻辑电路来进行，这是很清楚的。

离合器的操纵器30最好由中央处理单元56进行控制，它可使主离合器14接合和分离，还如上述第4，081，065号美国专利文件所述的。变速箱11可包括同步装置例加速踏板和制动机构，正如上述第3，478，851号美国专利文件所述的。变速箱11最好是具有一对中间轴式的，但并非必需这样，如参考文献第3，105，395号美国专利文件所述的。

虽然本发明叙述具有一定程度的特殊性，但可以理解还有各种可能的改型，它们不会超出下面权利要求所述的本发明要旨和范围。

Claims (20)

1、用以控制与装有车轮制动器(50、52)至少能制动一个驱动轮对转动的机动车相关的机动车自动机械式变速系统(10)的一种控制方法，所述的自动机械式变速系统包括一个油门控制的发动机(12)，一个在变速箱输入轴及与上述机动车驱动轮对传动联接的变速箱输出轴(16)之间具有多种可选齿轮比组合的可变齿轮变速箱(11)、一个可分离的、设在上述发动机和上述变速器输入轴之间作传动的离合器(14)，所述的自动机械式变速系统还包括一个信息处理单元(56)，它有一个用以接收包括代表上述变速器输出轴转速的输入信号(36)在内的多个输入信号的装置，上述处理单元还包括一个用以根据一个为给定的输入信号组合和产生指令输出信号提供一个预定的齿轮比的程序处理上述输入信号的装置，借此，上述变速系统按照上述程序加以操作，所述的自动机械式变速系统还包括装置(34)，它与上述变速系统相联，有效起动上述变速系统，它响应上述处理单元的输出信号，使上述齿轮比组合中的一个啮合起作用，本方法的特征是：

检测车轮抱死状态是否存在；

如果检测到车轮抱死状态存在，则修改上述程序以使上述离合器立即被分离；

如果检测到车轮抱死状态存在，则还改变上述程序以禁止上述处理单元产生所有的变速器齿轮换挡命令输出信号。

2、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于检测车轮抱死状态存在包括代表变速箱输出轴转速的当前输入信号值对时间的微分，和将上述微分值与一参考值比较，该参考值在驱动轮对保持滚动摩擦时所可能产生的变速箱输出轴的最大减速度有关。

3、根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于检测车轮抱死状态的存在包括代表变速箱输出轴转速的当前的输入信号值对时间的微分，和将上述微分值与一参考值比较，该参考值一般相应于机动车驱动轮对保持滚动摩擦时变速箱输出轴可能的最大减速。

4、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述机动车装配一个机动车制动反抱死系统（42），所述检测车轮抱死状态存在的包括接收来自所述反抱死系统的代表车轮抱死状态存在的输入信号（54）。

5、根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于所述机动车装配了机动车制动反抱死系统和所述的检测车轮抱死状态存在的包括接收来自所述反抱死系统的代表车轮抱死状态存在的输入信号。

6、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的输入信号还包括代表操纵器油门位置（22）的输入信号，所述方法的特征在于以下步骤：

检测油门位置;及

如果在检测车轮抱死状态存在之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值时，则处理上述输入信号，以确定是否所述前次检测出的已经存在的或即将发生的车轮抱死状态是否已经结束。

7、根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表油门位置的输入信号，所述方法的特征在于以下步骤：

检测油门位置;及

如果在检测出车轮抱死状态存在之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值时，则处理上述信号，以确定是否所述前次检测出的已存在的或即将发生的车轮抱死状态已经结束。

8、根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表油门位置的输入信号，所述方法的特征在于以下步骤：

检测油门位置;及

如果在检测出车轮抱死状态存在之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值时，则处理上述信号，以确定是否所述前次检测出的已存在或即将发生的车轮抱死状态已经结束。

9、根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表油门位置的输入信号，所述方法的特征在于以下步骤：

检测油门位置;及

如果在检测出车轮抱死状态存在之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值时，则处理上述信号，以确定是否所述前次检测出的已存在或即将发生的车轮抱死状态已经结束。

10、根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表油门位置的输入信号，所述方法的特征在于以下步骤：

检测油门位置;及

如果在检测出车轮抱死状态存在之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值时，则处理上述信号，以确定是否所述前次检测出的已存在或即将发生的车轮抱死状态已经结束。

11、根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于以下步骤：

存贮在检测出车轮抱死状态存在时代表输出轴转速的输入信号的初始值;

检测代表输出轴转速的输入信号的当前值;所述确定车轮抱死状态存在是否已经结束包括：

将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;

如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值的百分数，则返回到非车轮抱死状态控制算法。

12、根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于以下步骤：

存贮在检测出车轮抱死状态存在时代表输出轴转速的输入信号的初始值;

检测代表输出轴转速的输入信号的当前值;所述确定车轮抱死状态存在是否已经结束包括：

将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;

如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值的百分数，则返回到非车轮抱死状态控制算法。

13、根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于以下步骤：

存贮在检测出车轮抱死状态存在时代表输出轴转速的输入信号的初始值;

检测代表输出轴转速的输入信号的当前值;所述确定车轮抱死状态存在是否已经结束包括：

将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;

如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值的百分数，则返回到非车轮抱死状态控制算法。

14、根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于以下步骤：

存贮在检测出车轮抱死状态存在时代表输出轴速的输入信号的初始值;

检测代表输出轴转速的输入信号当前值;所述确定车轮抱死状态存在是否已经结束包括：

将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;

如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值的百分数，则返回到非车轮抱死状态控制算法。

15、根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于预定百分数是在50%～80%范围以内。

16、根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于预定百分数是在50%～80%范围以内。

17、根据权利要求15的控制方法，其特征在于预定百分数是在50%～80%范围以内。

18、根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表所述发动机转速的输入信号，代表所述变速箱输入轴转速的输入信号，代表所述离合器接合和分离状态的输入信号，所述方法其特征在于以下步骤：

使所述发动机以基本等于所述输入轴的速度旋转;

操作离合器;

当发动机速度保持在等于变速箱输入轴速度，但大于发动机失速速度时确定离合器能否完全接合;

返回到非车轮抱死状态算法，以使所述离合器的自动机械式变速系统不能与未失速而保持输入轴速度的上述发动机完全接合;

如果所述离合器能与在失速情况下保持输入轴转速的发动机完全联接，则让上述发动机的燃料供应量等于预定值，并监测一个代表输出轴速度对时间变化的测试值，如果上述测试值不超过最大参考值，则返回到非车轮抱死控制算法。

19、根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表所述发动机转速的输入信号，代表所述变速箱输入轴转速的输入信号，代表所述离合器接合和分离状态的输入信号，所述方法其特征在于如下步骤：

使所述发动机以基本等于所述输入轴的速度旋转;

起动离合器;

当发动机速度保持在等于变速箱输入轴速度但大于发动机失速速度时，确定离合器是否完全接合;

返回到非车轮抱死状态算法，以使所述离合器的自动机械式变速系统不能与未失速而保持输入轴速度的上述发动机完全接合;

如果所述离合器的发动机完全接合，则让上述发动机的燃料供应量等于预定值，并监测一个代表输出轴速度对时间变化的测试值，如果上述测试值不超过最大参考值，则返回到非车轮抱死控制算法。

20、根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于所述输入信号还包括代表所述发动机转速的输入信号，代表所述变速箱输入轴转速的输入信号，代表所述离合器接合和分离状态的输入信号，所述方法其特征在于以下步骤：

使所述发动机以基本等于所述输入轴的速度旋转;

起动离合器;

当发动机速度保持在等于变速箱输入轴速度但大于发动机失速速度时，确定离合器是否完全接合;

返回到非车轮抱死状态算法，以使所述离合器的自动机械式变速系统不能与未失速而保持输入轴速度的上述发动机完全接合;

如果所述离合器的发动机完全接合，则让上述发动机的燃料供应量等于预定值，并监测一个代表输出轴速度对时间变化的测试值，如果上述测试值不超过最大参考值，则返回到非车轮抱死控制算法。

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