CN102224050B

CN102224050B - 用于使转矩调节从限制状态返回非限制状态的方法

Info

Publication number: CN102224050B
Application number: CN2009801472524A
Authority: CN
Inventors: A·谢尔
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: CN102224050A; WO2010062246A1; BRPI0916179A2; RU2011126204A; RU2482989C2; BRPI0916179B1; EP2370299B1; EP2370299A4; SE0802475A1; EP2370299A1; SE533143C2

Abstract

本发明涉及在具有自动离合器的并且在离合器接合流程期间车辆的控制系统自动限制驾驶员的″发动机请求转矩″(M_b)的车辆中，使发动机转矩的调节从其中应用到应用转矩限值的状态返回到在离合器接合过程完成之后转矩限值减小并且最终完全停止的状态。本发明通过如下方式实现，即，根据″发动机请求转矩″(M_b)和″发动机限制转矩″(M_a)之差以及当前加速器踏板位置(T_p)，使控制逐渐从由发动机控制单元(8)调节的转矩限值返回到由驾驶员和加速器踏板(4)直接施加作用产生的转矩。

Description

用于使转矩调节从限制状态返回非限制状态的方法

技术领域

本发明总体上涉及车辆发动机的控制，特别是在完成离合器接合过程之后的发动机转矩的控制。本发明特别涉及如下的车辆，即该车辆具有自动离合器，并且其中驾驶员向控制元件/发动机的转矩需求在离合器接合过程期间受到自动制约并且对转矩的控制又作为加速器踏板踩下程度的函数返回给驾驶员。

背景技术

现代车辆发动机通常设置有发动机控制单元，该发动机控制单元通过加速器踏板踩下的位置来调节车辆发动机所输送的转矩。对于设置有自动离合器的车辆而言，在离合器接合过程期间发动机的转矩被自动限制是很常见的。加速器踏板则主要作为离合器踏板使用，因为它主要是在离合器接合过程中起作用。当离合器滑移时，发动机转矩在此期间受限以促进离合器接合过程，并且在此时加速器踏板的踩下位置不会与输送的实际发动机转矩相对应。应用转矩的限制是为了实现更加舒适的离合器接合过程并且使离合器的各个机械部分的磨损减到最低。因此，具有自动离合器的车辆的启动不会涉及使用驾驶员通过踩下加速器踏板而从发动机请求的全部转矩。

当离合器已经停止了滑移，即当滑移或者离合器上的相对速度为零或者接近零时，离合器接合过程就视为完成。离合器通常是弹簧加压的并且通常在飞轮和离合器片之间存在一定的较小的相对的正向或者负向的运动。为此滑移几乎不可能绝对为零。当离合器接合过程已经完成时，发动机输送的转矩调节从由自动调节的“发动机限制转矩”控制返回到由驾驶员通过加速器踏板踩下位置来控制。

希望驾驶员应该能感觉到调动功率和输送的发动机转矩之间的相关性，并且车辆在离合器接合过程之后应该尽可能快地像不存在发动机转矩限值一样地运转，即，踩下加速器踏板的程度应该与发动机输送的转矩相关。

然而，当离合器接合过程已经完成并且离合器已经停止滑移时，通常在驾驶员的“发动机请求转矩”和控制单元产生的“发动机限制转矩”之间存在差值，即“误差”。由于由发动机输送的转矩已经由“发动机限制转矩”控制，所以误差必须以某种方法消除从而使驾驶员能够恢复完全控制并且像正常驾驶一样经由加速器踏板控制发动机转矩。

有各种方法来消除误差或者差值。在离合器已经停止滑移之后由驾驶员使调节返回“发动机请求转矩”的一种已知方式是很简单地一步一步地或者以线性的方式使值从当前“发动机限制转矩”提高到“发动机请求转矩”。不幸的是这会得到不希望的影响，例如在驾驶员没有期望加速或者驾驶员没有改变加速器踏板的位置时，而车辆却逐渐加速。

当驾驶员需要精确地驾驶车辆时，这将会导致问题的产生，例如在驾驶员希望精确地驾驶车辆时或者在驾驶员考虑希望或者需要的情形下例如当平缓启动车辆时。这可以是例如如下的情形，即，在光滑的道路表面或者如果车辆必须朝向装货间倒退或者其他类似的情况。如果道路表面是光滑的并且例如车辆在上坡并且发动机转矩独自增大，就很容易理解为车辆可以开始滑移或者自由旋转并且不受控制地滑动。对于重载的车辆这样非常危险并且导致容易发生事故。

因此如果使用已知系统，就可能会使驾驶员经由加速器踏板施加的“发动机请求转矩”受到超越他/她的直接控制的因素的影响而发生改变。这些因素包括发动机的速度和其涡轮压力。这涉及如下事实，例如重型车辆通常具有如下转矩特性的柴油机，在较低的发动机转速下即车辆启动应用发动机转速时转矩特性不强劲，但是在正常驾驶下应用发动机转速时却更强劲。当离合器停止滑移之后通过车辆加速发动机的速度逐渐增大时，发动机输送的转矩将会提高，尽管加速器踏板位置没有通过驾驶员而改变。

已知用于控制具有自动离合器的车辆中的发动机转矩的各个先前的解决方案。

例如US4081065提到用于从静止启动车辆的方法。该方法在自动离合器机械部分接合期间控制滑移过程。由此发动机转矩就作为加速器踏板踩下位置的函数来进行调节，这意味着驾驶员被视为可以控制该过程。然而，该方法涉及到实际离合器接合过程期间的调节并且涉及加速器踏板位置和发动机转矩之间的直接关系。依照本发明方法涉及离合器接合过程已经完成之后发动机转矩的控制，并且发动机转矩的控制受到“发动机请求转矩”和“发动机限制转矩”之差的影响。

GB2225076提到了用于在驾驶期间实现增大转矩并且向驾驶员提供更好的控制的方法。该方法利用在操作期间发动机中存在的旋转动能并且当离合器操作/齿轮变化发生时使它返回到驱动轮。能量返回的速度涉及加速器踏板位置从而驾驶员就会有良好控制的感觉，并且转矩将会与加速器踏板位置有关联地发生变化。离合器这种技术仅仅在离合器滑移时间有效，即，只在当离合器上存在相对速度时这种技术才有效。相比较而言，本发明的目的是仅仅在不存在离合器上的滑移即滑移接近为零时才使调节返回。

US5206805提到用于实现更加有效的离合器接合的方法，该方法基于在某些情况下车辆产生的转矩可能会导致发动机达到不希望的工作状态。系统在离合器接合的滑移阶段期间通过调节离合器啮合力来控制发动机转速。啮合力在预定模式的基础上基于驾驶员请求转矩和离合器滑移来进行调节。本发明旨在当离合器接合过程已经完成并且离合器因此没有滑移时控制发动机转矩。

因此现有技术基本上都描述了在离合器实际接合过程期间控制发动机转矩的各种方式，然而本发明不会影响离合器接合过程期间的转矩。现有技术也没有指出任何方法来基于“发动机限制转矩”和“驾驶员请求转矩”之间的当前关系来控制发动机的转矩。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题并且提出方法，该方法使驾驶员在离合器接合过程已经完成之后能够更好地控制转矩从发动机输送到车辆的驱动轮，并且以他/她能感觉到动力调动和通过发动机输送的转矩之间的一致性的方式来实现。

本发明的另一个目的是提出一种方法，该方法使发动机转矩的调节从控制系统返回到加速器踏板而不存在与现有技术相关的缺点，因此在具有自动离合器的车辆中，在离合器接合过程期间控制系统已经限制发动机转矩之后，“发动机限制转矩”能够快速地适应与“驾驶员请求转矩”相同的等级。

本发明的另一个目的是提出一种方法，在离合器接合过程之后，例如当车辆在光滑道路表面上启动或者执行其它精确的操作时，对车辆提供增强的发动机控制，并且该方法增强了驾驶员对输送多少发动机转矩的控制。本发明的另一个目的是提出一种防止发动机转矩在驾驶员没有改变加速器踏板的踩下位置的前提下独自增大的方法。

上述和其它目的依据权利要求1、9、10表示的特征通过方法、计算机程序和计算机可读介质依照本发明得到实现。

由此本发明涉及用于调节发动机转矩的方法，该方法使驾驶员能够精确控制转矩，使该转矩甚至在离合器接合过程已经执行之后马上就能传递到车辆的驱动轮。本发明旨在仅仅当加速器踏板位置发生的变化是由驾驶员作用的情况下，才使发动机输送的转矩发生变化。发动机转矩的变化与加速器踏板位置的变化相关，并且由“发动机请求转矩”和“发动机限制转矩”之差除以未使用的加速器踏板踩下位置而计算得到。因此不存在能够决定发动机将输送什么转矩的绝对加速器踏板位置，并且只要加速器踏板保持在相同的位置，就会使发动机输送基本上恒定的转矩。

本发明的其他特征和优点通过如下陈述的本发明的更多细节说明和附图以及其它权利要求来指出。

附图说明

下文中将更详细地参照附图以一些优选实施例的实例来描述本发明。

图1的图形显示了控制系统中各个参数依照本发明在调节期间以及一踩下加速器踏板时如何相互作用的实例。

图2显示了依照本发明的核心流程步骤的流程图。

图3示意地显示了车辆部件的框图，其中这些车辆部件需要制造成可以实现依照本发明的方法。

具体实施方式

由此本发明涉及对于控制和调节车辆发动机的方法，尤其涉及用于控制具有自动离合器的车辆中从发动机输送的转矩的方法，其中，在离合器接合过程期间，该车辆的控制系统自动限制驾驶员请求的发动机转矩，并且在离合器接合过程已经完成之后，调节将会返回至驾驶员并且受到加速器踏板踩下的程度的作用。

图1的图形显示了在依照本发明的发动机转矩的调节期间发动机、离合器和齿轮箱各个参数是如何相互作用的。曲线表示各个参数作为时间的函数在每个时刻的值，它们的值绘制在纵轴上，时间在横轴上。这些曲线表示以下参数，即，“发动机限制转矩”M_a(发动机请求转矩限制)，是向发动机控制单元的限制发动机驱动力/转矩的请求，“发动机请求转矩”M_b(驾驶员所需转矩)，通过驾驶员踩下加速器踏板想要的/需要的转矩，以百分比表示的加速器踏板位置T_p，发动机转速N_e，和离合器“滑移”N_s，即车辆离合器上的相对速度。

误差F_(t)是随着时间变化的差值，而且为了实现依照本发明的效果，这个误差必须在完成离合器接合过程之后尽快地消除。误差F_(t)是“发动机请求转矩”M_b和“发动机限制转矩”M_a之差。

在时间t₀图形显示离合器已经停止了滑移，“滑移”N_s为零或者非常接近零。在这些情况下，发动机开始提高速度，导致驾驶员的“发动机请求转矩”M_b也开始增大。“发动机限制转矩”M_a，即由发动机实际输送的转矩将保持恒定，只要驾驶员保持加速器踏板处于相同的位置即可。

例如如果驾驶员开始释放加速器踏板，“发动机限制转矩”M_a和“发动机请求转矩”M_b之间的百分数差值保持不变，当加速器踏板完全释放时，“发动机限制转矩”M_a和“发动机请求转矩”M_b就变成相等为零或者接近零。当加速器踏板踩下时，其计算过程也与加速器踏板释放时的方式相似，并且当加速器踏板完全释放时转矩限值也结束了。当驾驶员开始释放加速器踏板时发动机的转矩由此逐渐减小。释放加速器踏板时对转矩限值的计算部分地涉及其它限制值并且在此没有更详细地描述。

车辆的加速器踏板可以通过机械方式在完全释放一点都没有作用的位置和完全踩下这两个极端位置之间进行调节，因此可能的位置可以通过从0到100％的踩下程度来表示。加速器踏板可以校准以便主动的可控的范围包括例如10％到90％之间的所有位置以及踏板通过机械方式实现的可能的移动“控制范围”。那么10％就为最小限制值T_min，90％为最大限制值T_max。在更高百分比加速器踏板位置中，即90％和100％之间，“发动机限制转矩”M_a受加速器踏板位置变化的影响，因为发动机的转矩限值在90％的加速器踏板位置T_p处就会停止。然而，90％之上的加速器踏板位置确实对驾驶员的“发动机请求转矩”M_b产生了影响或者说起了强化作用，这在该范围内实际上控制了发动机转矩。

加速器踏板的控制范围由惯用的工业标准分成250个阶段。如果0-100％的整个形成范围都使用了，那么每个阶段就对应加速器踏板位置变化的0.4％。每次加速器踏板位置T_p变化至少一个阶段，“发动机限制转矩”M_a变化到相应的范围。当加速器踏板向下压到其最大位置T_max时，误差F_(t)将为零或者实际上为零并且“发动机限制转矩”M_a的值应该与“发动机请求转矩”M_b的值对应。

图2显示了在离合器接合过程已经完成之后并且在检测到加速器踏板位置T_p发生变化之后尽可能快地执行的核心流程步骤的流程图。离合器接合过程已经完成通过“滑移”N_s即离合器上的相对速度为零或者非常接近零来确立。例如，这通过发动机输出轴上发动机的速度与齿轮箱输入轴上的速度相比较来确定。当速度之差为零或者非常接近零时，离合器接合过程视为完成。在离合器接合过程期间，通过发动机输送的转矩通过发动机控制系统基于“发动机限制转矩”M_a而没有通过“发动机请求转矩”M_b来控制。

流程步骤概述如下：

100.识别是否新的离合器接合流程已经启动。如果是，就接着进入下一个流程步骤。

101.检查是否离合器已经停止滑移，即是否离合器上的“滑移”N_s为零。如果是，就接着进入下一个流程步骤。

102.取“发动机请求转矩”M_b和“发动机限制转矩”M_a的现有值。“发动机请求转矩”M_b从发动机控制单元取得并且除了其它之外还受到加速器踏板位置T_p的影响。“发动机限制转矩”M_a最初通过发动机控制单元在离合器接合流程期间产生，因此第一次是从发动机控制单元取值。之后“发动机限制转矩”M_a依照该流程进行计算并且存储在存储器中。

103.比较“发动机限制转矩”M_a与“发动机请求转矩”M_b。如果转矩之差低于预定限制值，例如低于10Nm，那么该差值就被视为很小从而系统中“发动机限制转矩”M_a向“发动机请求转矩”M_b的调节就终止并且流程返回到流程步骤100。由此发动机转矩的控制就变成受加速器踏板被踩下位置T_p的影响。这个过程一直继续到新的离合器接合流程启动为止。如果所述值之差大于预定限制值，那么就进入下一个流程步骤。

104.检测加速器踏板位置变化T_d。当至少一个阶段的变化产生时，就识别该变化并且进入下一个流程步骤。仅仅加速器踏板位置的变化将会导致“发动机限制转矩”M_a的变化。

105.计算误差F。F是“发动机请求转矩”M_b和“发动机限制转矩”M_a之间的转矩之差。F的值存储在存储器中。

106.计算余下的、未使用的加速器踏板踩下位置T_L。未使用的加速器踏板踩下位置T_L与最大加速器踏板位置T_max和当前加速器踏板位置T_p之差相对应。

107.计算加速器踏板位置增强T_g。为误差F除以未使用的加速器踏板踩下位置T_L计算得到。

108.计算需要的“发动机限制转矩”变化M_d用于消除在加速器踏板最大踩下位置T_max处的误差F。这可以通过加速器踏板增强T_g乘以加速器踏板位置变化T_d计算得到。

109.检索“发动机限制转矩”M_a最新计算和存储的值。

110.通过先前的“发动机限制转矩”M_a加上期望的“发动机限制转矩”变化M_d计算得到新的“发动机限制转矩”M_a。“发动机限制转矩”M_a的新值存储在存储器中。

111.向发动机控制单元传输“发动机限制转矩”M_a的当前值。

112.控制发动机以便输送与计算的“发动机限制转矩”M_a相对应的转矩。之后返回流程步骤102。

由此执行从100到112的流程步骤并且之后进入102和112之间的循环直到“发动机限制转矩”M_a达到“发动机请求转矩”M_b的值为止。

“发动机限制转矩”M_a的当前值的计算也可以通过下面的公式概括：

M_{a} (t) = M_{a} (t - 1) + \frac{M_{b} * (T_{p} (t) - T_{p} (t - 1))}{(T_{\max} - T_{p} (t)) * M_{a} * (t - 1)}

下面应用的实例是基于依照本发明的方法的。如果在离合器接合流程完成之后驾驶员立即将加速器踏板踩到例如40％，那么误差F就通过对“发动机限制转矩”M_a和“发动机请求转矩”M_b的当前值彼此相减而计算得到。当驾驶员完全踩下加速器踏板即踩到加速器踏板的最大位置T_max时，在T_slut中显示的这种情形与90％加速器踏板位置相对应，此时所得的误差F应该为零。如果误差F例如是100Nm，这就应该随着加速器踏板踩下位置的增大而减小。因为90％加速器踏板位置是最大位置T_max并且40％是当前加速器踏板位置T_p，所以结果是50％的未使用的加速器踏板踩下位置T_L。100Nm的全部误差F因此将在50％的未使用加速器踏板踩下位置T_L上分配。对于驾驶员踩下加速器踏板的每个百分之一，“发动机限制转矩”M_a必须增大2Nm。

“发动机限制转矩”M_a的计算以及变化连续反复地发生直至值上升到“发动机请求转矩”M_b为止。在计算流程期间，由于发动机转速的增大、涡轮压力增大或者另外的这些让总误差F突然增大的原因，“发动机请求转矩”M_b自身可以增大，例如增大到120nm而不是100nm。对于计算流程中每百分之一的加速器踏板位置变化T_d，这会使增强值T_g发生变化。当驾驶员踩下加速器踏板到90％时，误差F应该为零并且因此“发动机限制转矩”M_a的值应该等于“发动机请求转矩”M_b的值，这种情况仍然是存在的。

如果驾驶员保持加速器踏板不动，通过发动机输送的转矩就不会因此增大。然而误差F却允许增大。这在图1的时间点t₀和t₁之间显示了。由此“发动机限制转矩”M_a的变化仅仅在加速器踏板位置发生变化的时候才发生，如图1在时间点t₁处所示。该增大涉及加速器踏板位置变化T_d。这使驾驶员能够对何时发动机转矩增大以及增大多少产生影响。如果加速器踏板踩下位置导致转矩增大大于预定导数，如图中t₂处所示，那么转矩增大就会被限制为每秒Nm的最大数。最大转矩增大可能例如取决于道路表面是否平滑而发生改变。对于系统自动接收是否道路表面平滑的指示并且因此施加较低的最大转矩增大，例如一种方法是：当车辆启动时，车辆的差速锁就起动。

图3示意地显示了元件的框图，其中这些元件形成可以实现依照本发明的方法的系统的一部分。车辆示意地显示具有发动机1、离合器2和齿轮箱3。加速器踏板4设置有传感器5，例如用于检测驾驶员调动的功率的电位计。控制单元6包括连接至用于发动机的控制单元8的中央电子元件(ECU)7、用于离合器的控制单元9和用于齿轮箱的控制单元10。计算元件11用于根据依照本发明的方法执行计算并且从存储器12和控制单元6的其它部分提取数据。离合器2上的相对速度通过例如设置在发动机输出轴14上的传感器13和布置在齿轮箱3的输入轴16上的传感器15来检测。

通常的情况是，用于加速器踏板位置T_p、发动机转速N_e、滑移N_s和“发动机请求转矩”M_b的信号需要对依照本发明执行计算的元件可用。但是却没有要求在车辆的特定部分执行计算。关键要求是元件应该能够存取这些信号并且同时自身能够限制发动机的转矩或者向可以直接限制发动机转矩的元件输送控制信号。

在可选实施例的实例中，依照本发明的计算在齿轮箱控制单元10中执行，在这种情形下，通常设置在控制单元10中的内存也被使用。

表示加速器踏板位置的来自加速器踏板4的信号供给中央电子元件7，该中央电子元件7然后处理该信号并且将信号输送到发动机控制单元8和齿轮箱控制单元10。发动机控制单元8计算“发动机请求转矩”M_b，齿轮箱控制单元10计算“发动机限制转矩”M_a。“发动机限制转矩”M_a的值输送给发动机控制单元8，发动机控制单元8根据这个值小于“发动机请求转矩”M_b的值来对发动机转矩的限制产生作用。当“发动机限制转矩”M_a的值大致与“发动机请求转矩”M_b对应时，发动机转矩的控制仅仅根据“发动机请求转矩”M_b来进行。

上面参照一些优选实施例描述了本发明。当然，本发明并不限于这些实施例，这些实施例仅仅被视为实例。因此本发明的其它实施例在所附权利要求的范围内也完全是可以的。因此，可以包含调节功能，如果驾驶员没有在合理的时间内将加速器踏板踩下到其最大位置，那么该调节功能使转矩限值即“发动机限制转矩”逐渐变成接近“发动机请求转矩”。因此防止了在转矩限值下长时间运行发动机。

Claims

1.一种用于在具有自动离合器的车辆中控制发动机输送的转矩的方法，从离合器接合过程期间应用转矩限值的状态控制到在离合器接合过程完成之后转矩限值减小并且最终完全停止的状态，其特征在于，

-驾驶员根据“发动机请求转矩”（M_b）和发动机输送的“发动机限制转矩”（M_a）之差和当前加速器踏板位置（T_p），通过发动机控制单元使发动机的转矩限值逐渐回到“发动机请求转矩”（M_b），藉此仅仅当加速器踏板位置（T_p）发生变化时，“发动机限制转矩”（M_a）才发生变化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

-当没有未使用的加速器踏板踩下位置（T_L）余下时或者当加速器踏板（4）完全释放到未踩下位置（t_min）时，就结束转矩限值，即，使“发动机请求转矩”（M_b）等于“发动机限制转矩”（M_a）。

3.如前述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于，

-检测加速器踏板位置变化(T_d)，

-计算“发动机请求转矩”（M_b）和“发动机限制转矩”（M_a）之差作为误差(F)，

-计算未使用的加速器踏板踩下位置（T_L），

-计算当前加速器踏板增强（T_g），

-计算当前“发动机限制转矩”（M_a），

-基于“发动机限制转矩”（M_a）的当前值，控制发动机的转矩。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

-在最大加速器踏板位置（T_max）处，消除误差(F)，以便“发动机请求转矩”（M_b）和“发动机限制转矩”（M_a）之差朝向零调节。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

-误差(F)除以未使用的加速器踏板踩下位置(T_L)计算作为加速器踏板增强（T_g）。

6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，

-将在“发动机限制转矩”（M_a）中的变化计算为加速器踏板增强（T_g）乘以加速器踏板位置变化（T_d）。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-通过在“发动机限制转矩”（M_a）的先前值上加上“发动机限制转矩”变化(M_d)的值计算作为新的“发动机限制转矩”（M_a）。