CN102328654B - 改进手动变速器的换档质量和性能的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改进手动变速器的换档质量和性能的控制系统和方法。用于车辆的发动机的控制系统包括换档预报模块，所述换档预报模块基于车辆加速度、离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置来预报手动变速器的升档和降档中的一个。档位状态计算模块基于发动机速度和车辆速度来确定当前档位状态。下一档位状态计算模块确定下一档位状态。下一档位状态基于当前档位状态以及升档和降档中的所述一个。下一发动机速度计算模块基于下一档位状态和车辆速度来估计估计发动机速度。发动机速度控制模块基于估计发动机速度来调节发动机速度。

Description

改进手动变速器的换档质量和性能的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及控制系统，且更具体地涉及用于内燃机的发动机速度控制系统。

背景技术

在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作（在背景技术部分描述的程度上）和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。

在具有手动变速器的车辆中换档需要用于相对平稳换档的驾驶员技术。为了降档，施用离合器且手动变速器在接合另一档位之前移动通过空档。为了更平稳地降档，一些驾驶员在变速器处于空档时加速发动机，以使得发动机速度增加。这允许发动机速度匹配变速器速度。在降档期间，驾驶员很少能成功地通过加速发动机同时接合离合器将发动机速度匹配变速器速度。

当换档至更高的档位时，驾驶员施用离合器并且在选择下一更高档位之前移动通过空档。当在空档时，发动机速度减慢至合适速度以接合变速器。车辆在变速器处于空档时也减慢速度。处于空档的时间可取决于坡度、风力、驾驶员技术以及其它类似因素。当驾驶员在空档花费更多的时间以将发动机速度匹配变速器速度时，车辆的性能和燃料经济性趋于降级。

发明内容

用于车辆的发动机的控制系统包括换档预报模块，所述换档预报模块基于车辆加速度、离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置来预报手动变速器的升档和降档中的一个。档位状态计算模块基于发动机速度和车辆速度来确定当前档位状态。

在其它特征中，下一档位状态计算模块确定下一档位状态。下一档位状态基于当前档位状态以及升档和降档中的所述一个。下一发动机速度计算模块基于下一档位状态和车辆速度来估计估计发动机速度。发动机速度控制模块基于估计发动机速度来调节发动机速度。

在其它特征中，当离合器踏板位置指示施用离合器踏板时启用换档预报模块。车辆加速模块基于车辆速度来产生车辆加速度。

本发明涉及下述技术方案。

1. 一种用于车辆的发动机的控制系统，包括：

换档预报模块，所述换档预报模块基于车辆加速度、离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置来预报手动变速器的升档和降档中的一个；和

档位状态计算模块，所述档位状态计算模块基于发动机速度和车辆速度来确定当前档位状态。

2. 根据方案1所述的控制系统，还包括下一档位状态计算模块，所述下一档位状态计算模块确定下一档位状态。

3. 根据方案2所述的控制系统，其中，下一档位状态基于当前档位状态以及升档和降档中的所述一个。

4. 根据方案2所述的控制系统，还包括下一发动机速度计算模块，所述下一发动机速度计算模块基于下一档位状态和车辆速度来估计估计发动机速度。

5. 根据方案4所述的控制系统，还包括发动机速度控制模块，所述发动机速度控制模块基于估计发动机速度来调节发动机速度。

6. 根据方案5所述的控制系统，其中，当离合器踏板位置指示施用离合器踏板时启用换档预报模块。

7. 根据方案1所述的控制系统，还包括车辆加速模块，所述车辆加速模块基于车辆速度来产生车辆加速度。

8. 一种用于控制车辆的发动机的方法，包括：

基于车辆加速度、离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置来预报手动变速器的升档和降档中的一个；以及

基于发动机速度和车辆速度来确定当前档位状态。

9. 根据方案8所述的方法，还包括确定下一档位状态。

10. 根据方案9所述的方法，其中，下一档位状态基于当前档位状态以及升档和降档中的所述一个来确定。

11. 根据方案9所述的方法，还包括基于下一档位状态和车辆速度来估计估计发动机速度。

12. 根据方案11所述的方法，还包括基于估计发动机速度来调节发动机速度。

13. 根据方案12所述的方法，还包括当离合器踏板位置指示施用离合器踏板时启用换档预报。

14. 根据方案8所述的方法，还包括基于车辆速度来产生车辆加速度。

本发明的其它应用领域从后文提供的详细说明将显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅旨在用于描述目的且不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本发明通过详细说明和附图将被更完整地理解，在附图中：

图1是根据本发明的发动机控制系统的功能框图；

图2是根据本发明的控制模块的功能框图；以及

图3描述了根据本发明的用于控制发动机速度的方法。

具体实施方式

以下说明本质上仅为示例性的且绝不旨在限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑（A或B或C）。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。

如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器（共享的、专用的、或组）和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。

本发明涉及预报是否将发生升档或降档的控制系统和方法。预报可基于到加速器踏板、离合器踏板和/或制动器踏板的驾驶员输入和车辆加速度。预报还可在施用离合器时发生。本发明还可从车辆速度和发动机速度（使用反向计算）估计车辆的当前档位状态（当离合器被最初施用时）。在知晓升档/降档以及当前档位之后，本发明估计下一档位状态以及用于下一档位的预期发动机速度（使用正向计算）。所供应的燃料量被控制，使得实际发动机速度匹配用于下一档位的估计发动机速度。

现参考图1，示出了根据本发明的发动机控制系统。车辆10包括发动机12，所述发动机通过离合器18选择性地联接到手动变速器20。发动机12可以是火花点火发动机、柴油发动机、均质充气压缩发动机和/或任何其它合适发动机。空气通过过滤器22被抽吸到发动机12中以及通过节气门24进入到进气歧管28中。节气门可以是具有至加速器踏板的直联机构的机械节气门（未示出）或电子节气门（未示出）。

进气歧管中的空气传送通过进气阀（未示出）进入到发动机12的气缸（未示出）中。火花塞将火花点火发动机中的空气/燃料混合物点火。替代性地，压缩可点火柴油发动机中的空气/燃料混合物。在燃烧之后，排气流经排气阀（未示出）进入到包括排气歧管14和排气16的排气系统13中。排气系统13还可以包括排气处理装置，例如催化转化器（未示出）或其它装置。

控制模块30使用各种传感器输入控制发动机12的操作。仅作为示例，控制模块30可接收来自于进气空气温度（IAT）传感器34的IAT信号以及来自于空气质量流量（MAF）传感器38的MAF信号。

换档器50可借由机械连杆54连接到变速器20，以允许车辆20的操作员选择多个档位中的一个。加速器踏板组件60包括加速器踏板62和监测加速器踏板62位置的传感器（未示出）。制动器踏板组件70包括制动器踏板72和监测制动器踏板72位置的传感器（未示出）。离合器踏板组件80包括离合器踏板82和监测离合器踏板82位置的传感器（未示出）。

控制模块30还接收车辆速度输入。仅作为示例，车辆速度输入可基于防抱死制动系统（ABS）84、变速器输出速度传感器（TOSS）86和/或任何其它合适车辆速度传感器的输出。类似地，控制模块30基于发动机速度传感器88的输出接收发动机速度信号。

现参考图2，示出了根据本发明的控制模块30的示例性实施方式。控制模块包括车辆加速度计算模块110，其基于感测的车辆速度计算车辆加速度。当施用离合器时，换档预报模块122基于离合器位置、加速器位置、制动器位置和/或车辆加速度确定将发生升档还是降档。

在一些实施方式中，离合器踏板位置、加速器踏板位置、制动器踏板位置和车辆加速度是二进制值。在其它实施方式中，可使用指示相对位置的位置信号。仅作为示例，离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置指示相应的踏板是否被施用或释放。车辆加速可被分类为正范围、负范围和零范围。零范围可包括在零加速度周围的值的范围。

当前档位状态计算器124基于发动机速度和车辆速度确定当前档位状态。当前档位状态计算可在预定时间实施。所使用的当前档位状态计算是正好在离合器脱离之前计算得到的值。一旦离合器脱离，车辆速度对于发动机速度可能不匹配任何传动比。

下一档位状态计算模块128基于从升档/降档预报模块输出的升档/降档以及从档位状态计算模块124输出的当前档位状态来确定下一档位状态。下一发动机速度计算模块132基于下一档位状态计算模块128输出的下一档位状态来计算估计发动机速度。发动机速度控制模块136基于估计发动机速度来控制发动机速度。

现参考图3，示出了根据本发明的用于控制发动机速度的方法200。控制过程在210开始。在214，感测离合器、制动器和加速器踏板的位置。当施用离合器时，在220预报升档或降档。在222，从车辆速度和发动机速度确定当前档位。在226，预报下一档位状态。在230，基于下一档位状态估计发动机速度。在234，调节发动机速度以匹配估计发动机速度。

S. No.	离合器	制动器	加速器	加速度	换档
						1	1	0	0	负	降档
2	1	0	0	正	降档（滑行）
						3	1	0	1	负	降档（爬坡+更高档位）
4	1	0	1	零	升档（巡航）
						5	1	0	1	正	升档（加速）
6	1	1	0	负	降档（减速）
						7	1	1	0	零	降档（滑行）
8	1	1	0	正	降档（滑行）

上述的表格可用于确定是否应当发生升档或降档。升档或降档确定可基于离合器、制动器和加速器踏板位置以及车辆加速度。在施用离合器踏板之后可启动预报。基于这些输入，可预测升档或降档动作，如将在下文进一步描述的。

仅作为示例，当施用离合器、未施用制动器和加速器踏板并且车辆加速度处于负范围时，可预测降档。因此，发动机速度可基于该预计的降档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、未施用制动器和加速器踏板并且车辆加速度处于正范围时，可预测降档（滑行）。因此，发动机速度可基于该预计的降档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、未施用制动器踏板、施用加速器踏板并且车辆加速度处于负范围时，可预测降档（以更高的档位爬坡）。因此，发动机速度可基于该预计的降档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、未施用制动器踏板、施用加速器踏板并且车辆加速度处于零范围时，预测升档（滑行）。因此，发动机速度可基于该预计的升档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、未施用制动器踏板、施用加速器踏板并且车辆加速度处于正范围时，预测升档（加速）。因此，发动机速度可基于该预计的升档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、施用制动器踏板、未施用加速器踏板并且车辆加速度处于负范围时，预测降档（减速）。因此，发动机速度可基于该预计的降档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、施用制动器踏板、未施用加速器踏板并且车辆加速度处于零范围时，预测降档（滑行）。因此，发动机速度可基于该预计的降档状态来进行预测。

仅作为示例，当施用离合器、施用制动器踏板、未施用加速器踏板并且车辆加速度处于正范围时，预测降档（滑行）。因此，发动机速度可基于该预计的降档状态来进行预测。

在换档期间，根据本发明的控制系统减少在手动变速器中感受到的冲击。控制系统由于减少的滑动而趋于减少离合器摩擦材料的磨损和裂开。控制系统趋于改进燃料经济性，因为在低负载时（换句话说，当发动机从变速器脱离时）实现发动机速度的增加。该控制系统是对于手动变速器中换档质量改进的低成本方案。

根据本发明的控制系统还改进了车辆在操纵期间以及在爬坡时的性能。控制系统不需要添加附加硬件。相比于需要更高水平的驾驶员技术的其它手动变速器，控制系统还使得驾驶更为容易。

本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明包括特定的示例，但是由于当研究附图、说明书和下述权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围不应如此限制。

Claims (6)

1.一种用于车辆的发动机的控制系统，包括：

换档预报模块，所述换档预报模块基于车辆加速度、离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置来预报手动变速器的升档和降档中的一个；

档位状态计算模块，所述档位状态计算模块基于发动机速度和车辆速度来确定当前档位状态；

下一档位状态计算模块，所述下一档位状态计算模块基于当前档位状态以及升档和降档中的所述一个确定下一档位状态；

下一发动机速度计算模块，所述下一发动机速度计算模块基于下一档位状态和车辆速度来估计估计发动机速度；以及

发动机速度控制模块，所述发动机速度控制模块基于估计发动机速度来调节发动机速度。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当离合器踏板位置指示施用离合器踏板时启用换档预报模块。

3.根据权利要求1所述的控制系统，还包括车辆加速模块，所述车辆加速模块基于车辆速度来产生车辆加速度。

4.一种用于控制车辆的发动机的方法，包括：

基于车辆加速度、离合器踏板位置、加速器踏板位置和制动器踏板位置来预报手动变速器的升档和降档中的一个；

基于发动机速度和车辆速度来确定当前档位状态；

基于当前档位状态以及升档和降档中的所述一个确定下一档位状态；

基于下一档位状态和车辆速度来估计估计发动机速度；以及

基于估计发动机速度来调节发动机速度。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括当离合器踏板位置指示施用离合器踏板时启用换档预报。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括基于车辆速度来产生车辆加速度。