CN105189236A - 自适应自动变速箱控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种自适应自动变速箱控制系统响应于通过自动变速箱降低扭矩吸收的车辆停驶和到车辆前方障碍物的范围以在停驶之后重新啮合自动变速箱。在三种情况之一下扭矩转换器从其降低扭矩吸收模式释放：1)释放制动踏板；2)探测的障碍物移动到第一预定最大范围以外；以及3)探测的障碍物移动到第二预定最大范围以外且大于预定最小速度。

Description

自适应自动变速箱控制系统
背景
技术领域
本主题总体涉及用于机动车辆的液压自动变速箱的控制，更具体地涉及基于障碍物相对于机动车辆的速度或接近度控制变速箱工作模式。
技术领域的说明：
某些液压自动变速箱设置成在车辆停止期间降低施加到车辆发动机上的寄生负载。这种变速箱的示例包括由印第安纳州印第安纳波利斯的艾里逊(Allison)提供的示例，诸如3000HS、4000HS和4500HS自动变速箱。这些变速箱在车辆停车时以降低的压力运行，从而即使在变速箱保持“挂档”的同时也能完全停止。该运行模式降低发动机上的负载和用于保持最低空转速度的燃料量。艾里逊将该变速箱运行模式称为“停车时降低的发动机负载”(RELS)。
在指示制动释放时艾里逊变速箱从RELS模式返回到正常运行模式。在装备有气动制动器的车辆上，这种指示是制动系统空气压力的变化。这导致制动释放与变速箱返回到正常操作压力之间的滞后。操作者可能在停车后注意到车辆该部分上的迟滞或初始滞后加速度。
发明内容
一种用于车辆传动系的控制系统，具有：自动变速箱，该自动变速箱具有多个前进档并提供挂档时变速箱运行的降低扭矩吸收模式，且还提供给予障碍物的位置和障碍物靠近车辆的运动从降低扭矩吸收模式自适应释放。控制系统包括用于探测车辆前方障碍物的系统。这种障碍物探测系统通常设有自适应巡航控制系统。障碍物探测系统通常是基于雷达或激光反射器的系统并朝向基准车辆前方。障碍物探测系统提供到障碍物的范围和障碍物的前进速度矢量。只要当前选择的/要求的档位仍是前进档，发生三种情况之一变速箱就从降低扭矩吸收模式返回到正常运行模式：1)松开制动踏板(或探测到这种松开的间接指示)；2)障碍物移动到第一预定最大范围以外；或者3)障碍物在第一预定最大范围内的第二预定最大范围外，并具有超过预定最小值的前进速度矢量。该控制系统可在障碍物探测系统和车辆运行条件时进入降低扭矩吸收模式，指示操作者允许机动车辆滑行到停驶。
附图说明
图1是机动车辆传动系和相关控制系统的方框示意图。
图2是状态过渡图。
图3是位于装备有自适应变速箱控制系统的卡车前面的汽车侧视图。
图4是可装备有自适应变速箱控制系统的车辆在铁路平交道口短时停车的立体图。
具体实施方式
在以下详细描述中，不同附图中相同的附图标记和字符可用于指示相同、相应或类似部件。
现参照各图且具体参照图1，示出车辆传动系10和相关车辆控制系统12。传动系10包括至少第一原动机，这里实施为内燃(IC)机28、车辆驱动轮26和将扭矩从IC发动机传动到驱动轮的液压自动变速箱38。控制系统12包括控制器局域网(CAN)，其符合美国汽车工程师协会(SAE)J1939标准。CAN的主链是公共数据链路30，该公共数据链路30连接多个节点。各节点大致对应于几个控制器，其中几个控制器对传动系10部件实施控制。气动制动系统14的各元件还示出为包括伺服制动器52、压缩空气源31和用于控制压缩空气相对于伺服制动器52的施加和释放的阀块51。防抱死制动系统(ABS)控制器50控制压缩空气通过制动阀块51对行车制动器52的施加并监测车轮转速。
由各节点/控制器产生的CAN数据信息和数据链路30上的广播通常由类型表征且标示为源节点，但并不定址到任何特定节点。这些信息包括关于车辆运行和条件的数据并要求涉及某些车辆部件的运行。各节点编程为识别某些消息可应用于特定节点并响应于当前车辆条件的环境(从其它信息确定)中各信息中发生的要求而执行操作。例如，信息可通过变速箱齿轮选择控制器72产生，要求将变速箱38移动到倒档。只有当车辆条件允许时，变速箱控制器42将识别该要求(当前所选择的档位/所要求的档位信息)与其相关但将实施该要求。在当前所实现的档位为前进档且车辆速度为正的情况下，变速箱控制器42可保持该请求暂时搁置，因为尚未满足关于该请求的联锁。
控制系统12的图示是不完整的，但包括关于变速箱运行的节点/控制器和某些其它代表性控制器。在本发明的上下文中对变速箱38有操作关系的控制器包括：发动机控制模块(ECM)46；变速箱控制器42；变速箱档位选择控制器72；防抱死制动系统(ABS)控制器50；以及自适应巡航前进阻挡范围和速度探测系统(ACORVD)40。为了完整还示出仪表盘控制器58和主体计算机24。主体计算机24是可能的但不是唯一的，本文描述关于操作的车辆运行数据源。
传动系10所运行的环境的一部分是进入控制系统12或由控制系统12监测的当前操作者/驱动器输入。控制器的响应经受这些输入所建立的车辆情况和各传感器所建立的车辆的当前条件。主要但不是绝对通过主体计算机24的作用进行到控制系统12的操作者输入。主体计算机24连接成接收多个底盘输入，包括制动踏板位置和点火开关44位置。到主体计算机24的某些操作者输入通过开关组件56输入并使用低速数据链路64传送到主体计算机。该数据可包括选择由车辆所保持的巡航速度。制动踏板位置可由到主体计算机24的位置传感器输入来指示。行车制动器52的释放通过测量气动制动系统14空气压力的变化来监测。加速器位置由ECM46来直接接收。操作者档位选择是通过档位选择杆73，选择通过变速箱档位选择控制器12传送到控制系统12。
关于自适应变速箱运行控制的车辆环境还包括车速，车速可由防抱死制动系统(ABS)控制器50并通过数据链路30计算和报告。或者，发动机控制模块(EMS)46可使用由变速箱控制器42报告的输出轴速度与用于后(或驱动)轴比和轮胎尺寸的数据组合来基于驱动轮26的转速来确定车速。在任一情况下，变速箱控制器42可然后从数据链路30读取车速。
变速箱档位选择控制器72产生在数据链路30上广播的档位选择/要求信息。“选择档位”不一定与当前啮合档位或“实现的档位”是相同档位。变速箱控制器42直到满足用于这种放置的所有联锁才作用在所选档位信息上以将变速箱38放置在所选档位。取一个极端的例子，在车辆变速箱38处于前进档且车辆高速移动的同时，操作者可将选择器移动到“倒档”。在该情况下，变速箱控制器42将忽略所选档位信息，直到车辆停止为止(可能包括施加制动)。只有这样变速器控制器42才作用在所选/所要求档位信息(如果满足任何其它联锁)且只有这样当前选定档位才能匹配所实现的当前档位。所实现的当前档位通过变速箱控制器42在数据链路30上广播。当当前所选定档位不同于当前所实现的档位时，齿轮选择器73或仪表组58可用于通常通过指示灯的闪烁来指示该情况。这可能会在当前所选档位例如为倒档同时所实现的当前档位为前进档的情况下发生。在当前所选档位为前进驱动档且所实现的当前档位为前进低速档的情况下这不可能发生。
对IC发动机28的ECM46控制可响应于源自主体计算机24的CAN信息中实施的要求而发生。来自变速箱控制器42的信息可影响ECM46响应的特征。来自主体计算机24的信息可要求给定水平的扭矩输出，或者它们可要求IC发动机28怠速运行。怠速运行必需保持预定最小发动机28运行速度。降低发动机28上的负载降低发动机28的燃料消耗，即使怠速时也是如此。
在编程为在变速箱38上实施RELS模式或任何类似降低扭矩吸收模式的车辆中，变速箱控制器42可运行以在制动或滑行过程中车辆停止时降低变速箱38运行压力。降低的压力导致IC发动机28上降低的变速箱38负载，这又导致怠速时保持发动机28运行的降低燃料消耗。
对于艾里逊变速箱，当制动踏板下压时，变速箱38响应于安装传动系10的车辆接近完全停止而被置于RELS模式(或用于其它制造商的其等同模式)。因此，在传动系10进入RELS模式之前，满足三个条件：1)当前实现的档位是前进驱动档；2)下压制动器踏板；以及3)车速为零(通常通过数据链路30上速度测量信号小于低速阈值，例如<3kph来满足)。在满足这些条件时，车辆变速箱38扭矩转换器被置于扭矩吸收降低的RELS模式。只要当前所要求档位保持为前进档，在释放制动踏板时，变速箱38返回到正常前进运行模式(运行压力增加，允许更大的扭矩吸收)。通过测量气动制动系统14内空气压力的变化而进行为了从RELS释放目的的制动器踏板探测。当前所实现的档位可能不对应于当前选定档位(除非当前选定档位为“低速”)，而是通过一系列档位行进，直到达到当前选定档位为止。
控制系统12装备并编程为实施自主/自适应巡航控制系统，其中操作者可选择所要保持的速度，除了阻碍车辆以低于所选巡航速度移动的情况下，车辆使用雷达或激光测距使器使速度适应车辆路径中物体的速度。为了实施自主巡航控制，自适应巡航前方阻挡范围和速度探测系统40产生传动系10所安装的车辆紧正前方障碍物的探测、到该前方障碍物的距离、以及前方障碍物的前进速度矢量的信息。本文使用的术语自主意思是系统不使用外部数据源，所使用的测量值完全由车载传感器产生。前进速度矢量是远离对准在基准车辆的纵向轴线上远离基准车辆的速度分量。负向前矢量速度意味着前方障碍物沿外部参考系中基准车辆的方向移动。
用于前方障碍物的距离和速度测量可从各替代物提供到ACORVD40。例如，向后和向前自主避撞系统可提供等同数据。还可能这些数据可在非自主情况下提供。这会是前方阻挡车辆和装备有传动系10和控制系统12的基准车辆彼此通信运行数据的情况。
参照图2，用于自动变速箱38的状态机器示出其操作，从而降低变速箱从降低的扭矩吸收或RELS状操作模式滞后释放的发生频率。假设本系统所安装的车辆允许仅用车辆变速箱38停车或空档(既是当前要求的档位也当前实现的档位)时启动车辆IC发动机28。因而，启动时，变速箱38处于停车或空档既是当前要求档位又是当前实现档位的状态，且发动机运行。出于示出本系统的简单性，变速箱38处于倒档(既是要求档位又是实现档位)的状态与停车/空档状态合并为非前进档状态80。
从状态80，即从停车、空档或倒档到前进档的任何过渡必需操作者选择/要求前进档。在执行状态变化之前，可能还必须满足其它联锁。例如，如果制动踏板被下压且车速为零，则从倒档换档到前进档可包括联锁。用于从其它非前进档设定换档的联锁可能不同。例如，可无需下压制动踏板来允许车辆滑行而允许从空档滑行到前进档的换档。
从状态/模式80，在满足用于离开当前实现的档位的联锁的情况下选择前进档导致过渡到状态/模式86。状态86称为正常前进运行模式。描述简化为可能容许允许在车辆运动且制动器踏板下压被释放的同时从正常前进运行模式86过渡到空档作为当前实现的档位。这种操作模式和其它操作模式并不与本公开直接相关且未示出。
在正常前进运行模式86中，当前要求的档位是前进档，且当前实现的档位是前进档。这些前进档不一定是相同的前进档。例如，如果当前要求档位是低速档，且车速高，满足该要求可能涉及IC发动机28的提速。
从正常前进运行模式86退出到降低变速箱扭矩吸收模式I(状态82)。这发生在下压制动器踏板且车速下降到0时(或更通常地，指示车速降到3kph以下或某个其它低阈值以下)。如果用下压制动踏板输入正常前进操作模式(状态86)，且制动器踏板没有此后很快松开，假设满足其它联锁条件，则在短时期届满之后发生到状态82的过渡。认为RELS模式是降低扭矩吸收模式的一个示例。即：1)发动机正在运行；2)当前所要求档位是前进档；以及3)变速箱运行压力稍微降低。在松开制动器踏板且满足其它联锁(如果有)时从状态82松开返回到正常前进运行模式86。
提供另外模式用于处理前进障碍物。这称为降低扭矩吸收模式II(状态84)。该模式与降低扭矩吸收模式I相同，除了仅在探测到前方障碍物时进入该模式，且由于探测到障碍物移出范围或障碍物达到最小正前进矢量速度(在第二小得多的范围)从该模式松开。前进障碍物定义为档变速箱38处于正常运行模式(状态86)时，当ACORVD40包含向前矢量速度小于1.5kph的车辆正前方15米距离内有障碍物时发生。可定义其它距离和前进矢量速度，且定义无需与自适应巡航控制系统的响应有关。
在车辆处于正常运行模式86的同时探测到发生前进障碍物，在该情况下在到障碍物例如小于15米时，障碍物的向前矢量速度小于1.5kph且车辆加速踏板下压小于3％时，从正常运行模式I(状态86)直接进入降低扭矩吸收模式II(状态84)。该条件会发生变化的情况更通常应当是当安装本发明系统的车辆滑行到停驶车辆后面时，如图3所示。在这些情况下，在操作者不要求非前进档的条件下，系统“假设”基准车辆(这里是卡车20)的前进运动会在前方阻碍车辆(这里是汽车21)开始移动时“回复”。当自动变速箱38处于降低扭矩吸收模式II(状态84)时，到前进障碍物的距离增加到大于15米，或者到前进车辆的距离开到1米且其向前矢量速度增加到超过3kph，变速箱38状态从降低发动机负载运行模式II(状态84)转换到正常前进运行模式(状态86)。换言之，变速箱38液压压力增加而并未释放制动器踏板。这消除了在用于将变速箱38从降低扭矩吸收模式释放的仅有触发器是探测到释放制动器踏板的情况下操作者经受的迟滞的发生，以及在制动器踏板未实际上被下压的情况下允许进入降低扭矩吸收模式。
在退出降低扭矩吸收模式II(状态84)之后，在制动器踏板仍下压时(如果从状态82实现状态84)可实现正常运行模式(状态86)。变速箱38仅在制动器踏板未被下压或达到时间阈值之前松开时变速箱38才保持在该状态。否则，变速箱状态返回到降低扭矩吸收模式I(状态82)。
图2的状态机器可选配地构造成允许状态从降低发动机负载运行模式I(状态82)过渡到降低发动机负载运行模式II(状态84)。发生该过渡的情况如果允许可涉及包括靠近车辆和其它瞬态障碍在内的前方障碍物。例如，当靠近其它停驶或低速运动车辆时，下压制动器踏板从状态84通过状态82转换到状态84。如图4所示，车辆17对于迎面而来的机车13在铁路平交道口15停止。首先不存在障碍物，但机车13进入铁路平交道口15会触发探测到相对于车辆的前方障碍物。前方路径会被预定距离内的具有远离车辆的低前进速度矢量的对象阻挡。即使火车沿垂直于基准车辆的纵向方向的方向高速行进时，也会发生这种低向前速度矢量。为用于从状态82过渡到状态84的前方障碍物的认定测量的范围和向前矢量速度不一定与用于在从状态86过渡到状态84之前认定前方障碍物的相同。机车13(以及由机车牵引的任何列车)经过水平平交道口15的运动导致不再探测到障碍物或到障碍物的的范围变得(有效地)无限大。
允许从降低扭矩吸收模式I(状态82)和降低扭矩吸收模式II(状态84)两者返回到非前进档模式(状态80)的状态变化。当操作者操作齿轮选择件73以选择非前进档时会发生这些情况。如果通过编程提供任何联锁，则它们必须也在允许在过渡之前被满足。
使用感测的外部事件来对自动变速箱重新加压的使用可应用到依赖制动器释放或具有手动变速箱、离合器的下压的车辆的自动启停发动机控制作为用于停驶后启动发动机的触发器。

Claims (12)

1.一种用于车辆的传动系和相关控制系统，所述传动系和相关控制系统包括：
发动机；
变速箱，所述变速箱包括扭矩转换器，所述变速箱具有多个前进档和多个非前进设定，所述变速箱连接到所述发动机以吸收由所述发动机产生的扭矩；
制动系统，所述制动系统包括用于应用所述制动系统的操作者制动踏板；
用于测量车速的装置；
用于探测所述车辆前方障碍物的装置；
用于探测障碍物提供到所探测的障碍物的范围和所探测的障碍物的前进矢量速度的装置；
用于产生当前所要求档位的变速箱档位选择器；
变速箱控制器，所述变速箱控制器响应于所述当前所要求的档位和用于设定当前所实现档位的档位特定联锁条件并还响应于所选择的车辆条件以及当前所实现的档位为前进档，以将所述变速箱从正常运行模式放入降低扭矩吸收运行模式；
变速箱控制器，所述变速箱控制器响应于所述制动系统应用的释放，以将所述变速箱从所述降低扭矩吸收模式放入所述正常运行模式；以及
所述变速箱控制器响应于探测的障碍物远离所述车辆的运动或探测的障碍物位置的变化以将所述变速箱从所述降低扭矩吸收模式放入所述正常运行模式。
2.如权利要求1所述的传动系和相关控制系统，其特征在于，还包括：
所述变速箱控制器还响应于探测的障碍物穿过预定范围的运动和具有超过预定最小值的前进矢量速度而将所述变速箱从所述降低扭矩吸收模式放入所述正常运行模式。
3.如权利要求1所述的传动系和相关控制系统，其特征在于，还包括：
所述变速箱控制器还响应于运动到预定范围外以将所述变速箱从所述降低扭矩吸收模式放入所述正常运行模式。
4.一种用于安装在车辆上自动变速箱的自适应变速箱控制系统，所述自适应控制系统包括：
用于探测所述车辆前方障碍物的装置，所述用于探测障碍物的装置包括用于确定到障碍物范围的装置和用于确定所述障碍物的前进速度矢量的装置；
用于当前档位选择的源；
车辆制动系统；
响应于使用所述车辆制动系统停驶所述车辆以将所述自动变速箱放入降低扭矩吸收模式的装置；
响应于所述自动变速箱处于所述降低扭矩吸收模式时所述车辆制动系统的释放以将所述自动变速箱返回正常运行模式的装置；
响应于探测的障碍物远离所述车辆以大于预定最小速度运动到预定范围外以将所述自动变速箱从所述降低扭矩吸收模式返回到所述正常运行模式的装置；以及
响应于探测的障碍物运动的所述装置还响应于所述探测的障碍物重新定位到预定最大范围外以将所述自动变速箱从所述降低扭矩吸收模式返回到所述正常运行模式。
5.如权利要求4所述的自适应变速箱控制系统，其特征在于，还包括：
用于探测障碍物的装置为与用于车辆的自适应巡航控制系统共享的范围寻找系统。
6.一种用于运行车辆上自动变速箱的方法，所述车辆包括：发动机；所述自动变速箱，其中所述自动变速箱具有多个前进档和非前进档，所述变速箱连接到发动机以吸收由所述发动机产生的扭矩，制动系统，所述制动系统包括操作者制动踏板，以及驾驶员操作的变速箱档位选择器，所述方法包括以下步骤：
提供用于使所述变速箱在前进档运行的多个变速箱联锁；
响应于所述驾驶员操作的变速箱档位选择器，确定当前所选择的档位；
响应于所述当前选择的档位为前进档，且满足用于任何前进档的所述联锁使多个前进档中的一个为当前所实现的档位；
测量车辆速度；
探测所述车辆前方的障碍物，包括到所述障碍物的范围和所述障碍物远离所述车辆的速度；
在当前所要求的档位为前进档且所述当前实现的档位为前进档的同时响应于使用所述制动系统停驶所述车辆，将所述自动变速箱放入降低发动机负载运行模式；以及
响应于多个触发事件之一，终止所述降低发动机负载运行模式。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述降低发动机负载运行模式包括降低自动变速箱运行压力。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述降低发动机负载运行模式包括关闭所述发动机。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
响应于释放所述制动踏板终止所述降低发动机负载运行。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
响应于到探测的障碍物的范围超过预定最大距离而终止所述降低发动机负载运行模式。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
响应于到探测的障碍物的范围超过预定距离，同时所述探测的障碍物沿预定方向超过预定最小速度则终止所述降低发动机负载运行模式。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述障碍物处于预定范围内且所述障碍物的前进矢量速度小于预定最大值的情况下，响应于探测并接近障碍物将所述变速箱放入降低发动机负载运行模式。
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