CN1143580A - 用于自动离合器的可选择增加打滑控制模式与采用它的车辆自动机械变速器 - Google Patents

用于自动离合器的可选择增加打滑控制模式与采用它的车辆自动机械变速器 Download PDF

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Abstract

用于可运作地置入油量控制发动机(12)与多档齿轮变速器之间的车辆自动离合器(14)的控制方式，可提供增强的低速操纵控制。在打滑模式中用手选择器40运动增强打滑模式，后者在油门踏板(32)的相对大的位移范围(0％至75)内运行。

Description

用于自动离合器的可选择增加打滑 控制模式与采用它的车辆自动机械变速器
本申请与1995年3月8日申请的英国专利申请No.9504681.9有关并要求以其作为优先权文件，并转让给本申请的受让人伊顿公司。
本发明涉及对车辆驱动系相连的自动离合器的控制，特别是对具有自动离合器和/或包括自动离合器的自动机械变速系统的车辆的增强慢速运行的控制。
更具体地，本发明还涉及可手动选择成例如“准齿轮变速率”的离合器控制的增强打滑模式，其中齿轮接合在最低一档而同时对离合器加以控制，且车辆发动机的供油量仅为运行总供油量的一相对小的部分(即发动机供油量为最大供油量的0％至25％，而离合器打滑率为100％至0％)，并与占油门踏板位移范围的相对大的部分的油门位置(即例如占油门位移的0％至75％或更多)。
车辆自控摩擦离合器，包括可提供从停止到起动的运行的自动离合器，还有采用它们的自动机械变速系统都属于现有技术的范围，可以参见在此处可作为参考文件的美国专利文件US.4081065，4361060，4595986，4646891，4638898，4648290，4711141，4714144，4898858与5409432中所公开的内容。这种系统当用在例如卡车、带双轮挂车的拖拉机和公共汽车中时，通常带有包括9、10、12、13、16、18或更多的前进档的复式机械变速器，它们在在此用作参考文件的US.5390561，4735109与4754665中被公开。
为在车辆起动时提供一定的低速操作能力，自动离合器系统通常在起动模式(如果油门位移大于相对低的基准值，如20％-30％时)或打滑模式(如果油门踏板位移小于基准值时)中运行。该种系统可以参见在此用作参考文件的US5097724，5275267，5293316，5314050，5316116和5378211中所公开的内容。
在某些情况下，在控制打滑模式时所采用的油门踏板位移量(踏板全位移量的0％至25％)不能提供理想的控制程度。为了在甚至在车辆中已具有例如可在有限空间中运行的理想的控制离合器的打滑模式时提供更强的带自动离合器的车辆的低速操纵控制能力，或在拉起卸料时或后面带有半挂等时也常需要配置带有一个或更多“极度减速挡”或具有相对大的减速比的(即12∶1至15∶1)的“打滑率”。
按照本发明，可以采用向司机提供不需要极度减速档或打滑率即可得到优良的车辆操纵控制特性的自动离合器控制方式以减轻或克服现有技术的缺点。
上述方案的实现是借助于提供准打滑率的手动选择，可使运行处于最低的可用变速比并使离合器控制的扩展或增强打滑控制模式变得有效。在增强打滑模式中可在例如是约0％至约75％的油门位移的扩展的油门踏板位置范围内使打滑控制变得有效而使得车辆的低速运行较为易于控制。在增强的打滑模式运行时，发动机的燃油供给率从最大供油率的0％(怠速)至25％。而离合器的打滑率从约100％变为约0％，两者的变化实质上与扩展了范围的增大油门位移成比例。
故本发明的一个目的是提供一种用于自动离合器的改善的控制方式及采用它的自动车辆变速系统。
本发明的这个以及其它的目的及优点将随着对下述带有附图的最佳实例的描述的阅读而变得更加清楚：
图1是采用本发明的自动离合器控制方式的可选用的增强打滑控制模式的车辆自动机械变速系统的略图；
图2是作为离合器位置的函数的离合器扭矩曲线；
图3是输入与输出的离合器逻辑控制方式方框图。
图4是图3的离合器逻辑控制方式的逻辑圆框图。
图5A是输入与输出的油门滤器逻辑方框图。
图5B是显示各种燃油控制状态的图表。
图6是图5A的油门滤器逻辑的逻辑圆框图。
图7是在打滑与增强打滑控制模式中的离合器打滑率的图示。
图8是在控制方式的打滑与增强打滑模式中从油门滤器提供发动机燃油的图表。
图9A-9D是可用于手动选择运行的增强打滑模式的换档机构的示意图。
采用本发明的车辆低速操纵离合器控制模式的车辆自动机械变速系统10的示意图可见于图1。这种一般形式的自动变速系统在前述的参考文件US.3361060，4595986，4648290与5409432中有着更详细的描述。
自动机械变速系统10包括：用供油量加以控制的内燃机12(例如已知的柴油机)、通常是接合的也可选择将其脱开的控制摩擦离合器14，多档机械变速器16与驱动轴总成18。该种机构形式在用作参考文件的US4862025，4818035与4050534中被加以公开。
以微处理器为主体的电子控制器(ECU)20接收输入信号22并按照程序逻辑规则加以处理作为输出指令信号24发出。输入信号22通常包括来自发动机速度(ES)传感器26、变速器输入轴速度(IS)传感器28，变速器输出轴速度(OS)传感器30与油门踏板位置(THL)传感器32的信号。输出指令信号通常用于控制燃油控制致动器34、离合器致动器36以及变速器致动器38。变速器致动器38可以是在US.4873881和/或4899607中所述的形式，其中所述的内容在此作为背影技术。最好该致动器可以将其所控制的机构的运行状态以反馈信号的形式输入ECU20。变速器的传动比(CR)可以由从致动器38中反馈的信号来确定和/或根据输入与输出速度算出(即GR＝IS/OS)。作为对所述的传感器的替换或补充，车辆上还可以设置例如SAE例如J1922、SAE例如1939和/或ISO11898等工业标准协议书中所规定的形式电子数据传输器(DL)。
ECU20也接收来自司机换挡器40的指示所需的变速器操作方式和/或所需特定变速率(GRS)的信号。如下面所作详述，本发明的选择器40也允许汽车司机选择增强的控制打滑的操作方式，最好是选择“准打滑传动比(ECCM)”，其中车辆被控制在低速的能力大大增强。
摩擦离合器14通常包括一个或多个由发动机曲轴42驱动的主动盘14A与一个或多个驱动变速器输入轴44的从动盘14B。离合器盘14A与14B可如现有技术的方式完全脱开、完全接合或部分接合。摩擦离合器14按照盘14A与14B间的接合程度将发动机曲轴42的转矩传递至变速器输入轴44。在图2中绘出了典型的转矩-离合器位置函数曲线。在最初接触位置48之前的一段区间内离合器转矩/位置曲线46处于零点。当离合器接触程度增加时其转矩亦单调地上升。如图2中所示，离合器转矩最初缓慢地上升，然后快速上升直到点50处的离合器全接合时的最大转矩位置。在用于车辆的典型情况下，将离合器的全接合最大转矩设计成1.5倍于发动机的最大转矩。这样就保证了离合器14能传递发动机12所产生的最大转矩而不会打滑。
离合器致动器36可以以将一个离合盘推动的方式来使离合器14从全脱开经部分接合到达全接合。在通用的车辆中离合器致动器36可以是电动、液力、机动、气动或其中某几项的联合使用，并通常采用位置或压力控制的方式。离合器致动器36按照从ECU20输出的离合器接合信号来控制离合器的接合程度，且其最好是一个可向ECU20反馈信号的闭环机构。
图3为表示ECU20的离合器输入与输出的逻辑控制示意图，其中离合器控制模式是按照发动机与变速器的运行条件所建立的，可用于控制离合器致动器，也可用于油门滤器的逻辑运行。离合器输入逻辑控制模式是输入从传感器26或数据传送器(DL)上产生的发动机速度(ES)信号、从传感器28上产生的变速器输入轴速度(IS)信号、从传感器28上产生的变速器输入轴速度(IS)信号、从传感器32上产生的加速踏板(THL)信号，以及在离合器到达预定的接触位置或初始啮合位置时产生的接触点信号(TP)和司机选择增强的防滑模式时产生的所选择的齿轮传动比信号。离合器的输出逻辑控制模式是下述六个模式之一：
接触点到达模式：在该模式中，指令离合器14到达接触点或开始接合位置。
打滑模式：在未选择“增强打滑模式”并已到达接触位置而油门踏板在最低位置(约3％)与临界值(约25％)之间时建立。在打滑模式中离合器的接合被控制得使输入轴速度(IS)平滑地趋近发动机速度(ES)，以在低速车辆操纵时形成离合器打滑。通常输入轴的速度控制在使打滑基准信号(RCRP)等于ES(T/TREF)，其中ES为测出的发动机速度、T为油门位置信号而TREF为等于临界值处油门信号的基准常量。在该模式中，传向控制供给发动机的燃油量的发动机控制器34的发动机控制信号与踏板信号相等。
起动模式：该模式在不选择“增强打滑”、踏板信号值到达或超过“打滑模式”临界值(25％)时，或选用“增强打滑模式”且油门踏板信号到达或超过“增强打滑模式”临界值(75％)时被启动。并且在踏板信号或发动机速度处于高值时被维持，而在离合器打滑减少时被终止。在该模式中(通常称作“启动模式”或“启动状态”)，离合器被控制成按发动机速确定接合率，以便平滑地使输入轴速度趋近于发动机速度。
锁定模式：该模式通常是当离合器打滑减弱时从起动模式转入的。在该模式中，离合器控制信号在离合器完全接合时发出。该模式通常结束油门滤器功能，而燃油控制信号将与踏板信号相等。
自动关断模式：自动关断模式在非自动操纵离合器时启动。通常，踏板信号将等于或近于零，或发动机将近于怠速。在该状况下没有控制信号输出，而离合器受到指令完全脱开。
前五个离合器控制模式属于已有技术，并可参照前述的文件US 53140505和5293316以得到更详细的了解。
增强打滑模式：本发明所提供的增强打滑模式在车辆配备可由司机选择自动控制离合器从停止至起动的手段时使车辆具有增强的低速车辆操纵能力。最好是如在下面详细描述的，增强打滑模式可在采用齿轮换挡选择器40时选择成例如准齿轮传动率的形式。“增强打滑模式”所提供的离合器控制模式基本上等同于“打滑模式”，其不同之处在于对离合器接合与发动机的燃油的控制程度大大超过油门踏板的运动范围。可参见图7与8：在增强打滑模式中，离合器的打滑[(ES-IS)/ES]与油门踏板的位移度从0％至75％(而不是“打滑模式”中的0％至25％)成反比地从100％变化成0％，而发动机供油与油门踏板位置从0％变化至75％(而不是“标准打滑模式”中的0％至25％)成正比地从0％(即维持发动机怠速运行所必要的供油量)变化至最大打滑模式供油量(约25％油门开度供油)。这样在选择增强打滑模式操作时，司机在车辆低速运行时就获得了更大的操纵控制能力。例如，在类似于标准的打滑模式中的操作状态时，增强打滑模式中的离合器的输入轴速度等于发动机速度乘以油门踏板位置(T)除以基准油门踏板位置(TREF的商时出现打滑，[其中后一位置是指油门踏板位置处于临界值(例如75％)时的位置]。类似地，发动机将按油门踏板信号除以基准值油门踏板信号所得的商在一种扩展的直接方式下被供以燃油。
图4的圆框图示出了离合器的逻辑控制方式。在图中得出了特定的数字作为对于可用于特定的发动机/变速器系统的可应用的实例。但易于了解的是其它的数值亦适用于其它的用途。每个数字是所指参数的满刻度或极大值的十进位小数。例如，最大踏板位移的0.25或25％被选作爬行模式的最高点或起动模式的起始点。发动机怠速度为0.25(这样，0.27可用来表示怠速以上的某一速度，而小于0.188的发动机速度就接近于停车状态)。同时，为了确保低油门信号是有意义的，就需要系统把小于3％或0.03的任何油门踏板值都处理成零油门信号。也易于了解的是，零控制信号对于燃油控制器34来说是指对发动机开始供油使其保持在怠速状态。
图4中的圆框图进入自动关断模式，当油门踏板信号超过0.03时触点到达模式被启动。在触点到达模式中，如果踏板信号降至0.03以下并进行制动时，模式就返回至“自动关断”。触点到达模式在没有动作产生，接触点出现，且油门信号大于3％前然后假如没有选用“增强打滑模式”的话则打滑模式即被起动。如果发动机速度接近停止状态，逻辑线路就回到自动关断模式，或者如果踏板信号降至3％以下时就会回到触点到达模式。通常，在小的踏板信号时控制器处在打滑模式中，但如果油门踏板信号(THL)超过25％时就进入了起动模式。如果发动机速度低于0.3而踏板信号小于0.1时又重新进入打滑模式。如果发动机的速度近于停车，逻辑状态又返回自动关断模式。但在离合器接合成功时其打滑减小(ES-IS小于0.03)，而如果发动机速度仍高于怠速，则进入锁定模式。控制器将停留在锁定模式，除非踏板被松开而发动机速度不再高于怠速时才会转换至触点到达模式。如果出现制动信号而踏板松开使发动机速度降至怠速点以下，控制器将到达自动关断模式。如果司机手动选择增强打滑模式(“ECM”)，则在到达接触点且油门信号维持在0.03以上时增强打滑模式就开始启动。在“增强打滑模式”中，如果油门信号降至0.03以下，逻辑状态将返回至触点到达模式，而如果油门位置超过基准油门(油门位置的75％)，则进入起动模式。在起动模式中，如果增强打滑模式仍被选用，则在发动机速度降至0.3以下而油门信号降至0.25以下时，增强打滑模式将再将启动。
图5A中示出油门滤器逻辑框图。应了解逻辑状态可以改进成与各种电子发动机控制系统与电子车辆数据传输器(例如在SAEJ1922、SAE J1939和/或ISO 11898协定书中所限定的数据传输器)兼容。在所示的逻辑状态中燃油控制逻辑状态的输入是五个输入模式(触点到达、起动、打滑、增强打滑与自动关断模式)以及油门踏板位置及发动机加速度，而输出是五个油门逻辑状态(直接、触点、起动、斜升和扩展直接)。发动机控制信号的功能用于图5B中列表所示的每种状态。图6中所示的圆框图中显示了从直接状态中进入的油门滤器的逻辑状态，其在控制信号到达最大值或超过踏板信号或转出起动模式时也进入直接状态。
图9A-9D描述了用于手动换档器40的各种选型，使司机可以在“扩展打滑控制模式”中进行手动选择，最好是选择成准传动比。图9A表示具有手动选择杆60的变速器，该杆可以从中心位置向加速或减速位置移动以分别从通常的传动比中选出一个或多个加速或减速档位。这种通用型的变速器属于现有技术，可以参见前述的专利文件US.4648290。在该系统中可以见到该变速器可以从第一档减速，而从空档加速以选出前进行滑率(CF)，或从空档降速而从倒档增速以选出后退打滑率(CR)以作为准选择档。图9B所示的是一种通常的“P-R-N-D-L”型自动换挡形式，但附加了用于选择前进与倒退的增强打滑模式的位置。图9C所示的换档形式与图9B类似，但是具有允许向右选择增速档、向左选择减速档的驱动位置。此时前进打滑率指从第一档降速换档，而后退打滑率是指位于正常倒退与空档之间的打滑率。图9D示出一种变化的控制方式，其中由例如是发光按钮62或类似物的独立选择机构选择增强打滑率。在该种系统中“打滑”最好仅于最低限度上可用的前进与后退齿轮传动比操纵相关连。
这样，可见本发明提供了一种可由司机加以选择的具有离合器自动控制机构的车辆的具增强打滑控制模式的操作方式，可以增强车辆在低速运行与低速操纵时司机的控制能力。本发明的控制方式可以有优良效果地与包括US.5314050中所述在内的多种自动离合器控制系统相连接。
虽然以实例方式对本发明的描述已相当详尽，但应了解其中对最佳实例的描述仅为一种举例方式，而多种不违背本发明的精神与范围的变型与细节将写入后面的权利要求中。

Claims (37)

1.车辆离合器控制方法，该车辆具有用供油量控制的内燃机，可用手在0％至100％的位移量之间加以控制的可位移油门，具有一输入轴的多档变速器，可起驱动作用的位于发动机与变速器输入轴之间的控制摩擦离合器，用于使离合器进入全接合或全脱开或部分接合状态的离合器致动器，在打滑模式中选择运行的手动选择器，以及用于接收显示变速比(GR)、发动机转速(ES)、输入轴转速(1S)、油门位移(THL)与选择运行(ECCM＝0或1)诸输入信号的并按程序逻辑法则来处理这些信号并向包括燃油控制器与离合器致动器在内的系统致动器发出输出指令信号的控制器，该方法包括：
当检测出(i)在打滑模式(ECCM＝1)中的手动运行选择，(ii)在低变速档中运行，与(iii)小于至少为50％的总位移的增强打滑控制模式油门基准值(TECCM的油门位移量后开始在增强打滑控制模式中运行。
2.权利要求1的方法，其特征在于上述增强打滑控制模式油门基准值为至少70％的总位移。
3.权利要求1的方法，其特征在于增强打滑控制模式油门基准值约为75％的总位移。
4.权利要求1、2或3的方法，其特征在于在增强打滑控制模式中还需要在检测出(iv)油门位移至少等于约为3％的总位移的最小值后开始运行。
5.权利要求1、2或3的方法，其特征在于在增强打滑控制模式中还需要在检测出(V)离合器至少接合至点接触位置上时开始运行。
6.权利要求4的方法，其特征在于在增强打滑控制模式中还需要在检测出(V)离合器至少接合至点接触位置上时开始运行。
7.权利要求1、2或3的方法，其特征在于上述油门是油门踏板。
8.权利要求1、2或3的方法，其特征在于在增强打滑模式中的运行方式包括随着将油门位移量从0％增至增强打滑控制模式基准值(TECCM)，使发动机燃油从怠速供油量(0％)增至等于最大发动机供油量的约20％至30％的打滑控制最大供油量。
9.权利要求8的方法，其特征在于发动机供油基本上与处于0％与增强打滑控制模式基准值之间的油门开度成正比。
10.权利要求1、2或3的方法，其特征在于增强打滑控制模式中的运行方式为随着油门位移从约0％增至增强打滑控制模式基准值，使离合器接合或打滑率[(ES-IS)/ES]从约100％降至小于10％的最小值的状态。
11.权利要求10的方法，其特征在于打滑率的下降基本上与从约0％增至增强打滑控制模式基准值的油门位移量的增长比例。
12.权利要求10的方法，其特征在于变速器具有在前进和倒退方向之一处的最低档，上述输出指令信号控制变速器操纵器并在增强打滑控制模式中运行，该模式进一步包括使变速器在所述最低档进行。
13.权利要求1、2或3的方法，其特征在于所述选择器是变速模式选择器而打滑模式运行的选择包括打滑率或位置的选择。
14.权利要求8的方法，其特征在于所述选择器是变速模式选择器而打滑模式运行的选择包括打滑率或位置的选择。
15.权利要求10的方法，其特征在于所述选择器是变速模式选择器而打滑模式运行的选择包括打滑率或位置的选择。
16.权利要求1、2或3的方法，其特征在于所述控制器在测出下述状态后进入非增强打滑模式运行，即：打滑模式未用手选；油门开度小于其值为约25％油门开度的非增强打滑模式油门基准值(TCCM)以及运行处于低变速档。
17.车辆自动机械变速系统(10)包括以供油量控制的内燃机(12)、用于控制发动机供油的燃油控制器(34)、开度从0％变化至100％的手控油门(32)、具有一输入轴的多速机械变速器(16)；该变速器具有在前进方向上的最低档、用于控制变速器换档的变速器操纵器(38)、位于发动机与变速器输入轴之间可驱动的控制摩擦离合器(14)、用于使离合器全接合或全脱开或部分接合的离合器致动器(36)、在打滑模式中选择运行方式的手动选择器(40)、用于接收指示接合变速率(GR)、发动机转速(ES)、输入轴转速(IS)、油开门度(THL)与选择器运行方式(ECCM＝0或1)等输信号并按程序逻辑规则向包括燃油控制器、变速器操纵器和离合器致动器的系统致动器发出输出指令信号的控制器(20)，其特征在于上述具有逻辑规则的系统包括以下规则：
使增强打滑控制模式在检测出下述状态后开始运行：(i)运行的手选处于打滑模式(ECCM＝1)；(ii)运行处于低速变档；(iii)油门开度小于其值为约50％油门开度的增强打滑控制模式基准值(TECCM)。
18.权利要求17的系统，其特征在于增强打滑控制模式油门基准值为至少70％油门开度。
19.权利要求17的系统，其中增强打滑控制模式油门基准值为约75％油门开度。
20.权利要求17、18或19的系统，其特征在于增强打滑控制模式还要在检测出下述状态后开始运行，即：(iv)油门开度至少为约3％的极小油门开度值。
21.权利要求17、18或19的系统，其特征在于增强打滑控制模式还要在检测出下述状态后开始运行，即：(v)离合器至少接合成点接触。
22.权利要求20的系统，其特征在于增强打滑控制模式还要在检测出下述状态后开始运行，即：(v)离合器至少接合成点接触。
23.权利要求17、18或19的系统，其特征在于所述油门是油门踏板。
24.权利要求17、18或19的系统，其特征在于增强打滑控制模式的运行方式包括随着使油门开度从约0％增至增强打滑控制模式基准值(TECCM)使发动机的供油量从怠速供油量增至约为发动机最大供油量的20％至30％的打滑控制最大供油量值。
25.权利要求24的系统，其特征在于当油门开度从0％增至增强打滑控制模式基准值时发动机供油量也基本上成比例地增加。
26.权利要求17、18或19的系统，其特征在于增强打滑控制模式的运行方式为当油门开度从约0％增加至增强打滑控制模式基准值时离合器的打滑率从100％降至低于10％的最小值。
27.权利要求26的系统，其特征在于油门开度从约0％增至增强打滑模式基准值时打滑率也基本上成比例地减低。
28.权利要求24的系统，其特征在于增强打滑控制模式的操作方式包括随着油门开度以0％增至增强打滑控制模式基准值，使离合器的打滑率[(ES-IS)/ES]从100％降至小于10％的极小值。
29.权利要求25的系统，其特征在于增强打滑控制模式的操作方式包括随着油门开度从0％增至增强打滑控制模式基准值使离合器的打滑率[(ES-IS/ES]从100％降至小于10％的极小值。
30.权利要求27的系统，其特征在于在油门开度从约0％增至增强打滑控制模式基准值时，打滑率基本上成比例地降低。
31.权利要求24的系统，其特征在于增强打滑控制模式的运行进一步包括使变速器在最低档运行。
32.权利要求26的系统，其特征在于变速器在进前或后退方向之一上有一最低档，输出指令信号控制变速器操纵器并在增强打滑控制模式中进下包括使变速器在最低档运行。
33.权利要求17、18或19的系统，其特征在于选择器变速模式选择器，在打滑模式的运行选择方式中包括对打滑率或位置的选择。
34.权利要求24的系统，其特征在于选择器是变速模式选择器，在打滑模式的运行选择方式中包括对打滑率或位置的选择。
35.权利要求26的系统，其特征在于所述选择器是变速模式选择器，在打滑模式的运行选择方式中包括对打滑率或位置的选择。
36.权利要求31的系统，其特征在于所述选择器是变速模式选择器，在打滑模式的运行选择方式中包括对打滑率或位置的选择。
37.权利要求17、18或19的系统，其特征在于所述控制器在检测出下述状态时使运行进入非增强打滑模式，即：打滑模式未被手选，油门开度低于约为25％油门开度的非增强打滑模式油门参考值和运行处于低档。
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