CN1155487C - 电驱动换档机构的控制 - Google Patents
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Abstract
一个控制方法/系统被提供，它用来控制驱动换档机构(28)的电机(32、42)工作。其中包括为了周期性的解除在换档机构及相关的联动装置(30、38、40)中的摩擦阻力的方法。在换档操作(60)开始时，或在周期性的(66)换档操作期间，电机的激励电流，用相对短的时间周期(72)，从其最大目标激励电流(68)减到最小电流(70)，然后，返回到它的目标激励电流。最好，激励电流在第二步处理后返回，包括阶跃到中间电流值(76)，然后，以斜率方式激励电流从中间值上升到最大目标激励值。
Description
技术领域
本发明涉及一个控制方法/系统，以控制电驱动换档机构的工作，例如，供自动化机械传动装置用的电驱动x-y换档机构。尤其是本发明涉及对电驱动换档机构的控制。这对周期性地减轻在移动机构中的摩擦阻力(trapped frictional force)是有效的。
背景技术
自动化机械传送系统，应用被来自系统控制器的指令输出信号控制的换档机构，在现有技术方面是公知的。这可参考美国专利No.4,361,060；4,595,986；4,648,290；5,050,427及5,053,959从中了解到，这些公开的专利在此作为参考。这种全部或部分的自动化系统是基于所用强制传动的爪式离合器(positive jaw clutches)作机械传送。它可同步或不同步去有选择地咬合或脱离咬合选择的变速轮。见美国专利No.4,754,665；4,920,815及5,000,060，这些公开的专利在此作为参考。
具有换档部件的换档机构，如变换指之类东西，通过选择一个或多个电机的驱动，沿一个轴或二个相互垂直的轴移动，这在现有技术中是公知的。这可参考美国专利No.4,873,881和5,219,319。在这些装置中，如具有代表性的双向直流电机旋转方向和/或电机的输出转矩是极性的函数和/或加在电机上电流的电流量的函数。
尽管，现有技术的电机驱动的换档机构一般是良好的，但它们是需要改进的，如典型的立即去控制步进电机及保持电机处于最大目标电流，这在遇到停止时往往会导致过冲倾向的力，无法减轻总的摩擦阻力。
发明内容
根据本发明，通过用电机操作的换档机构的控制设备，使现有技术的缺陷减到最小，这个换档机构将周期性地减轻在换档联动装置及机构中的摩擦阻力。前面所述可以这样实现，在换档操作的开始和/或此后的周期中(例如每一个周期0.80到1.2秒)，用非常短的周期C(例如20到30毫秒变成零安培)，使加到控制电机上的电流流量减少到最小量。然后，步入到中间电流流量(如2.0到3.0安培)，并逐步升到所需的最大目标电流(例如6.0安培)。
因此，本发明的目的是为电机驱动换档机构提供一个新的和改进的控制。
本发明的用来控制电驱动传动的换档机构的方法，该换档机构包括一个可有选择地移动换档的部件，一个有选择地激励的电机，该电机有一预定的最大目标激励电平，一个由所说电机驱动以便有选择地移动所说换档部件的换档联动装置，一个电机控制器，用来有选择地激励所说的电机，还有一个系统控制器，用来接收输入信号，并按照预定的逻辑规则处理该输入信号以发出命令输出信号到包括所说的电机控制器的系统致动器，所说方法的特征在于：
在以所说其最大目标激励电平操作所述电机的第一周期以后，在紧跟所述第一周期的第二周期内，使所述电机的激励减小到其最小值，然后，首先使所说电机阶跃到一个小于所说最大目标激励电平的中间激励电平，再从所说的中间激励电平以斜坡方式上升到最大目标激励电平，从而使所说电机恢复到所说最大目标激励电平，所说的第二周期的时间小于第一周期的时间。
所说的第一周期的时间至少比第二周期的时间大30倍。
所说的第一周期的时间为0.80到1.20秒，而所说的第二周期的时间为0.020到0.030秒。
所说的中间激励电平为所说最大目标激励电平的20-40％。
所说的电机是一个直流电机。
所说的直流电机是一个双向电机。
所说的换档机构是一个x-y换档机构，它包括在第一轴方向上，使所说的换档部件有选择性地移动的第一电机，还包括通常在垂直于所说第一轴方向的第二轴方向上，使所说的换档部件移动的第二电机。
本发明的用来控制电驱动传动的换档机构的控制系统，该换档机构包括一个可有选择地移动的换档部件，一个有选择地激励的电机，该电机有一预定的最大目标激励电平，一个用所说电机驱动的、用以有选择地移动所说的换档部件的换档联动装置，一个电机控制器，用来有选择地激励所说的电机，一个系统控制器，用来接收输入信号，并按照预定的逻辑规则处理该输入信号以发出命令输出信号到包括所说电机控制器的系统致动器，所说的控制系统的特征在于包括对下列情况的逻辑规则的所说逻辑规则：
在以所说其最大目标激励电平操作所说电机的第一周期以后，在紧跟所述第一周期的第二周期内使所说电机的激励减小到其最小值，然后，首先使所说电机阶跃到一个小于所说最大目标激励电平的中间激励电平，再从所说的中间激励电平以斜坡方式上升到所说最大目标激励电平，从而使所说电机恢复到所说最大目标激励电平，所说的第二周期的时间小于第一周期的时间。
所说的第一周期的时间至少比第二周期的时间大30倍。
所说的第一周期的时间为0.80到1.20秒，而所说的第二周期的时间为0.020到0.030秒。
所说的中间激励电平为所说最大目标激励电平的20-40％。
所说的电机是一个直流电机。
所说的直流电机是一个双向电机。
所说的换档机构是一个x-y换档机构，它包括在第一轴方向上，使所说的换档部件有选择性地移动的第一电机，还包括通常在垂直于所说第一轴方向的第二轴方向上，使所说的换档部件移动的第二电机。
本发明的这个目的和其它目的和优点，在观察附图及阅读优选实施例的详细说明后，将会很清楚。
附图说明
图1是利用本发明控制的典型的机械传送换档拉杆架装配件。
图1A是图1的传动装置的换档模式的原理性说明。
图2是与图1的换档拉杆架装配件相连的电驱动换档机构的原理图。
图3是表示电机和正反馈传感器用在图2的电驱动的换档执行器的部分电原理图。
图4是利用本发明控制的典型的自动化机械传动系统的原理说明图。
图5是本发明的控制方法/系统的图形表示。
具体实施方式
本发明的有效地利用电驱动换档机构控制型式的自动机械传动系统100参见图4即可明白。系统100包括一个内燃机102，它通过非强制性耦合，例如主离合器106至少部分驱动自动机械传动机构104。这驱动器将提供一个换档控制板108，手动操作的调速板110(throttlepedal)及一个制动踏板 12，所有这些都向基于微处理器的控制单元116提供输入信号114，控制单元将处理同样事务，根据预定的逻辑规则产生命令输出信号118送到各个系统操作机构，如引擎燃料控制器120，离合器操作器122，和传动机构转换执行器124。
各种系统执行机构最好包括用以将反馈输入信号114提供给系统控制器116的装置，及提供各种传感器装置，如传感器ES(为读出引擎的速度)，IS(为了读出输入轴的速度)，及OS(为了读出输出轴的速度)。以便给控制器提供附加输入信号114，正如大家熟知的，系统100的各种元件可以在数据链上，遵从工业协议如SAEJ 1922，SAEJ1939，ISO 11898等通信。
图1所述的一般型式的全部或部分自动机械传动装置系统，在现有技术中是为公知的，这些可参考上述美国专利号No.4,361,060；4,595,986；4,648,290；5,050,427及5,053,959，从中得以了解。
在图1中，典型的换档拉杆架装配件10(shift bar housingassembly)包括图示的很多通常平行的换档拉杆或换档横杆(shiftrails)，其中包括一个倒挡(reverse gear)/第一挡横杆12，第2/第3挡横杆14和第4/第5挡横杆16。横杆12、14和16中的每一个分别带有换档叉20、22和24。为了使换档叉跟随横杆轴向运动，它被固定在横杆上面。一个典型的换档拉杆架10的“换档模式”如利用5×2排列的传动装置，这在图1A中作了简要说明。
每个换档横杆都附有一个固定在上面的换档块装置12A、14A及16A，它给出一对对着的接触面。为了有选择地移动换档横杆，用换档指与这些接触面咬合，一次一个地在y-y方向有选择地咬合和脱离咬合，传动变速轮联系的机械爪式离合器，这在现有技术中是公知的。
图2说明了一个典型的电驱动x-y换档机构28，它有效地利用了图1中所述型式的换档拉杆部件。当然，本发明亦可采用其它类型的换档机构的电换档机构。例如，用上面所述的美国专利No.4920815中所说的单个换档轴机构。
在图2中x-y移动机构28，可以在x-x选择方向上有选择地移动变换指19工作，使变换指19同换档块装置12A、14A和16A中一个对准。然后，在y-y咬合/脱离咬合方向去有选择性地轴向移动所选择的横杆及固定在上面的换档叉，选择性地咬合或脱离咬合一个强制传动爪式离合器。应该看到，变换指19被固定在换档轴19A上，以作轴向旋转运动。简言之，轴19A被安装以便沿轴向运动及围绕轴作旋转运动，沿着轴向的移动在x-x选择方向上移动变换指19，围绕轴向的旋转，使在y-y咬合/脱离咬合方向上移动变换指19。
电驱动x-y换档机构28包括一个滚珠丝杠机构(ball screwmechanism)30，它通过具有电引线34和36的双向永磁铁直流电机32而被驱动，以使x-x方向的变换指19运动。换档机构还包括一个与U形夹机构(clevis mechanism)40相连的滚珠丝杠机构，以使轴19A围绕它的轴旋转，移动y-y方向的移动指19，并通过具有引线44和46的正反向旋转直流永磁铁直流电机42而被驱动，在引线34、36、44和46中电流的极性和流量，通过电机控制器124，根据系统控制器116的命令输出信号而被控制。位置传感器48和50分别提供反馈信号表示变换指19的x-x和y-y位置。
图3是画出了电机32、42及它们各自分别对应的位置测量反馈装置48、50的部分电原理图。位置测量装置48是一个可变电阻，其一端52加有+5V，它的另一端54是地电位。可变电阻48的臂56按照滚珠丝杠机构30的位置运动，臂56上的电压表示了移动指19的x-x位置，同样地，用以咬合/脱离咬合执行器的位置传感器件50也是一个可变电阻，它的活动臂58同滚珠丝杠机构38机械上相连接，以使在臂58上的直流电压是滚珠丝杠机构38的位置的量度。
众所周知，加到滚珠丝杠机构30和38上的总的转矩是直接正比于分别加到电机32和42上的电流量。在现有技术控制中，按照图2中所述型式的电机驱动的x-y移动机构，使变换指19按特定的方向运动，加到相应的电机上的电流量步入到其上的最大目标电流(典型的对于重载卡车等上用的电驱动x-y移动机构，约为6安培)，并且保持在该电平上，直到传感得出变换指19移动到其选择的位置。该方法并不总是满意的，如变换指19容易引起超过预期的力(因为遇到停止时，动能转换成势能)和在换档机构及连接装置中摩擦阻力没有一个控制策略去周期性地减轻它。
根据本发明，在由一个或二个控制电机开始换档操作时，和/或在周期性换档操作期间，加到控制电机上的电流量减少到最小程度(最好为零安培)，并以相对短的周期时间保持在这个水平上，然后阶跃至中间电流量水平，最后上升返回到最大目标电流水平，并保持在那里，直到作为周期的时间被重复。前面已经发现，由此提供周期过程，解除在换档机构和联接装置上的摩擦阻力。
参考图5，可以看到本发明的图形表示的控制系统/方法，为了清楚说明，假定控制电机是电机42，以使变换指19在y-y咬合或脱离咬合方向上移动，在点60，咬合/脱离咬合操作开始，加到电机42上的电流为零，然后阶跃到中间电流值(如2.0到3.0安培)，如点62所示。然后以斜坡式上升到所需的最大目标电流量6.0安培，如点64所示。并保持在这个水平上，从这个循环开始直到周期时间66，这时间，在点68电流流量再一次减少到零，如点70所示，最好，周期时间66为0.80到1.20秒。
电流量在相对短的周期时间72被保持在它的减小的值上，然后阶跃到中间值，如图中点74和76，再以斜坡式上升返回到最大目标电流流量点78。最好，电流量被保持在零值期间的相当短的周期时间72大约20-40毫秒。周期时间80，就是电流量从它的最大目标值下降，直到回到最大目标值的时间，约为80毫秒。在大约0.60到1.20秒的扩展期82。电流流量被保持在其最大目标值上。
当咬合所选择的与目标传动比相关的爪式离合器时，所需的时间量在不是系统不正常的情况下典型地小于1.0秒。因此除了初始情况下，仅在需要大于正常周期时间的那些传动咬合操作时，需要上面的控制。然而，在典型的脱离咬合操作期间，爪式离合器将不脱离咬合，无论提供给它的轴向力有多大，直到在车辆动力传动机构中出现转矩中断。因此，在不咬合操作期间，本发明的控制使加到执行器电机上的电流量瞬间下降一次以上是不寻常的。
尽管对本发明的优选实施例作了某些详细的说明，但这些实施例是仅作为一个例子，并不限于此。
Claims (14)
1.用来控制电驱动传动的换档机构的方法，该换档机构包括一个可有选择地移动换档的部件，一个有选择地激励的电机(42)，该电机有一预定的最大目标激励电平，一个由所说电机驱动以便有选择地移动所说换档部件的换档联动装置，一个电机控制器(124)，用来有选择地激励所说的电机，还有一个系统控制器(116)，用来接收输入信号(114)，并按照预定的逻辑规则处理该输入信号以发出命令输出信号(118)到包括所说的电机控制器的系统致动器，所说方法的特征在于：
在以所说其最大目标激励电平操作所述电机(42)的第一周期(82)以后，在紧跟所述第一周期的第二周期(72)内，使所述电机的激励减小到其最小值(70，74)，然后，首先使所说电机阶跃到一个小于所说最大目标激励电平的中间激励电平(76)，再从所说的中间激励电平(76)以斜坡方式上升到最大目标激励电平，从而使所说电机恢复到所说最大目标激励电平，所说的第二周期的时间(72)小于第一周期的时间(82)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的第一周期的时间至少比第二周期的时间大30倍。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的第一周期的时间为0.80到1.20秒，而所说的第二周期的时间为0.020到0.030秒。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所说的中间激励电平为所说最大目标激励电平的20-40％。
5.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于所说的电机是一个直流电机。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于所说的直流电机是一个双向电机。
7.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于所说的换档机构是一个x-y换档机构，它包括在第一轴方向上，使所说的换档部件有选择性地移动的第一电机，还包括通常在垂直于所说第一轴方向的第二轴方向上，使所说的换档部件移动的第二电机。
8.用来控制电驱动传动的换档机构的控制系统，该换档机构包括一个可有选择地移动的换档部件，一个有选择地激励的电机(42)，该电机有一预定的最大目标激励电平，一个用所说电机驱动的、用以有选择地移动所说的换档部件的换档联动装置，一个电机控制器(124)，用来有选择地激励所说的电机，一个系统控制器(116)，用来接收输入信号(114)，并按照预定的逻辑规则处理该输入信号以发出命令输出信号(118)到包括所说电机控制器的系统致动器，所说的控制系统的特征在于包括对下列情况的逻辑规则的所说逻辑规则：
在以所说其最大目标激励电平操作所说电机(42)的第一周期(82)以后，在紧跟所述第一周期的第二周期(72)内使所说电机的激励减小到其最小值(70，74)，然后，首先使所说电机阶跃到一个小于所说最大目标激励电平的中间激励电平(76)，再从所说的中间激励电平(76)以斜坡方式上升到所说最大目标激励电平，从而使所说电机恢复到所说最大目标激励电平，所说的第二周期的时间(72)小于第一周期的时间(82)。
9.根据权利要求8的控制系统，其特征在于所说的第一周期的时间至少比第二周期的时间大30倍。
10.根据权利要求8的控制系统，其特征在于所说的第一周期的时间为0.80到1.20秒，而所说的第二周期的时间为0.020到0.030秒。
11.根据权利要求8的控制系统，其特征在于所说的中间激励电平为所说最大目标激励电平的20-40％。
12.根据权利要求8、9或10的控制系统，其特征在于所说的电机是一个直流电机。
13.根据权利要求12的控制系统，其特征在于所说的直流电机是一个双向电机。
14.根据权利要求8、9或10的控制系统，其特征在于所说的换档机构是一个x-y换档机构，它包括在第一轴方向上，使所说的换档部件有选择性地移动的第一电机，还包括通常在垂直于所说第一轴方向的第二轴方向上，使所说的换档部件移动的第二电机。
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