CN1211596C - 控制器辅助手动换档变速箱中完成换档的发动机燃油控制 - Google Patents

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Abstract

一种改善计算机(48)辅助的车用组合式变速箱手动换档的控制，所述变速箱带有一个由手动操纵的换档杆(31)来换档的主变速器(16A)和一个发动机燃油控制器(36)。将根据操作者设定的油门踏板位置(THL)来给发动机供油，除非控制逻辑确定这种供油将会阻止目标速比(GRT)的可接受接合；在这种情况下，发动机燃油将自动控制，以完成换档，小化。

Description

控制器辅助手动换档变速箱中 完成换档的发动机燃油控制
相关申请
本申请涉及如下共同未决的申请，这些申请全部转让给了EATON公司，也即本申请的受让人：
1998年4月1日寄出的系列号No.08/＿＿＿[96-TRN-263]名为“范围转换控制”
1998年4月1日寄出的系列号No.08/＿＿＿[97-TRN-561]名为“自适应换高档的爪式接合套接合控制”
1998年4月1日寄出的系列号No.08/＿＿＿[98-TRN-092]名为“自适应空档感测”
1998年4月1日寄出的系列号No.08/＿＿＿[97-TRN-567]名为“动态范围转换促动”
1998年4月1日寄出的系列号No.08/＿＿＿[98-TRN-067]名为“辅助手动换档的分级式副变速器变速箱系统的爪式接合套接合控制”
1998年4月1日寄出的系列号No.08/＿＿＿[98-TRN-101]名为“自适应分级换档促动器的接合力控制”
1997年8月7日提交的系列号No.08/902,603名为“半自动杆式换档机械变速箱系统”
1997年12月11日提交的系列号No.08/＿＿＿[97-rTRN-495]名为“辅助杆式换档变速箱”
技术领域
本发明涉及一种控制器辅助的手动换档车用变速箱系统，其带有一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器。控制器通常将根据操作者的油门踏板位置给发动机供油，但如果确定需要辅助来完成换档，控制器将取代操作者。本发明尤其涉及控制所描述类型的变速箱系统的逻辑规则，包括确定何时操作者的油门设定得不合适，以致于为了完成换入一个目标速比、比如完成一次分级换档，发动机控制器将不顾油门踏板位置，取代操作者并按预定方式给发动机供油。
背景技术
范围转换、分级换档和/或范围转换/分级换档相结合的组合式手动换档机械传动装置在重型车辆中广泛使用，并在现有技术中公知，如可参见美国专利说明书No.4,754,665；5,272,929；5,370,013和5,390,561；5,546,823；5,609,062及5,642,643，其公开的内容在此作为参考。这些传动装置一般包括一个通过手动换档杆直接或远程换档的主变速器，及一个或多个与主变速器串联的副变速器。副变速器大多由响应对一个或多个主开关手动操作的从促动器来换档，该从促动器通常用气力、液力、机械和/或电力来操纵。用于这些系统的换档控制可参见美国专利说明书No.4,455,883；4,550,627；4,899,607；4,920,815；4,974,468；5,000,060；5,272,931；5,281,902；5,222,404和5,350,561，其公开的内容在此作为参考。
在现有技术中公知这样的全自动或半自动变速箱系统：一个基于微处理器的电控单元(ECU)接收指示各种系统操作状况的输入信号，并根据逻辑规则处理这些信号，给一个或多个系统促动器发出命令输出信号；可参见美国专利说明书No.4,361,060；4,593,580；4,595,986；4,850,236；5,435,212；5,582,558；5,620,392；5,651,292；5,679,096；5,682,790，其公开的内容在此作为参考。
现有技术中手动换档车用变速箱系统，包括计算机辅助系统，可以进行改进，因为(i)如果驾驶员没有将发动机控制在正确的同步速度，即使是最好的气力、液力、电力或机械接合套接合系统也可能失效，和/或(ii)驾驶员不愿意控制发动机供油。在换高档时，如果驾驶员过早地再次供油(在爪式接合套接合之前)，档位将丢失，因为供油及发动机转速随之增加将使发动机转速远离理想的同步速度；或者如果发动机减速很快，接合套可能会因为系统过快越过同步点而无法接合。在换低档时，如果驾驶员没有在换低档过程中供给足够燃油以便使发动机速度增加至同步速度，接合套不会接合；或者如果驾驶员供给了过多燃油，发动机会加速越过理想同步速度，接合套同样无法接合。当然不按照油门位置给发动机供油的次数过多、持续时间过长也会引起车辆驾驶员的反感。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种方法，用于在操作者试图接合目标速比(GRT)过程中，控制一个车用控制单元辅助的手动换档变速箱系统，所述变速箱系统包括：一个操作者设定的油门要求装置，提供指示操作者发动机燃油要求(THL)的信号；一个燃油控制的发动机；一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器，所述发动机控制器至少带有一个操作模式，其中根据所述操作者设定的油门要求装置来给发动机供油，并至少带有一个操作模式，其中给发动机供油以达到一个要求的发动机转速(ES)值；一个机械变速比变速箱，带有一个由所述发动机驱动的输入轴、一个输出轴，并限定多个选择性接合或脱开的速比，以提供输入轴转速比输出轴转速的多个比率(IS/OS)，所述比率通过接合至少一套选定的正爪式接合套部件来接合；所述控制单元接收指示车辆操作状况的输入信号，车辆操作状况至少包括下述中的一个：(i)油门要求装置设定(THL)，(ii)发动机转速(ES)，(iii)输入轴转速(IS)和(iv)输出轴转速(OS)，控制单元并根据逻辑规则处理这些信号，至少给所述发动机控制器发出命令信号，所述方法包括：
确定操作者是否正在试图接合特定的目标速比(GRT)；
确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否将阻止以所述目标速比接合；
如果当前发动机转速和油门要求装置设定不会阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油；和
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器停止根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油，改为给所述发动机供油以达到一个所需的发动机转速值，该转速值的确定应能允许以所述目标速比接合。
根据本发明的另一个方面，提供了一种车用控制单元辅助的手动换档变速箱系统，包括：一个操作者设定的油门要求装置，提供指示操作者发动机燃油要求(THL)的信号；一个燃油控制的发动机；一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器，所述发动机控制器至少带有一个操作模式，其中根据所述操作者设定的油门要求装置来给发动机供油，并至少带有一个操作模式，其中给发动机供油以达到一个要求的发动机转速(ES)值；一个机械变速比变速箱，带有一个由所述发动机驱动的输入轴、一个输出轴，并限定多个选择性接合或脱开的速比，以提供输入轴转速比输出轴转速的多个比率，所述比率通过接合至少一套选定的正爪式接合套部件来接合；所述控制单元接收指示车辆操作状况的输入信号，车辆操作状况至少包括下述中的一个：(i)油门要求装置设定(THL)，(ii)发动机转速(ES)，(iii)输入轴转速(IS)和(iv)输出轴转速(OS)，控制单元并根据逻辑规则处理这些信号，至少给所述发动机控制器发出命令信号，所述系统包括：
确定操作者是否正在试图接合特定的目标速比(GRT)的装置；
确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否会阻止以所述目标速比接合的装置；
如果当前发动机转速和油门要求装置设定不会阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油的有效装置；和
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器停止根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油，改为给所述发动机供油以达到一个所需的发动机转速值的有效装置，该转速值的确定应能允许以所述目标速比接合。
根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机程序产品，用于在操作者试图接合目标速比(GRT)过程中，控制一个车用控制单元辅助的手动换档变速箱系统，所述变速箱系统包括：一个操作者设定的油门要求装置，提供指示操作者发动机燃油要求(THL)的信号；一个燃油控制的发动机；一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器，所述发动机控制器至少带有一个操作模式，其中根据所述操作者设定的油门要求装置来给发动机供油，并至少带有一个操作模式，其中给发动机供油以达到一个要求的发动机转速(ES)值；一个机械变速比变速箱，带有一个由所述发动机驱动的输入轴、一个输出轴，并限定多个选择性接合或脱开的速比，以提供输入轴转速比输出轴转速的多个比率，所述比率通过接合至少一套选定的正爪式接合套部件来接合；所述控制单元接收指示车辆操作状况的输入信号，车辆操作状况至少包括下述中的一个：(i)油门要求装置设定(THL)，(ii)发动机转速(ES)，(iii)输入轴转速(IS)和(iv)输出轴转速(OS)，控制单元并根据逻辑规则处理这些信号，至少给所述发动机控制器发出命令信号，所述产品带有逻辑规则，用于：
确定操作者是否正在试图接合特定的目标速比(GRT)；
确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否将阻止以所述目标速比接合；
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将不会阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油；和
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器停止根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油，改为给所述发动机供油以达到一个所需的发动机转速值，该转速值的确定应能允许以所述目标速比接合。
本发明的优选实施例涉及一个计算机辅助的机械组合式传动装置系统，其中主变速器利用手动控制的换档杆来换档、发动机使用燃油和/或副变速器通过至少部分由电控单元(ECU)控制的促动器来换档以加强换档。ECU利用感测到的和/或计算出的指示系统运行参数的输入，通过控制发动机供油和/或操纵范围转换和/或分级换档促动器来辅助换档；所述系统运行参数如：对分级换档开关和/或范围转换开关的操作，换档杆的位置和/或其位置变化率，啮合速比，发动机转速，发动机转速变化率，输出轴转速，输出轴转速变化率，离合器状态和/或油门踏板位置。
按照本发明，通过提供一种控制方法/系统，可最小化或克服现有技术的不足，所述控制装置/系统包括多个逻辑规则或一种算法，利用多个输入来确定是否驾驶员没有以允许爪式接合套接合目标速比的方式作出响应。一旦识别出这种状况，算法(最好是通过SAE J-1939通讯链)将取代驾驶员的动作并控制发动机，从而可完成换档。
算法被设计成只有在驾驶员的操作被确认会妨碍完成换档时，才会去干涉。在优选实施例中，该逻辑只应用于完成分级换档，虽然本发明并不仅限于此。
在优选实施例中，换高档时，系统使用输入速度、输出速度和油门踏板要求来确定是否应该采用自动发动机燃油控制。在换低档时，系统结合使用油门踏板要求、发动机加速度、输出轴转速和发动机转速来确定是否应该采用自动发动机燃油控制。
可取的是，在换低档时，控制将考虑车辆加速度(即输出轴转速变化率)和对最大发动机转速(ESMAX)的接近程度，来确定是否应该采用自动发动机燃油控制；和/或在范围转换换低档时，如果驾驶员远离同步速度来接合主变速器，自动发动机燃油控制会立即起作用，以确保范围转换接合套接合。
因此，本发明的一个目标是提供ECU辅助，用于改善机械组合式变速箱换档，该变速箱带有通过手动操作的换档杆换档的主变速器。
通过阅读下面结合附图对优选实施例的描述，可以了解本发明的种种目标及优点。
附图说明
图1是一个ECU辅助的组合式机械变速箱系统的示意性说明，其有利地使用了本发明的发动机控制技术。
图2是图1所示变速器的换档模式和典型数值比的图表说明。
图3是图1组合式机械变速箱结构的示意性说明。
图4是用于图1变速箱系统的三位分级换档促动器的示意性说明。
图5A和5B是用于图1所示系统的换档轴位置传感器机构的示意性说明。
图6是本发明控制的流程图形式的描述。
具体实施方式
一个尤其适合于使用本发明发动机燃油控制的计算机辅助(即基于微处理器、控制器辅助)车用组合式机械变速器系统10，可参见图1-5B。
系统10是重型车辆如传统的牵引车/半挂车的牵引机普遍使用的类型，包括一个一般为柴油机12的发动机，一个位于离合器壳内的主摩擦离合器14，一个多档组合式变速箱16和一个驱动桥总成(图中未示)。变速箱16包括输出轴20，其通过万向节24驱动地联接到车辆传动轴22，以驱动驱动桥总成。变速箱16位于变速箱壳内，而换档杆总成30的换档座直接安装在变速箱壳上。此系统同样适用于远程安装的换档杆，如驾驶室位于发动机上方类型的车辆所采用的那样。
图2说明了一个辅助手动换档的换档模式，用于手动操作换档杆来换档的范围转换和分级换档相结合的组合式变速器。简单来说，换档杆31可在边-到-边即XBX方向移动，以选择一个特定速比或一些速比来啮合；也可前后即在YBY方向移动，以选择性地啮合和脱开各种速比。换档模式可包括自动范围转换特征与自动选择和/或执行的分级换档，这在现有技术中公知。使用此类型换档机构和换档模式的手动变速器在现有技术中公知，详情可参见前面提过的美国专利说明书No.5,000,060和5,390,561。
换档杆总成30一般包括一个换档爪或类似结构(图中未示)，向下延伸入换档机构32，如一个多轨换档滑杆的壳总成或一个单换档轴总成，这在现有技术中公知，前面提过的美国专利说明书No.4,455,883；4,550,627；4,920,815和5,272,931中也有说明。
在自动范围转换特征中，当换档杆在换档模式的中间臂(3/4-5/6)与右手臂(7/8-9/10)之间的过渡区移动时，它将越过一个AR点，这将促动一个机械或电力的范围转换开关或被位置传感器感测到，从而实现自动执行范围转换。
由主变速器16A和副变速器16B串联组成的变速箱16的换档，通过车用变速箱系统10来半自动地执行/辅助，图例说明见图1-5B。主变速器16A包括输入轴26，它通过主离合器14和车辆发动机12的驱动轴即曲轴28有效相联；而副变速器16B的输出轴20一般通过传动轴24和车辆驱动轮有效相联。副变速器16B为分级换档类型，最好是范围转换和分级换档相结合的类型，如美国专利说明书No.4,754,665和5,390,561的说明。
从主变速器16可得的变速比可通过手动定位换档杆31来手动选择，根据主变速器16A啮合特定所需的变速比规定的换档模式来定位换档杆。
系统可包括传感器30(用于感测发动机转速(ES))、32(用于感测输入轴转速(IS))和34(用于感测输出轴转速(OS))，并提供指示这些转速的信号。如已知的那样，离合器14(即无滑转)接合且变速箱以一已知速比啮合时，ES＝IS＝OS*GR(见美国专利说明书No.4,361,060)。因此，如果离合器14接合，发动机转速和输入轴转速可认为相等。可去掉输入轴转速传感器32，用传感器或通过数据链(DL)感测的发动机转速(ES)来代替。
发动机12是电控的，包括一个和电子数据链(DL)通讯的电子控制器36，其中电子数据链运作在如SAE J-1922，SAE J-1939，ISO 11898或类似的工业标准协议下。油门位置(反映操作者的要求)是一个选择换档点和其他控制逻辑的理想参数。可设一个分立的油门位置传感器38，或从数据链中感测油门位置(THL)。发动机总扭矩(TEG)和基本发动机摩擦扭矩(TBEF)也可从数据链中获得。
手动离合器踏板40控制着主离合器14，且传感器42提供指示离合器接合或脱开状态的信号(CL)。如果发动机转速和输入轴转速信号都可获得，比较这两个信号也可确定离舍器状态。包括范围转换促动器和分级换档促动器46的副变速器促动器44，根据电控单元(ECU)48的命令输出信号，来操纵范围转换接合套和分级换档接合套。换档杆31有一个带有分级换档选择器开关52的旋钮50，通过选择器开关可感测驾驶员开始分级换档的意图。
系统10可包括驾驶员显示单元54，它包括一个六位换档模式的图示，每个可发光显示元56，58，60，62，64和66代表了每个可选择的啮合位置。更有利的是，每半个换档模式显示元(即58A和58B)都可独自发光，这种显示可告知驾驶员已啮合速比的换档杆和分级换档位置。
本系统包括一个控制单元即ECU48，最好是美国专利说明书No.4,595,986：4,361,065和5,335,566中阐述的基于微处理器的控制单元类型，其公开的内容在此作为参考；该控制单元用于接收输入信号68，根据预设逻辑规则来处理这些输入信号，并给系统促动器如分级式副变速器促动器46、发动机控制器36、范围转换促动器和/或显示单元54等发出命令输出信号70。可采用一个分立的系统控制器，也可采用通过电子数据链通讯的发动机控制器ECU36。
如美国专利说明书No.5,651,292(其公开的内容在此作为参考)和共同未决的美国专利申请系列号No.08/597,304(转让给了本申请的受让人)所示，分级换档促动器46是一个电控三位装置，以能够选择和维持分级式副变速器的空档。作为另一种选择，当分级换挡接合套处于中间非啮合位置时，可通过减少分级促动器的能量输入来获得
图3示意性说明了有10个前进档的范围转换和分级换档相结合类型的变速箱16的结构。前面提过的美国专利说明书No.5,000,060；5,370,013和5,390,561中公开了这种通用类型的变速器。
变速箱16包括主变速器16A和副变速器16B，两者都位于变速箱壳内；变速箱壳包括一个由离合器壳限定的前止壁16C，和一个后止壁16D，但没有中间壁(在本特定实施例中)。
输入轴26带着固定于其上的输入齿轮76一起旋转，轴上限定一个向后的开孔，其中输出轴20渐细的延伸部分定位于其中。在该开孔或者说盲孔中，可装上非摩擦轴承或类似零件。输入轴26的后端通过轴承78支承于前止壁16C上，而输出轴20的后端通过轴承总成80支承于后止壁16D上。
装有第二轴接合套84和86的第二轴82和第二轴分级换档接合套88的形式是：带有外花键的外表面及用于输出轴20通过的轴向延伸通孔的普通管状体。换档拨叉90和92分别用于离合接合套84和86(见图5A)。第二轴82可相对于输入轴26及输出轴20独立旋转，更有利的是，第二轴可相对26和20产生有限的径向运动。
主变速器16A包括两个基本相同的主变速器中间轴总成94，各包含固定有中间轴齿轮98、100、102、104和106的主变速器中间轴96。齿轮副98、100、102、104和106分别与输入轴齿轮76、第二轴齿轮108及110和一个惰轮(图中未示)常啮合，惰轮与倒档第二轴齿轮112啮合。
主变速器中间轴96向后延伸至副变速器，其后端直接或间接支承于变速器壳的后止壁16D上。
变速箱16的副变速器16B包括两个基本相同的副中间轴总成114，各包含一根副中间轴116，其上带有可随之旋转的副中间轴齿轮118，120和122。副中间轴齿轮副118、120和122分别与分级换档齿轮124、分级换档/范围转换齿轮126和范围转换齿轮128常啮合。分级换档接合套88固定于第二轴82上，用于选择性地离合齿轮124或126；而带有同步器的范围转换接合套130固定于输出轴20上，用于选择性地离合齿轮126或128。
副中间轴116通常为管状，限定一个通孔以容纳主变速器中间轴96的向后延伸部分。备有轴承或轴衬，使副中间轴116可旋转地支承于主变速器中间轴96上。
分级换档爪式接合套88是一个双面、无同步器的接合套总成，可被选择性地置于最右边或最左边以使齿轮126或124分别和第二轴82接合，或者被置于使齿轮124或126都不和第二轴接合的中间位置。分级换档爪式接合套88由一个三位促动器控制的换档拨叉98来轴向定位；所述促动器如活塞促动器，可响应驾驶员选择开关(如换档旋钮上的按钮或类似结构)，这在现有技术中公知，并响应ECU48的控制信号(见美国专利说明书No.5,661,998)。带同步器的两位范围转换接合套总成130是一个两位接合套，可被选择性地移向最右或最左的位置，以选择性地使齿轮128或126分别与输出轴20接合。接合套总成130的位置由一个两位活塞装置操纵的换档拨叉装置(图中未示)来移动。上述两个活塞促动器可用功能等价的促动器来替换，如循环球式机构、斜面球式机构等。
通过选择性地轴向移动分级换档接合套88和范围转换接合套130的前后轴向位置，可提供四种不同的第二轴旋转与输出轴旋转的比率。因此，副变速器16B是一个范围转换和分级换档相结合类型的三层副变速器，可在输入(第二轴82)和输出(输出轴20)间提供四种可选速度或驱动速比。主变速器16A提供一个倒档和三个潜在可选的前进档。然而，可选的主变速器前进速比中的一个，即与第二轴齿轮110相关的低速速比中的一个速比，并不在高档范围使用。因此，准确地说，变速器16是一种“(2+1)×(2×2)”类型的变速器，根据低速比分级的需求性和实用性，能提供九或十种可选前进档。
通过响应车辆操作者激励的分级换档按钮52或类似机构、通常是位于换档杆旋钮上的一个按钮，来实现变速器16的分级换档；而范围转换接合套换档总成的操作则自动响应换档杆在换档模式中臂与右臂间的移动，如图2所示。作为另一种选择，分级换档也可是自动的(见美国专利说明书No.5,435,212)。这种通用类型的范围转换装置在现有技术中公知，并可参见前面提过的美国专利说明书No.3,429,202；4,455,883；4,561,325和4,663,725。
虽然以一个无中间壁的组合式变速器为实施例来阐述本发明，但本发明同样适用于前面提过的美国专利说明书No.4,754,665；5,193,410和5,368,145中阐述的变速箱类型。
在其它一些手动变速箱中，分级换档接合套由两位促动器来操纵；这样，接合套具有相对较小的间隙(即对于约3.6英寸齿距直径的接合套，其间隙约为.008-.012英寸)，以便防止过分粗暴地分级换档。一般来说，对于上述间隙和通常的接合力，在大于约60RPM的输入轴同步误差时，接合套齿将象棘齿一样滑过，接合套不会接合。
如已知(见美国专利说明书No.5,052,535，其公开的内容在此作为参考)，正接合套将正确接合(即有足够的接合套齿穿过)所允许的相对转速，是接合套系统中总有效间隙的一个直接比例函数。考虑到可接受的最粗暴的接合套接合，选定接合套可以接合的最大许可非同步状态。
在使用非同步正接合套结构的变速比变速箱中，特别是对重型车辆而言，对于一个给定的总间隙(即一个给定的最大许可粗暴的接合套接合)，接合套部件能够接合的非同步状况范围常常窄于某些状况下的理想范围，这使得换档更加困难。
根据本发明的示意实施例，分级换档接合套88和分级换档齿轮124及分级换档/范围转换齿轮126上相互接合的接合套齿有相对较大的间隙(即对于约3.6英寸齿距直径的接合套，其间隙约为.020-.060英寸)，这将确保在全力下几乎任何分级换档的试图都可实现；在前面提过的美国专利申请说明书No.5,651,292中有更全面的描述。
通过换档拨叉98来移动接合套88，其中拨叉98附装于活塞促动器总成142的活塞杆140上(见图4)。促动器总成142可以是传统的三位促动器(见美国专利说明书No.5,054,591，其公开的内容在此作为参考)，或是美国专利说明书No.5,682,790或5,661,998(其公开的内容在此作为参考)中所阐述的促动器类型，其中选择性增压和排气的空腔144的脉冲宽度调制可用来实现换档拨叉的三个分级换档位置(L，N，H)。
更有利的是，分级换档接合套促动器142将能够施加一个供给压力的变力，如通过脉冲宽度调制。在脱开和/或不能确证同步状态时，可采用一个小于全力的力。
为控制器48提供了逻辑规则；在这些规则下，如果主变速器已接合，将开始从分级换档的空档换入一个所选择的目标分级速比，以使得在包括操作者适当燃油控制的通常情况下，可预期同步误差(其等于输入轴转速减去输出轴转速与变速器目标速比的乘积)将等于或小于为得到平稳、高质量换档而选定的一个值((IS-(OS*GR))＝ERROR≤REF)。并且对感测/预期轴转速、轴加速度/减速度和促动器反应时间进行计时。
在某些情形下，逻辑规则将识别出此操作状况：必须扩展优选同步窗(即IS＝(OS*GR)±60RPM)以完成分级换档，即使以换档质量为代价。这些情形通常和换高档有关，包括：如果试图在低发动机转速时换档，而预期完成换档时的发动机转速将极其低；如果输出轴减速度相当高(dOS/dt＜REF)；如果发动机减速度相当低(dES/dt＞REF)和/或如果同步误差绝对值并不接近一个可接受速比的通常值。
换档杆31或由其控制的换档机构32的位置可通过一个位置传感装置来感测。多种位置传感总成在现有技术中公知，首选类型的说明见已授权的美国系列号No.08/695,052，其转让给了本申请的受让人，在这儿参考了其公开内容。
参考图5A和5B，换档机构32是一个配有轴162的单换档轴装置160；其中轴162可以旋转以响应换档杆31的X-X方向运动，可以轴向移动以响应换档杆31的Y-Y方向运动。前面提过的美国专利说明书No.4,920,815详细描述了这种类型的机构。
换档轴162带有实现换档轴选择性轴向一起运动的主变速器换档拨叉90和92，及一个用于容纳换档爪或类似机构的换档块构件164。一对线圈166和168提供一对信号(可用于全体速比GR)，以指示轴162的轴向和周向位置，并以此指示换档杆31在图2所示的换档模式中的位置。更有利的是，位置变化率(dGR/dt)也可以被确定并用来改善系统10的换档。
举例来说，参考图2，如果换档杆位置能被感测，就没有必要在AR点设置一个固定开关或类似机构来感测在低档范围和高档范围间换档的必需的开始。此外，因为不再需要物理开关了，发出范围转换指令的换档模式位置可变动到如点180、182或184，以改善各种操作状况下的系统性能。
如在一至四档时，不太可能换入高档范围，就可把自动范围转换开始点移至点184(远离预期的换档杆路径)，以防止无意促动范围转换。如处于发动机高转速的六档，有可能换入高档范围，把自动范围转换开始点移至点180将允许更快地开始范围转换。
根据本发明，除非当前车辆操作状况指出他/她的油门踏板操作将禁止与当前目标速比相联的分级换档爪式接合套接合，那么操作者可以控制发动机供油。如果包括操作者对油门踏板的设定在内的操作状况指出操作者将完成分级换档至目标速比，包括比较粗暴的换档，发动机将依据操作者的油门设定来供油；反之，对于某些或全部档位，发动机将自动供油。如果分级式副变速器确能如首选情形那样在主变速器之前啮合，操作者将保持对发动机供油的完全控制，并通过啮合主变速器来完成换档。
主变速器16A的接合状态(即接合或空档)是系统10的一个重要控制参数。举例来说，如果感测到主变速器处于空档，将命令分级式副变速器全力啮合，而不顾是否同步。而如果主变速器啮合、分级式副变速器处于空档，系统则在感测到基本同步后才啮合分级式副变速器，然后如需要的话，可开始自动供油控制。当然，防止或尽量减少主变速器空档和/或啮合状态的错误确定是很重要的。
参考图2，到弯曲部分200的垂直位移的第一个窄带202和第二个宽带204被用来确定主变速器是否处于空档。如果主变速器未被确认处于空档，空档确认带将为窄带202。这将在断言主变速器处于空档状态之前保证主变速器16A真正处于空档。如果主变速器16A被确认处于空档，空档确认带将为宽带204。这保证了仅仅是空档过头或主变速器爪式接合套倾斜将不会被错误地解释为主变速器处于啮合状态。
感测到换档杆位于点206将总认为主变速器处于空档，而感测到换档杆位于点208将总认为主变速器处于啮合。然而，如果感测到换档杆位于点210，这将不会导致过早决定空档或啮合状态将改变。
除主变速器16A当前的啮合或空档状态之外的其他车辆操作状况也可用来改变空档感测带的宽度。
在图示的变速箱系统10中，系统控制器48能够通过换档杆位置传感器160和分级换档开关52的位置来确定目标速比(GRT)的一致性。然后控制器确定主变速器或分级式副变速器是否接合(假定不是范围换档)，及在当前车速(由输出轴转速OS表示)下，完成以目标速比(GRT)接合所需要的发动机转速。如果看来操作者的发动机燃油要求(油门位置THL)不会阻止以目标速比接合，发动机控制器36将继续根据操作者油门设定来给发动机供油。然而，在给定的当前发动机转速、发动机转速变化率和/或车速变化率下，如果继续根据操作者要求(THL)来给发动机供油将阻止爪式接合套以目标速比完成接合，控制器将发出命令，以允许完成换档的方式给发动机供油，并忽略操作者的油门位置设定。在完成换档后，将使用油门复原技术(见美国专利说明书No.4,493,228)，以将供油控制交还给驾驶员/操作者。
如上所述，如果驾驶员没有将发动机控制在合适的同步速度，即使是最好的气力、液力、电力和/或机械爪式接合套接合系统也可能失效。如果驾驶员在换高档时过早地再次供油(在接合套接合之前)，档位将丢失，因为供油及发动机转速随之增加将使发动机远离理想的同步速度；或者如果发动机减速很快，接合套可能会因为系统过快越过同步点而无法接合。如果驾驶员没有在换低档时供给足够燃油以便使发动机速度增加至同步速度，接合套不会接合；或者如果驾驶员供给了过多燃油，发动机会加速越过理想同步速度，接合套同样无法接合。
本发明的算法控制利用多个输入，来确定是否驾驶员没有以允许爪式接合套接合目标速比的方式作出响应。一旦识别出这种状况，控制(最好是通过SAE J-1939通讯链)取代驾驶员的动作并自动控制控制发动机供油，从而可完成换档。
本发明的控制被设计成：只有在驾驶员的油门控制操作被确认为会妨碍完成正在进行的换档时，控制才会去干涉。
举例来说，在换高档时，系统使用输入轴转速、输出轴转速和油门踏板要求来确定是否应该采用自动发动机燃油控制。在换低档时，系统结合使用油门踏板要求、发动机加速度(dES/dt)、输出轴转速和发动机转速来确定是否应该采用自动发动机燃油控制。更有利的是，在换低档时，控制逻辑将考虑车辆加速度(dOS/dt)和对最大发动机转速的接近程度，来确定是否应该采用自动发动机燃油控制。在范围转换换低档时，如果驾驶员远离同步速度来接合主变速器16A，自动发动机燃油控制将起作用。如果出现这种情况，自动发动机控制将立即起作用，以确保范围转换接合套接合。
在优选实施例中，换档逻辑选择合适的时间，使得在一次组合换档中，分级换档通常在主变速器之前接合。如果主变速器脱开了，将使分级换档接合，而不考虑同步条件。只有当主变速器已接合(所有只涉及分级换档以及那些驾驶员意外地先使分级式副变速器换档的组合换档)，然后如果操作者将燃油控制得很差，ECU才将从操作者手里接管燃油控制，以完成分级换档。在此优选实施例中，对于组合换档，如果操作者已完成分级换档，操作者将独立进行燃油控制，以通过接合主变速器来完成换档。
由此可见，本发明给出了一种新的、改进的发动机燃油控制，仅在需要时以自动燃油控制方式提供辅助换档，以允许完成换入一个目标速比。
虽然较具体地描述了本发明，但应该理解：只是通过例子描述了优选实施例，在不超出后附的权利要求书所确定的精神实质及范围的情况下，对本发明可以在形式和细节方面作出多种变动。

Claims (21)

1.一种方法，用于在操作者试图接合目标速比(GRT)过程中，控制一个车用控制单元辅助的手动换档变速箱系统，所述变速箱系统包括：一个操作者设定的油门要求装置，提供指示操作者发动机燃油要求(THL)的信号；一个燃油控制的发动机；一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器，所述发动机控制器至少带有一个操作模式，其中根据所述操作者设定的油门要求装置来给发动机供油，并至少带有一个操作模式，其中给发动机供油以达到一个要求的发动机转速(ES)值；一个机械变速比变速箱，带有一个由所述发动机驱动的输入轴、一个输出轴，并限定多个选择性接合或脱开的速比，以提供输入轴转速比输出轴转速的多个比率(IS/OS)，所述比率通过接合至少一套选定的正爪式接合套部件来接合；所述控制单元接收指示车辆操作状况的输入信号，车辆操作状况至少包括下述中的一个：(i)油门要求装置设定(THL)，(ii)发动机转速(ES)，(iii)输入轴转速(IS)和(iv)输出轴转速(OS)，控制单元并根据逻辑规则处理这些信号，至少给所述发动机控制器发出命令信号，所述方法包括：
确定操作者是否正在试图接合特定的目标速比(GRT)；
确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否将阻止以所述目标速比接合；
如果当前发动机转速和油门要求装置设定不会阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油；和
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器停止根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油，改为给所述发动机供油以达到一个所需的发动机转速值，该转速值的确定应能允许以所述目标速比接合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制单元是基于微处理器的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制单元通过一个电子数据链(DL)来通讯，该数据链符合工业公认的协议(SAEJ-1922/1939)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述要求的发动机转速值按照目标速比和输出轴转速值的函数来确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据发动机转速、发动机转速变化率、输出轴转速、输出轴转速变化率和油门要求装置设定中三个或更多个量的函数，确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否会阻止以所述目标速比接合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变速箱是一个带有一个主变速器和一个与其串联的副变速器的组合式变速箱，所述主变速器由一个操作者操纵的换档杆来换档。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变速箱包括一个主变速器和一个分级式副变速器；只有在主变速器接合和分级式副变速器脱开时，所述发动机控制器才接受命令，给所述发动机供油以达到一个要求的发动机速度，该速度的确定应能允许所述目标速比接合。
8.一种车用控制单元辅助的手动换档变速箱系统，包括：一个操作者设定的油门要求装置，提供指示操作者发动机燃油要求(THL)的信号；一个燃油控制的发动机；一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器，所述发动机控制器至少带有一个操作模式，其中根据所述操作者设定的油门要求装置来给发动机供油，并至少带有一个操作模式，其中给发动机供油以达到一个要求的发动机转速(ES)值；一个机械变速比变速箱，带有一个由所述发动机驱动的输入轴、一个输出轴，并限定多个选择性接合或脱开的速比，以提供输入轴转速比输出轴转速的多个比率，所述比率通过接合至少一套选定的正爪式接合套部件来接合；所述控制单元接收指示车辆操作状况的输入信号，车辆操作状况至少包括下述中的一个：(i)油门要求装置设定(THL)，(ii)发动机转速(ES)，(iii)输入轴转速(IS)和(iv)输出轴转速(OS)，控制单元并根据逻辑规则处理这些信号，至少给所述发动机控制器发出命令信号，所述系统包括：
确定操作者是否正在试图接合特定的目标速比(GRT)的装置；
确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否会阻止以所述目标速比接合的装置；
如果当前发动机转速和油门要求装置设定不会阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油的有效装置；和
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器停止根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油，改为给所述发动机供油以达到一个所需的发动机转速值的有效装置，该转速值的确定应能允许以所述目标速比接合。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制单元是基于微处理器的。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制单元通过一个电子数据链(DL)来通讯，该数据链符合工业公认的协议(SAEJ-1922/1939)。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述要求的发动机转速值按照目标速比和输出轴转速值的函数来确定。
12.根据权利要求8所述的系统，根据发动机转速、发动机转速变化率、输出轴转速、输出轴转速变化率和油门要求装置设定中三个或更多个量的函数，确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否将阻止以所述目标速比接合。
13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述变速箱是一个带有一个主变速器和一个与其串联的副变速器的组合式变速箱，所述主变速器由一个操作者操纵的换档杆来换档。
14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述变速箱包括一个主变速器和一个分级式副变速器；只有在主变速器接合和分级式副变速器脱开时，所述发动机控制器才接受命令，给所述发动机供油以达到一个要求的发动机速度，该速度的确定应能允许所述目标速比接合。
15.一种计算机程序产品，用于在操作者试图接合目标速比(GRT)过程中，控制一个车用控制单元辅助的手动换档变速箱系统，所述变速箱系统包括：一个操作者设定的油门要求装置，提供指示操作者发动机燃油要求(THL)的信号；一个燃油控制的发动机；一个用于响应命令信号来控制发动机供油的发动机控制器，所述发动机控制器至少带有一个操作模式，其中根据所述操作者设定的油门要求装置来给发动机供油，并至少带有一个操作模式，其中给发动机供油以达到一个要求的发动机转速(ES)值；一个机械变速比变速箱，带有一个由所述发动机驱动的输入轴、一个输出轴，并限定多个选择性接合或脱开的速比，以提供输入轴转速比输出轴转速的多个比率，所述比率通过接合至少一套选定的正爪式接合套部件来接合；所述控制单元接收指示车辆操作状况的输入信号，车辆操作状况至少包括下述中的一个：(i)油门要求装置设定(THL)，(ii)发动机转速(ES)，(iii)输入轴转速(IS)和(iv)输出轴转速(OS)，控制单元并根据逻辑规则处理这些信号，至少给所述发动机控制器发出命令信号，所述产品带有逻辑规则，用于：
确定操作者是否正在试图接合特定的目标速比(GRT)；
确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否将阻止以所述目标速比接合；
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将不会阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油；和
如果当前发动机转速和油门要求装置设定将阻止以所述目标速比接合，命令所述发动机控制器停止根据所述操作者设定的油门要求装置给所述发动机供油，改为给所述发动机供油以达到一个所需的发动机转速值，该转速值的确定应能允许以所述目标速比接合。
16.根据权利要求15所述的产品，其特征在于，所述控制单元是基于微处理器的。
17.根据权利要求15所述的产品，其特征在于，所述控制单元通过一个电子数据链(DL)来通讯，该数据链符合工业公认的协议(SAEJ-1922/1939)。
18.根据权利要求15所述的产品，其特征在于，所述要求的发动机转速值按照目标速比和输出轴转速值的函数来确定。
19.根据权利要求15所述的产品，其特征在于，根据发动机转速、发动机转速变化率、输出轴转速、输出轴转速变化率和油门要求装置设定中三个或更多个量的函数，确定当前发动机转速和油门要求装置设定是否将阻止以所述目标速比接合。
20.根据权利要求15所述的产品，其特征在于，所述变速箱是一个带有一个主变速器和一个与其串联的副变速器的组合式变速箱，所述主变速器由一个操作者操纵的换档杆来换档。
21.根据权利要求15所述的产品，其特征在于，所述变速箱包括一个主变速器和一个分级式副变速器；只有在主变速器接合和分级式副变速器脱开时，所述发动机控制器才接受命令，给所述发动机供油以达到一个要求的发动机速度，该速度的确定应能允许所述目标速比接合。
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