CN1220952A - 带有发动机减速装置自适应控制的变速器系统控制系统/方法 - Google Patents

带有发动机减速装置自适应控制的变速器系统控制系统/方法 Download PDF

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Abstract

一种控制发动机制动器(50)的控制系统/方法,所述发动机制动器用于辅助车用至少是半自动变速器系统(10)换高档。按恰好在完成辅助换高档前感测的发动机减速率(dES/dt)的函数,调整代表期望发动机制动器关闭的反应时间(TREACTION)值。

Description

带有发动机减速装置自适应控制的 变速器系统控制系统/方法
本申请涉及共同未决的于1995年6月5日提交的系列号为No.08/461,715和1997年1月17日提交的系列号为No.08/784,985的美国专利申请。
本发明涉及一种控制车用全自动或半自动机械变速箱系统换档的控制系统/方法，该变速箱系统包括一个备有发动机减速装置如压缩制动器的发动机；本发明尤其涉及一种可有效地根据情况来确定中止减速装置工作的最佳时间、以实现快速而平稳地换高速档的上述类型变速箱的控制系统/方法。
车用全自动和半自动机械变速箱系统在现有技术中公知，如可参见美国专利说明书No.4,361,060；4,595,986；4,648,290；4,722,248；5,050,427；5,136,897；5,335,566和5,582,558，其公开的内容在此作为参考。
这些全自动或半自动机械变速箱系统典型地包括一个基于微处理器的控制器，用于给各种控制器发出命令输出信号以执行或辅助所选的变速器换档，包括操纵发动机供油和/或发动机或输入轴制动器，使得变速器输入轴旋转在与给定输出轴转速基本同步的转速及目标速比上。
通常称为“发动机压缩制动器”或“排气制动器”的发动机制动器(ENGINEBRAKE(EB))在现有技术中公知，且重型车辆普遍配有这些装置，如熟知的“Jake制动器”。这些装置一般为手动操作，可通过手动选择一、二或三排汽缸工作以提供可变的阻力，用于使车辆减速，近来发展为用于使发动机/输入轴迅速减速，以便在换高档过程中更快速地同步。使用自动启动的发动机制动器的车用自动机械变速箱系统的例子可参见美国专利说明书No.4,933,850；5,042,327；5,409,432和5,425,689，其公开的内容在此作为参考。
一般来说，现有技术中公知的发动机压缩制动器可有效地--通常利用液压--改变发动机气门正时/开闭，以得到一个较大的压缩力来阻碍发动机旋转，并通过驱动轴、传动轴、变速器和主离合器传动来阻碍车辆驱动轮的旋转。
其他选择性地使发动机减速的装置和技术也在现有技术中公知。举例来说，通过增加由发动机驱动的附属设备如空调之类的负载，可增加发动机的减速度。在此使用的术语“发动机制动器”或类似的术语包括这些装置和/或技术，也包括涉及更普通发动机制动器的技术。
现有技术中，备有手动和/或自动操作的发动机制动器的自动机械变速箱系统并不总让人满意，因为发动机制动器辅助的换高档往往有点粗糙和突然，和/或不如理想的那么快。
根据前面提过的美国专利说明书No.5,409,432，现有技术的一些不足可通过为配有发动机制动器的自动机械变速箱系统提供控制系统/方法来克服，这样的变速箱系统可有效地实现较为平稳、高质量和快速换高档。在某些换高档过程中，通过允许发动机制动器自动启动，在换高档过程中系统控制器操纵发动机制动器，在开始换档时施加一个最小的减速扭矩，然后施加的减速扭矩逐步增加，直至达到减速扭矩的最大值，在感测到发动机转速(ES)和输入轴转速(IS)位于预设的同步转速值域(大约80到100RPM)内时，施加的减速扭矩逐步减小；其中同步转速等于输出轴转速与目标速比数值的乘积(OS*GRT)。更有利的是，考虑到促动器的反应时间、当前的发动机转速和输出轴转速和/或它们的变化率，控制器提前开始这些动作时。
上述的及其他的利用自动控制的发动机制动去辅助换部分或全部换高档的系统带来一个问题：使用了一个固定的偏移量或关闭点来决定何时关闭发动机制动装置。如果在换档时关闭得太早，因变速器输入轴和相关传动装置未象所需的那样迅速减速，换高档的时间会过长。如果在换档时关闭得太迟，输入轴和相关传动装置可能因减速太快而无法平稳接合，和/或减至一个转速使以目标速比接合变得困难或不可能。
与使用发动机减速装置来辅助换高档相关的一个问题是：这些装置往往有一个较长的反应时间(常为100-500毫秒)，以致于关闭此装置的指令必须提前好几百毫秒来预测关闭的实际最佳时间。同时，车辆构造(压缩制动可用的2或3排汽缸)和/或工况将导致车辆减速装置性能发生大的波动。
按照本发明，通过提供自适应控制系统/方法，现有技术的不足将被最小化或克服；控制系统/方法监控着辅助换高档的所选样品或全部发动机减速装置的性能，从而基于实时测量来调整关闭点的偏移量。在最佳实施方式中，上述过程通过感测完成辅助换高档时或恰好在完成辅助换高档前的发动机或输入轴加速度来实现。如果加速度大于参考值(即如果减速度太小)，说明减速装置关闭得太早了，将偏移时间减少；如果加速度小于参考值(即如果减速度太大)，说明减速装置关闭得太迟了，将偏移时间增加。更有利的是，偏移值以较小值进行增、减，以防止过调一个最优偏移值。
因此，本发明的一个目标是为自动机械变速器系统实现平稳、高质量和快速换高档而提供一套新的、改善的控制；所述的变速器系统配备了发动机制动器，或配备了在换高档过程中将自动控制发动机制动器的其他发动机减速装置。
通过阅读下述对最佳实施方式及附图的说明，可以了解本发明的种种目标和优势。
图1A是一种尤其适合于用本发明的方法/设备控制的自动机械变速器系统类型的示意性图解。
图1B是一种每排两缸、共三排六缸的柴油发动机的示意性顶视图。
图2是发动机制动器辅助换高档的示意性图解。
图3是本发明控制系统/方法的流程图形式的示意性说明。
图1示意性地说明了一种包括自动多档变速器12的车用自动机械变速器系统10；通过如主摩擦离合器16这样的非正耦合，变速器12由燃油控制发动机14如公知的柴油机来驱动。自动变速器12的输出是输出轴18，如现有技术中公知，该输出轴用于联接到合适的车辆部件如驱动轴的差速器、分动器等等。
发动机14的曲轴20驱动主摩擦离合器16的压盘22，压盘22可与离合器从动盘24摩擦接合，从而驱动变速器12的输入轴26。
多种装置用于操纵、监控和/或控制上述传动系的部件，下面将略述各种装置。这些装置包括：一个油门踏板位置或油门开度监控总成28，用于感测由操作者设置的操作者可控油门装置30的位置；一个制动器监控总成32(brake applied monitor assembly)，用于感测操作者对制动踏板34的操作；一个档位控制监控总成36，操作者可用来选择车辆倒档(R)、空档(N)或前进档(D)等操作模式。这些装置还可能包括：一个燃油控制装置38，用于控制供给发动机14的油量；用于感测发动机转速的发动机转速传感器40；一个用于接合和脱开主离合器16并提供离合器状态等信息的离合器操纵器42；用于感测变速器输入轴26转速的输入轴转速传感器44；一个变速器操纵器46，可有效地把变速器换入所选的速比，并提供指示齿轮空档位置和/或当前变速器啮合速比的信号；一个用于感测输出轴18转速的输出轴转速传感器48。发动机制动器50用来可选择地使发动机14减速，一个一般位于车辆驾驶室的手动操作的发动机制动器的操纵器52，允许操作者(以及系统控制器)可选择地进行发动机制动。更有利的是，发动机14是电控的，可以为数据库提供信息和从数据库接受指令信号，该数据库符合已知协议如SAE J1939等。
上述类型的传动元件和控制器在现有技术中公知，为了更详细地了解，可参见美国专利说明书No.4,959,986；4,576,065和4,445,393，其公开的内容在此作为参考。传感器可为任何能产生与其监控参数成比例的模拟和/或数字信号的已有结构类型。同样，操纵器可为任何现有的响应命令输出信号而执行操作的电力、液力、气力或组合类型。
上述装置给中央处理单元或控制器54提供信息，和/或从其接收命令输出。中央处理单元54可包括现有技术中公知的模拟和/或数字计算及逻辑线路。动力电源(图中未示)和/或增压液力源(图中未示)为各种感测和/或操作和/或处理单元提供电力和/或液力。
除直接输入之外，中央处理单元54可备有用于微分各种传感器输入信号的电路，以给出指示其变化率的计算信号。
如已知的和前面提过的美国专利说明书No.4,595,986所公开的内容，中央处理单元54适于从传感器接收各种输入信号54A，依据预设逻辑规则来处理这些信号，并给合适的系统促动器发出命令输出信号54B。
在如图1所示类型的自动机械变速器系统中，与目标速比啮合相关的爪式离合器部件的同步通常是这样来完成的：选择性地增加或减小发动机转速，此时主离合器接合，使输入轴旋转在大致等于输出轴转速与目标速比数值的乘积的转速上。对于输入轴转速一般须增加的换低档来说，增加发动机的供油将实现所需的发动机转速增加；对于输入轴转速一般须减小的换高档来说，减少发动机的供油将使发动机转速下降到一个可接受的数值。然而，在需要更快速地换高档时，发动机的减速率可通过使用制动装置来增加，如使用上述的发动机压缩制动器50，和/或输入轴制动器，它通常是通过与主离合器控制相联的棘爪开关来手动操作的，因此通常只在带有手动离合器踏板的变速器中才可见。发动机压缩制动器一个附加的好处是可手动操作来作为一个减速器，作为如下长坡之类可能导致车辆行车制动器严重过热的操作时车辆制动系统的补充。
也称作“发动机压缩制动器”或“排气制动器”的发动机制动器50，如熟知的“Jake制动器”，在重型卡车工业中公知。简言之，这些装置一般通过如操纵控制器开关52来手动启动，通常利用液压调整发动机排气门的配置，可有效地给发动机旋转施加一个减速扭矩。排气制动器典型地用来提供两种功能：一是作为车辆制动器系统的补充，用在某些情况下如下山坡时使车辆减速；二是也用于变速器换高档，尤其是跳换高档的过程中，通过使输入轴比没有排气制动时正常的输入轴和/或发动机的减速减得更快，可更快地实现同步。虽然与手动和自动机械变速器都可配合来手动使用发动机压缩制动器可以更快地换高档，但因为这种发动机制动器辅助的换高档往往有点粗糙和突然，还没有让人十分满意。
根据本发明，可参见图2和图3，除了手动操纵发动机制动器50外，发动机制动器也可响应系统控制器54的命令输出信号而进行操作，该命令输出信号是通过符合SAE J1939协议的数据库来提供的。在本发明的最佳实施方式中，控制方法/系统将只在换高档过程中超控对发动机制动器的手动控制，并以为变速器12提供快速、高质量及平稳换高档而设计的方式有效地实施发动机制动。参见图2，控制器以这样的方式来有效地实施发动机制动：当发动机转速位于“同步窗口”(OS×GRT约40RPM)内时，发动机制动器的减速扭矩将中止。然后，变速器促动器46将接受命令，使与目标速比相关的变速器12的爪式离合器部件啮合。
发动机制动装置往往有较慢(长)的反应时间，因此，一个关闭发动机制动装置的信号就必须在理想的减速扭矩中止前约200-300毫秒时产生。这个反应时间(EBTURN OFF REACTION TIME)也随着不同的车辆操作状况有相当大的变化。参见示意性说明发动机制动器辅助换高档的图2，假定一个发动机制动器的反应时间，并基于这个时间值以及感测或计算出的发动机转速(ES)、发动机转速的变化率(dES/dt)、输出轴转速(OS)、输出轴转速的变化率(dOS/dt)及目标速比的数值(GRT)，在给发动机制动器发出关闭命令时，选择了一个关闭点。选择这个关闭点，使得在反应时间末时，发动机制动器将关闭且ES=(OS*GRT)约40RPM。如果发动机制动器关闭得太早(即如果假定反应时间超过了实际反应时间，见线段70)，发动机转速将恢复到正常下降速率(发动机制动器不工作时的dES/dt)，并将花费一些额外时间来达到ES=(OS*GRT)40。如果发动机制动器关闭得太迟(即如果实际反应时间超过了假定反应时间，见线段72)，那么发动机转速将继续迅速下降以致超出ES=(OS*GRT)40的值域，从而可能导致换档粗糙或无法完成。
如果假定反应时间大致等于实际反应时间，在假定反应时间终止时，感测到的发动机转速变化率将大于无制动辅助的减速率，但小于发动机制动器工作时的减速率。因此，把感测的发动机减速度(dES/dt)和参考值相比，将指出实际发动机制动器反应时间是等于、大于还是小于假定的反应时间。如果在假定反应时间后发动机减速度大于或等于第一参考值(dES/dt＞REF1)，则说明实际反应时间大于假定反应时间，将给假定反应时间增加一个预设值--通常较小，以防止过调；上述第一参考值大致等于但稍小于有发动机制动器辅助时的发动机减速率。如果在假定反应时间后发动机减速度等于或小于第二参考值(dES/dt＜REF2)，则说明实际反应时间小于假定反应时间，将把假定反应时间值减小一个小量；上述第二参考值大致等于发动机无制动器辅助时的减速率(发动机制动器不工作时的dES/dt)。图3以流程图形式示意性地说明了本发明的控制系统/装置。
更有利的是，假定反应时间(TREACTION)增减的量较小，大约5-20毫秒。作为另一种选择，反应时间也可根据由反应时间末时dES/dt和/或其他系统变量的函数决定的可变量来校正。此外，参考值大小(REF1和/或REF2)可以预先设定或按照感测参数如无制动辅助时发动机的减速率等的函数而变化。
尽管较具体地描述了本发明，但应理解：只是通过例子描述了最佳实施方式，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 (6)

1．一种控制车用的至少是半自动机械变速器系统(10)换高档的方法，该变速器系统包括：一个油门受控的发动机(14)；一个位于变速器输入轴(26)和变速器输出轴(18)之间的备有多种可选啮合速比组合的机械变速的变速器(12)，每一种所述的速比组合定义了一个输入轴转速与输出轴转速的数值比；一个备有接收多种输入信号装置的信息处理单元(54)，所述输入信号包括指示所述发动机转速的输入信号(ES)、指示所述输出轴转速的输入速度(OS)，处理单元54还备有根据预设逻辑规则来处理所述输入信号、用于产生命令输出信号(54B)的装置，由此所述的变速器系统是根据所述的逻辑规则来操纵的；一个可选择性启动的为所述发动机提供减速扭矩的发动机制动器(50)；一些响应所述命令输出信号的促动器，包括可选地应用在所述发动机制动器的发动机制动促动器，所述控制方法特征在于，在感测到变速器处于空档状态后，当通过启动发动机制动器来开始发动机制动辅助换入高档目标速比(GRr)时，
(a)感测指示发动机转速、发动机转速变化率、输出轴转速和输出轴转速变化率中一个或多个值；
(b)确定发动机制动器反应时间(TREACION)值，该值指示了发动机制动器中止提供阻碍发动机旋转的减速扭矩所需的一段时间，从给所述发动机制动促动器发出命令信号开始到中止所述的发动机制动器工作为止；
(c)在按以下量的一个函数确定的时间，给所述发动机制动促动器发出命令信号以中止所述发动机制动器工作：(ⅰ)目标速比(GRT)的数字比值，(ⅱ)输出轴转速和其变化率中的一个或多个，(ⅲ)发动机转速和其变化率中的一个或多个，(ⅳ)发动机制动器反应时间。
(d)从给所述发动机制动促动器发出命令信号起，经过了所述反应时间后，感测彼时发动机转速变化率的当前值(dES/dt)，并按所述发动机转速变化率的所述当前值的一个函数去修改所述发动机制动器反应时间。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统进一步包括用于响应所述命令输出信号来选择性地接合和脱开所选速比的变速器促动器，步骤(d)进一步包括命令所述目标速比接合。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果彼时发动机转速变化率的当前值小于第一参考值(REF1)，就减小所述发动机制动器反应时间的所述值，如果彼时发动机转速变化率的当前值大于第二参考值(REF2)，就增加所述发动机制动器反应时间的所述值，所述第一参考值小于所述第二参考值(REF1＜REF2)。
4．根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果彼时发动机转速变化率的当前值小于第一参考值(REF1)，就减小所述发动机制动器反应时间的所述值，如果彼时发动机转速变化率的当前值大于第二参考值(REF2)，就增加所述发动机制动器反应时间的所述值，所述第一参考值小于所述第二参考值(REF1＜REF2)。
5．根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发动机在发动机制动器工作时有一个期望发动机转速变化率，在发动机制动器不工作时有另一个不同的期望发动机转速变化率，且所述第一参考值和发动机制动器工作时的期望发动机转速变化率相近，所述第二参考值和发动机制动器不工作时的期望发动机转速变化率相近。
6．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发动机在发动机制动器工作时有一个期望发动机转速变化率，在发动机制动器不工作时有另一个不同的期望发动机转速变化率，且所述第一参考值和发动机制动器工作时的期望发动机转速变化率相近，所述第二参考值和发动机制动器不工作时的期望发动机转速变化率相近。
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