CN1474756A - 启动和传动系冲击保护控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制自动机械式变速器系统(10)的最大启动速比(GRT)的方法和系统。为了在水平地面上至轻微坡度的条件下保护离合器(16)，在已知该车辆的一个有效总重量(GCW)时通过该系统确定最大启动档。该最大启动档定义为可以在启动时提供足够的启动性而不必向离合器(16)施加过大能量的最高启动速比(GRT)。如果系统检测到一个不足够的车辆加速度时该系统(10)将强制进行一个减档。如果该车辆的GCW未知，最大启动速比(GRT)将被限制为用于一个满负荷的车辆的值。为了进行保护以不使将过大的功率通过离合器(16)传递，确定通过该离合器(16)的功率，并且发动机转矩和/或发动机速度被限制使通过该离合器(16)的功率低于一个预设值。由变速器输入速度(IS)、发动机速度(ES)和飞轮转矩确定通过该离合器(16)的功率。

Description

启动和传动系冲击保护控制方法和系统
相关申请
本申请是1999年7月19日提交的美国专利申请系列号09/356757的部分继续申请，其中该申请的全部内容结合于此作为参考。
发明领域
本发明涉及一种在至少部分自动的机械式变速器系统中控制车辆启动(即车辆发动)的方法/系统。特别地，本发明涉及在一种车辆的自动机械式变速器系统中的启动控制，其中该系统检测例如很低的车辆地面速度和一个尚未完全接合的主离合器的指示车辆发动的条件，并且限制最大发动机速度直到检测到离合器基本上完全接合。
发明的背景
用于车辆的完全或部分自动机械式变速器系统，在现有技术中是已知的，可参考美国专利4361060、4648290、4722248、4850236、5389053、5487004、5435212和5755639。
自动机械式变速器系统-特别是在保持主离合器接合时进行动态换档和/或当主离合器是人工控制并且仅被脱离用于启动或停止该车辆时-的控制在现有技术中是已知的，可参考美国专利4576065、4916979、5335566、5425689、5272939、5479345、5533946、5582069、5582558、5620392、5489247、5490063和5509867，该专利的公开结合于此作为参考。
现有技术系统，特别是具有用于启动的人工控制离合器踏板的现有技术系统中，如果驾驶员在启动时完全地压下节气门并随后快速地释放离合器，则提供了滥用/非正常使用(abuse)传动系的机会。离合器的这种“快抬(popping)”会导致车辆传动系的各种部件的过度磨损和/或损害。
发明概述
本发明涉及一种对车辆自动机械式变速器系统的控制，该系统将检测指示车辆发动的条件并将保护车辆不受冲击直到主离合器被完全或基本上完全接合。上述在这样一个系统中实现，其中，操作条件被检测/确定，发动机速度(ES)通过检测车辆启动条件(即，是否车辆地面速度低(OS＜REF))而控制，变速器在一个速比接合，节气门被压下(THL＞REF)，并且如果主离合器未完全接合，则发动机速度被控制达到一个等于在怠速之上大约200-300RMP的最大速度(ES＜ESIDLE+300RMP)。
上述控制逻辑会使由于在高发动机速度下快速接合(“快抬”)主离合器时造成的大的传动系冲击最小化，并还提供用于坡上启动的一种方便的发动机速度控制(器)。例如，当在一个坡面上或在其它高负载条件下启动车辆时，驾驶员可能会完全压下加速踏板，然后慢慢地放开离合器。当该离合器变得完全锁止时，该发动机速度控制结束，而车辆正常加速。这使得在保持电子速度限制控制的优点的同时驾驶员可以在一种恶劣的条件下以较高的发动机速度启动。在上坡启动条件下，驾驶员还可以使用挂车制动器或另一种坡上启动辅助手段以保持车辆在启动时不向后滚动/溜车(rolling)。
因此，提供了一种可以最小化由于离合器“快抬”造成的传动系冲击并可以提供良好的坡上启动性能的自动机械式变速器系统的改善的启动控制。
在本发明的另一方面，公开了一种控制车辆自动机械式变速器系统的系统和方法。该方法包括以下步骤：
(a)当系统已知车辆的总重量(GCW)时确定该系统的最大启动档；和(b)当系统未知车辆的总重量(GCW)时限制该系统的最大启动档至一个完全满载车辆。
另外，该方法包括以下步骤，即，当系统检测到不足的车辆加速度时，强制该变速器进行一个减档直到该系统检测到足够的车辆加速度，从而确定一个允许的启动速比。此外，该方法包括以下步骤，即，通过使用变速器输入速度、发动机速度和飞轮转矩确定通过离合器传递的功率，以及当系统检测到通过离合器的过大功率时限制发动机转矩和发动机速度中的一个。
本发明的系统包括一个微处理器以根据逻辑规则处理输入信号并向变速器系统致动器发出输出信号。具体地，该微处理器接收一个对应于预定车辆重量的第一输入(信号)、一个对应于当系统已知该车辆的预定重量时该系统的启动速比的第二输入(信号)，并当系统未知该车辆的预定重量时生成一个限制该系统的最大启动速比至一个满载车辆的输出信号。另外，当系统检测到一个不足的车辆加速度时，强制变速器进行一个减档直到系统检测到足够的车辆加速度，从而确定一个允许的启动速比。该系统还确定通过离合器传递的功率，并且当系统检测到通过离合器的过大的功率时限制发动机转矩和/或发动机速度到一个预设值。
在参照附图阅读时，本发明的各个方面和优点从根据下文的优选实施例的详细说明中对于该技术领域的熟练人员将是明显的。
附图简介
图1是一个使用本发明的控制的自动机械式变速器系统的框图形式的简图；
图2是本发明的控制的流程图形式的简图；
图3是本发明的控制的另一方面的流程图形式的简图。
优选实施例详细说明
现参照附图，图1中简单地示出了一个用于车辆用途的至少部分地自动的机械式变速器系统10。该自动变速器系统10包括一个燃油控制发动机12(例如一个众所周知的柴油机等)，一个多速度换档变速器14，和一个可驱动地介于发动机和该变速器的输入轴18之间的非主动接合器16(例如一种主摩擦式离合器)。该变速器14可以是包括一种与一个副变速器和/或档位段类型(range-type)的辅助部分串联的主变速器部分的复合类型。这种类型的特别是用于重载车辆的变速器通常具有6、7、8、9、10、12、13、16或18种前进速度。这种变速器的示例可以参考美国专利5390561和5737978，该专利的公开结合于此作为参考。
一个变速器输出轴20从变速器14向外延伸，并通常由一个传动轴24可驱动地与车辆驱动桥22连接。所示的主摩擦式离合器16包括一个连接到发动机曲轴/飞轮的驱动部分16A和接合到变速器输入/驱动轴18并适于和驱动部分16A摩擦接合的传动部分16B。参照美国专利5634541、5450934和5908100，该专利的公开结合于此作为参考。一个升档制动器26(还已知为一种输入轴制动器或惯性制动器而)可以用于选择性地减小输入轴18的转速以用于更快的升档，这是众所周知的。输入轴或升档制动器在现有技术中是已知的，可以参考美国专利5655407和57137445，该专利的公开结合于此作为参考。
提供了一种基于微处理器的电子控制单元(或ECU)28，用于接收输入信号30，并且于根据预定的逻辑规则处理该信号以发出命令输出信号32至各种系统致动器等。该种类型的基于微处理器的控制器是众所周知的，并且其一个示例可以参考美国专利4595986，该专利的公开结合于此作为参考。
系统10包括一个转速传感器34用于检测发动机的速度并提供一个指示该速度的输出信号(ES)，一个转速传感器36用于检测输入轴18的转速并提供一个指示该速度的输出信号(IS)，和一个转速传感器38用于检测输出轴20的转速并提供一个指示该速度的输出信号(OS)。可以提供一个传感器40用于检测节气门踏板的位移并提供一个指示该位移的输出信号(THL)。可以提供一个换档控制的控制台42用以允许操作者选择一种变速器系统的操作模式并用于提供一个指示该模式的输出信号(GRT)。
如所已知的，如果离合器接合，发动机的转速可以根据输入轴的速度和/或输出轴的速度和接合的变速比(ES＝IS＝IS*GRT)确定。
系统10还可以包括传感器44和46分别用于检测车辆脚制动器(还称作行车制动器)和发动机制动器的操作，并用于分别提供其信号FB和EB。
主离合器16可以通过一个离合器踏板48或通过一个对应于来自ECU28的输出信号的离合器致动器50控制。
可选地，可以提供一种响应控制输出信号的致动器，它可以由于人工控制离合器踏板的操作而失效/人工控制优先。在该优选实施例中，该离合器被人工地控制并仅用于发动和停止该车辆(参考美国专利4850236、5272939和5425689，该专利的公开结合于此作为参考)。变速器14可以包括一个变速器致动器52，响应来自ECU28的输出信号和/或向ECU28发送指示其所选择的位置的输入信号。这种类型的换档机构，经常是所谓的X-Y变速器类型，在现有技术中是已知的，可以参考美国专利5305240和5219391，该专利的公开结合于此作为参考。致动器52可以切换变速器14的主和/或辅助部分。离合器16的接合或脱离(即“非接合)状态可以通过一个位置传感器16C检测，或者可以通过比较发动机速度(ES)和输入轴速度(IS)而确定。
发动机的燃油供给优选地由一个电子发动机控制器54控制，该控制器接收来自ECU28的命令信号和/或向ECU28提供输入信号。优选地，该发动机控制器54与符合众所周知的工业手册/协议例如SAE J1922，SAE J1939和/或ISO 11898的一种工业标准数据链路DL通信。该ECU28可以结合在发动机控制器54之内。
如所已知的，对于自动换档的实施例，ECU28必须确定需要升档或减档的时间以及是否希望一个简单换档或跳档(参考美国专利4361060、4576065、4916979和4947331，该专利的公开结合于此作为参考)。
具有人工启动离合器的手动卡车变速器提供了驾驶员滥用传动系的机会。例如，驾驶员可以(当从静止状态启动车辆时)压下加速踏板并快速地释放离合器，将过大功率通过离合器和或强加一个过大的转矩峰值于传动系中。这对传动系的各种组件将是非常具有损害性的。因此，传动系组件制造商必须设计其组件以承受该滥用，导致过大安全系数的昂贵的组件。
具有一个人工控制离合器的自动机械式变速器可以通过本发明的该控制系统防止过多地滥用，当在启动过程中接合离合器时不允许最大发动机速度。
当车辆处于从静止启动的状态(即低车速，挂上档、离合器脱离、节气门压下等)时，发动机速度被限制(通过J1939命令或类似数据总线)到高于怠速的一个小的幅度(200-300RPM)。对于一种被控制到一个大约2100RPM的最大速度的典型的柴油机发动机，怠速为大约600RPM。这种控制实现两个益处：(1)防止由于在高的发动机速度下快速接合(“快抬”)离合器而造成的大的传动系冲击；和(2)为坡上启动提供一种第二、方便的发动机速度控制(器)。例如，当在一个坡上或其它高度负载条件下启动车辆时，驾驶员可能完全压下加速踏板并然后慢慢地放开离合器。当离合器变成完全锁止时，该发动机速度控制结束，车辆正常加速。结束发动机速度控制允许驾驶员可以在保持电子速度限制控制的优点的同时使用一种高的发动机速度在恶劣的环境条件下启动。在一个坡上启动状态，驾驶员还可能使用挂车制动器或另一种上坡启动辅助手段，以保持车辆在启动时不向后滚动。
例如，如果车辆停止或在很低的速度(小于3-5MPH)行走，节气门踏板被踏下(THL＞20-50％完全位移)，变速器以一个速比接合并且离合器没有完全接合，则发动机燃油控制器将被命令给发动机供给燃油，以使得发动机速度不超过怠速(ESIDLE)之上一个预定的RPM(大约300RPM)，即，ES＜ESIDLE+300RPM。优选地，发动机通过一个符合SAE J1939或一种类似手册/协议的电子数据链路控制。
本发明的控制在图2中的流程图中示出。该程序起始于步骤2.1。然后，控制器28在步骤2.2接收指示发动机速度、变速器输入速度、变速器输出速度、操作者节气门设置、离合器接合和/或速比的信号中的一或多个信号，并根据逻辑规则处理该输入信号以向变速器系统致动器发出命令输出信号。然后，系统10在步骤2.3中确定指示输入轴16转速的输出信号(OS)是否小于一个参考值。如果结果为否，则控制在步骤2.8退出。
如果输入轴16的转速小于参考值，则系统10在步骤2.4中确定指示节气门踏板位移的输出信号(THL)是否大于一个参考值。如果结果为否，则控制在步骤2.8退出。
如果节气门踏板的位移大于参考值，则系统10在步骤2.5中确定操作者是否选择一种变速器系统的操作模式(是否以一种速比接合)。如果结果为否，则控制在步骤2.8退出。
如果操作者/器以一种速比接合，则系统10确定操作者/器是否尚未完全接合离合器。如果结果为否，则控制在步骤2.8退出。
如果离合器未完全接合，则系统10将命令发动机燃油控制为发动机供给燃油，以使得发动机速度不超过怠速(ESIDLE)之上一个预定的RPM(大约300RPM)，即，ES＜ESIDLE+300RPM。然后，控制在步骤2.8退出。
如上所述，本发明的控制逻辑将防止由于离合器“快抬”而造成的传动系冲击或使其最小化，允许使用更少的昂贵的传动系组件。本发明的控制逻辑还增强车辆在一个坡上时的启动。因此，可以看出，提供了一种用于控制在一种至少部分自动的机械式变速器系统中的启动的系统/方法。
具有一种人工控制离合器的自动机械式变速器还可有效地用于使换档始终平滑以及使由于换档而造成的对齿轮箱的不正常使用最小化。另外，自动机械式变速器还可由于减少的离合器接合和脱离次数而减少人工控制的主启动离合器的磨损。然而，由于该主离合器仍然由驾驶员操作并且该自动机械式变速器可以以多个不同的速比从静止启动，因在主要的总重量(GCW)和路面条件(即坡度、滚动阻力等)下以错误的档位启动而造成的离合器滥用仍然有很大的可能性。
如上所述，本发明的控制系统通过当车辆从静止启动时强制使用正确的启动档位而保护离合器不受过度磨损和滥用。如图3所示，该控制系统的另一方面使用一系列规则在从停止状态启动时保护主离合器。首先，该控制系统从步骤3.1开始。然后，系统10在步骤3.2确定该自动机械式变速器是否知道该车辆的GCW。如果系统10已知一个有效的GCW，则系统10进行到步骤3.3，计算最大启动档，以在例如水平地面的正常路面负载条件直到具有例如泥、雪、沙、缓坡(至2-3％)等阻力增加的道路负载条件下保护离合器。
例如，如果车辆GCW为大致80000lbs，系统10将确定将提供足够的启动性而不必在从静止启动状态启动时向离合器16施加过大能量的最高启动速比。该计算可以从一个用于该特定车辆的标准启动/坡度值的表例如查询表上进行。
一旦驾驶员试图在一个所选择的允许启动档从静止启动，如果系统10在步骤3.4检测到由于车辆可能在一个坡上或大的滚动阻力而不能由所计算的飞轮转矩生成足够的车辆加速度，则系统10在步骤3.5将强制进行一个减档将该新的低档位暂时地作为最大启动档直到驾驶员使得该车辆以一个比临界速度更快的速度滚动。一个足够量的加速度被定义成为使车辆从静止开始运动所需的加速度。该足够量的或可接受的量的加速度可以与车辆GCW成反比，即，与一个具有较小GCW的车辆相比，对于一个具有较大GCW的车辆该足够量的加速度可以更低。该程序重复直到系统10确定一个满意的最大启动档。因此，该新的低档位可以为第二低启动档位或可以为任意较低的启动档位。
如果该GCW还未知，则在步骤3.6最大启动档将被限制到用于一个满载车辆的启动档，例如80000lbs。同样，如果系统10在步骤3.3确定在该档位启动后未达到用于对应的飞轮转矩的足够的加速度，则系统10在步骤3.4将强制进行一个减档，将新的低档位作为最大启动档直到车辆达到一个临界速度。
如上所述，即使驾驶员在正确的档位启动，可以通过压下加速踏板和/或过于强制性地接合离合器16而通过离合器传递过大功率。为进行保护以使不通过离合器16传递太多功率，在步骤3.7确定通过离合器16传递的功率。该通过离合器16传递的功率可以通过变速器输入速度、发动机速度和飞轮转矩确定。一种确定飞轮转矩的方法在美国专利5509867中公开，该公开结合于此作为参考。发动机转矩可以被限制(通过J1939命令或类似数据总线)为一个预设值，这将导致通过离合器16传递的功率保持低于一个预设限度。此外，在步骤3.8发动机速度被限制(通过J1939命令或类似数据总线)为一个超出怠速大约200-300RPM的预设值。该控制在步骤3.9退出。
上文公开了本发明的优选实施例。然而，本技术领域的普通技术人员会意识到，可以在本发明的指导范围内作出一些变型。因此，下述的权利要求将被用来确定本发明的真正范围和内容。

Claims (12)

1.一种用于控制车辆自动变速器系统(10)的方法，包括一个燃油控制发动机(12)，一个发动机燃油控制装置(54)，一个通过一个主摩擦式离合器(16)接合到发动机的多速度变速器(14)，和一个用于接收包括指示发动机速度(ES)、变速器输入速度(IS)、变速器输出速度(OS)、操作者节气门设置(THL)、离合器接合和速比(GRT)的信号中的一或多个的输入信号(30)的控制器(28)，并根据逻辑规则处理所述输入信号以向包括所述燃油控制装置的变速器系统致动器发出命令输出信号(32)，所述方法包括以下步骤：
(a)当所述系统已知车辆的一个重量时确定所述系统的最大启动档；和
(b)当所述系统未知车辆的所述重量时限制所述系统的最大启动档至一个满载车辆上。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述系统检测到不足的车辆加速度时确定一个允许的启动速比的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括强制进行一个所述变速器的减档步骤直至所述系统检测到足够的车辆加速度。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括确定通过所述离合器传递的功率的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中通过所述离合器传递的功率由变速器输入速度、发动机速度和飞轮转矩确定。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括当所述系统检测到通过所述离合器的过大功率时限制发动机转矩和发动机速度中的一个的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过所述离合器的过大功率由变速器输入速度、发动机速度和飞轮转矩确定。
8.一种用于控制车辆的自动机械式变速器系统的控制系统(10)，包括：
一个发动机(12)，一个发动机燃油控制装置(54)，一个通过一个主摩擦式离合器(16)接合到发动机的多速度变速器(14)，和一个用于接收指示包括发动机速度(ES)、变速器输入速度(IS)、变速器输出速度(OS)、操作者节气门设置(THL)、离合器接合和速比(GRT)的信号中的一或多个的输入信号的控制器(28)，和一个微处理器(28)用于根据逻辑规则处理所述输入信号以向变速器系统致动器发出命令输出信号；
一个对应于预定车辆总重量的第一输入信号；
一个对应于车辆加速度的第二输入信号，
其中当所述系统已知预定的车辆重量时，微处理器发出对应于一个启动速比的第一输出信号至所述变速器；和
其中当所述系统未知预定的车辆重量时，微处理器发出对应于满载车辆的最大启动速比的第二输出信号至所述变速器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中当所述系统检测到不足够的车辆加速度时，微处理器确定所述系统的一个允许的启动速比。
10.根据权利要求9所述的系统，其中微处理器发出一个信号以强制所述变速器进行一个减档直到所述系统检测到足够的车辆加速度。
11.根据权利要求8所述的系统，其中微处理器基于变速器输入速度、发动机速度和飞轮转矩确定通过所述离合器传递的功率。
12.根据权利要求11所述的系统，其中当所述系统检测到通过所述离合器的过大功率时微处理器限制发动机转矩和发动机速度中的一个到一个预定值。
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