CN1662759A - 检测自动变速系统中伪空档的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的在自动机械变速系统中控制减档的方法和系统。当需要从当前啮合变速比自动地动力减档时，监控发动机加速度并与发动机自由加速度比较，以检测伪空档状态并相应地采取适当措施。或当输出轴的旋转速度乘以当前啮合变速比减去输入轴的旋转速度的绝对值小于一预定值(ABS((OS*GR)－IS))时，检出为伪空档状态。

Description

检测自动变速系统中伪空档的方法
技术领域
本发明涉及至少部分为自动的机械变速系统中控制减档(换入低速档)用的一种控制方法/系统。具体地，本发明涉及一种控制系统可以检测故障/伪空档状态(fault condition)的车辆自动机械变速系统中的减档的控制，在该故障状态中该控制系统认定变速系统处在空档位，而实际上该变速系统处于减档同步过程中的一个接合位置上。
背景技术
用于车辆的完全或部分自动机械变速系统在现有技术中是公知的，可以参见美国专利4,361,060；4,648,290；4,722,248；4,850,236；5,389,053；5,487,004；5,435,212和5,755,639。发动机制动装置(公知的如压缩式制动、排气式制动器或Jake制动器)或其它输入轴减速制动装置如惯性制动器的使用，以及使用这些装置的变速控制系统在现有技术中是公知的，可以参见美国专利5,086,659；5,409,432；5,425,689和5,713,445。
自动机械变速系统的控制，尤其是其中换档是在维持主离合器啮合的情况下完成的、且其中对单级和/或越级换档可行性进行了评估的控制，在现有技术中是公知的，可以参见美国专利4,576,065；4,916,979；5,335,566；5,425,689；5,272,939；5,479,345；5,533,946；5,582,069；5,620,392；5,489,247；5,490,063和5,509,867，其公开在本文中被引用作为参考。
发明内容
本发明提供了一种用于车辆自动机械变速系统的控制，它用来检测指示从当前啮合变速比减档的状态，且用来评估伪/故障状态，其中控制系统认为该变速系统处于空档，而实际上该变速系统处于减档同步过程的一个接合位置上。
上述目的在本发明的一个实施例中通过下述步骤实现，即，(a)确定在由当前啮合变速比(GR)减档例如自动减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)过程中的一个发动机加速(EA)率(加速度值，accelerationrate)；以及(b)确定所述发动机加速(EA)率是否小于自由发动机加速(FEA)率，其中，当所述发动机加速(EA)率小于所述自由发动机加速(Free Engine Acceleration，FEA)率时检测出为一种伪空档(falseNeutral)状态。当检测到伪空档状态时保持所述变速器为所述的当前啮合变速比(GR)。当没有检测到伪空档状态时允许变速器继续减档同步。
在本发明的另一个实施例中，确定输出轴的旋转速度(OS)乘以当前啮合变速比(GR)减去输入轴的旋转速度(IS)的绝对值是否小于一预定值(ABS((OS*GR)-IS))，如果确定结果为是，则检测到了伪空档状态。
附图说明
附图中：
图1以方块图形式示意描述了采用本发明控制的自动机械变速系统；
图2以图形形式示意性说明了根据本发明的图1的变速系统的换档点(shift point)图形；
图3以流程图形式示意描述了本发明一个实施例的控制；
图4以流程图形式示意描述了根据本发明另一实施例的控制。
具体实施方式
在对本发明优选实施例的描述中，某些术语将仅为了描述的目的使用而非用来加以限制。术语“向上”、“向下”、“向右”和“向左”是指附图中所指的方向。术语“向内”和“向外”分别指朝向和远离所描述装置或装置部分的几何中心的方向。上述描述适用于上面具体提及的术语以及具有类似意思的术语派生词。
术语“简单变速器”用来指一种操作者可以选择多个单级齿轮减速的其中一种的变速器。术语“复合变速器”用来指一种具有主变速部分和串联连接的辅助变速部分的变速器，从而主变速部分中选定的齿轮减速可以与辅助变速部分中进一步选定的齿轮减速复合。这里所用的术语“分段式复合变速器”用来指一种辅助变速器用来为细分主变速部分中选定的变速比提供各种可选择梯级/级(step)的复合变速器。在一种分段式复合变速器中，主变速部分通常具有可以由辅助部分分段或细分的相对宽的梯级。这里所用的术语“升档/换高档”用来指从低速变速比换档至高速变速比。这里所用的术语“减档/换低档”用来指从高速变速比换档至低速变速比。这里所用的术语“低速档”、“低档”和/或“第一档”用来指在一种变速器或变速部分的最小前进速度运行中使用的变速比(也就是齿轮组相对于变速器的输入轴具有最大的减速比)。
换档的“选定方向”用来指示从一个特定变速比选择单级还是多级升档或减档。在两个变速比之间的“变位/位移”用来指两个给定变速比之间可选择变速比的数目，例如，第三速度或变速比分别由第四和第五速度沿减档方向变位一个和两个变速比而实现。
术语“封闭变速器(blocked transmission)”或“封闭变速部分”用来指一种变速齿轮常啮合变速器或变速部分，其中，由于多个轴向可移动齿轮之中选定的一个齿轮从其空档位置轴向移动到啮合位置，并且通过弹性偏压非摩擦离合器，该选定齿轮不可旋转地接合到一根轴上。一个封闭体/隔离体(blocker)用来防止这种啮合，直到非摩擦离合器的部件处于基本同步旋转。这种同步状态通过变速器输入轴和/或输出轴的手动和/或自动操作引起两者间同步状态的相遇而实现。然而，通过选定离合器部件的摩擦接触通常不足以引起其中一个离合器部件及与之相互作用的装置随另外一个离合器部件旋转。封闭变速器和/或变速部分在美国专利3,799,002；3,924,484；4,192,196；4,440,037和4,735,109中得到了说明，其公开在本文中被引用作为参考。
图1中示意描述了一种用于车辆的至少部分自动的机械变速系统。该自动变速系统10包括一个燃料控制发动机12(例如一种公知的柴油机等)、一个多速度变速齿轮变速器14、以及一个驱动地插置在发动机和变速器输入轴18之间的非刚性联轴器16(例如一个摩擦式主离合器)。所述变速器14可以是包括与分段式和/或组合式辅助部分串联的主变速部分的复合式变速器。这种类型的变速器，尤其是用在重型车辆中的变速器通常具有9、10、12、13、16或18种前进速度。这种变速器的实例可参见美国专利5,390,561和5,737,978，其公开在本文中被引用作为参考。
变速器输出轴20从变速器14向外延伸并通常是通过传动轴24驱动连接到车辆驱动轴22上。所示的主摩擦离合器16包括一个连接到发动机曲轴/飞轮的驱动部分16A和一个连接到变速器输入轴18且适于与驱动部分16A摩擦接合的从动部分16B。正如公知的那样，一个升档制动器26(还公知为输入轴制动器或惯性制动器)可以用来选择性地使输入轴18的旋转速度减速以更快地升档。输入轴或加速制动器是现有技术中公知的，可以参见美国专利5,655,407和5,713,445，其公开在本文中被引用作为参考。
一个基于微处理器的电子控制单元(或ECU)28用来接收输入信号30并根据预定逻辑规则处理该输入信号，以向各种系统致动器等发出指令输出信号32。这种类型的基于微处理器的控制器是公知的，它的一个实例可以参见美国专利4,595,986，其公开在本文中被引用作为参考。
系统10包括一个用于检测发动机的旋转速度且提供其输出信号(ES)的旋转速度传感器34、一个用于检测输入轴16的旋转速度且提供其输出信号(IS)的旋转速度传感器36、以及一个用于检测输出轴20的旋转速度且提供其输出信号(OS)的旋转速度传感器38。可设置一个传感器40用于检测节气门踏板的变位且提供其输出信号(THL)。可设置一个换档控制台42以允许操作者选择变速系统的一个操作模式且提供其输出信号(GRT)。
如已知的，如果离合器啮合，发动机的旋转速度可由输入轴的速度和/或输出轴的速度与啮合变速比(ES＝IS＝OS*GR)确定。
另外，对于由手动换档杆43控制至少某些换档的系统，可以设置一个提供指示换档杆位置的输入信号(SL)的传感器。这种类型的系统包括具有一个手动换档主(变速)部分和一个自动分段式部分的系统。这种基本类型的传感器可参见美国专利5,743,143，其公开在本文中被引用作为参考。
系统10也可包括分别用于检测车辆脚制动器(也称作行车制动器)和发动机制动器的操作并分别提供其信号FB和EB的传感器44和46。
主离合器16可由离合器踏板48或响应来自ECU28的输出信号的离合器致动器50控制。最好是，设置一个响应控制输出信号的致动器，它可被通过操纵手动离合器踏板而超越。在本优选实施例中，所述离合器是手动控制的且仅用来起动车辆(参见美国专利4,850,236；5,272,939和5,425,689，其公开在本文中被引用作为参考)。变速器14可包括一个变速器致动器52，该致动器响应来自ECU28的输出信号和/或向ECU28发送指示其选定位置的输入信号。这种通常称作X-Y转换器类型的换挡机构在现有技术中是公知的，可参见美国专利5,305,240和5,219,391，其公开在本文中被引用作为参考。致动器52可以使变速器14的主要和/或辅助部分进行转换/换档。离合器16的啮合和脱离状态可由位置传感器(未示出)检测，或者可通过比较发动机(ES)的速度和输入轴(IS)的速度而确定。
发动机的加油最好由电子发动机控制器54控制，该控制器接收ECU28的指令信号和/或向ECU28提供输入信号。发动机控制器54最好和符合公知工业协议例如SAE J1922，SAE 1939和/或ISO 11898的工业标准数据链路DL相连。该ECU28可以包含在发动机控制器54内。
如已知的，对于自动换档而言，所述ECU28必需确定何时需要升档和减档，以及是否需要单级换档或越级换档(参见美国专利4,361,060；4,576,065；4,916,979和4,947,331，其公开在本文中被引用作为参考)。
图2是换档点图形的图形表达，用来确定何时由ECU28向换档致动器52发出换档指令。实线60是默认的升档图形，实线62是默认的减档图形。如已知的，如果车辆运行至升档图形60的右方，应发出变速器14的升档指令，如果车辆运行至减档图形62的左方，应发出减档指令。如果车辆在两图形60、62之间运行，那么，不需要对变速器进行换档。
换档图形60是发动机速度(ESu/s)的图形表达，显示了不同程度节气门变位(即按需求)时从当前变速比(GR)升档的图形。
转换图形62是不同等级节气门位置时发动机速度(ESD/S)的图形表达，它显示了从当前啮合变速比(GR)减档至更低变速比(GR-N，N＝1，2，3)时的图形。现有技术中(见虚线64)，众所周知减档的发动机速度随节气门位置的增加而增加(亦即驾驶员对发动机速度和扭矩增大的需求量)。
本发明中，在选定为大约80％至100％变位之间的预定节气门变位值66之上的ESD/S值中有一个阶梯增幅。简单地说，如果THL＜80％-100％，假定存在一种滑行减档(coast downshifting)状态，如果高于该值，假定存在一种动力减档状态。
如已知的，在不同运行工况下换档图形60和62的全部或部分可以移动。
根据本发明的控制，如果需要从当前啮合变速比(GR)减档，系统10将增加变速器输入轴18的旋转速度至所需减档目标变速比(GRTARGET)的新同步速度。这种减档工况可通过启动一个用于识别所需减档目标变速比(GRTARGET)的程序达到，或者通过控制发动机扭矩以提供变速器输入轴18需要的旋转速度而达到。通常减档工况将导致处于或接近自由发动机加速(FEA)率的发动机加速(EA)率。然而，如果系统10处于伪空档状态下(亦即系统10认为变速器14处于空档，而实际上变速器14处于减档工况的一个接合位置上)，那么发动机速度的增加可能造成一种潜在的不合需要的情形。请注意本发明能用于任何减档工况，例如动力减档、自动减档、自动动力减档工况等。
一般而言，本发明的一个实施例提供了检测系统10的伪空档状态的一种方法，以及在检测到伪空档状态时采取适当措施。当伪空档状态出现时，发动机加速度(EA)，亦即作为时间函数的发动机速度(ES)的变化率将受到车辆增加的质量的限制。通过监视并与减档同步过程中自由发动机加速(FEA)率进行比较，可检测到伪空档状态并采取适当措施。
具体而言，本发明一个实施例的控制逻辑以流程图形式显示在图3中，从始点3.1开始。根据本发明的控制逻辑，在点3.2处当来自换档控制台42的输出信号(GRT)指示为空档位置时，在点3.3处将发生自动减档的发动机加速。
在自动动力减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)的过程中，发动机加速度(EA)，亦即作为时间函数的发动机速度(ES)的变化率，由ECU28监控和/或记录，以计算发动机加速(EA)率，如点3.4处所示。然后，ECU28比较发动机加速(EA)率和自由发动机加速(FEA)率，如判定点3.5所示。自由发动机加速率被定义为一个取决于发动机制造商并且对所有制造商而言并不相同的预定值。一旦制造商等已经设定了一个初始值，自由发动机加速率也可以是一个学习值。例如，典型的自由发动机加速率大概近似为1200rpm/s。
如果发动机加速(EA)率小于自由发动机加速(FEA)率，那么就检测到伪空档，设定伪空档状态并维持变速器14处于当前啮合变速比(GR)，如在点3.6处所示。换句话说，如果自由发动机加速(FEA)率和发动机加速(EA)率之差值大于预定值，那么就检测到伪空档且采取适当措施。如果发动机加速(EA)率不小于自由发动机加速(FEA)率，那么继续减档直至变速器14达到目标变速比(GRTARGET)，如点3.7所示。所述控制逻辑在结束点3.8终止。
尽管发动机加速(EA)率和自由发动机加速(FEA)率能用来检测伪空档状态，其它外部因素，诸如发动机处在非常状态/退化状态运行，或发动机/排气制动系统出现缺陷或粘结/咬合也可以影响发动机加速(EA)率。一种替代的检测伪空档状态的方法是确定输入轴旋转速度(IS)和输出轴旋转速度(OS)相对于减档同步过程中在先啮合变速比是否保持同步。一种最小化因为基于输入和输出轴速度的发动机同步而导致错误读数的可能性的方法在美国专利5,682,790中被描述，其公开在本文中被引用作为参考。
具体地说，本发明另一个实施例的控制逻辑以流程图形式显示在图4中，从始点4.1开始。根据本发明该实施例的控制逻辑，在点4.2当来自换档控制台42的输出信号(GRT)指示为空档位置时，在点4.3处将发生用于自动减档的发动机加速。
在自动动力减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)的过程中，输入轴的旋转速度(IS)和输出轴的旋转速度(OS)由ECU28监控和/或记录，如点4.4所示。然后，ECU28将减档同步过程中输入轴和输出轴的旋转速度与当前啮合变速比(GR)时的输入轴和输出轴的旋转速度相比较，如判定点4.5所示。如果ABS((OS*GR)-IS)＜预定值，那么就检测到伪空档，设定故障/伪空档状态并将变速器14维持处于当前啮合变速比(GR)，如点4.6所示。该预定值取决于发动机制造商，对所有制造商而言并不相同。一旦制造商(或类似机构)已经设定了一个初始值，该预定值也可以是一个学习值。如果ABS((OS*GR)-IS)＞预定值，不设定故障状态，并且继续减档直至变速器14达到目标变速比(GRTARGET)，如点4.7所示。所述控制逻辑在结束点4.8终止。
因此，可以看到在此为车辆中至少部分为自动的机械变速系统中控制减档提供了一种改进的控制系统/方法。
尽管已经结合它的某些具体实施例具体描述了本发明，应该意识到，它仅用于说明而非限制，并且所附权利要求的范围应以现有技术所容许地尽可能宽泛地来解释。

Claims (11)

1.一种用于车辆的在车辆自动机械变速系统(10)中控制自动减档的方法，该车辆包括一个燃料控制发动机(12)，一个多速度机械变速器(14)，和一个控制器(28)，该控制器用于接收包括指示发动机速度(ES)、啮合变速比(GR)以及车辆速度(OS)的一个或多个信号的输入信号(30)，且根据逻辑规则处理所述输入信号以向变速系统致动器发出指令输出信号(32)，而该变速系统致动器包括用于使该变速器换档的一个变速器致动器(52)，所述方法包括以下步骤：
(a)确定由当前啮合变速比(GR)减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)过程中的一个发动机加速(EA)率；
(b)确定所述发动机加速(EA)率是否小于自由发动机加速(FEA)率；
其中，当所述发动机加速(EA)率小于所述自由发动机加速(FEA)率时检测出为一种伪空档状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当检测到伪空档状态时保持所述变速器为所述的当前啮合变速比(GR)的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当没有检测到伪空档状态时继续减档至所述目标变速比(GRTARGET)的步骤。
4.一种用于车辆的在车辆自动机械变速系统(10)中控制自动减档的方法，该车辆包括一个燃料控制发动机(12)，一个多速度机械变速器(14)，和一个控制器(28)，该控制器用于接收包括指示发动机速度(ES)、啮合变速比(GR)以及车辆速度(OS)的一个或多个信号的输入信号(30)，且根据逻辑规则处理所述输入信号以向变速系统致动器发出指令输出信号(32)，该变速系统致动器包括用于使该变速器换档的一个变速致动器(52)，所述方法包括以下步骤：
(a)确定由当前啮合变速比(GR)减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)过程中的发动机加速(EA)率；
(b)确定所述发动机加速(EA)率是否小于自由发动机加速(FEA)率，如果确定结果为否，则继续减档至所述目标变速比(GRTARGET)，如果确定结果为是，则保持所述变速器为所述的当前啮合变速比(GR)。
5.一种用于车辆的在车辆自动机械变速系统(10)中控制自动减档的方法，该车辆包括一个燃料控制发动机(12)，一个多速度机械变速器(14)，以及一个控制器(28)，该控制器用于接收包括指示发动机速度(ES)、啮合变速比(GR)以及车辆速度(OS)的一个或多个信号的输入信号(30)，且根据逻辑规则处理所述输入信号以向变速系统致动器发出指令输出信号(32)，而该变速系统致动器包括一个能使所述变速器换档的变速器致动器(52)，所述方法包括以下步骤：
(a)确定由当前啮合变速比(GR)减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)过程中的发动机加速(EA)率；
(b)确定所述自由发动机加速(FEA)率和所述发动机加速(EA)率之间的差异是否大于一预定值，如果确定结果为否，则继续减档至所述目标变速比(GRTARGET)，如果确定结果为是，那么保持所述变速器为所述的当前啮合变速比(GR)。
6.一种用于车辆的在车辆自动机械变速系统(10)中控制自动减档的控制系统，该车辆包括一个燃料控制发动机(12)，一个多速度机械变速器(14)，以及一个控制器(28)，该控制器用于接收包括指示发动机速度(ES)、啮合变速比(GR)以及车辆速度(OS)的一个或多个信号的输入信号(30)，且根据逻辑规则处理所述输入信号以向变速系统致动器发出指令输出信号(32)，而该变速系统致动器包括能使所述变速器换档的一个变速器致动器(52)，所述控制系统包括的逻辑规则用于：
(a)确定由当前啮合变速比(GR)减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)过程中的发动机加速(EA)率；
(b)确定所述发动机加速(EA)率是否小于自由发动机加速(FEA)率；
其中，当所述发动机加速(EA)率小于自由发动机加速(FEA)率时检测出为一种伪空档状态。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：当检测到伪空档状态时，保持所述变速器为所述的当前啮合变速比(GR)。
8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：当没有检测到伪空档状态时，继续减档至所述目标变速比(GRTARGET)。
9.一种用于车辆的在车辆自动机械变速系统(10)中控制自动减档的方法，该车辆包括一个燃料控制发动机(12)，一个多速度机械变速器(14)，以及一个控制器(28)，该控制器用于接收包括指示发动机速度(ES)、啮合变速比(GR)以及车辆速度(OS)的一个或多个信号的输入信号(30)，且根据逻辑规则处理所述输入信号以向变速系统致动器发出指令输出信号(32)，而该变速系统致动器包括能使所述变速器换档的一个变速器致动器(52)，所述方法包括以下步骤：
(a)确定由当前啮合变速比(GR)减档至所需减档目标变速比(GRTARGET)过程中的输入轴旋转速度(IS)和输出轴旋转速度(OS)；
(b)确定(ABS((OS*GR)-IS))是否小于一预定值；
其中，当所述(ABS((OS*GR)-IS))小于所述预定值时检测出为一种伪空档状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括当检测到所述伪空档状态时保持所述变速器为所述的当前啮合变速比(GR)的步骤。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括当没有检测到所述伪空档状态时继续减档至所述目标变速比(GRTARGET)的步骤。
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