CN1955516B

CN1955516B - 电子控制系统

Info

Publication number: CN1955516B
Application number: CN200610004640.5A
Authority: CN
Inventors: 巴里·威尔逊
Original assignee: Fallbrook Technologies Inc
Current assignee: Fallbrook Intellectual Property Co LLC
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2026-01-23
Also published as: CN1955516A; US7343236B2; US20070093950A1

Abstract

本发明提供一种用于自动传动装置的通用动力控制模块。该动力控制模块包括一个处理器以及至少二个将发动机及车辆的数据提供给处理器的传感器输入信号。该数据可包括车速、发动机温度、节气门位置、发动机RPM以及其它运行参数。输入到处理器内的数据的类型及数量可以改变，从而适应不同的发动机与传动装置的组合。至少二个输出信号从处理器向传动装置传递指令。程序线路用于根据发动机及车辆传感器数据，来规定传动装置齿轮的档位图案。可对该程序线路进行编程，从而为发动机与传动装置的任何组合规定最佳的齿轮档位图案，而且相对独立于各生产商及型号。

Description

电子控制系统

技术领域

本发明涉及汽车传动系统，尤其涉及汽车传动系统的传动控制装置。

背景技术

汽车传动系统的主要作用是为车辆提供大范围的输出速度，同时使发动机在一个窄小的速度范围内运转。最早的汽车只能进行手动传动，但随着汽车体积的增大，工程师们开始探索一种使汽车在各变速齿轮之间自动换档的方法。

现代的电子控制传动装置采用电磁阀来控制用于启动离合器及条带的液压电路。控制装置根据来自发动机及传动装置上各种传感器的输入来控制齿轮的换档点。控制装置将这些参数作为节气门位置、车速、发动机速度、发动机负荷及停车指示灯开关位置等来进行检测，从而准确地控制换档点以及换档的软硬度。

目前的发动机/传动装置组合采用单一控制装置来控制发动机及传动装置的功能，或者分别进行控制。这些控制装置是为各发动机及传动装置定制设计的。直至近年来，还没有引起问题，因为发动机及传动装置通常是配合共用的。然而，随着汽车生产向发展中国家转移，各生产商便形成了一种将发动机与传动装置组合为一体的趋势，尤其在这些发展中国家的国内市场中销售的情况下更是如此。

这些发展中国家的主要竞争优势在于较低的制造成本而非技术革新。因此，便形成了一种采用现有的发动机而不是开发新型发动机的趋势。采用现有发动机的结果是将由不同汽车商生产的发动机与传动装置配套使用。这样，在它们的运行匹配与控制方面便会产生问题，因为控制装置是按特定的型号及发动机与传动装置组合来定制设计的。在有些情况下，发动机与传动装置上的各控制器可能难以互相沟通。比如，传动装置控制单元的传感器输入可能不同于发动机的输出。在另一些场合下，通常由发动机的单一控制装置来控制的传动装置与不提供这种控制的发动机是成对的。这种非匹配性会损害齿轮在传动装置内的平滑运动。

因此，应开发出一种通用的传动控制装置，其可在各种型号及类型的传动装置之间通用，且可定制，以适应发动机与传动装置的任何组合。

发明内容

本发明提供一种用于自动传动装置的通用动力控制模块。该动力控制模块包括一个处理器以及将发动机及车辆的数据提供给处理器的至少二个传感器输入信号。该数据可包括车速、发动机温度、节气门位置、发动机RPM以及其它运行参数。输入到处理器内的数据的类型及数量可以改变，从而适应不同的发动机与传动装置的组合。至少二个输出信号从处理器向传动装置传递指令。程序线路用于根据发动机及车辆传感器数据，来规定传动装置齿轮的档位图案。可对该程序线路进行编程，从而为发动机与传动装置的任何组合规定最佳的齿轮档位图案，而且相对独立于各生产商及型号。

附图说明

本发明的新颖性特征如权利要求书所述。参见下述的实施方式及附图，可进一步明晓本发明本身、优先使用方式、目的及优点，其中：

图1是可适用本发明的汽车动力传动系统的简化方框图；

图2是转矩转换器的放大立体图；

图3是可适用本发明的自动传动装置的剖面图；

图4是行星齿轮装置的端视图；

图5是行星齿轮装置的侧视图，包括齿轮与其相互作用的其他结构件；

图6是离合器装置的放大立体图；

图7表示传动带；

图8表示传动装置换档阀的动作；

图9是本发明实施方式中通用可编程传动装置动力控制模块(PCM)的方框图；

图10是本发明实施方式中传感器保护电路的详细电路图；

图11是本发明实施方式中动力源熔断器的详细电路图；

图12是本发明实施方式中转矩转换离合器(TCC)开关的电路图；

图13是本发明实施方式中3-4电磁阀开关的电路图；

图14是本发明实施方式中PCM处理器的电路图；

图15表示本发明实施方式中自动传动装置的3-4齿轮档位方式；

图16A是本发明实施方式中PCM壳体的主视图；

图16B是本发明实施方式中PCM壳体的后视图；

图17表示本发明实施方式中发动机的输入连接端子；以及

图18表示本发明实施方式中电路编程器输入连接端子。

具体实施方式

图1是汽车动力传动系统的简化方框图。它主要包括四个主要部分：发动机101、转矩转换器102、自动传动装置103和液压启动器104。发动机101是整个系统的动力源。该动力通过发动机输出轴105，来传递给转矩转换器102。转矩转换器102将发动机输出转矩增大，并通过传动输入轴106传递给自动传动装置103。液压启动器104对摩擦盘施加压力，从而使其啮合或分离，由此来控制自动传动装置103内的换档过程。传动装置103接下来通过输出轴107，向汽车的车轮108传递驱动转矩。

图2是转矩转换器的增大立体图。现代的自动传动装置的关键在于转矩转换器，它取代手动传动装置中的离合器。转矩转换器采用液压耦合方式，它将由发动机提供的旋转动力进行增大，从而使发动机独立于传动装置来旋转。它通过传动轴(未图示)来与发动机相连，该传动轴与发动机曲轴相配合，但实际上不接触。因此，发动机与传动装置之间不直接连接。

在转矩转换器壳体内有多个部件，用于增大发动机动力。这些部件包括叶轮(或泵)201、涡轮202以及定子(或导轮)203。转矩转换器的壳体210被螺栓固定到发动机的飞轮上，并与发动机同速旋转。泵的翅片(从该角度上见不到)固定到壳体210上，因而也与发动机同速旋转。

叶轮推进器201及涡轮202在圆形金属壳体220内互相对置。叶轮推进器201处于发动机一侧。涡轮202处于传动装置一侧。这些部件均有拨动传动液的叶片，从而使它们旋转。当一个翼片旋转时，另一个也旋转。

涡轮202在罩盖220内旋转，并通过传动装置的输入轴上的花键，来与驱动链相连接。当液体进入涡轮202的叶片时，涡轮便开始旋转，使传动装置旋转，从而使汽车车轮转动。

叶轮推进器201是一个离心泵。当它旋转时，传动液便通过离心力进入叶片外侧，在此由第三个翼片即定子203重新导回涡轮一侧。当液体进入外侧后，便形成真空，从而将更多的液体抽入中心部。

定子203在泵201与涡轮202之间改变液体流向，从而使转矩转换器成为一个转矩增大器，而并非一个直接的液体耦合器。转矩增大器效果可使车辆向驱动轮输出大于发动机实际产生的转矩。在转换器处于“停车模式”时(涡轮的转速大大低于泵的转速)以及在车辆加速期间，发生上述现象。当车辆加速时，转矩增大效果便下降，直至达到1∶1时为止(转矩不超过曲轴转矩)。典型的转矩转换器的转矩增大比率约为2.5∶1。

图3是可适用本发明的自动传动装置的剖面图。传动装置的输入轴与输出轴之间的速度比率决定着自动传动装置的齿轮变速比。而手动传动装置使不同的齿轮组与输出轴相啮合或脱开，从而实现各种齿轮变速比，自动传动装置采用相同的齿轮来产生各种齿轮变速比。通过行星齿轮301，可使自动传动装置实施这一功能。

图4是行星齿轮装置的端视图。齿轮装置之所以被称为行星齿轮，是因为齿轮是环形的，而且围绕中心齿轮即太阳轮来旋转。行星齿轮系统有三个主要部分：太阳轮401、行星齿轮402、环形轮及鼓筒403，它们均持续啮合。各行星轮通过同一齿架来互相连接，该齿架可使齿轮在与齿架相接的轴即小轴上旋转。

图5是行星齿轮装置的侧视图，包括齿轮与其相互作用的其他结构件。发动机的输入轴501与环形轮403相接。输出轴503与行星齿架减速器相接，这意味着输出速度低于输入速度。第二齿轮减速比率是一种超驱动形式，其输出速度大于输入速度。最后是减速，但输出方向相反。该行星齿轮装置还可产生其它比率，但上述的各比率对于本说明已足够。一列内的二个齿轮组可在自动传动装置内形成四个正向齿轮及一个反向齿轮。

自动传动装置内的齿轮换档由离合器装置及条带来控制。

图6是离合器装置的放大立体图。大多数的自动传动装置采用多盘式离合器运行方式，其中，多个摩擦盘601处于钢板602之间。摩擦盘601及钢板602处于钢质鼓筒603之内。这一装配形式被称为离合器装置。压力液进入离合器(图5中的507)内的活塞，使活塞挤压钢板，这样便可将整体固为一体，从而启动离合器，进而驱动车轮。摩擦盘601通过花键固定到内侧，由此固定到齿轮上。钢板602通过花键固定到外侧，由此固定到离合器壳体603上。当压力释放后(比如发动机空转)，活塞便脱开，车轮停止转动。当压力减小后，弹簧便确保离合器释放。

图7表示传动带。传动带是金属带701，其围绕在离合器壳体或鼓筒710上。液压活塞702处于传动装置壳体内，其推动金属带701。当金属带张紧后，它便与齿轮啮合，并将齿轮系列的该部分锁定到壳体710上。当液压压力消除后，金属带便松弛，从而释放齿轮。

参见图5，离合器装置504用来将行星齿架502锁定到太阳轮401上，从而使二者同速旋转。如果释放离合器装置504及金属带506，则系统便处于空档位置。在空档位置，输入轴501便驱动行星齿轮402及太阳轮401，但由于太阳轮不受任何掣制，因而它只空转，不对输出轴503有任何影响。如欲将传动装置置于第一齿轮位置，则对金属带506施力，从而使太阳轮401止动。如欲从第一齿轮换档至高阶齿轮，则释放金属带506，使离合器504动作，从而使输出轴503与输入轴501同速旋转。

显然，可以像现代的自动传动装置那样，组合二个或更多的行星齿轮，从而提供不同的正向速度及反向速度。

图8表示传动装置换档阀的动作。换档阀对离合器及金属带提供液压力，从而使各齿轮相啮合，并确定何时从一个齿轮换档至另一个齿轮。比如，3-4/4-3换档阀可确定何时在第三齿轮与第四齿轮之间进行换档。来自调速器802的液体对换档阀801在一侧加压，来自节流阀(未图示)的液体对换档阀801在另一侧加压，如箭头810、812所示。液泵(未图示)向调速器802及节流阀提供液体803，它们将液体导入二个管路中的一个，从而确定使哪个汽车齿轮运转。

调速器802是一个用于向传动装置通知车速的阀门。它与传动输出轴相连接，因而调速器旋转得越快，汽车便运行得越快。调速器802内有一个弹簧加载阀门804，其开启度与调速器的转速成比例。

齿轮档位定时取决于加速率。以1-2档为例，当汽车加速后，便由调速器802产生压力，从而推动换档阀801，直至第一齿轮管路关闭，同时第二齿轮管路开启。如果汽车以较少的节流量来加速，则节流阀便对换档阀801施加较小的压力。然而，如果汽车迅速加速，则节流阀将对换档阀801施加较大的压力，它需要调速器802产生较高的压力(车速更高)，从而使换档阀801能移动到足够远的距离，以便与第二齿轮相啮合。各换档阀对应于一个特定的压力范围。

现代的电控传动装置采用电磁阀，来对启动离合器及金属带的液压管路进行控制。控制单元根据来自发动机及传动装置上各传感器的输入信号，来控制齿轮的换档点。控制单元将这些参数作为节气门位置、车速、发动机速度、发动机负荷及停车指示灯开关位置等来进行检测，从而准确地控制换档点以及换档的软硬度。

图9是本发明实施方式中通用可编程传动装置动力控制模块(PCM)的方框图。PCM900根据来自发动机传感器的数据输入，来控制转矩转换离合器(TCC)电磁阀及齿轮换档电磁阀的动作。

来自远程传感器的车辆数据通过对应于这些传感器的相应保护电路911-915，被传送给处理器901。在本示例中，传感器输入包括车速911、制动器912、超驰量913、温度914及节流位置915。同样，车速传感器(VSS)向PCM提供车速数据，以确定换档程序。节流位置传感器(TPS)向PCM提供节流位置数据，以确定换档程序。发动机冷却剂温度传感器向PCM提供温度数据，以控制TCC电磁阀动作。在一种实施方式中，发动机工作温度超过128°F后，TCC才能啮合。当制动器动作时，制动器通/断开关(BOO)便关闭，同时，PCM使TCC脱开。

图10是本发明实施方式中传感器保护电路的详细电路图1010-1018。它们是标准的保护电路，用于防止动力波动损坏处理器910。

除了上述的输入之外，其它可能的传感器输入还包括发动机负荷及RPM。比如，电子打火器(EI)或轮廓打火传感(PIP)传感器向PCM提供RPM信号，用于对TCC及档位电磁阀确定换档定时。

与传统的PCM不同，可根据特定的发动机/传动装置组合的需要，来改变由PCM900监视的输入/输出。不仅可改变特定的输入，还可改变输入数量。在本发明的一种实施方式中，输入数量可以为二个至五个。

通过动力源熔断器920，向PCM900提供动力。图11是该熔断器的详细电路图1100。与保护电路911-915同样，动力熔断器保护处理器910及其它部件，是传动控制器的标准部件。

处理器910根据电路程序902，来处理由传感器电路911-915提供的数据。可以根据特定的发动机/传动装置组合，来改变及定制电路程序902，从而使PCM900执行有效的换档程序，而与发动机及传动装置的生产商及型号无关。

有关档位处理的指令从处理器910传递给转矩控制离合器(TCC)电磁阀开关930以及特定的齿轮档位电磁阀开关(941，942或943)。

图12及13分别表示TCC开关及3-4电磁阀开关的电路图。3-4档位电磁阀开关控制第三与第四齿轮之间的档位阀门。TCC电磁阀使转矩转换离合器啮合及脱开。

图14是本发明实施方式中PCM处理器的电路图。该图表示传感器输入信号的输入销1401-1405以及TCC和3-4档开关的输出销1411、1412。

图15表示本发明实施方式中自动传动装置的3-4齿轮档位方式。该图表示节流位置及车速的参数之间的关系，用于确定第三与第四齿轮之间的最佳开关点。

虚线1501、1502表示TCC通/断的阈值。左侧虚线1501表示TCC断开的阈值。右侧虚线1502表示TCC通路的阈值。

图中的实线1511、1512表示第三与第四齿轮之间的换档阈值。左侧实线1511表示从第四齿轮至第三齿轮的减速换档阈值，而右侧实线1512表示从第三齿轮至第四齿轮的加速换档阈值。

下表中汇总了规定齿轮档位及图15中TCC图案的节流位置及车速值：

表2

TCC电磁阀被液压超驰至30mph以下，从而使离合器脱开。在下列驱动情况下，转换离合器脱开或不能啮合：

●发动机冷却剂温度低于53.3℃或超过115℃

●制动时

●节气门关闭或节气门大开

●节气门迅速开启或关闭

●在发动机需要4-3减速换档之时。这样，在4-3减速换档时，可使转换离合器脱开。

应注意，齿轮档位及图15中TCC图案的特定值只是一种示例，它表示在开发用于PCM的适当的换档程序时应考虑的参数。所用的数值来自并取决于特定的传动装置与发动机组合。在组合原本并非配用的发动机与传动装置时，这一点尤为重要，比如在第三世界国家的汽车制造业中。在这种情况下，为原来的传动装置开发的档位程序必须改变，以适应由其它公司生产的新型发动机的性能特性。

利用本发明PCM的电路程序改变能力，可以灵活地适应发动机/传动装置组合的档位图案，而无需限于预先设置的限于特定发动机/传动装置组合的原设计程序。

图16A及16B分别是本发明实施方式中PCM壳体的主视图及后视图。该示例中的壳体1600有四个连接端子1601-1604，用于数据输入及输出。端子1601从发动机传感器接收输入信号。端子1602及1603用于控制对传动装置的输出。端子1602与3-4电磁阀开关相接，而端子1603则与TCC电磁阀相接。壳体1600相反侧的端子1604用于向PCM电路程序输入数据。

图17表示本发明实施方式中发动机的输入连接端子。该图详细表示图6A中的连接端子1601。

图18表示本发明实施方式中电路编程器输入连接端子。该图详细表示图6B中的连接端子1604。

本发明的陈述旨在用于说明，并非限于本发明的上述形式。业内人士可进行各种改动及改良。实施方式只用于充分说明发明原理及用途，从而使业内人士进一步理解本发明的各种实施方式及适于临时用途的各种改动。业内人士应明晓，在不脱离本发明的权利要求的范围内，可对实施方式进行各种变动。

Claims

1.一种用于自动传动装置的通用动力控制模块，包括：

(a)一个处理器；

(b)二个或更多的将发动机及车辆传感器数据提供给处理器的传感器输入，其中传感器输入的数量以及传感器输入的类型根据与动力控制模块一起使用的发动机和传动装置的每种特定组合的需要而改变，允许动力控制模块促进初始并不是设计成在一起工作的发动机和传动装置之间的通信；

(c)二个或更多的输出，用于从处理器向传动装置中的转矩控制离合器和齿轮档位电磁阀传递指令，其中输出的数量以及输出的类型根据与动力控制模块一起使用的发动机和传动装置的每种特定组合的需要而改变，允许动力控制模块促进初始并不是设计成在一起工作的发动机和传动装置之间的通信；以及

(d)程序线路，用于根据(b)中发动机及车辆传感器数据，来规定传动装置齿轮的档位图案，其中，对该程序线路进行编程，从而为包括最初不是设计成在一起工作的发动机与传动装置的任何组合规定最佳的齿轮档位图案，而且相对独立于各生产商及型号，其中程序线路从传动装置的初始设计改变传动装置的齿轮档位策略，以便适应不是最初设计成与所述传动装置在一起使用的发动机的性能特性。

2.根据权利要求1所述的动力控制模块，其特征是，(b)中的发动机及车辆数据包括以下的至少一项：

车速；

制动器动作；

超驰；

发动机温度；

节气门位置；

发动机负荷；以及

发动机RPM。

3.根据权利要求1所述的动力控制模块，其特征是，(b)中的传感器输入的数量从二个至五个。