用于控制包括车轮刹住和容差的自动化机械变速系统的方法

专利名称:用于控制包括车轮刹住和容差的自动化机械变速系统的方法
本发明涉及控制系统和提供多种齿轮或减速比的自动变速(automatic transmission)方法，例如自动化机械变速(即“AMT”)。本发明尤其涉及控制系统和用于动车自动化机械变速系统的方法。其中齿轮的选择和换档的决定是根据所测得和/或算出的各种参数而进行的。这些参数和动车和/或输出轴速度、变速器输入轴速度、发动机速度、油门位置、油门位置的变化率、动车和/或发动机速度的变化率等等。本发明更具体涉及一种根据滑动状态(Skid Condition)和系统从滑动或车轮刹住状态(Skid or wheel lock-up condition)到系统恢复的检测、控制一个包括传感(或检测)滑动或车轮刹住状态的车辆ATM系统的方法。
在现有技术中采用刚性离合器的自动机械型和采用摩擦离合器的行星齿轮型的自动变速器的控制系统是公知的。为了自动变速而采用分立逻辑电路和/或软件控制微处理器的电子控制系统，其中齿轮选择和换档决定是根据某些测得和/或算出的参数进行的(这些参数如动车速度(或变速器输出轴速度)、变速器输入轴速度、发动机速度、动车速度变化率、发动机速度变化率、油门位置、油门位置变化率、油门踩到底(即换低档)、制动机械的起动、当前的啮合比等等)。这也是公知的。这种用于动车的自动变速控制系统的例子可见参考文献第4，361，060、4，551，802、4，527，447、4，425，620、4，463，427、4，081，065、4，073，203、4，253，348、4，038，889、4，226，295、3，776，048、4，208，929、4，039，061、3，974，720、3，478，851、3，942，393号公开的美国专利文件。
动车制动防滑动或防刹住系统在现有技术中也是公知的。简单地说，由于车轮刹住或滑动要比动车最佳地停车和控制的情况少，所以希望检测已存在的或正在进入的车轮刹住情况。如果检测该车轮刹住状态，就允许该车轮加速到车速，然后再重新施加动车制动。防滑动或防刹住的制动系统的例子可见参考文献第3，767，270、3，768，872、3，854，556、3，920，284、3，929，382、3，966，267、3，995，912号公开的美国专利文件。
当以上参考的自动或半自动机械变速(即“AMT”)控制系统和类似系统借助于选取一个能使燃料经济和/或使该动车功能最佳化所需的齿轮比，根据检测出的参数和/或指令换档改变成所选取的齿轮比，有效地控制一个自动变速器时，如果所采用的预定程序或控制方法不包括检测已存在的或正在进入的刹住或滑动状态(也称为车轮刹住状态)的逻辑和/或不根据检测的车轮刹住状态修改该程序以提供最佳控制，则这种控制不会完全被采纳。
车轮刹住状态存在涉及动车AMT系统控制的一些问题，这些问题包括作用于轮对的发动机和离合器的惯性，此惯性拖延车轮对加速到车速的时间;在滑动时出现输出轴速度信号值不表示车速的情况，这将使变速系统进行不希望的一次或多次快速换低档的操作;以及需要给该系统提供一种能使输出轴速度信号能够重新表达车轮刹住状态预期结束时的车速的真实指示的功能。
根据本发明，通过提供一个控制系统(最好是一个电子控制系统)和一种控制方法，以使自动化机械变速系统的齿轮选择和换档决定是根据测得的和/或算出的、包括指示发动机速度的输入信号、变速器输入轴速度和变速器输出轴速度的各种参数来进行的，因而现有技术的缺点可以克服或减至最小。其它的输入/参数如指示油门位置的信号和/或油门位置变化率、主离合器状态、当前啮合的齿轮比、动车制动操作等也用来决定AMT系统的控制。该方法提供检测的车轮刹住状态，并以修改控制算法作为响应。
建立另一种专门用于检测非标准状态，如检测车轮刹住状态的控制方法来代替在没有这种非标准状态时所用的控制算法就是本发明描述的目的，本发明涉及处理输入信号以输出控制AMT的输出指令信号用来对控制算法或程序进行修改。
上述作用通过提供带有输入装置的电子控制单元就能实现，该输入装置用来接收指示车轮刹住的信号(例如它来自动车反刹住系统)和/或包括处理输入信号以确定车轮刹住状态的有无的逻辑。当检测出车轮刹住时，该控制方法可使该车离合器(或其它完全可分离的偶合器)分离开来或仍然处于分离状态，并停止所有齿轮变换操作，这样可使车轮加速到车速，并防止该变速器不希望的换低档操作。该方法还包括检测表示车轮刹住状态结束的状态，及根据检测出可能的车轮刹住状态的结束来校核指示车速的输出轴速度信号的步骤，以允许该AMT系统重新开始正常操作。
为此，本发明的一个目的是提供一种新的改进了的方法，用以控制一个包括检测车轮刹住状态和在这个检测出的刹住状态的容差内修改该系统控制算法的动车AMT系统。
本发明以上的及其它的目的和优点通过联系其附图对所选择实施例说明的阅读将会十分明瞭。
图1是本发明自动化机械变速控制系统的部件和相互连接的原理图。
图2A、2B是说明实施本发明方法的择优实施例的流程图。
图1从原理上示出一个动车自动化机械变速系统10，该系统包括一个油门控制的发动机12，譬如一个公知的内燃机，它通过一个主离合器14驱动一个自动多速变化的齿轮变速器11。自动变速器11的输出是用于驱动联接一个相应的动车部件，譬如动车驱动轴20的差动机构18的输出轴16。上述动力传动部件受到几个装置的作用与监测，以下将要对这些装置逐个地详细描述。这些装置包括一个能检测受动车油门或其它燃料节流装置24控制的操纵器位置的、油门位置或油门开度监测部件22、一个用于控制供给发动机12燃油量的燃油控制装置26、一个能检测发动机转速的发动机速度传感器28、一个能锁合和分离主离合器14、并能提供有关离合器状态信息的离合器操纵器30、一个变速器输入轴速度传感器32、一个能有效地使变速器11换档到选取的齿轮比、并能提供一个表示当前啮合齿轮比信号的变速器操纵器34和一个变速器输出轴速度传感器36。还设有一个动车制动监测器38用以检测动车制动器踏板40的动作。
该车还设有一个动车反刹住系统，这在现有技术中是公知的，概括地用标号42表示。简单地说，一个反刹住系统包括一个中央反锁定逻辑单元44，该单元接收来自各种轮速传感器、譬如传感器46和48的输入信号、以确定已存在的或正在进入的车轮刹住状态的存在，并将其输出指令输给制动器操纵器50和52，以使动车的停车和控制最佳化，这在现有技术中也是公知的。如果该车提供装设了一个反刹住系统42，则该系统通过滑动或刹住传感器54向该AMT系统10提供一个输入信号。
上述AMT系统装置向中央处理单元(CPU)或控制器56供给信息或接收它的指令。该中央处理单元56可以包括模拟的和/或数字的电子逻辑硬件，或更好的是在一个微处理器的基础上并使用软件模式逻辑。中央处理器56还接收来自换档控制部件58的信号，动车的司机可利用换档控制部件选择动车操作的倒车档(R)、空档(N)或前向驱动(D)模式。电源(图中未画出)和/或增压流体源(source of pressurized fluid)图中未画出)向各传感器、操纵器和/或处理单元提供电和/或压缩空气动力。传动力部件和上文所述的该型控制器在现有技术中是公知的，通过参阅上述第3，478，851、3，776，048、4，038，889、4，081，065、4，226，295、4，361，060号美国专利文件可更详知。
传感器22、28、32、36、38、54和/或58可具有任一公知的型式或结构，由此产生正比于上述参数的模拟或数字信号。同样，操纵器26、30、34、50、52可具有任一公知的电、气或电控气动型式，以按照处理单元56或44的指令信号进行操作。燃油控制执行器26通常按照司机对油门24的置位向发动机12供油，也可按照控制单元56的指令提供少(燃油下降)量或多(燃油上升)量的燃油。
中央处理单元56的作用就是按照一个程序(即预定的逻辑规则)和当前的或存贮的参数选取最佳齿轮比，变速器11必须工作在最佳齿轮比的情况下，如果有必要，则根据当前的和/或存贮的信息指令齿轮改变或换档到所选取的最佳齿轮比。
CPU56执行各种功能，执行同样功能的较佳方式可详见1984年10月申请的系列号为第659，114号已批准的美国专利申请文件，和1983年11月刊登在公开的Society of Automotive Engineers SAE上的第831776号论文，这些公开文件做为参考文献。
在车轮刹住或滑动状态的情况下，重要的是对AMT系统的控制逻辑提供一种检测下列状态的方法，该状态即是由指示变速器输出轴转速的传感器36来的输入信号不能真实指示动车速度、并由此系统可能将进行不需要的变速器11向低换档的状态。此外，希望发动机12及离合器14的惯性从制动的动车驱动轮对60上分离开来，能允许该轮对快速地加速跟上动车的速度，以提供最佳的停车和控制状态。
由AMT中央处理单元56所进行的已存在的或正在进入的状态的检测相对地来说是简单的，换句话说，它可包括如果给该车设置一个反刹住系统42，则接收来自动车反刹住系统42的信号，或对来自变速器输出轴速度传感器36的信号进行微分和将该信号与一个相应的或有关车胎与路面保持滚动摩擦时的最大可能的输出轴减速率的参考信号相比较。当动车进入滑动时，车胎60和输出轴16以比保持滚动摩擦时可能的减速度大得多的减速度减速。因此，每当检测出输出轴减速度超过滚动车胎最大可能的减速度时，它一定是滑动状态。滑动状态一检测出，输出轴当前速度就被存贮，这样它可在以后的滑动恢复算法中使用，这种算法将在下面详细讨论。
在检测出滑动或车轮刹住状态存在以后，系统必须以尽可能安全的方式响应检测的状态。控制AMT系统10响应检测的滑动状态的运算逻辑或方法在于立即释放离合器或偶合器件4并禁止中央处理单元56以免进行变速器齿轮的改变。上述响应使车辆司机平安地度过一次滑动的经历，不需要抑制发动机的力矩，也不为变速器系统10在滑动期间决定换低档而操心。重要的二点是释放偶合器14让制动的车轮60不受发动机12和离合器14的输入板惯性的阻碍加速到车辆速度;而禁止变速器11中的齿轮变化就防止了由于在车轮刹住时间不真实反映车速的输出轴速度信号，引起运算逻辑进行不希望有的一次或多次向低档换档。
在本方法的滑动容差逻辑中包含了滑动或车轮刹住是通过在光滑表面上施加超量的制动转矩而开始的。因此油门24未被操作，发动机12将自动地怠速下来，输出轴速度为最小值而不代表车速。直至输出轴速度到达预刹住值的预定百分数和/或油门24再被操作为止，假定这时滑动仍在继续使离合器14仍然分离及来自控制器56的换档指令仍被禁止。
本方法能使逻辑检测前次检测出的滑动状态可能结束，并提供步骤验证这个情况和/或使来自传感器36的输出轴速度的输入信号代表车速。
参见图2A和2B，首先，将输出轴当前速度(“OSC”)与当滑行首次被检出时存贮的输出轴速度(“OSI”)比较。如果输出轴当前速度等于或大于存贮的输出轴速度的预定百分数、如75%，假定是正确的(即代表车速)并在短延时之后采用非车轮刹住控制算法让AMT系统10的控制恢复，以允许滑动恢复。如果是另一情况，输出轴当前速度OSC未恢复到存贮的输出轴速度OSI的75%，则需要采取其它步骤，以确定该车是否仍在滑动。该车司机再操作油门24、正如油门位置传感器22检测出的，由它作为一个指示即代表滑动状态可能已经结束并且司机希望该车以正常方式继续操作。一旦检测出油门24再被操作，AMT系统的逻辑就提供一种方法，以做出由输出轴速度传感器36提供的信息是否正确的决定(正确即该信息代表车速)或作出一个或多个主动轮是否还在滑动的决定。采用两步法做出这个逻辑决定。
为了判断驱动轮对是否仍在滑动，同时为了主动轮不滑动，发动机速度应等于输出轴速度乘以齿轮比或发动机空转速度中较大的一个，并操作离合器14。如果离合器锁合完成，则油门平稳上升到参考值，该值不大于司机要求的点。如果离合器能够完全锁合，而未使发动机失速，则认为离合器锁合已发生了。在短延时期间，如半秒，在离合器锁合完成以后，计算输出轴速度变化，并将其与滚动摩擦状态下等于最大期望输出轴加速度(dos/dt)的参考值比较。如果dos/dt未超过参考值，则认为滑动已经结束。
如果在初始的尝试中离合器锁合未完成，则假定该车已经怠速下来到停车或至少到很低的速度，输出轴速度的输入信号真实地代表车速。这时允许作出变速器换档决定，在短延时之后(如半秒)，离合器14可再被操作。
如上所述，中央处理单元56接收各种输入信号，并根据预定逻辑规则中的一个程序处理这些信号和/或所存信息，发出指令输出信号，以使AMT系统10操作。在各种机械执行器对指令输出信号响应的每段时间中定时地、至少一次地使逻辑校核车轮刹住状态是存在或是不存在，如果有必要，采用容许上述检测状态的一套逻辑规则或操作方法。假定中央处理单元56是一个以微处理器为基础的控制单元，则处理当前和所存储参数并发出指令输出信号的一个完整周期可在不到15～20毫秒内完成，而一个典型的机械执行器(如螺旋线圈控制的阀门等)将最少需要20～30毫秒产生控制部件的初始运动。
虽然AMT系统10已描述为利用一个微处理器为基础的中央处理单元56加上由软件模式或算法来进行的方法和操作，但是操作也可用由分立硬件元件组成的电子/射流逻辑回路来进行，这是很清楚的。
离合器的操纵器30最好由中央处理单元56进行控制，它可使主离合器14锁合和分离，还如上述第4，081，065号美国专利文件所述的。变速器11可包括同步装置(如加速踏板)和用于制动机械的同步装置，正如上述第3，478，851号美国专利文件所述的。变速器11最好是具有一对中间轴式的，但并非必需这样，如参考文献第3，105，395号美国专利文件所述的。
虽然本发明叙述具有一定程度的特殊性，但可以理解还有各种可能的改型，它们不会超出下面权利要求
所述的本发明要旨和范围。
权利要求
1.一种控制方法，用以控制与装有车轮制动器(50、52)至少能制动一个驱动轮对转动的动车相关的动车自动机械变速系统(10)，所述的自动机械变速系统包括一个油门控制的发动机(12)、一个在变速器输入轴及与上述动车驱动轮对传动联接的变速器输出轴(16)之间具有多种可选齿轮比组合的可变齿轮变速器(11)、一个可分离的、设在上述发动机和上述变速器输入轴之间作传动的偶合器(14)，所述的自动机械变速系统还包括一个信息处理单元(56)，它有一个装置，用以接收包括(1)代表上述变速器输出轴转速的输入信号(36)在内的多个输入信号，上述处理单元还包括一个装置，用以根据一个程序处理上述输入信号，该程序为给定的输入信号组合和产生指令输出信号提供一个预定的齿轮比，借此，上述变速器系统按照上述程序加以操作，所述的自动机械变速系统还包括一个装置(34)，它与上述变速器系统相联，有效操作上述变速器系统，它响应上述处理单元的输出信号，使上述齿轮比组合中的一个啮合起作用；本方法的特征是检测车轮刹住状态是否存在；如果是由使上述偶合器立即被分离检测车轮刹住状态存在，则修改程序。
2.权利要求
1的控制方法，其中如果是由禁止上述处理单元产生所有变速器齿轮变换指令输出信号检测出车轮刹住状态，则上述程序还得修改。
3.权利要求
1的控制方法，其中对车轮刹住状态存在的检测包括代表变速器输出轴转速的当前输入信号值对时间的微分，和将上述微分值与一参考值比较，该参考值与驱动轮对保持滚动摩擦时变速器输出轴可能的最大减速度有关。
4.权利要求
2的控制方法，其中对车轮刹住状态的检测包括代表变速器输出轴转速的当前输入信号值对时间的微分，和将上述微分值与一参考值比较，该参考值一般相应于驱动轮对保持滚动摩擦时变速器输出轴可能的最大减速。
5.权利要求
1的控制方法，其中所述动车装配一个动车制动反刹住系统(44)，所述的对车轮刹住状态存在的检测包括接收来自所述反刹住系统的代表车轮状态存在的输入信号(54)。
6.权利要求
2的控制系统，其中所述动车装配了动车制动反刹住系统和所述的对车轮刹住状态的检测包括接收来自所述反刹住系统的代表车轮刹住状态存在的输入信号。
7.权利要求
1的控制方法，其中所述的输入信号还包括(2)代表操纵器油门位置(22)的输入信号，所述方法还包括如下步骤检测油门位置;及如果在检测车轮刹住状态存在之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值时，则处理上述输入信号，以确定是所述前次检测出的已经存在的或是正在进入的车轮刹住状态已经结束。
8.权利要求
2的控制方法，其中所述输入信号还包括(2)代表油门位置的输入信号，所述方法还包括如下步骤检测油门位置;及如果在检测出车轮刹住状态之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值，则处理上述信号，以确定是所述前次检测出的已存在的或是正在进入的车轮刹住状态已经结束。
9.权利要求
4的控制方法，其中所述输入信号还包括(2)代表油门位置的输入信号，所述方法还包括如下步骤检测油门位置;及如果在检测出车轮刹住状态之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值，则处理上述信号，以确定是所述前次检测出的已存在或是正在进入的车轮刹住状态已经结束。
10.权利要求
5的控制方法，其中所述输入信号还包括(2)代表油门位置的输入信号，所述方法还包括如下步骤检测油门位置;及如果在检测出车轮刹住状态之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值，则处理上述信号，以确定是所述前次检测出的已存在或是正在进入的车轮刹住状态已经结束。
11.权利要求
6的控制方法，其中所述输入信号还包括(2)代表油门位置的输入信号，所述方法还包括如下步骤检测油门位置;及如果在检测出车轮刹住状态之后，检测出油门位置超过预定的最小参考值，则处理上述信号，以确定所述前次检测出的已存在或是正在进入的车轮刹住状态已经结束。
12.权利要求
1的控制方法，还包括如下步骤存贮在检测出车轮刹住状态存在时代表输出轴速的输入信号的初始值;检测代表输出轴转速的输入信号的当前值;所述确定车轮刹住状态存在是否已经结束包括将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值，则返回到非车轮刹住状态控制算法。
13.权利要求
2的控制方法，还包括如下步骤存贮在检测出车轮刹住状态存在时代表输出轴转速的输入信号的初始值;检测代表输出轴转速的输入信号的当前值;所述确定车轮刹住状态存在是否已经结束包括将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值，则返回到非车轮刹住状态控制算法。
14.权利要求
4的控制方法，还包括如下步骤存贮在检测出车轮刹住状态存在时代表输出轴转速的输入信号的初始值;检测代表输出轴转速的输入信号的当前值;所述确定车轮刹住状态存在是否已经结束包括将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值，则返回到非车轮刹住状态控制算法。
15.权利要求
8的控制方法，还包括以下步骤存贮在检测出车轮刹住状态存在时代表输出轴速的输入信号的初始值;检测代表输出轴转速的输入信号当前值;所述确定车轮刹住状态存在是否已经结束包括将代表输出轴速度的输入信号当前值与代表输出轴转速的输入信号初始值的预定百分数比较;如果上述当前输入信号值超过上述输入信号初始值，则返回到非车轮刹住状态控制算法。
16.权利要求
12的控制方法，其中预定百分数是在50%～80%范围以内。
17.权利要求
13的控制方法，其中预定百分数是在50%～80%范围以内。
18.权利要求
15的控制方法，其中预定百分数是在50%～80%范围以内。
19.权利要求
7的控制方法，其中所述输入信号还包括(3)代表所述发动机转速的输入信号，(4)代表所述变速器输入轴转速的输入信号，(6)代表所述偶合器锁合和分离状态的输入信号，所述方法还包括如下步骤使所述发动机以基本等于所述输入轴的速度旋转;操作偶合器;当发动机速度保持在等于变速器输入轴速度，但大于发动机失速速度时确定离合器能否完全锁合;返回到非车轮刹住状态算法，以使所述偶合器的自动机械变速系统不能与未失速而保持输入轴速度的上述发动机完全联接;如果所述偶合器能与在失速情况下保持输入轴转速的发动机完全联接，则让上述发动机的燃料供应量等于预定值，并监测一个代表输出轴速度对时间变化的测试值，如果上述测试值不超过最大参考值，则返回到非车轮刹住控制算法。
20.权利要求
8的控制方法，其中所述输入信号还包括(3)代表所述发动机转速的输入信号，(4)代表所述变速器输入轴转速的输入信号，(6)代表所述偶合器锁合和分离状态的输入信号，所述方法还包括如下步骤使所述发动机以基本等于所述输入轴的速度旋转;操作偶合器;当发动机速度保持在等于变速器输入轴速度，但大于发动机失速速度时确定离合器能否完全锁合;返回到非车轮刹住状态算法，以使所述偶合器的自动机械变速系统不能与未失速而保持输入轴速度的上述发动机完全联接;如果所述偶合器的发动机完全联接，则让上述发动机的燃料供应量等于预定值，并监测一个代表输出轴速度对时间变化的测试值，如果上述测试值不超过最大参考值，则返回到非车轮控制算法。
21.权利要求
15的控制方法，其中所述输入信号还包括(3)代表所述发动机转速的输入信号，(4)代表所述变速器输入轴转速的输入信号，(6)代表所述偶合器锁合和分离状态的输入信号，所述方法还包括如下步骤使所述发动机以基本等于所述输入轴的速度旋转;操作偶合器;当发动机速度保持在等于变速器输入轴速度，但大于发动机失速速度时确定离合器能否完全锁合;返回到非车轮刹住状态算法，以使所述偶合器的自动机械变速系统不能与击失速而保持输入轴速度的上述发动机完全联接;如果所述偶合器的发动机完全联接，则让上述发动机的燃料供应量等于预定值，并监测一个代表输出轴速度对时间变化的测试值，如果上述测试值不超过最大参考值，则返回到非车轮控制算法。
专利摘要
提供一种方法，以控制一个AMT系统，该方法包括检测已存在的或正在进入的车轮刹住状态的存在；根据上述车轮刹住状态修改该方法，以一种尽量安全的方式控制该系统。根据检测车轮刹住状态控制该AMT系统的方法包括立即释放离合器或偶合器14，并禁止中央处理单元56发出任何变速器变换齿轮的指令输出信号。
文档编号B60W30/18GK87102596SQ87102596
公开日1988年8月17日 申请日期1987年4月6日
发明者威廉·弗朗西斯·柯特, 罗伯特·拉尔斯顿·史密斯 申请人:伊顿公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan