专利名称：采用发动机转矩请求信号控制离心式离合器接合的方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆传动系统中的离心式离合器以及用于控制离合器接合的方法。
背景技术：
在具有内燃机和多重传动比变速箱的自动化的重型车辆的传动系统的设计中，公知的手段是包括用于将发动机与变速箱的转矩输入侧相连的离心操纵的离合器。该离心操纵的离合器作为在车辆运行过程中可接合的主摩擦离合器。该接合是油门位置和其它系统参数例如发动机转速、变速箱输入轴转速、变速箱输出轴转速以及发动机转矩的函数。变速箱通常是多重传动比的变速箱，其中传动比的改变采用电子微处理控制器控制。但变速箱也可由操作者手动控制。发动机可包括采用微处理控制器基于闭环控制技术对发动机供油进行调节的控制器，由此该控制器提供发动机目标转速和发动机目标转矩。在发动机是火花点火的情况下，采用火花定时器来获得在传动比改变的过程中瞬时转矩传递的中断。在发动机是柴油压缩点火的情况下，采用发动机供油调节来获得在传动比改变的过程中瞬时转矩的中断。
这种类型的传动系统中的离心操纵的离合器在现有技术中是众所周知的。它们通常包括可与连接到发动机上的主动元件一起旋转的离心致动的平衡块。这些平衡块在离心力的作用下自由向外移动以使主动元件摩擦地与被动的动力输出元件接合。这种类型的离心操纵的离合器的实例可参见美国专利No.6,502,476、5,441,137、5,730,269以及4,610,343。
在重型车辆的传动系统中，采用发动机转速参数的闭环控制来获得满意的车辆运行性能。当控制器允许动态换档时离合器保持接合。离合器在发动机转速高于开始降档时的最高期望转速时保持接合。离合器在发动机转速高于升档后的最小期望转速时也保持接合。这可以通过在运行过程中控制发动机的供油来同时实现，由此使发动机转速和转矩等于或不超过目标值。目标值被确定为是检测到的输入信号的函数，所述输入信号可以是油门位置、发动机转速、发动机转矩、变速箱输入转速、变速箱输出转速、传动比以及离合器滑转率。
如果发动机被标定为接受来自车辆控制器的发动机转速限制请求，则对这种类型的重型车辆传动系统内的发动机的控制是成功的。在前段论述的控制函数不适合对已知设计中的重型车辆传动系统的控制，该已知设计中的重型车辆的传动系统不包括被标定为响应发动机转速限制请求的发动机。即使发动机被设计成接受发动机转速限制请求，它也不能被标定成对所有的可采用具有离心致动离合器的变速箱的车辆应用都适用。需要一种响应转速限制请求的控制方法来获得平稳的运行。如果这种类型的发动机被用在具有离心致动离合器的变速箱上，而该离心致动离合器不响应采用转速限制请求的离合器控制策略，则在离心式离合器的摩擦表面接合时离合器性能变差，且其运行特征是存在不合乎要求的惯性转矩扰动。
发明内容
本发明包括一种用于响应转矩请求信号控制重型车辆传动系统中离心致动的主离合器的方法。所有用于重型车辆传动系统、能够如上所述响应发动机转速限制请求的电控发动机也能够响应转矩请求，无论发动机制造商是否已经将发动机标定到准确响应转速限制请求的程度。因此，本发明的一个目的是提供一种普遍接受的用于控制重型车辆传动系统的离心式离合器控制器。这一目的通过采用公知离合器控制器的转速限制输出并将其作为对本发明的控制器的输入以产生转矩请求来实现，所述转矩请求被传送到离合器控制器，从而在运行过程中无需转速限制输入就可获得高质量的离合器接合。本发明的控制器包括状态过滤器，其提供目标转速和目标加速度以得出加速度前馈值。该值与发动机惯性标定值一起产生实际的前馈转矩。而后，惯性前馈转矩与标定的发动机摩擦前馈转矩结合以产生前馈转矩。
所述过滤器还被用于产生要请求的转速和加速度以得到平稳快速的加速度形成时间。加速度信号在乘以发动机惯性项后作为转矩值被前馈。这使得控制器对运行过程中所需使发动机加速或减速的附如转矩发出请求。
控制器还产生经过计算的加速度，该加速度乘以发动机摩擦转矩的估计值以得到摩擦前馈转矩。该加速度项被积分以得到与发动机实际转速相比较的发动机目标转速。而后在发动机转速上的偏差被传送到产生反馈转矩值的中断抑制系统。在转矩请求计算中该偏差在与前馈转矩结合之前还乘以积分得到的增益系数。
图1是用于重型车辆的传动系统中的离心式离合器的整体控制系统的示意性系统框图；图1a是可用于图1所示的控制系统内的微处理控制器的总体示意性简图；图2是用于产生用在图1所示的系统内的转矩请求的控制模块的示意性简图；图3是表示发动机转速和离心式离合器夹紧力关系的线图；图4是表示作为油门开度百分数的函数的发动机目标转速的线图；图5a是离心式离合器的局部示意图，其中离心操纵部件处于离合器的脱开位置；图5b是图5a所示的离心式离合器的局部示意图，其中离心操纵部件处于离合器的接合位置；图6表示从与离合器轴线平行的切断平面的有利位置处观察到的离心式离合器的摩擦片和摩擦盘的示意图。
具体实施例方式
图5a，5b和6表示作为重型车辆传动系统内主离合器的离心式离合器，其用于将发动机转矩从发动机曲轴传递到具有多重传动比的重型车辆变速箱的动力输入元件。离合器结构包括在图5a和5b中用10表示的离合器壳体。壳体10固定在发动机飞轮上并与发动机曲轴一起旋转。4个飞轮12在14处用枢轴连接到壳体10上。每个飞轮12具有一个或多个位于飞轮中间部分和壳体10之间的回位弹簧16。回位弹簧16绕枢轴14沿径向向内偏压飞轮12。飞轮通常由弹簧16压靠着与由壳体10支承的止块18接合。止块18可包括可伸缩的缓冲器或套筒以缓冲每个飞轮与止块18的接合。
每个飞轮12带有一个或多个滚子20。每个滚子支承旋转在飞轮主动端上的凹槽22内。滚子绕与由14表示的枢轴相交的轴线枢转。
当离心式离合器静止时，飞轮12在图5a所示的位置。每个飞轮与缓冲器凹槽24上的止块18接合。
图6表示离心式离合器的摩擦元件相对于离心式离合器的旋转轴线的关系，后者在图6中用27表示。摩擦片26和28分别带有用30和32表示的摩擦垫。摩擦片用花键连接到变速器转矩输入轴上。离合器盘34，36，38和40与用42示意性表示的发动机飞轮相连并与其一起旋转。离合器可包括用于对磨损的摩擦元件拉紧的调整机构44。机构44可构成作用盘34的一部分。
滚子20位于作用盘34和离合器盘36之间。在离合器盘36上形成斜面46，因此作用盘34与离合器盘36的间距是可变的。当滚子20在箭头48方向上移动时，它们与斜面46接合，由此在靠左方向的离合器盘36上施加离合器接合力。该力由用50表示的隔片弹簧传递到摩擦盘上。对弹簧50预加载，使得夹紧力随着滚子20沿径向向外移动而提高。夹紧力由弹簧50上标定的预加载荷限定。
在图3中绘出了由图5a，5b和6中的离心式离合器形成的夹紧力。在图3中用52表示夹紧力的限值。在通常的实施例中，随着在摩擦盘上的夹紧力如图3中的54所示大体线性的提高，发动机转速从大约每分钟800转提高到大约每分钟1400转。在超过弹簧50上的预加载荷后，夹紧力变为用52表示的限值。当回位弹簧16形成的力一直保持与飞轮的离心力相反时，由离心飞轮形成、将滚子移动到离合器盘36的斜面部分46所需的力比将滚子保持在离合器盘36的平面部分所需的力更大。因此，在用56表示的发动机转速值和用58表示的离合器脱开夹紧力后的发动机转速值之间存在差值。当发动机转速达到其在离合器接合之前的初值时，随着离合器的脱开，夹紧力快速下降，如60所示。
可参考美国专利5,901,823，其中描述了一种最大力作用在摩擦元件上的离合器，该离合器采用弹簧限制所述最大力。
图4表示作为油门位置的函数的运行中发动机目标转速的线图。对于任何给定的离心式离合器的设计，都存在一个特定的发动机目标转速和油门位置的关系，对于所述关系离合器在运行过程中将具有最大的平稳性。可以对发动机目标转速和油门位置之间的关系作出标定，使得在转速略高于标定设置时离合器开始产生转矩。图4中轻的油门线的斜度和重的油门转速限制线68的斜度被设置成在较宽油门位置的范围内获得的良好起动性能的范围较宽。
图4所示的线图是通过实验确定的。它们被绘制成使重的油门线的高速点70设定在产生离合器额定最大转矩的大约25-30％的发动机转速处。轻的油门线相应的高速点也可通过实验确定。
图4所示的标定特性对产生所谓的“接触点转速(touch point speed)非常重要，所述接触点转速是离合器在运行过程中形成初始转矩的转速。当车辆停止时在试图使齿轮啮合的过程中的所谓的接触点转速对于不同的油门位置设置是不同的，而且当车辆停止时在试图使齿轮啮合的过程中产生的所谓的接触点转速不同于在开始运行后试图对齿轮啮合起作用时产生的接触点转速。在美国专利6,539,820中描述离合器的这种特性，参考该专利对本发明的内容进行补充。
在图1所示的系统框图中，发动机用80表示。其包括将转矩向在前描述的离心式离合器上分配的曲轴82。在图1中离合器总体上用84表示。来自离合器动力输出侧的动力被分配在变速箱86的动力输入侧。变速箱依次将用88表示的动力向车辆差速器和车轴组件传递，以驱动车辆的驱动轮(未示出)。变速器86可包括具有多重传动比的齿轮装置以及不同步的爪式离合器，这样建立和解除了从离合器到动力输出部件88的多重转矩传递路线。离合器通过离合器致动器例如电动机机构致动和脱开。在通常的重型车辆变速箱中，在变速箱电子控制单元90的控制下传动比改变受档位执行器89的影响。整个系统的电子控制单元92与变速箱电子控制单元90相联系，由双向信号通道94表示。在转让给本发明的受让人的美国专利6,561,948、5,370,013、5,509,867、6,149,545和5,620,392中披露了重型车辆变速器的实例。但是，在实施本发明时也可以采用其它类型的变速器例如具有压力操纵的摩擦式离合器和制动器的行星齿轮变速箱。
发动机包括发动机控制器96，其通过信号通道98从变速箱电子控制单元90接收发动机指令。发动机控制器96也从发动机微处理单元100接收所需产生适当发动机转速的发动机指令，发动机微处理单元100通过信号通道102向发动机控制器传输指令信号。
图1示出在车辆操作者控制下的加速踏板104。在车辆运行过程中，加速踏板被压下。加速踏板106的动作由传感器106接收，传感器106产生用108表示的踏板位置信号，该信号由油门控制模块110接收。踏板位置信号也被传送到用112表示的发动机控制器，以实现发动机油门的适当动作。
模块110包括存储在存储器内的数据，该数据表示踏板位置和发动机转速之间的关系。以用114表示的转速数据形式传输的踏板位置信息被传送到模块116，其通过计算确定所需的离心速度，以在数据传输线或信号通道118处建立转速请求。这将参照图2进行描述。
用118表示的发动机转速请求由控制模块120接收，从而在数据传输线或信号通道122处建立转矩请求。这也将参照图2进行描述。
用122表示的转矩请求被传送到系统电子控制单元92，系统电子控制单元92执行几种控制功能包括确定用于变速箱的离合器和制动器压力。用122表示的转矩请求还被传送到发动机微处理单元100。由微处理单元100接收的信息产生所需的用于提供适当发动机转速的发动机指令，如上所述，该发动机指令通过数据传输线或信号通道102被传送到发动机控制器。
在图1a中以总体示意形式表示的发动机微处理单元100包括存储器，其中存储着发动机转矩、发动机转速和发动机燃料消耗率之间的三维关系。通过标定建立这一关系。用122表示的转矩请求被用在由发动机微处理单元标定的三维关系中以产生用102表示的发动机指令。
如上所述，发动机控制器和发动机微处理单元响应转矩请求而不是发动机转速请求。因此，可采用图1所示的系统产生用于传动系统的发动机指令，该传动系统不包括被标定接收发动机转速请求的发动机。
在图1所示的系统中，操作者可以公知的方式选择所需的传动比以及传动比的范围。每个范围可包含多个传动比。尽管在每个范围内的传动比差值可以是相同的，但在公知形式中一个范围内的传动比是阶跃的。选择的传动比和范围通过信号通道124被传送到用92表示的系统电子控制单元，而且该传动比和范围与通过信号通道128传送到变速箱电子控制单元的变速箱输出转速信息以及通过信号通道129接收的变速箱输入转速信息一起被变速箱电子控制单元92采用。用126示意性表示传动比和范围选择器。在图1中用125表示用于传动比选择的信号通道。
图1a是用于产生发动机80的发动机指令的公知的处理单元的总体示意图。其包括随机存取存储器127(RAM)，只读存储器130(ROM)以及中央处理单元132(CPU)。包括发动机转矩请求、操作者传动比和范围选择的输入信号在134被调节后，CPU接收那些输入数据。只读存储器130含有以上参照图1描述的类型的信息，包括在84处的离心式离合器数据、在100处的发动机控制数据和在110处的油门控制数据，以及将参照模块116和120进行描述的控制算法，该控制算法用于计算发动机转速请求和发动机转矩请求。
在对输入信号进行调节后，CPU接收RAM 127中的参数并利用RAM中的参数执行只读存储器130中存储的算法，从而在输出端口136产生必要的输出。
在图1中所需离心速度计算模块116包括大体在图1a中所示类型的微处理单元。由模块116接收的信息包括发动机转速。输出端口可传送用118表示的发动机转速请求信号。采用如下所示的存储在存储器(ROM)中的算法对向模块116输出的发动机转速请求进行计算输出(K)＝[输入(K)-输出(K-1)]和极限值中较小的一个再加上输出(K-1)其中K为采样时间输出(K)为新输出的转速请求输出(K-1)为微处理单元前一个控制循环中的最后一个输出输入(K)为当前转速值在模块116输出端的发动机转速请求信号是一个在给定的微处理单元的控制循环中的定时转速样本。其值等于由当前采样时间常数K所代表的当前转速减去在微处理单元前一个控制循环中相应时间的转速采样。对在前或上一个控制样本的采样时间由标定常数K-1表示。当前输入转速和上一个输出转速之间的差值与对转速信号的变化率形成限制的标定参量进行比较。新的输出转速等于限制值与当前控制循环中的输出转速和在前或上一个控制循环中的输出转速之间的差值二者中较小的一个。而后该较小值与在前或上一个控制循环的输出转速相加。结果就是当前采样时间下新的输出转速。这种计算方式防止了发动机转速请求信号出现不符合要求的快速变化，而且避免了离合器生硬的接合例如在离合器突然动作时形成的接合。
如上所述，在116处产生的发动机转速请求118被传送到控制模块120。在图2中以图解形式表示控制模块120。模块142包含正值加速度限制144以及用146表示的负值限制。模块142对用144表示的正值加速度形成限制阈或饱和级。起过滤作用的模块142用较小的超调提供平稳快速的加速度上升时间。在车辆运行过程中，模块142在148处形成目标加速度，用150表示对该目标加速度进行积分，从而在152处产生发动机目标转速。在图1中可见的从发动机转速传感器154接收到的发动机实际转速通过数据传输线或信号通道156被传送到控制模块。
用154表示的发动机实际转速信号在比较器158与发动机目标转速进行比较以在160处确定出偏差。
在152处的发动机目标转速沿信号通道162反馈并在164处与所需发动机转速进行比较。118和162处的转速差值在138处乘以加速度增益系数140，得到一个被传送到过滤模块142的加速度值。
目标加速度是用166表示的前馈项，乘以标定的发动机惯性项168在170处得到惯性前馈转矩。前馈特性使控制器定时请求得到所需使发动机加速的附加发动机转矩。
在160处的偏差项乘以比例项172以得到反馈转矩值174。偏差也乘以积分项176，并且所得值由离散型子模块178进行积分以得到转矩项180。在174处的转矩项加上在180处计算出的转矩项以在182处得到前馈转矩。
184处的发动机摩擦系数乘以152处的发动机目标转矩，以在186处得到前馈摩擦转矩项。在170、182和186处的转矩值相加得到用188表示的输出的转矩请求。在186处的前馈项消除了在请求转速上产生的发动机粘滞摩擦效应。
在182处的反馈转矩是所需在发动机指令下获得适当的发动机转速分量的转矩，所述发动机指令通过图1所示的数据传输线或信号通道102传送到控制器。
尽管描述的是独立的电子控制器，但很明显也可以利用用于发动机、系统和离合器的单个电子控制器或微处理单元组成在图1a中以总体形式示意性表示的微处理单元的结构体系。
尽管已经表示并描述了本发明的实施例，但并不意味着这些实施例表示和描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中采用的话语是描述性的而不是限制性的话语。应该认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以做出各种改变。
权利要求
1.一种用于控制车辆传动系统中的离心式主离合器(84)接合的方法，所述车辆传动系统具有油门可控的内燃发动机(80)、多重传动比的变速箱(86)以及用于在运行过程中控制离合器接合并在来自所述发动机(80)的转矩被传递到所述变速箱(86)的转矩输入元件时控制加速度的主离合器控制器，还具有响应在连续的控制循环中确定的运行参量的发动机控制器(96)，所述发动机具有驾驶员操作的车辆加速踏板(104)，所述方法包括计算发动机转速请求(118)；将所述发动机转速请求转换为发动机转矩请求(122)；以及产生响应发动机转矩请求(122)变化的发动机控制指令(102)，因此所述车辆的运行特征在于，可控并定时的离合器接合对接合平稳性起作用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算发动机转速请求(118)的步骤包括通过确定在所述主离合器控制器当前控制循环中的发动机转速与所述主离合器控制器前一个控制循环中的发动机转速的差值来确定所述主离合器控制器的每个控制循环中定时采样的发动机转速(114)；将所述发动机转速上的差值与发动机转速变化率参量进行比较；以及将所述变化率限值参量与所述发动机转速上的差值中较小一个加上所述前一个控制循环中的发动机转速。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将发动机转速请求转换为发动机转矩请求的步骤包括通过采用预先计算的加速度增益系数转换所述发动机转速请求来产生目标加速度的前馈值(166)；将所述目标加速度前馈值积分以得到发动机目标转速(152)；将发动机目标转速(152)与发动机实际转速(156)进行比较以确定转速偏差(160)；将转速偏差转换为转速偏差反馈转矩(174)；将所述目标加速度值(166)转换为惯性前馈转矩(170)；以及将转速偏差反馈转矩(174)、惯性前馈转矩(170)以及发动机摩擦前馈转矩(186)结合以实现所述转矩请求(188)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述摩擦前馈转矩(186)通过将发动机目标转速(162)乘以发动机摩擦系数(184)来确定。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述惯性前馈转矩(170)通过将目标前馈加速度乘以表示发动机旋转部件质量的标定的发动机惯性参量来确定。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述产生目标加速度前馈值(166)的步骤包括采用预先标定的增益系数(140)并包括将所需发动机转速与所述加速度增益系数的乘积过滤以产生用于所述目标加速度的加速度饱和极限的步骤。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述产生目标加速度前馈值(166)的步骤包括采用预先标定的增益系数(140)并包括将所需发动机转速与所述加速度增益系数的乘积过滤以产生用于所述目标加速度的加速度饱和极限的步骤。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述产生目标加速度前馈值(166)的步骤包括采用预先标定的增益系数(140)并包括将所需发动机转速与所述加速度增益系数的乘积过滤以产生用于所述目标加速度的加速度饱和极限的步骤。
全文摘要
一种用于控制重型车辆传动系统中的离心式离合器的方法采用用于控制器的发动机转矩请求，其中所述控制器包括车辆发动机控制器。离合器控制器基于驾驶员输入产生发动机转速请求。发动机转速请求被转换为发动机转矩请求以实现车辆运行过程中离合器的平稳接合。
文档编号F16H59/36GK1821605SQ20051004839
公开日2006年8月23日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者C·S·贾科布斯 申请人:易通公司