专利名称：带有啮合刚性离合器的动力系的发动机输出扭矩控制的制作方法
本申请涉及06/19/98申请的流水号为09/100,711题为“START-FROM-STOP ENGINE TORQUE LIMITING”的美国专利申请和＿＿＿＿申请的流水号为No.＿＿＿＿题为POWERTRAIN TORQUECONTROL的美国专利申请，二者均转让给本申请的受让人EATONCORPORATION。
本发明涉及包括一燃料受控发动机和一多级传动比驱动系的车辆动力系的控制，它包括一个多速机械传动装置和一个单速或多速驱动轴组件。本发明尤其涉及一动力系控制器，其中，发动机的最大输出扭矩随所监控的爪式离合器的啮合程度的变化而受限制。
正如参考美国专利No.5,370,013；5,527,237和4,754,665可以看到的，在现存技术中，人们已熟知包括具有7，9，10，13，16，18或更多前进速比的多速机械传动装置，即常用复式传动装置，或与一些多速轴连的简单传动装置的车辆驱动系统，本文引用其公开内容供参考。正如参考美国专利No.5,546,823；5,588,516和5,642,643可以看到的，在现有技术中人们已得知同步和异步两种爪式离合器，本文引用其公开内容供参考。
正如参考美国专利No.5,509,867可以看到的，在现有技术中人们已得知计算发动机输出扭矩(也称“飞轮扭矩”)的控制系统和方法，本文引用其公开内容供参考。
正如参考美国专利No.5,477,827；5,797,110；5,457,633；4,889,014；5,738,606；5,679,096和5,876,302可以看到的，在现有技术中人们已得知各种自动和手动传动系统，其中发动机输出扭矩随啮合的传动比和/或车速变化而受控制和/或限制，本文引用其公开内容供参考。从所周知，现代车辆动力系通常包括电子控制发动机，可对发动机速度和/或发动机扭矩进行控制。例如，根据SAE J-1939数据传输器约定，按照(a)驾驶员的燃料要求，(b)要求的发动机转速，(c)要求的发动机扭矩和/或(d)要求的最大发动机扭矩和/或发动机速度可向发动机发出指令，以控制发动机的燃料供应。
虽然，一些现有技术的系统对于特定的啮合传动比和/或传动路线布局可有效保护车辆传动系统免受因受到比所希望的大的扭矩作用而引起过度磨损和/或损坏，但这些系统不能防止因爪式离合器部分啮合引起的可能的过渡磨损和/或损坏。
按本发明，提供了一种车辆动力系的改进控制系统/方法，它会使车辆性能提高到最大限度，同时保护驱动系免受在某些车辆工况下，包括爪式离合器部分啮合工况下，因允许过大的扭矩施加于其上而引起可能的损坏和/或过度磨损。上述改进是通过将发动机可能的输出扭矩限制至随传动系传动比和/或车辆速度而变化的最大值(扭矩极限)来实现的。发动机的实际输出扭矩会是由所检测的离合器啮合程度而决定的扭矩极限值的某个百分比(自0％至100％)。例如，如果检测到离合器完全啮合，则该百分比便等于100％，而在检测到最小啮合程度时，该百分比可等于20％或更小。
因此，本发明的一个目的是为车辆驱动系提供一种新的改进的发动机输出扭矩控制器，它包括一机械传动装置，其中发动机输出扭矩随检测到的爪式离合器啮合程度的变化而受到控制结合附图阅读优先实施例的说明，本发明的该目的及其它目的及其优点会变得明显。
图1为包括一自动机械传动系统的车辆动力系的示意图；图2A、2B和2C是爪式离合器啮合程度分别为最小，一半和完全啮合时的示意图；图3为本发明的控制器流程方块图。
参考图1可见优先采用本发明控制器的这种车辆动力系10。为了举例说明，系统10为受一个自动机械传动系统，它包括一台燃料受控内燃机12(例如人们熟知的柴油机等)，一多速机械传动装置14，和一个使发动机12以驱动方式与传动装置14耦合非刚性联轴器。一般，非刚性联轴器16是一种扭矩转换器或一种主摩擦离合器。传动装置14还包括一根驱动车辆驱动轿22的输出轴20。该驱动轿可为单速或多速型的。
传动装置14可为已知的机械型的，它利用刚性爪式离合器使所选齿轮与轴啮合和分离，从而改变输入轴转速(IS)与输出轴转速(OS)之比。参考美国专利No.4,764,665；5,385,056；5,390,561和5,416,698可明白这种型式的传动装置。
系统10可包括多个传感器，用以提供输入信号24给以微处理器为基础的控制单元26，它会按逻辑规则处理这些输入信号，以产生指令性输出信号28，传送给各系统执行机构。
可设置速度传感器30，32和34以向分别指示发动机速度(ES)，传动装置输入轴速度(IS)和传动装置输出轴速度(OS)的控制器提供输入信号。可设传感器36以提供指示驾驶员节气门踏板位置设定的输入信号。设置驾驶员控制台38以允许驾驶员选择一传动模式并向控制器26提供指示该传动模式的输入信号GR。
可设置最好以微处理器为基础的发动机控制器40，以控制发动机燃料供应，并对数据传输器DL提供指示发动机运转参数的信息。最好，该数据传输器会遵照一已知约定，诸如SAE J-1939等。可设置一执行机构42，以操作非刚性联轴器16。可设置一传动装置执行机构44，以操作该传动装置14，并提供指示啮合传动比和/或其它传动运转参数的信号。啮合传动比也可通过比较输入和输出轴的转速进行来计算。
执行机构44包括一些位置传感器44A，它们会提供关于换挡杆或换挡轴44B和相关拨叉44C的轴向位置的信息，该拨叉用来轴向定位该爪式离合器，以啮合和分离所选定的传动比(见图2C)。在本发明的范围内可采用诸如(作为例子但并不限制)机械棘爪，霍尔效应开关之类的各种类型的位置传感器，参考美国专利No.5,729,110和5,743,143可明白这些机构的一个实例，本文引用其公开内容供参考。如在美国专利No.5,566,070中所看到的，轴向位置检测可包括检测偏差型误差的逻辑线路。
正如本申请中所用的及在车辆工业中通常所用的，术语“动力系”涉及发动机12，联轴器16，传动装置14和驱动轿12，而术语“驱动系统”涉及联轴器16，传动装置14和轿22。
图示的传动装置14为具有直接驱动传动比(1∶1)和两个超速传动比的18前进速传动装置(见图2B)。众所周知，在直接驱动传动比情况下，这些轴被直接耦合，而扭矩不施加于这些齿轮；因此，在直接驱动中，可向传动装置施加大得多的扭矩而不会损坏齿轮或使它引起过度磨损。人们也了解与超速传动(即其中输出轴转速超过输入轴转速的传动比)有关的较高转速允许给该传动装置施加比在大于1∶1减速比时更高的输入扭矩而不会产生损坏和/或过度磨损的危险。
按本发明，可按所检测到的或期望的啮合驱动路线传动比限制可能产生的发动机扭矩(“扭矩极限”)。例如，在具有一普通柴油机的重型卡车中，在该起动传动比中，可将扭矩限制在不大于1300英尺一磅，在直接驱动中，可将扭矩限制在1800英尺一磅，而在超速传动中，可将扭矩限制在不大于1600英尺一磅。
按本发明，也可通过所检测到的爪式离合器的啮合程度来限制发动机的最大输出扭矩。
正如参考图2A-2C可以明白，一爪式离合器60包括两个爪式离合器构件62和64，其上带有相互啮合的齿62A和64A，它们可轴向分离，使离合器脱开，或轴向一起移动，使离合器啮合。在该示意图中，离合器构件64通过与换挡杆44B相联的换挡拨叉44C相对构件62作轴向移动。
在图2A中，离合器60仅稍微啮合(看到在66处端部接触)。在此情况下，全部扭矩被锁定以防止完全啮合及对离合器齿端部可能的损坏。
在图2B中，离合器啮合程度大约为50％，可传递扭矩极限的大约50％至80％，而不引起离合器齿的损坏。
在图2C中，离合器60完全啮合，无须随离合器啮合程度变化而限制发动机输出扭矩。
作为所检测到的离合器啮合程度的函数的发动机输出扭矩的限制可为该扭矩极限的一个百分比，一预置值，或其某个组合。图3为本发明的控制器流程方块图。
另一方面(见图4)，直到检测到实际上完全啮合(图2C)，才可使发动机输出扭矩降至最小，以防止齿碎裂，使扭矩锁定减到最小。
虽然在某种详细程度上说明了本发明，但可以理解在不背离下述权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下是可能作出各种修改的。
权利要求
1.控制车辆动力系(10)的一种方法，该系统包括一台燃料受控发动机(12)，控制发动机燃料供给的一发动机控制器(10)，由刚性爪式离合器(60)啮合和分离具有2个或多个传动比的一多速传动装置(14)，所述爪式离合器包括可沿轴向相对移动的带有可相互啮合的爪式离合器齿(62A，64A)的第一(62)和第二(64)爪式离合器构件，所述构件可从分离位置轴向相对移动至(a)低啮合程度位置，其中所述离合器齿处于最小啮合程度(图2A)，和(b)高啮合程度位置，其中所述离合器齿处于实际上最大啮合程度(图2C)，和一控制器(26)，用以接收输入信号(24)，并按逻辑规则处理这些信号，从而对包括所述发动机控制器的系统执行机构发出指令性输出信号，所述方法包括下列步骤(i)检测啮合的传动比；(ii)检测与啮合传动比相关的爪式离合器的啮合程度；和(iii)随所述的检测到的啮合程度的变化而限制所述发动机的输出扭矩。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的动力系包括一个用以提供指示一个元件(44B，44C)的轴向位置信号的传感器(44A)，该元件可与所述离合器元件(64)中的至少一个一起轴向移动。
3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出扭矩随啮合传动比的变化而受限制。
4.权利要求1所述的方法，其特在在于，除非检测到高的离合器啮合程度，发动机输出扭矩被限制至最小值。
5.权利要求3所述的方法，其特在在于，除非检测到高的离合器啮合程度，发动机输出扭矩被限制至最小值。
6.控制车辆动力系(10)的一个系统，它包括一台燃料受控发动机(12)，一个控制发动机燃料供给的发动机控制器(40)，由刚性爪式离合器(60)啮合和分离的具有2个或多个传动比的一多速传动装置(14)，所述爪式离合器包括可沿轴向相对移动的带有可相互啮合的爪式离合器齿(62A，64A)的第一(62)和第二(64)爪式离合器构件，所述构件可从分离位置轴向相对移动至(a)低啮合程度位置，其中所述离合器齿处于最小啮合程度(图2A)，和(b)高啮合程度位置，其中所述离合器齿处于实际上最大啮合程度(图2C)，和一控制器(26)，用以接收输入信号(24)，并按逻辑规则处理这些信号，从而对包括所述发动机控制器的系统执行机构发出指令性输出信号，所述逻辑规则包括下列规则(i)检测啮合传动比；(ii)检测与啮合传动比相关的爪式离合器的啮合程度，和(iii)随所述检测到的啮合程度的变化而限制所述发动机的输出扭矩。
7.权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的动力系包括一个用以提供指示一个元件(44B、44C)的轴向位置信号的传感器(44A)，该元件可与所述离合器元件(64)中的至少一个一起轴向移动。
8.权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的逻辑规则包括随啮合传动比的变化而限制输出扭矩的规则。
9.权利要求6所述的系统，其特征在于，除非检测到高的离合器啮合程度，发动机输出扭矩被限制至最小值。
10.权利要求8所述的方法，其特征在于，除非检测到高的离合器啮合程度，发动机输出扭矩被限制至最小值。
全文摘要
一种随检测到的与传动装置(14)的啮合传动比相关的爪式离合器元件(62,64)的啮合程度的变化而控制发动机(12)输出扭矩的动力系(10)的控制系统/方法。
文档编号B60W30/18GK1277117SQ0011808
公开日2000年12月20日 申请日期2000年6月9日 优先权日1999年6月11日
发明者J·A·斯特拜 申请人:易通公司