专利名称：自动变速器换低档控制的制作方法
本申请涉及共同未决的美国系列号No.09/[97-TRN-327]、名为“自动变速器换高档控制”、于＿＿提交，并转让给了EATON公司，也即本申请的受让人。
本发明涉及一种控制方法/系统，用于在一个至少为半自动的机械变速器系统中控制换低档。本发明尤其涉及在车用自动机械式变速器系统中换低档的控制，其中系统感测出指示从当前啮合速比(GR)换低档的工况，并依次评价跨跳换低档及然后换低一档的可行性，并在认为合适时命令开始换低档。
在现有技术中公知车辆使用的全自动或半自动机械式变速器系统，如可参见美国专利说明书No.4,361,060；4,648,290；4,722,248；4,850,236；5,389,053；5,487,004；5,435,212及5,755,639。
自动机械式变速器系统的控制，尤其是在保持主离合器接合时完成换档，对换档和/或跳档的可行性进行评价，这在现有技术中公知，如可参见美国专利说明书No.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，其公开的内容在此作为参考。
本发明的控制为车用自动机械式变速器系统提供了一种控制，该系统将感测指示从当前啮合速比换低档的工况，依次评价大幅度跨跳换低档、然后单跳换低档、然后换低一档的可行性，并将发出换至第一目标速比的命令，该速比被认为在当前车辆运行工况下是理想的。
在本发明的一个优选实施例中，通过设定两个发动机转速参考值来完成上述过程(i)一个理想的最大发动机转速(ESDES)，对于重型柴油机来说约为1600至1750rpm，选定该值以防止在换低档后感测到发动机爆燃，及(ii)一个最大发动机转速(ESMAX)，对于重型车辆来说约为2000至2150rpm，选择该值使其稍低于(约低50至100rpm)发动机的控制最大转速。按照所确定的车辆加速度/减速度、发动机加速度和估计的完成换低档时间的函数，来确定跨跳换低档完成时的估计发动机转速。如果在完成跨跳换低档后的估计的发动机转速小于最大的理想发动机转速(ESGR-N，N＞1＜ESDES)，则命令跨跳换低档。如果在上述逻辑下跨跳换低档不可行，确定换低一档的估计的发动机转速(ESGR-1)，并与最大发动机转速(ESMAX)比较。如果ESGR-1＜ESMAX，则命令换低一档(GRTARGET＝GR-1)。
因此，提供了一种用于自动机械式变速器的改进的换低档控制，其将自动地评价并命令理想的跨跳换档及然后的换低一档。
本发明的这个和其他目标和优势，将从结合附图、阅读后附的优选实施例描述中变得明显。
图1是一个利用本发明控制的自动机械式变速器系统的框图形式的示意性说明。
图2是图形形式的示意性说明，说明了图1中符合本发明的变速器系统的换档点曲线。
图3A和3B是本发明控制的流程图形式的示意性描述。
图1中示意性地说明了一个至少为半自动的机械式变速器系统，主要用于车用。自动变速器系统10包括一个燃油控制的发动机12(如熟知的柴油发动机等)、一个多档变速器14和一个非主动的连接16(如一个摩擦主离合器)，其驱动地介于发动机和变速器输入轴18之间。发动机12最好是一个重型车辆的柴油机，其控制最大转速约为2100至2200rpm。变速器14可为组合式类型，包括一个与分级式和/或范围式类型的副变速器串联的主变速器。这种类型的变速器，尤其如重型车辆所使用的，一般带有9、10、12、13、16或18个前进档。这种变速器的例子可参见美国专利说明书No.5,390,561和5,737,978，其公开的内容在这儿作为参考。
一个变速器输出轴20从变速器14向外延伸，并驱动地连接车辆传动轴22，通常利用中央轴(prop shaft)24。所描述的主摩擦离合器16包括一个连接发动机曲轴/飞轮的驱动部分16A和一个被驱动部分16B，16B与变速器输入轴18相连并适合于与驱动部分16A进行摩擦接合。可以使用一个换高档制动器26(也称为输入轴制动器或惯性制动器)来选择性地降低输入轴18的转速，以更快地换高档，如已知。输入轴或换低档制动器在现有技术中公知，如可参见美国专利说明书No.5,655,407和5,713,445。
提供一个基于微处理器的电控单元(或ECU)28，以接收输入信号30、根据预设逻辑规则来处理该输入信号，以给多个系统促动器或类似装置发出命令输出信号32。熟知这种类型的基于微处理器的控制器，一个例子可参见美国专利说明书No.4,595,986。
系统10包括转速传感器34、36和38，传感器34用于感测发动机转速并提供一个指示该转速的输出信号(ES)，传感器36用于感测输入轴16的转速并提供一个指示该转速的输出信号(IS)，传感器34用于感测输出轴20的转速并提供一个指示该转速的输出信号(OS)。可提供一个传感器40，用于感测油门踏板的位移并提供一个指示该位移的输出信号(THL)。可提供一个换档控制的控制板42，以允许操作员选择一个变速器系统的操作模式，并提供一个指示该模式的输出信号(GRT)。
如已知，如果离合器接合，发动机转速可从输入轴转速和/或输出轴转速以及接合速比得出(ES＝IS＝OS*GR)。
作为另一种选择，对于通过手动换档杆43来控制至少部分换档的系统，可提供一个传感器，用于提供一个指示换档杆位置的输入信号(SL)。该类型的系统将包括带有一个手动换档的主变速器和一个自动分级式变速器的系统。该基本类型的传感器可参见美国专利说明书No.5,743,143。
系统10也可包括传感器44和46，分别用于感测车辆脚制动器(也称为脚刹)和发动机制动器的操作，并分别提供指示其操作的信号FB和EB。
可通过一个离合器踏板48，或通过一个响应ECU28输出信号的离合器促动器50，来控制主离合器16。作为另一种选择，可提供一个响应控制输出信号的促动器，其可被手动离合器踏板的操作所覆盖。在优选实施例中，离合器是手动控制的，并只在起动车辆时使用(参见美国专利说明书No.4,850,236；5,272,939和5,425,689)。变速器14可包括一个变速器促动器52，其响应ECU28的输出信号，和/或给ECU28发送指示所选择位置的输入信号。该类型的换档机构，通常是所谓的X-Y换档类型，在现有技术中公知，如可参见美国专利说明书No.5,305,240和5,219,391。促动器52可对变速器14的主和/或副变速器进行换档。离合器16的接合和脱开状况可由一个传感器来感测，或可通过比较指示发动机和输入轴转速的信号ES和IS来确定。
发动机的供油最好通过一个电子发动机控制器54来控制，其从ECU28接收命令信号，和/或为ECU28提供输入信号。更有利的是，发动机控制器54将与一个工业标准的数据链DL进行通讯，该数据链符合熟知的工业协议，如SAE J1922，SAE 1939和/或ISO 11898。ECU28可合并入发动机控制器54内。
如已知，对于自动换档，ECU28必须确定何时需要换低档和换低档，及单跳换档或跨跳换档是否可行(参见美国专利说明书No.4,361,060；4,576,065；4,916,979和4,947,331)。
图2是换档点曲线的图示，用来决定ECU28应该何时给换档促动器52发出换档命令。实线60是缺省的换低档曲线，而实线62是缺省的换低档曲线。如已知，如果车辆运行在换低档曲线60的右侧，应该命令变速器14换低档，如果车辆运行在换低档曲线62的左侧，应该命令换低档。如果车辆运行在曲线60和62之间，则变速器不需要换档。
换档曲线62是发动机转速(ESD/S)在多个油门位置的图示，图中指示了从当前接合速比(GR)换低档至一个低速比(GR-N，N＝1，2，3)。在现有技术中(见虚线64)，已知随着油门位置增加(即，驾驶员对发动机转速和扭矩要求的增加)，换低档的发动机转速增加。
在本发明中，在一个预设油门位移值66之上的ESD/S值的增加有一个台阶，在约80％至100％位移处选定该位移值66。简而言之，如果THL＜80％-100％，设定存在一个斜线式换低档工况，而在该值之上时，设定存在一个更有力的换低档工况。
如已知，在多种运行工况下，所有或部分换档曲线60和62会移动。
根据本发明的控制，如果需要从当前啮合速比(GR)换低档(即，在换档点曲线62上，如果在当前油门位移时，发动机转速(ES)小于换低档发动机转速(ESD/S))，开始一系列对换低档目标速比(GRTARGET)可行性的判断，如果存在的话。该控制将依次评价多重跨跳换档、然后是跳换一档、然后评价换低一档的可行性，并命令换低档至第一个认为理想的可能目标速比。
建立或设定两个参考发动机转速值，(i)一个理想的最大发动机转速(ESDES)，对于控制转速为2200rpm的车用重型柴油机来说约为1600至1700rpm，选定该值以防止在完成换低档后感测到发动机爆燃，及(ii)一个最大换低档发动机转速(ESMAX)，约为2000至2150rpm，选择该值使其稍低于(约低50至100rpm)发动机的控制转速(ESGOV)。
然后依次评价多重跨跳换低档、单跳换低档、及换低一档，并开始从当前接合速比换低档至所评价的第一个认为理想的目标低档速比。
根据本发明的控制逻辑，依次进行(1)通过估计完成换低档至GR-3时的预期发动机转速ESGR-3，并与理想的最大发动机转速ESDES比较，来评价从当前接合速比GR大幅度跨跳换低档至GR-3。按照当前发动机转速(OS)、车辆的预期加速度/减速度(dOS/dt)、发动机预期加速度(dES/dt)及预期完成换低档的时间的函数，来估计/确定一个目标速比下的预期发动机转速。如果ESGR-3小于最大的理想发动机转速(ESGR-3＜ESDES)，换低档至GR-3是可行的，并将开始换档。如果不可行，(2)再通过估计完成换低档至GR-2时的预期发动机转速(ESGR-2)，并与理想的最大发动机转速(ESDES)比较，来评价单跳换低档至GR-2。如果ESGR-2小于最大的理想发动机转速(ESGR-2＜ESDES)，则换低档至GR-2是可行的，并将开始换档。如果不可行，(3)再通过估计完成换低档至GR-1时的预期发动机转速(ESGR-1)，并与最大换低档发动机转速(ESMAX)比较，来评价换低一档至GR-1。如果ESGR-1小于最大换低档发动机转速(ESGR-1＜ESMAX)，则从当前接合速比(GR)换低一档至GR-1是可行的，并将命令换档。如果不可行，(4)将不命令换低档。
本发明的控制以流程图形式显示于图3A和3B中。虽然只说明了跨跳两个速比的换档，本发明也适用于跨跳三个或更多个速比的换档。
用来确定换低档(ESGR-N)后的估计发动机转速的时间和/或发动机加速度(dES/dt)，可以是由经验取定的常数或由计算、学习得出的数值。
为了完成从GR至GR-N的换低档，发动机转速必须被调整至一个零驱动扭矩值(见美国专利说明书No.4,850,236)，变速器必须换至空档，发动机必须加速至一个与新速比基本同步的转速(ESGR-N≈OSEXPECTED*GRTARGET)，然后变速器从空档换档至合适的速比。
因此可看到提供了一种控制换低档的改进的控制系统/方法，用于车辆中一个至少为半自动的机械式变速器系统。
虽然较具体地描述了本发明，但应理解只是通过例子描述了优选实施例，在不超出下文的权利要求书所确定的本发明精神实质及范围的情况下，对本发明可以在形式和细节方面作出多种变动。
权利要求
1.一种控制车辆中车用自动机械式变速器系统(10)自动换低档的方法，该系统包括一个燃油控制的发动机(12)、一个多档机械式变速器(14)和一个控制器(28)，控制器接收输入信号(30)，该信号包括一个或多个指示发动机转速(ES)、啮合速比(GR)和车速(OS)的信号，并根据逻辑规则来处理所述输入信号，给变速器系统促动器发出命令输出信号(32)，促动器包括一个有效地对所述变速器进行换档的变速器促动器(52)，所述方法包括(a)按照油门位置的函数，确定换低档发动机的转速(ESD/S)，其指示从当前接合速比(GR)换低档的转速；(b)将发动机转速(ES)与换低档发动机转速进行比较；(c)确定一个第一发动机转速参考值(ESDES)和一个第二发动机转速值(ESMAX)，所述第二发动机转速参考值大于所述第一发动机转速参考值(ESMAX＞ESDES)；及(d)如果指示从当前接合速比(GR)换低档，依次进行(i)通过确定完成换至低两个档的档位(ESGR-2)时的预期发动机转速，并将所述估计转速与所述第一参考值比较，来确定从当前接合速比跨跳换低两档(GRTARGET＝GR-2)是否理想，如果所述估计转速小于所述第一参考值(ES(ER-2)＜ESDES)，则认为所述跨跳换低两档是理想的，如果认为理想，则命令跨跳换低两档；如果不理想，(ii)再通过确定完成换至低一个档的档位(ESGR-1)时的预期发动机转速，并将所述估计转速与所述第二参考值比较，来确定从当前接合速比换低一档(GRTARGET＝GR-1)是否理想，如果所述估计转速小于所述第二参考值(ES(GR-1)＜ESMAX)，则认为所述换低一档是理想的，如果认为理想，则命令换低一档；如果不理想，(iii)则保持变速器于当前接合速比。
2.根据权利要求1所述的方法，在步骤(i)之前，包括另一个步骤(iv)通过确定完成跳换至低三个档的档位(ESGR-3)时的预期发动机转速，并将所述估计转速与所述第一参考值比较，来确定从当前接合速比跳换低三档(GRTARGET＝GR-3)是否理想，如果所述估计转速小于所述第一参考值(ES(GR-3)＜ESDES)，则认为所述跳换低三档是理想的，如果认为理想，则命令跨跳换低三档；如果不理想，进行步骤(i)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机被控制于一个最大发动机转速(ESGOV)，所述第二参考值(ESMAX)是所述最大发动机转速(ESGOV)的一个函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二参考值约低于所述最大发动机转速50至150rpm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照完成换低档的估计时间、估计发动机加速度(dES/dt)和估计车辆减速度中一个或多个参数的函数，来确定换低档后的预期发动机转速(ESGR-2，ESGR-1)。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发动机是一个重型车辆的柴油机，最大转速被限制于约2100至2200rpm，所述第一发动机转速参考值约为1600至1700rpm，而所述第二发动机转速参考值约为1950至2150rpm。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述估计时间是一个根据经验确定的常数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在选定油门位移值(66)之上的换低档发动机转速(ESD/S)至少大于该选定值之下的换低档发动机转速(ESD/S)的20％。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述位移值约为全部油门位移的80％至100％。
10.一种控制车辆中车用自动机械式变速器系统(10)自动换低档的控制系统，系统10包括一个燃油控制的发动机(12)、一个多档机械式变速器(14)和一个控制器(28)，控制器接收输入信号(30)，该信号包括一个或多个指示发动机转速(ES)、啮合速比(GR)和车速(OS)的信号，并根据逻辑规则来处理所述输入信号，给变速器系统促动器发出命令输出信号(32)，促动器包括一个有效地对所述变速器进行换档的变速器促动器(52)，所述控制系统包括逻辑规则，用于(a)按照油门位置的函数，确定换低档发动机的转速(ESD/S)，其指示从当前接合速比(GR)换低档的转速；(b)将发动机转速(ES)与换低档发动机转速进行比较；(c)确定一个第一发动机转速参考值(ESDES)和一个第二发动机转速值(ESMAX)，所述第二发动机转速参考值大于所述第一发动机转速参考值(ESMAX＞ESDES)；及(d)如果指示从当前接合速比(GR)换低档，依次进行(i)通过确定完成换至低两个档的档位(ESGR-2)时的预期发动机转速，并将所述估计转速与所述第一参考值比较，来确定从当前接合速比跨跳换低两档(GRTARGET＝GR-2)是否理想，如果所述估计转速小于所述第一参考值(ES(GR-2)＜ESDES)，则认为所述跨跳换低两档是理想的，如果认为理想，则命令跨跳换低两档；如果不理想，(ii)再通过确定完成换至低一个档的档位(ESGR-1)时的预期发动机转速，并将所述估计转速与所述第二参考值比较，来确定从当前接合速比换低一档(GRTARGET＝GR-1)是否理想，如果所述估计转速小于所述第二参考值(ES(GR-1)＜ESMAX)，则认为所述换低一档是理想的，如果认为理想，则命令换低一档；如果不理想，(iii)则保持变速器于当前接合速比。
11.根据权利要求10所述的控制系统，在步骤(i)之前，所述逻辑规则可进一步有效地(iv)通过确定完成跳换至低三个档的档位(ESGR-3)时的预期发动机转速，并将所述估计转速与所述第一参考值比较，来确定从当前接合速比跳换低三档(GRTARGET＝GR-3)是否理想，如果所述估计转速小于所述第一参考值(ES(GR-3)＜ESDES)，则认为所述跳换低三档是理想的，如果认为理想，则命令跨跳换低三档；如果不理想，进行步骤(i)。
12.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述发动机被控制于一个最大发动机转速(ESGOV)，所述第二参考值(ESMAX)是所述最大发动机转速(ESGOV)的一个函数。
13.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，所述第二参考值约低于所述最大发动机转速50至150rpm。
14.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，所述发动机是一个重型车辆的柴油机，最大转速被限制于约2100至2200rpm，所述第一发动机转速参考值约为1600至1700rpm，而所述第二发动机转速参考值约为1950至2150rpm。
15.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，在选定油门位移值(66)之上的换低档发动机转速(ESD/S)至少大于该选定值之下的换低档发动机转速(ESD/S)的20％。
16.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述位移值约为全部油门位移的80％至100％。
全文摘要
一种用于在一个车用自动机械变速器系统(10)中控制换低档的方法/系统。当需要从当前接合速比(GR)换低档时(ES< ES
文档编号F16H59/24GK1261032SQ0010108
公开日2000年7月26日 申请日期2000年1月14日 优先权日1999年1月15日
发明者D·P·亚尼克, T·A·格尼瑟 申请人:易通公司