自适应空档检测 【发明背景】
相关的申请
本申请与下述共同未决的申请有关，这些申请全部转让给EATON公司，即该申请的受让人：
系列号08/____[96-TRN-263]，寄出日98年4月1日，标题为范围转换控制
系列号为08/____[97-TRN-561]，寄出日98年4月1日，标题为自适应的换高速档爪式离合器接合控制
系列号为08/____[97-TRN-566]，寄出日98年4月1日，标题为为在控制器辅助的手动换档传动装置中完成换档所进行的发动机燃料供应控制
系列号为08/____[97-TRN-567]，寄出日98年4月1日，标题为动态范围转换促动
系列号为08/____[98-TRN-067]，寄出日98年4月1日，标题为辅助的手动换档副变速器型式传动系统使用的爪式离合器接合控制
系列号为08/____[98-TRN-101]，寄出日98年4月1日，标题为自适应副变速器促动器接合力控制
系列号为08/902,603，提交日97年8月7日，标题为部分自动的、操纵杆换档的机械式传动系统
系列号为08/____[97-rTRN-495]，寄出日97年12月11日，标题为辅助地操纵杆换档传动
【发明领域】
本发明涉及一种控制系统/方法，该控制系统/方法用于控制自动执行的和/或辅助的换档。特别是，本发明涉及传动装置(如具有通过手动操作的换档操纵杆或换档选择器换档的主变速器的复式传动装置)中的作为检测到的存在和不存在主变速器空档状态的函数自动执行的和/或辅助的换档。更具体说，本发明涉及对这种换档的控制，该控制响应检测到的换档操纵杆位置确定主传动变速器是处于空档还是处于接合状态并改变换档操纵杆的位置，在该位置上响应检测到的车辆运转状态宣布主变速器空档状态。
现有技术描述
范围式、分级式和/或组合的范围式/分级式的复式手动换档机械式传动装置在重型车辆上具有广泛的应用，并在现有技术中得到很好地理解，如可通过参考美国专利No.4,754,665；5,272,929；5,370,013和5,390,561；5,546,823；5,609,062和5,642,643所看到的，这些专利所公开的内容在此作为参考。通常，这种传动装置包括一个由手动换档操纵杆直接换档或远距离换档的主变速器，以及与主变速器串联的一个或多个副变速器。该副变速器通常是由从动促动器响应手动操作一个或多个主开关来进行换档，从动促动器通常是气动、液力、机械和/或电动操纵的。这种系统系统的换档控制可通过参考美国专利No.4,455,883；4,550,627；4,899,607；4,920,815；4,974,468；5,000,060；5,272,931；5,281,902；5,222,404和5,350,561看到，这些专利所公开的内容在此作为参考。
完全或部分自动的传动系统在现有技术中是已知的，其中基于微处理器的电控单元(ECU)接收表示各种系统运转状态的输入信号，并根据逻辑规则处理该信号，以向一个或多个系统促动器发出命令输出信号，如可通过参考美国专利4,361,060；4,593,580；4,595,986；4,850236；5,435,212；5,582,069；5,582,558；5,620,392；5,651,292和5,679,096；5,682,790所看到的，这些专利所公开的内容在这里作为参考。
这些系统常常利用检测到的传动装置和/或传动主变速器的接合或空档状态作为重要的控制参数。
发明综述
本发明的一个优选实施例包括一个计算机辅助的机械式复式传动系统，其中主变速器由按预定换档模式操作的手动控制的换档操纵杆换档，发动机是由促动器供应燃油并且/或者副变速器由促动器换档，该促动器至少部分由ECU控制以增强换档。该ECU利用检测到的和/或计算出表示系统运转参数的输入，如分级式副变速器开关的操作、换档操纵杆的位置和/或位置变化的速度、接合的传动比、发动机速度、输出轴速度、离合器状态和/或节气门踏板位置，以通过控制发动机燃料供应和/或范围式和/或分级式换档促动器的操作来辅助换档。
根据本发明，通过提供一个计算机增强的、操纵杆换档的复式车用传动系统来减少或克服现有技术的缺点，该传动系统具有一个位置传感器、控制逻辑和逻辑部分，该位置传感器用于检测换档操纵杆位置，该控制逻辑用于确定作为这种检测到的位置的可变函数的主变速器状态，该逻辑部分用于检测/确定车辆运转状态并改变换档操纵杆位置，在该位置主变速器空档作为车辆运转状态的函数得以确立以增强系统性能。
因此，本发明的一个目的是提供ECU辅助，用于增强机械式复式传动装置的换档，该复式传动装置具有一个主变速器，该主变速器由手动操纵的换档操纵杆换档。
本发明的另一个目的是提供一种改进的计算机辅助的传动系统，最好包括复式传动装置，该传动装置具有一个操纵杆位置传感器和逻辑部分，该操纵杆位置传感器用于确定主变速器空档状态，该逻辑部分用于自适应地改变操纵杆位置，操纵杆位置被认为是传动装置主变速器空档的表示，主变速器空档是检测到的车辆运转状态的函数。
通过阅读下面结合附图对最佳实施例的描述，可以了解本发明的这些和其它的目的及优点。
附图简要描述
图1所示为ECU辅助的复式机械传动系统的示意图，该传动系统有利地利用了本发明的范围转换控制。
图2所示为表示图1的传动装置的换档模式和代表的数字传动比的简图。
图3所示为图1的复式机械式传动装置的结构的示意图。
图4所示为与图1的传动系统结合使用的三位置分级式副变速器促动器的示意图。
图5A和5B所示为在图1的系统中使用的换档轴位置传感器装置的示意图。
图6所示为以流程图格式表示的本发明的控制的示意图。
优选实施例描述
通过参考图1-5B可看到一个计算机辅助的(也就是基于微处理器的，控制器辅助的)车用复式机械式传动系统10，其特别适合于利用本发明的增强的范围转换控制系统/方法。
系统10是重型车辆中常用的型式的，如拖拉机/半拖挂车车辆的牵引车，其包括一个发动机，通常是柴油发动机12，还包括包含在离合器壳体中的主摩擦离合器14，多速度复式传动装置16，以及驱动轴组件(图中未示)。传动装置16包括一个输出轴20，输出轴20通过万向节24驱动地与车辆驱动轴22连接，以驱动驱动轴组件。传动装置16位于传动装置壳体中，换档操纵杆组件30的换档支架直接安装在壳体上。本系统同样适用于远距离安装的换档操纵杆，如在平头式车辆中所使用的。
图2所示为组合的范围式和分级式复式传动装置的辅助手动换档的H形换档模式，该复式传动装置通过手动操纵的换档操纵杆换档。简而言之，换档操纵杆31可在侧向到侧向或XBX方向上运动，以选择要接合的一个特定传动比或多个传动比，换档操纵杆31还可在纵向或YBY方向上运动，以选择地接合或脱开各种传动比。换档模式(通常称为“H型”换档模式)包括一个自动范围转换装置，并可包括自动选择的和/或执行的分级式换档，如在现有技术中所共知的。利用这种型式的换档装置和换档模式的手动传动装置在现有技术中是熟知的，并可通过参考上述美国专利No.5,000,060和5,390,561得到更详细的理解。
通常，换档操纵杆组件30包括一个换档指或类似零件，其向下伸入到换档装置32中，如多轨换档杆壳体组件或单换档轴组件，这在现有技术中是熟知的，并表示在上述美国专利No.4,455,883；4,550,627；4,920,815和5,272,931中。
在自动范围转换装置中，当换档操纵杆在换档模式的中间支路和右手支路间的过渡范围或区域移动时，其将穿过一个点AR，这会激励一个传感器，如磁、机械或电范围开关，或被位置传感器检测到，以使范围转换的自动执行启动。
众所周知，换档操纵杆31在水平(X-X)方向上移动以选择希望的换档模式的支路(R/1-2,3-4/5-6或7-8/9-10)，在垂直(Y-Y)方向上移动以接合或脱开特定的传动比。换档模式的曲线或过渡部分200把支路连接起来，并代表了换档模式中的垂直居中(垂直无偏移)或空档位置。如下面将要详细讨论的，从垂直居中部分或曲线部分垂直偏移的量表示主变速器16A是位于接合状态还是空档状态。如这里所使用的，术语“垂直”和“水平”是指图2中的方向，是用作描述的目的，不是要进行限制的。
传动装置16包括与副变速器16B串联的主变速器16A，传动装置16的换档是半自动执行的/由车用传动系统10辅助的，这表示在图1-5B中。主变速器16A包括输入轴26，其通过主离合器14可操作地与车辆发动机12的驱动轴或曲轴28连接，副变速器16B的输出轴20可操作地与车辆的驱动轮连接，通常借助驱动轴24。副变速器16B是分级式的，最好是组合的范围式和分级式，如在美国专利No.4,754,665和5,390,561中所展示的。
可从主传动部分16获得的传动齿轮速比可通过下述方法手动地选择，即根据为接合主变速器16A的特定的希望的传动齿轮速比所规定的换档模式手动地定位换档操纵杆31。
系统可包括传感器30(用于检测发动机转动速度(ES))，32(用于检测输入轴转动速度(IS))，和34(用于检测输出轴转动速度(OS))，并提供表示这些传感器的信号。众所周知，当离合器14(即没有打滑)接合并且传动装置以已知的传动比接合时，ES=IS=OS*GR(见美国专利No.4,361,060)。因此，如果离合器14接合，发动机速度和输入轴速度可认为是相等的。可以去掉输入轴速度传感器32，并用通过传感器或数据链(DL)检测到的发动机速度(ES)来代替它。
发动机12是电控的，其包括一个通过电子数据链(DL)通讯的电子控制器36，该电子数据链按照工业标准协议运行，如SAE J-1992,SAE J-1939,ISO 11898或类似的工业标准协议。节气门位置(操作者命令)是选择换档点和其它控制逻辑中值得要的参数。可提供一个单独的节气门位置传感器38，或者从数据链检测节气门位置(THL)。发动机总扭矩(TEG)和发动机基本摩擦扭矩(TBEF)也可从数据链上获得。
人工操作的离合器踏板40控制主离合器14，传感器42提供表示离合器接合或脱开状态的信号(CL)。如果发动机速度信号和输入轴速度信号都可等到，还可通过比较发动机速度和输入轴速度来确定离合器的状态。副变速器促动器44包括一个范围转换促动器和一个分级式促动器，其根据ECU48的命令输出信号操作范围式离合器和分级式变速器离合器。换档操纵杆31具有一个球形手把，该球形手把包含分级式副变速器选择器开关52，通过开关52可检测到驾驶员的要启动分级式副变速器换档的意图。
系统10可包括一个驾驶员的显示装置54，装置54包括六位换档模式的图示，图示带有可发亮的显示元件56、58、60、62、64和66，显示元件代表可选择的接合位置中的每一个位置。有利的是，换档模式显示元件的每半部分可独立地发亮，以允许显示装置告诉驾驶员接合的传动比的操纵杆和副变速器的位置。
系统包括一个控制单元或ECU48，最好是在美国专利No.4,595,986；4,361,065和5,335,566中所展示的形式的基于微处理器的控制单元，这些专利所公开的内容在这里作为参考，控制单元或ECU48接收输入信号68，并根据预定的逻辑规则处理信号以向系统促动器，如分级式副变速器促动器46、发动机控制器36、范围转换促动器和/或显示装置54，发出命令输出信号70。可利用一个单独的系统控制器，或可利用通过电子数据链通讯的发动机控制器ECU36。
如在美国专利No.5,651,292(其所公开的内容在这里作为参考)和美国系列号为08/597,304的共同未决的专利申请(已转让给该申请的受让人)中所示，分级式副变速器促动器46最好是一个三位置装置，以允许可选择的并可维持的分级式副变速器空档。作为另外一种选择，当分级式副变速器离合器处于中间的非接合位置时，可通过给分级式副变速器促动器断电来提供一个Apseudo分级式副变速器空档。
在图3中示意性地展示了组合了范围式和分级式的传动装置16的结构，传动装置16具有10个前进速度。这种通常型式的传动装置公开在上述美国专利No.5,000,060；5,370,013和5,390,561中。
传动装置16包括一个主变速器16A和一个副变速器16B，这两个变速器包含在壳体中，壳体包括一个前端壁16C和一个后端壁16D，前端壁16C可由离合器壳体限定，但(在该特定实施例中)没有中间壁。
输入轴26支承输入齿轮76并限定了一个向后打开的凹坑，输出轴20的直径减少的延伸部分在该凹坑中导向，齿轮76固定在输入轴26上以与其共同转动。可在该凹坑或盲孔中提供一个非摩擦套管或类似零件。输入轴26的后端由前端壁16C中的轴承78支承，而输出轴20的后端由后端壁16D中的轴承组件80支承。
支承主轴离合器84和86，以及主轴分级式副变速器离合器88的主轴82是通常的管状体形式的，其具有外部开花键的外表面和用于通过输出轴20的轴向延伸的通孔。换档拨叉90和92用于分别移动离合器84和86(见图5A)。主轴82可相对输入轴26和输出轴20独立转动，最好能够相对输入和输出轴进行一定的径向运动。
主变速器16A包括两个大体上相同的主变速器中间轴组件94，每个组件包括一个主变速器中间轴96，中间轴96支承固定在其上的中间轴齿轮98、100、102、104和106。齿轮副98、100、102、104和106始终分别与输入齿轮76、主轴齿轮108和110以及与反向主轴齿轮112啮合的空转轮(图中未示)啮合。
主变速器中间轴96向后延伸到辅助部分，其后端直接或间接在支承在后壳体端壁16D中。
传动装置16的副变速器16B包括两个大体上相同的副变速器中间轴组件114，每个组件包括一个副中间轴116，副中间轴116支承与其共同转动的副变速器中间轴齿轮118、120和122。副中间轴齿轮副118、120和122始终分别与分级式齿轮124、分级式/范围式齿轮126和范围式齿轮128啮合。分级式副变速器离合器88固定在主轴82上以选择地接合齿轮124或126，同步的范围离合器130固定在输出轴20上以选择地接合齿轮126或128。
副中间轴116基本上是管形的，限定一个用于接收主变速器中间轴96的后部延伸部分的通孔。提供了轴承或套管以将副中间轴可转动地支承在主变速器中间轴96上。
分级式副变速器爪式离合器88是双面的非同步的离合器组件，其可选择地定位在最右面或最左面的位置，以分别将齿轮1124或126接合到主轴82上，或可定位在中间位置，此时齿轮124和126都不与主轴接合。分级式副变速器爪式离合器88是通过换档拨叉98轴向定位的，换档拨叉98由一个三位置促动器控制，如活塞促动器，该促动器对驾驶员的选择开关，如换档手把上的按钮或类似元件，做出反应以控制人ECU48发出的控制信号，这在现有技术中是共知的(参见美国专利No.5,661,998)。两位置同步范围离合器组件130是一个两位置离合器，其可选择地定位在最右面或最左面的位置，以选择地分别把齿轮128或126接合到输出轴20上。离合器组件130通过由两位置活塞装置操纵的换档拨叉(图中未示)定位。每个活塞促动器都可用功能等同的促动器代替，如滚珠丝杠装置、滚珠滑轨装置或类似装置。
通过选择地把分级式副变速器离合器88和范围离合器130定位在前面和后面的轴向位置上，可提供四个不同的主轴转动与输出轴转动的传动比。因此，副传动变速器16B是组合的范围式和分级式的三层副变速器，其可提供输入(主轴82)和输出(输出轴20)间的四个可选择的速度或传动比。主变速器16A提供一个反向和三个潜在可选择的前进速度。然而，可选择的主变速器前进齿轮速比之一，即与主轴齿轮110相关的低速齿轮速比，在高范围中是不会使用的。这样，传动装置16可正确地指定为一个“(2+1)×(2+2)”型的传动装置，根据分解低齿轮速比的要求和实用性，该传动装置可提供九个或十个可选择的前进速度。
通过按下车辆操作者促动的分级按钮52或类似元件，通常是位于换档操纵杆手把上的按钮，来完成传动装置16的分级式换档，而范围离合器换档组件的操作是对齿轮换档操纵杆在换档模式的中间支路和最右面支路间移动并通过促动点AR的自动反应，如图2所示。作为另外一种选择，可使分级式副变速器换档自动操作(参见美国专利No.5,435,212)。这种通常形式的范围式换档装置在现有技术中是已知的，可通过参见上述美国专利No.3,429,202；4,455,883；4,561,325和4,663,725。
尽管本发明是以一种不带中间壁的复式传动装置实施例展示的，本发明同样适用于在上述美国专利No.4,754,665；5,193,410和5,368,145中所展示的传动装置形式。
在现有技术中，特别对于手动传动装置，分级式副变速器离合器通过两位置促动器操纵，从而，只提供了一个较小的间隙(即，对于节圆直径约为3.6英寸离合器，间隙约为.008-.012英寸)以防止过渡生硬的分级式速度换档。通常，使用上述间隙和通常的接合力，在大于约60转每分钟的输入轴同步误差时，离合器牙将会松脱或“嗡嗡响”，不会发生离合器接合。
如已知的(参见美国专利No.5,052,535，该专利所公开的内容在这里作为参考)，刚性离合器正确接合(即会发生足够的离合器牙穿透)所允许的相对转动速度是离合器系统中总有效间隙的直接比例函数。可允许发生离合器接合的最大可允许非同步条件是根据可接受的最生硬的离合器接合来选择的。
在利用非同步刚性离合器结构的变换齿轮传动装置中，特别是对于重型车辆，对于给定总间隙(即给定的最大可允许的生硬的离合器接合)，离合器元件会接合的不同步条件范围常常比在某些条件下所希望的范围窄，这使得换档更加困难。
根据本发明，和如在上述美国专利中No.5,651,292中所更详细描述的，在分级式副变速器88和分级式齿轮124和分级式/范围式齿轮126上提供的相互接合的离合器牙具有较大的间隙(即对于3.6英寸节圆直径的离合器，约为.020-.060英寸)，这会保证在全力作用下，几乎任何尝试的分级式副变速器换档都会完成。
离合器88通过换档拨叉98移动，换档拨叉98安装在活塞促动器组件142的活塞杆140上(见图4)。促动器组件142可以是传统的三位置促动器(见美国专利No.5,054,591，该专利所公开的内容在这里作为参考)，或者是美国专利No.5,682,790或5,661,998(这些专利所公开的内容在这里作为参考)中所展示的形式的促动器。其中可利用选择加压或泄放的室144的脉宽调制来获得换档拨叉的三个分级式位置(L,N,H)。
最好，分级式副变速器离合器促动器142能够施加可变的供给压力力，如通过脉宽调制。在脱开或不能证实同步条件时，可利用小于全力的力。
控制器48具有逻辑规则，根据该逻辑规则，如果主变速器已经接合，就开始从分级式副变速器空档向选择的目标分级式副变速器速比换档，使得在通常条件下，包括正确的操作者燃料供应控制，同步误差(其等于输入轴转速减去输出轴转速与传动目标齿轮速比的乘积)预计等于或小于选定的值，以产生平滑的高质量的换档((IS-(OS*GR))=ERROR≤REF)。正时与检测到的/预计的轴速度、轴加速/减速和促动器反应时间有关。
在某些条件下，逻辑规则会认出运转条件，其中必须扩展最佳的同步触发脉冲(即IS=(OS*GR)±60RPM)以完成分级式副变速器换档，即使损失换档质量。这些条件通常与换高速档有关，包括是否试图在低发动机速度时换档，其中预计的换档完成时的发动机将会出现不希望有的低速，是否输出轴的减速度较高(dOS/dt＜REF)，是否发动机的减速度较低(dES/dt＞REF)和/或是否同步误差的绝对值没有接近在可接受速度时的正常值。
换档操纵杆31的位置或由换档操纵杆31控制的换档装置32的位置可通过位置传感器装置检测。各种定位传感器组件在现有技术中是已知的，其中优选的传感器形式展示在已授权的美国专利系列号08/695,052中，该专利转让给了该申请的受让人，其所公开的内容在这里作为参考。
参见图5A和5B，换档装置32被图示为一个单换档轴装置160，装置160具有轴162，轴162可响应换档操纵杆31的X-X移动转动，并可响应换档操纵杆31的Y-Y移动轴向移动。这种形式的装置在上述美国专利No.4,920,815中有详细的描述。
换档轴162支承选择地与其共同进行轴向移动的主变速器换档拨叉90和92，并支承用于接收换档指或类似元件的换档止动件164。一对线圈166和168提供一对信号(共同作为GR)，信号表示轴162相对图2所示的换档模式的轴向和转动位置，从而也表示了换档操纵杆31相对该换档模式的轴向和转动位置。有利的是，还可确定并利用位置变化的速度(dGR/dt)来增强系统10的换档。
例如，参见图2，如果可检测到换档操纵杆的位置，就可以不需要在AR点的固定开关或类似元件，该开关或类似元件用于检测需要的低范围和高范围间换档的开始。而且，因为不再需要实际的开关，可以把产生范围转换命令的换档模式位置，AR，改变到如点180、182或184，以在各种运转状态下增强系统性能。
如果在第一(1st)到第四(4st)档，极不可能发生向高范围的换档，可把自动范围转换开始点移动到位置184(远离预计的换档操纵杆路线)以防止偶然促动范围转换。如果在第六档(6st)发动机速度高时，很可能发生向高范围换档，把自动范围开始点移动到位置180将允许较快地开始范围转换。同样，如果在第5档(5st)，仅仅适度地可能发生向高范围的有意换档，可把范围转换开始点移动到位置182。
根据本发明，允许操作者控制发动机燃料供应，除非当前的车辆运转状态表明他/她对节气门踏板的操作将不会允许与当前目标传动比相关的爪式离合器接合。如果运转状态，包括操作者对节气门踏板的调节，表明操作者将完成分级式副变速器向目标传动比的换档，将根据操作者对节气门的调节向发动机供应燃料。如果没有表明操作者将完成分级式副变速器向目标传动比的换档，将会发生自动的发动机燃料供应。如果分级式副变速器确实如可取的方式在主变速器前接合，那么操作者将完全控制发动机的燃料供应，以通过接合主变速器来完成换档。
主传动变速器16A的接合状态(即接合或空档)是系统10的重要控制参数。例如，如果检测到主变速器处于空档，可命令分级式副变速器全力接合，无论存在还是不存在同步条件。而且，如果分级式副变速器处于空档时主变速器是接合的，在没有检测到大体上同步之前系统将不会使分级式副变速器接合，如果需要，还会开始自动燃料供应控制。当然，重要的是防止或减少错误地确定主变速器空档和/或接合的条件。
参见图2，利用从曲线部分200垂直偏移第一窄范围202和第二较宽范围204确定主变速器是否是处于空档。如果没有确认传动主变速器处于主变速器空档，那么空档确认范围将是较窄的范围202。这将保证在宣布主变速器空档状态前主变速器16A的确处于空档。如果确认传动主变速器16A处于空档，那么空档确认范围将是较宽的范围204。这将保证不会错误地把纯粹的空档过量或主变速器爪式离合器的倾斜解释成主变速器接合状态。
检测到点换档操纵杆位于206处将一直被解释成主变速器空档，检测到换档操纵杆处于点208将一直被解释成主变速器接合。然而，如果检测到换档操纵杆处于点210，不会改变前面作出的空档或接合状态的确认。
除主变速器16A的当前接合或空档状态以外，或作为附加，可利用其它车辆运转状态来改变空档检测范围的宽度。
因此，可以看出，提供了一个新型的并且是计算机辅助的、手动换档的传动系统，其提供了增强的基于换档操纵杆位置的对传动装置空档的检测。
尽管以某种程度的特殊性描述了本发明，但应理解为，优选实施例的描述仅仅是举例性的，在不偏离如后附的权利要求书所确定的本发明的范围及精神实质的情况下，可构成和详细描述多种变动。