自动变速器换低档控制.pdf

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。