使用测量扭矩的手动变速器离合器控制.pdf

一种用于控制手动变速器的方法包括：使用控制器来确定所需扭矩，该所需扭矩是在变速杆被移至所需档位之后且离合器踏板正为接合离合器而分离之时通过用于所需档位的输入离合器和所需离合器滑动来传递的；测量车辆驱动总成中的扭矩；使用测量的扭矩来确定通过离合器传递的实际离合器扭矩；以及减小离合器扭矩误差，该误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器扭矩与实际扭矩之间的差值来减小的。同样可以通过调整离合器致动器以便减小所需滑动和测量的滑动之间的差值而减小滑动误差。

权利要求书1.  一种用于控制手动变速器换档机构的方法，包含：(a)使用控制器来确定所需离合器扭矩，该所需离合器扭矩是在变速杆被移至所需档位之后且离合器踏板正分离之时通过用于所需档位的变速器输入离合器来传递的；(b)测量车辆驱动总成中的扭矩；(c)使用测量的扭矩来确定离合器滑动时通过离合器传递的实际扭矩；(d)减小离合器扭矩误差，该误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器扭矩与实际离合器扭矩之间的差值来减小的。2.  根据权利要求1所述的方法，进一步包含：(e)确定当前发动机扭矩；(f)使用控制器来确定用于所需档位的所需发动机扭矩；以及(g)使用控制器来减小所需发动机扭矩与当前发动机扭矩之间的差值。3.  根据权利要求1所述的方法，进一步包含使用控制器来重新接合离合器。4.  根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)进一步包含使用控制器来确定在加速器踏板重新压下后用于所需档位的所需离合器扭矩。5.  根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：(e)使用控制器来确定离合器的所需离合器滑动；(f)测量穿过离合器滑动；以及(g)减小离合器滑动误差，该离合器滑动误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器滑动和测量的滑动之间的差值而减小的。6.  根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步由通过手动变速器中的扭矩传感器测量的扭矩来限定。7.  根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步由通过位于发动机和手动变速器之间的扭矩传感器测量的扭矩来限定。8.  根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)进一步由通过位于手动变速器和从动轮之间的扭矩传感器测量的扭矩来限定。

说明书使用测量扭矩的手动变速器离合器控制
背景技术
本发明总体涉及一种用于在直接、实时的变速器内部或车辆传动系内扭矩测量的基础上控制手动变速器的输入离合器的方法。
在这个国家，装备有手动变速器的车辆的市场占有率依然很低，这部分取决于涉及换档过程的操作复杂性。典型的手动传动系统需要双脚的协调使用，以便在通过手动变速杆来移动变速叉时操作变速器输入离合器和节气门踏板。这还需要以脚为基础的控制，以便为低速驱动车辆而滑动离合器。
错过的离合器分离时间、欠佳的离合器滑动控制或错过的接合时间导致失速的发动机或不良的噪声、振动和不平顺性(NVH)，例如离合器颤振(clutch shudder)。
带有电子控制输入离合器的自动化手动传动系统已经被用于有限的生产应用。该自动化手动传动系统的离合器控制主要依赖于离合器分离、滑动以及接合过程中的离合器致动器位置和滑速测量值。然而，这些测量值不可以直接用来精确地计算通过滑动输入离合器而传输的扭矩。更具体地，由于对干式离合器摩擦机制的有限理解，没有基于所有驾驶条件下离合器致动器位置和滑速来精确地估算离合器扭矩的可靠方法。因此，自动化手动传动系统的传统控制的设计目的并不在于在离合器分离、滑动以及接合过程中直接观察和使用离合器扭矩来实时检测不良NVH行为并采取纠正闭合回路的行为。
发明内容
一种用于控制手动变速器换档机构的方法可以包括使用控制器来确定所需离合器扭矩，该所需离合器扭矩是在变速杆被移至所需档位之后且离 合器踏板正分离之时通过用于所需档位的变速器输入离合器来传递的；测量车辆驱动总成中的扭矩；使用测量的扭矩来确定离合器滑动时通过离合器传递的实际扭矩；以及使用控制器减小离合器扭矩误差，以便调整离合器致动器，从而减小所需离合器扭矩与实际离合器扭矩之间的差值。
根据本发明，提供一种用于控制手动变速器换档机构的方法，包含：
(a)使用控制器来确定所需离合器扭矩，该所需离合器扭矩是在变速杆被移至所需档位之后且离合器踏板正分离之时通过用于所需档位的变速器输入离合器来传递的；
(b)测量车辆驱动总成中的扭矩；
(c)使用测量的扭矩来确定离合器滑动时通过离合器传递的实际扭矩；
(d)减小离合器扭矩误差，该误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器扭矩与实际离合器扭矩之间的差值来减小的。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含：
(e)确定当前发动机扭矩；
(f)使用控制器来确定用于所需档位的所需发动机扭矩；以及
(g)使用控制器来减小所需发动机扭矩与当前发动机扭矩之间的差值。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含使用控制器来重新接合离合器。
根据本发明的一个实施例，其中步骤(a)进一步包含使用控制器来确定在加速器踏板重新压下后用于所需档位的所需离合器扭矩。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含以下步骤：
(e)使用控制器来确定离合器的所需离合器滑动；
(f)测量穿过离合器滑动；以及
(g)减小离合器滑动误差，该离合器滑动误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器滑动和测量的滑动之间的差值而减小 的。
根据本发明的一个实施例，其中步骤(b)进一步由通过手动变速器中的扭矩传感器测量的扭矩来限定。
根据本发明的一个实施例，其中步骤(b)进一步由通过位于发动机和手动变速器之间的扭矩传感器测量的扭矩来限定。
根据本发明的一个实施例，其中步骤(b)进一步由通过位于手动变速器和从动轮之间的扭矩传感器测量的扭矩来限定。
根据本发明，提供一种用于控制手动变速器换挡机构的方法，包含：
(a)当变速杆位于用于换挡机构的所需档位，压下并随后分离离合器踏板，并且分离并随后压下加速器踏板之后，使用控制器来确定通过用于所需档位的变速器输入离合器传递的所需离合器扭矩；
(b)测量在车辆驱动总成中的至少一个位置的扭矩；
(c)使用测量的扭矩来确定通过离合器传递的实际扭矩；
(d)减小离合器扭矩误差，该误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器扭矩与实际离合器扭矩之间的差值来减小的。
根据本发明的一个实施例，根据本发明的方法进一步包含：
确定当前发动机扭矩；
使用控制器来确定用于所需档位的所需发动机扭矩；以及
使用控制器来减小所需发动机扭矩与当前发动机扭矩之间的差值。
根据本发明的一个实施例，进一步包含使用控制器来重新接合离合器。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含以下步骤：
(e)使用控制器来确定离合器的所需离合器滑动；
(f)测量穿过离合器的滑动；以及
(g)减小离合器滑动误差，该离合器滑动误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器滑动和测量的滑动之间的差值而减小的。
根据本发明，提供一种用于控制手动变速器换挡机构的方法，包含：
(a)在开关状态指示希望换挡机构并且分离加速器踏板后，使用控制器解锁变速杆；
(b)在变速杆移动至新档位之后，使用该控制器来确定通过用于新的档位的变速器输入离合器传递的所需离合器扭矩；
(c)测量车辆驱动总成中的至少一个位置的扭矩；
(d)利用测量的扭矩来确定通过离合器传递的实际扭矩；
(e)减小扭矩误差，该误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器扭矩与实际离合器扭矩之间的差值来减小的。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含：
确定当前发动机扭矩；
使用控制器来确定用于新档位的所需发动机扭矩；以及
使用控制器来减小所需发动机扭矩与当前发动机扭矩之间的差值。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含使用控制器来重新接合离合器。
根据本发明的一个实施例，其中步骤(a)进一步包含使用该控制器来确定在加速器踏板重新压下之后用于新档位的所需离合器扭矩。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含以下步骤：
(e)使用控制器来确定离合器的所需离合器滑动；
(f)测量穿过离合器的滑动；以及
(g)减小离合器滑动误差，该离合器滑动误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需离合器滑动和测量的滑动之间的差值而减小的。
根据本发明，提供一种用于控制手动变速器的方法，包含：
(a)在压下离合器踏板并分离加速器踏板，变速杆位于所需位置，并且离合器踏板和加速器踏板被调整之后，使用控制器来确定穿过变速器输 入离合器的所需滑动；
(b)测量穿过离合器的滑动；
(c)减小离合器滑动误差，该误差是通过使用控制器调整离合器致动器从而减小所需滑动与测量的滑动之间的差值来减小的。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含：
确定当前发动机扭矩；
使用控制器来确定用于所需档位的所需发动机扭矩；以及
使用控制器来减小所需发动机扭矩与当前发动机扭矩之间的差值。
根据本发明的一个实施例，本发明的方法进一步包含使用控制器来重新接合离合器。
提供一种控制用于装配有手动变速器的车辆的电子控制离合器的方法。该控制方法可以用于(i)以更平滑、无失速的离合器操作为目的，基于扭矩感测通过纠正不良的离合器性能来辅助驾驶员手动操作手动变速器的输入离合器和变速杆；以及(ii)使驾驶员能够通过手动移动变速杆来换档，而不用直接操作离合器。
该方法减少或消除了发动机失速和不良NVH——例如离合器震颤的发生。
优选实施例的适用范围通过以下具体实施方式、权利要求以及附图将变得显而易见。需要了解的是，说明和具体示例虽然显示了发明的较佳实施方案，但其仅以例示方式给出。所述实施例的各类变动和修订将对所属领域的技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
通过参照以下描述并结合附图，本发明将会更容易理解，附图中：
图1是显示根据现有技术的带有电子致动离合器系统的手动传动系统的示意图；
图2是拥有电子致动离合器系统和扭矩传感器的手动传动系统的示意 图；
图3是车辆驱动总成和扭矩传感器处在的位置的示意图；
图4是显示用于控制图2的手动传动系统的换档机构的算法的逻辑图；
图5是显示用于控制图2的手动传动系统的输入离合器滑动的算法的逻辑图；
图6是显示用于控制图2的手动传动系统的换档机构的算法的逻辑图。
具体实施方式
图1显示了拥有手动传动系统10的车辆8，在车辆8中车辆操作者12操作踏板或开关14，表示开关14状态的信号通过该踏板或开关14传递至操作致动器18的控制器16，该致动器18控制输入离合器20的接合、滑动和分离状态。由发动机22产生的扭矩可选择地通过离合器20传送至手动变速箱/传动系24，再传送至车辆从动轮26。操作者通过移动变速杆28来手动地选择变速箱24里的操作档位，该变速杆28移动同步器的对应于所选档位的变速叉30。所选的变速叉通过离合器20、所选档位和变速器输出轴以及传动轴32而在发动机22到车辆从动轮26之间产生驱动连接。
根据本文所使用的离合器踏板和输入离合器，当离合器踏板被认为被压下时，离合器分离。当离合器踏板被认为被分离时，离合器被接合。当被认为部分分离或部分压下时，离合器滑动，同时通过摩擦力传递扭矩。因此当离合器踏板正分离时(即，在压下的离合器踏板位置和分离的离合器踏板位置之间移动)，离合器滑动。
图2显示了依据本发明拥有手动传动系统11的车辆9。由于该总成中所描述的车辆与图1的车辆相似，所以类似的附图标记在图中指定对应的组件，并且其详细说明将被省略。手动传动系统11包括扭矩传感器34。扭矩传感器34精确地监控扭矩的大小并向离合器控制器17提供直接扭矩反馈信号36。参照图3讨论，扭矩传感器34最好生成表示扭矩的信号，该扭矩在输入离合器20和变速箱24之间的轴上，或在变速箱24的中间轴上，或在变速箱24的输出轴上，除此之外也可在车辆驱动总成的其它位置。
图3示意性地显示了车辆驱动总成148和扭矩传感器可位于的地方，并且同样参照图2来讨论。发动机22通过曲轴150连接至输入离合器20。离合器20可以包括飞轮152和离合器盘154。此外，离合器20可以包括例如扭转减振器和离合器致动器这样的其他组件，该组件在图3中没有具体描述。变速器输入轴156连接离合器20至变速箱/传动系24。变速箱/传动系24可以包括由输入轴156驱动的齿轮组158，该齿轮组158相应地驱动变速器输出轴160。变速器输出轴160可以连接至驱动轴32，该驱动轴32相应地驱动差速器162。当然，来自差速器162的输出驱动车轮26。
扭矩传感器可以位于车辆驱动总成中以下位置的一个或多个。虽然在图3中显示扭矩传感器位于多个位置，但是可仅有一个扭矩传感器位于这些位置中的一个，或有多个扭矩传感器在不同的所述位置来向控制器17传递信号，而控制器17则将它们组合在一起(通过平均、说明位置之间的齿轮比或利用另一合适的算法)以便生成作为用于控制离合器致动器18的测量的扭矩而被控制器17所使用的。拥有从多个扭矩传感器计算出的扭矩可以防止测量中的噪声，以产生更稳健的扭矩测量值，但是，当然，拥有多个扭矩传感器增加了手动传动系统11的成本。
扭矩传感器34a可以位于邻近曲轴150，扭矩传感器34b可以位于邻近飞轮152，扭矩传感器34c可以位于邻近变速器输入轴156，扭矩传感器34d可以位于邻近例如中间轴(没有具体显示)这样的齿轮组158的组件。扭矩传感器34e可以位于邻近变速器输出轴160，扭矩传感器34f可以位于邻近驱动轴32，扭矩传感器34g可以位于邻近差速器162的组件。在这些位置的任何一个或多个，扭矩传感器可以向控制器17发送反馈信号36，控制器17使用该反馈信号来确定在离合器盘154处传递的扭矩。通过离合器盘154传递的扭矩的计算可以通过以离合器盘154和扭矩感测位置之间的已知齿轮比来缩放测量的扭矩值而得到。作为选择的，基于车辆驱动总成其他位置的扭矩测量值的离合器盘154处的实际离合器扭矩的计算可以例如通过美国专利8,510,003——通过引用结合于此——所讨论的方法来完成。
所使用的扭矩传感器34可以是例如磁弹性类型的扭矩传感器，例如美国专利8,510,003——通过引用结合于此——所公开的那样。如果需要，还 可以使用其他合适类型的扭矩传感器来代替，只要该传感器可以测量其在车辆驱动总成中所在的位置处的扭矩。然后该扭矩测量可以被用于手动传动系统11的操作。
现在将要讨论与图2和3的车辆相关的图4和5。虽然离合器踏板37和加速器(acc)踏板38仅在图4中显示，但是它们也适用于图5的控制方法。在图4和5中描述的离合器-辅助模式(clutch-assist mode)中，车辆操作者(驾驶员)12手动操作离合器踏板37、加速器踏板38和变速杆28。控制方法基于测量的扭矩信号36自动纠正离合器操作，以便例如避免不良的离合器NVH和发动机失速情况。
现在将要以图2和3为基础参照图4来讨论用于换档变速箱24的离合器-辅助模式。
在步骤40，确定变速器的状态，如档位，并测量常规动力传动系统参数和变量，如车辆速度、发动机节气门位置、发动机速度以及各类轴的速度。
在步骤42通过扭矩传感器34来测量扭矩，以及表示扭矩大小的信号被传送至控制器17。控制器17使用扭矩测量值来计算通过输入离合器20传递的实际扭矩，说明离合器盘位置154和扭矩测量位置之间的齿轮比。
在步骤44，操作者完全压下控制离合器20状态的离合器踏板37。
在步骤46，操作者完全分离加速器踏板38。
在步骤48，执行测试以确定离合器20是否完全分离。如果测试48的结果为否，则在步骤50由控制器17完全分离离合器20。
在步骤52，操作者移动变速杆28至由换挡机构产生的对应于所需档位的位置。
在步骤54，操作者逐渐分离离合器踏板37，允许离合器拖拽(滑动)，同时操作者在步骤56压下加速器踏板38。
在步骤58，控制器17确定所需离合器滑动的大小，以及穿过滑动的离合器20的所需离合器扭矩。
在步骤60，控制器17计算(i)离合器滑动误差，即，步骤58的所需离合器滑动和在步骤40测量的由穿过离合器20的差速器速度所表示的离合器滑动之间的差值；以及(ii)离合器扭矩误差，即，步骤42的实际离合器扭矩和步骤58的所需离合器扭矩之间的差值。实际离合器扭矩从所需水平的偏离可以由操作者的离合器踏板控制失误导致或可以归因于如滞滑这样的不良离合器摩擦行为。
在步骤62，控制器17基于离合器扭矩误差和滑动误差来纠正离合器致动器18的位置，从而降低、最小化或消除误差。
在步骤64，控制器17纠正发动机扭矩，使得调整后的发动机扭矩增强离合器致动器控制62，以便降低、最小化或消除离合器扭矩和滑动误差，并且使得发动机扭矩与以下当前驱动条件兼容：车辆速度、节气门位置以及最新接合档位。
在步骤66执行测试以确定离合器20是否完全接合。如果测试66的结果为否，则控制返回至步骤54和56。
如测试66的结果为是，则离合器-辅助模式换挡的控制在步骤68结束。
现在基于图2和3并参照图5来讨论用于控制离合器20的滑动的离合器-辅助模式。
在步骤70，确定例如档位这样的变速器状态，并测量常规动力传动系统参数及变量，如车辆速度、发动机节气门位置、发动机速度以及各类轴的速度。
在步骤72，由扭矩传感器34测量扭矩，并且向控制器17传递代表扭矩大小的信号。控制器17使用扭矩测量值来确定通过输入离合器20传递的实际扭矩，说明离合器盘位置154和扭矩测量位置之间的齿轮比。
在步骤74，操作者(驾驶员)压下控制离合器20的状态的离合器踏板37，并在步骤76分离加速器踏板38。
在步骤78，操作者可以(或可以不)移动变速杆28至对应于所需档位的位置。
在步骤80，操作者调整离合器踏板37，允许离合器滑动，同时通过摩擦力传递扭矩。
在步骤82，操作者调整加速器踏板38。
在步骤84，控制器17确定穿过离合器20的所需离合器滑动量，在步骤70确定所给车辆条件下的所需离合器扭矩容量。
在步骤86，控制器17计算(i)离合器滑动误差，即，步骤84的所需离合器滑动和在步骤70测量的由穿过离合器20的差速器速度所表示的离合器滑动之间的差值；以及(ii)离合器扭矩误差，即，步骤84的所需离合器扭矩容量和步骤72的实际离合器扭矩容量之间的差值。
在步骤88，控制器17基于离合器滑动误差和离合器扭矩误差来纠正离合器致动器18的位置，从而降低、最小化或消除误差。
在步骤90，控制器17纠正发动机扭矩，使得调整后的发动机扭矩增强离合器致动器控制88，以便降低、最小化或消除离合器扭矩和滑动误差，并且使得发动机扭矩与包括车辆速度、节气门位置和档位的当前驱动条件兼容。
在步骤92执行测试以确定离合器20是否完全接合。如果测试92的结果为否，则控制返回至步骤80和82。
如测试92的结果为是，则离合器-辅助模式滑动的控制在步骤94结束。
现在基于图2和3并参照图6来讨论用于控制换档的自动-离合器模式(auto-clutch mode)。控制方法(i)当车辆操作者(驾驶员)表明希望换档时打开离合器20，驾驶员可以通过按下手动按钮、脚致动开关39或其它任何类似的预定义方式来发出换档指示；以及(ii)在驾驶员将变速杆28移至已选档位后关闭或接合离合器20。以离合器扭矩为基础的控制方法调整离合器致动器18的位置以便在分离和接合离合器20的过程中保持平稳的扭矩过渡。发生该车辆换挡操作而无需驾驶员手动操作离合器踏板。
在步骤100，确定例如档位这样的变速器状态，并测量常规动力传动系统参数及变量，如车辆速度、发动机节气门位置、发动机速度以及各类轴 的速度。
在步骤102，由扭矩传感器34测量扭矩，并且向控制器17传递代表扭矩大小的信号。控制器17使用扭矩测量值来确定通过输入离合器20传递的实际扭矩，说明离合器盘位置154和扭矩测量位置之间的齿轮比。
在步骤104，操作者表明希望通过使开关39致动来换挡，信号通过该开关39传递至控制器17。
在步骤106，操作者分离加速器踏板38。
在步骤108，控制器17解锁变速杆28，从而允许操作者移动变速杆，而在步骤110，控制器17激活离合器致动器18以便分离离合器20。
在步骤112，操作者将变速杆28移动至由换挡机构生成的对应于所需档位的位置。
在步骤118，控制器17确定穿过离合器20的所需离合器滑动量，并在步骤100确定所给车辆条件下的所需离合器扭矩。
在步骤120，控制器17计算(i)离合器滑动误差，即，步骤118的所需离合器滑动和在步骤100测量的由穿过离合器20的差速器速度所表示的离合器滑动之间的差值；以及(ii)离合器扭矩误差，即，步骤118的所需离合器扭矩容量和步骤102确定的实际离合器扭矩容量之间的差值。
在步骤122，操作者压下加速器踏板38。
在步骤124，控制器17纠正发动机扭矩使得发动机扭矩与实际离合器扭矩容量和当前驱动条件兼容，其中当前驱动条件包括车辆速度、节气门位置以及最新接合档位。例如，如果发动机扭矩显著超出离合器扭矩容量，则会发生发动机速度偏移或耀斑。如果发动机扭矩显著小于离合器扭矩，则会发生发动机失速。
在步骤126，控制器17纠正离合器致动器18的位置从而降低、最小化或消除离合器滑动误差和离合器扭矩误差。
在步骤128，控制器17执行测试以确定离合器20是否完全接合。如果测试128的结果为否，则控制返回步骤118和122。
如果测试128的结果为是，则自动离合器模式换挡的控制在130结束。
按照专利法相关规定，优选实施例已经说明。然而，需要注意的是，与具体说明和描述不同的可选方案也可以实施。