用于自动机械变速系统的油门控制装置 本发明涉及用于车辆自动机械变速系统中发动机燃料供应的控制装置。具体地说，本发明涉及这样的控制装置，它用于自动控制自动机械变速系统中非电子控制发动机在加档和减档过程中的燃料供应，该控制装置能改进换档性能且能在传动系因单点故障而接合的情况下不会对发动机作最大程度的供油，并通过将燃料控制权交回给车辆驾驶员而能迅速对某些多点故障做出反应，所说的多点故障会导致不希望的为发动机增加燃料供应。
现有技术中的自动机械变速系统及其控制装置，可参见美国专利4,361,060；4,595,986；4,614,126；4,648,290；5,063,511；5,109,729；5,117,791和5,335,566号，本文引用了这些专利的公开内容。
在装有电子控制发动机(即：发动机带有专用的微处理器控制器并与诸如遵循SAEJ-1922或SAEJ-1939协议的数据总线之类的数据总线相通信)的自动机械变速系统中，发动机在加档和减档过程中的燃料供应通常由系统控制器来控制，该系统控制器按照要求进行“收油”(即减少供油)或“加油”(即增加供油)，而与驾驶员确定的油门踏板位置无关。
在装有电子控制发动机的系统中，驾驶员的油门位置是控制器的多个输入之一，控制器将输出命令信号发送给包括发动机燃料控制器(参见：如美国专利5,425,284，本文引用了该专利的公开内容)在内的各种启动器。控制器通过遵循如SAEJ-1922，SAEJ-1939或ISO-11898标准协议的电子数据链路或数据总线与发动机燃料控制装置进行通讯。在装有非电子控制发动机的系统中，驾驶员的油门设定是发动机燃料控制器地直接输入，所述控制器的输入可由多种设备中断或修改。
在不装有电子控制发动机的车辆中，自动油门收油用来撤消结合的颚式离合器上的扭矩以便换到空档并且用来使加档同步。但在减档的过程中不使用自动油门加油以防止可能的单点故障发生，这种故障特别是在传动系接合的情况下(即主离合器结合并且变速装置不在空档)会导致连续的、不希望的为发动机增加燃料的危险状态。这样的系统通常需要手工进行同步(即提高发动机和输入轴的速度)以便减档和/或使用机动同步器装置(见前述美国专利4,614,126和5,063,511)和/或需要复杂的、多余的安全装置。
现有技术中没有运用电子控制发动机的自动机械变速系统必须在控制复杂性和/或换档的速度和性能方面加以改进。
依照本发明，通过提供了一种相对简单且廉价的油门控制装置，可以减小或克服现有技术的缺点，这种装置与自动机械变速系统控制器相配合能在没有运用电子控制发动机的系统中对发动机燃料供应实现自动控制以便加档(油门加油)和减档(油门收油)同时防止单点故障，这种故障会引起的持续的、潜在的危险状态。
因此，本发明的目的是为使用了非电子控制发动机的机械变速系统提供一种新型的经过改进的油门控制装置和自动机械变速系统控制装置。
在阅读了连同附图对优选实施方案的详细说明后，本发明的上述和其它目的及优点将更加明了。
图1是使用了非电子控制发动机的车辆自动机械变速系统的概略图。
图2是本发明的油门控制系统或装置的概略图。
图3是图2所示的油门控制系统在通常(断开)状态下的概略图，其中，发动机燃料供应由车辆驾驶员直接控制。
图4是图2所示的油门控制系统在油门收油操作状态下的概略图。
图5是图2所示的油门控制系统在油门开启或加油操作状态下的概略图。
图6～8是图2所示的油门控制系统的概略图，它说明了其中的单点故障。
图9A和9B是图1所示的自动机械变速系统加档和减档时调档控制方法的流程图。
图1概略地说明了车辆自动机械变速系统10，它包含一个自动的、多速的变速齿轮变速装置12，此装置由诸如周知的内燃机之类的非电子控制的燃料控制发动机14通过一个如主摩擦离合器或变矩器脱离离合器16之类的非刚性联轴节来加以驱动。自动变速装置12的输出为输出轴18，它可用来驱动与诸如主动轴的差速器、变速箱之类的适当车辆组件相连的连接件，这在现有技术中已为人们所熟知。
发动机14的曲轴20驱动摩擦离合器16的主动板22，该主动板以摩擦的方式与从动板24相接合以驱动变速装置12的输入轴26。加档或惯性闸28用来降低上述输入轴和变速组件的旋转速度，以便更快速地加档。
尽管图1将离合器16说明为主摩擦离合器，但是，离合器10可以是如前面提到的美国专利4,784,019中所述的那种变矩器断开或中断离合器。
前面提到的机动传动组件要受若干种设备的作用、监测和/或控制，下面对每种设备进行简要说明。这些设备包括：一个油门踏板台或油门开启监测装置30，它检测驾驶员控制的油门踏板32的由驾驶员所设定的位置，并提供一个表示该位置的输出信号；以及，换档控制监测器装置34，通过这个装置，驾驶员可选择后退(R)、空档(N)、前进(D)或低速(L)车辆运行模式。这些设备还包括：一个油门控制装置36，它用来控制供给发动机14的燃料量；发动机速度传感器38，它提供指示发动机旋转速度的输入信号(ES)；离合器控制器40，它使摩擦离合器16接合和断开并提供有关该离合器状态的信息；输入轴速度传感器42，它用于检测变速装置输入轴26的旋转速度并提供一个表示该速度的输入信号(IS)；变速装置控制器44，它可将变速装置调到选定的齿轮比并提供一个信号以指示齿轮的空档位置和/或变速装置当前结合的齿轮比；以及，输出轴速度传感器46，它用于检测变速装置输入轴18的旋转速度并提供一个表示该速度的输入信号(OS)。
在现有技术中已经有上面提到的此类驱动组件和控制装置，更详细的资料可参见美国专利4,959,986；4,576,065和4,445,393号，本文引用了这些专利的公开内容。传感器可以具有任何周知类型的，以便用来产生与其所监测到的参数成比例的模拟和/或数字信号。同样，控制器可以具有任何周知的电动、液动、气动或其组合结构，以便响应命令输出信号执行操作。
前述设备可向中央处理单元或控制器48提供信息和/或接收来自中央处理单元或控制器48的命令输出信号，中央处理单元48可包括模拟和/或数字电子计算和逻辑电路，这一点在现有技术中已为人们所熟知。一个电源(图中未画出)和/或加压流体源(图中未画出)可提供电力和/或流体动力给各种检测和/或控制和/或处理单元。如众所周知的那样以及如前述美国专利4,595,986号所公开的那样，中央处理单元48最好是基于微处理器并可以从传感器接收各种输入信号50，且按照预定的逻辑规则处理这些信号，以便发出命令输出信号给相应的系统启动器。
图1所示类型的自动机械变速系统中，在将变速装置换到空档后，一般通过提高或减小输入轴的速度以使输入轴以某一旋转速度旋转来实现与目标齿轮比(GRr)结合有关的颚式离合器部件的同步化，而所说的旋转速度则通常等于输出轴速度与目标齿轮比的乘积(IS＝OS×GRT)。对通常要提高输入轴速度的减档来说，在主离合器16完全结合的情况下给发动机14加油会按需要增加输入轴的速度(ES＝IS＝OS×GRT)。对通常要减小输入轴速度的加档来说，在主离合器16完全结合的情况下给发动机14减油和/或在主离合器16断开的情况下使用惯性闸28会按需减小输入轴的速度，同时会消除扭矩。另外，如在现有技术中所周知的那样，可通过使离合器16结合同时使用发动机闸例如使用发动机压缩式闸或排出式闸(如周知的“Jake闸”)等来减小输入轴的速度以便加档，这在重型卡车工业中极为常见(见前面提到的美国专利5,409,432号)。作为现有技术的另外一种实施例，通过前面提到的美国专利4,641,126号中所示类型的机动同步设备来增加和减小输入轴的旋转速度以及同该输入轴一道旋转的变速装置组件的旋转速度。
当命令初始油门收油以便换到空档时，也命令离合器断开，该离合器应在约.20到.50秒内断开。对减档来说，一旦检测到变速装置为空档，就命令离合器重新结合。
本发明用来控制非电子控制发动机14燃料供应的油门控制系统或装置36可参见图2。油门控制装置36包括一个油门控制活塞和汽缸装置54，该装置包括一个油门控制活塞56，此活塞以可滑动的方式被容纳在汽缸58中并可向右移动以便为发动机加油、向左移动以便为发动机减油。弹簧60向左朝向停止燃料供应的装置偏压启动器活塞。活塞56响应气室62内的压力而逆着弹簧60的偏压向右移动以便为发动机加油。
一个三通双位电磁控制阀S2用来使和活塞气室62作流体通连的导管64与以下将予以详细说明的可根据油门控制模块30的输出信号68有选择地加压的导管66或由另一个电磁控制阀S1所控制的导管70相连。利用电磁控制阀S2处于非加电状态下的线圈72，可使导管66连接到导管64并断开导管70，从而；发动机14的燃料供应可由驾驶员通过操纵油门踏板32来直接控制。
另一个三通双两位电磁控制阀S1用来使导管70经过导管76与诸如送气装置74之类的排气装置或加压流体源相连。通过使电磁控制阀S1的线圈78处于非加电状态下，可将导管70连接于排气装置并断开加压导管76。当电磁控制阀S1的线圈78加电时，加压导管76与导管70作流体通连，排气装置被断开。
图3说明了电磁控制阀S1和S2处于断开位置时正常状态下的油门控制系统36，其中，根据油门踏板32的输出68来直接控制油门控制活塞56的位置。
图4说明了处在油门收油操作模式时的油门控制系统36，其中，在与信号68的强度无关的情况下对发动机14减油，从而使发动机速度减小到空转速度。在油门收油操作模式下，电磁控制阀S1断开，同时油门S2的线圈加电。这就会使电磁控制阀S2通过导管70和电磁控制阀S1将导管64和气室62与排气装置连到一起，同时，电磁控制阀S2会断开连接于驾驶员气压信号68的导管66。具体细节可参见逻辑框80和/或图9A和9B(图中以流程图形式说明了变速装置10的换档控制逻辑)，在不需要主离合器断开和/或变速装置12位于空档的情况下，可以命令电磁控制阀S1和S2处于油门收油位置。
图5说明了本发明处在油门加油或加油状态下的油门控制系统36。在油门加油操作模式下，电磁阀S1和S2处于加电的位置，从而使活塞气室62通过导管76、电磁控制阀S1、导管70、电磁控制阀S2和导管64与送气装置74相连。在这个位置处，不管信号68的强度如何，根据驾驶员踏板位置信号68加压的导管66被电磁控制阀S2断开，并且，油门控制的活塞56会向右移动到油门全开的位置。需要注意的是，电磁控制阀S1和S2的加电要求传动系断开，这一点是通过使变速装置12处于空档位置从而断开离合器16或变速装置12来加以实现的。图5中的逻辑框82用符号说明了断开传动系的要求。在油门开启过程中，如果在一段时间内(例如5秒)没有达到目标发动机转速，燃料供应控制权最好交还给驾驶员。
阀S1和S2可以是脉宽调制控制型的，以便控制发动机加油和减油的速度。
图6～8说明了本发明在各种单点故障模式下的油门控制系统。图中未说明这样的故障模式，其中，在油门加油的过程中，电磁控制阀S1和S2都无法处于关闭位置。在这种情况下，油门控制系统将处于如图3所示的正常的未加电位置，并且，根据驾驶员设定的油门踏板32为发动机14供应燃料。一旦检测到阀S1和S2中的一个或两个都有故障，就通知驾驶员或维护部门采取适当的容错和/或防障措施。
图6说明了一种单点故障，其中，电磁控制阀S1无法处于开或加电位置。这可能是由于线圈74没有正确励磁或者是阀粘在了图示位置所引起的。电磁控制阀S2通常位于断开位置。在这种情况下，活塞气室62继续根据油门踏板的输出信号68进行操作，而电磁控制阀S2则会阻止导管70内来自供气装置和导管76并经过失效电磁阀S1的加压气体到达导管64。因此，在这一位置处，电磁控制阀S1的单点故障将不影响在正常运作状态下的发动机的燃料供应。
图7中说明了单点故障，其中，电磁控制阀S1位于关位置、电磁控制阀S2无法处于开或加电位置。在这种情况下，油门控制系统36处于“收油”状态，如图4所示，并且，使发动机处于空加油状态姿态。尽管这是一种不希望看到的非常糟糕的情况，但它不会构成安全问题，因为不会在传动系接合的情况下无意地对发动机以最大方式供应燃料。
作为安全性能，见图9A和9B，图9A和图9B是用于控制自动机械变速系统10的换档控制逻辑规则的流程图，当命令油门收油(即在使电磁控制阀S1位于关或非加电位置并使电磁控制阀S2位于开或加电位置)时，设置油门收油标志、启动定时器并存储初始发动机速度ES0。当某一参考时间(例如1秒)结束并且在连续的油门收油状态下，如果发动机速度等于或大于初始发动机速度或该速度的衰减值(T＞REF且ES＞ES0？)，就表明有发动机的控制故障，从而命令电磁控制阀S2处于关或断电位置。另外一种和/或补充方法是，一旦检测到发动机控制故障，可以命令主离合器16断开。阻止油门S1和S2再次加电，并禁止再次换档。
图8说明了油门控制装置36的一种单点故障，其中，在电磁控制阀S2位于开或加电位置时的油门收油操作过程中，另一个电磁控制阀S1无法处于开或加电位置。在这种情况下，由于线圈S1的单点故障，油门控制系统36会处于不希望的状态，其中，在期望的油门收油操作过程中，发动机加油而不是减油，同时，传动系可能暂时处于接合状态。尽管这是非常不愿意看到的，但电磁控制阀S1的单点故障将使这种状况持续到需要使变速装置换到空档或者使主离合器16断开或者表明发动机控制错误，这将使电磁控制阀S2回到关或断电状态(见图6)，此时，发动机的燃料供应将再次由驾驶员对油门踏板的设定来控制。
当然，在检测到一个或多个油门控制系统故障时，就通知驾驶员存在着潜在的不安全状态，驾驶员应当安全地驶离道路和/或尽早进行维修。另外，一旦检测到单点故障，就通知驾驶员车辆只能在有限的一段时间内(例如5秒或10秒)保持运行，以便让它安全地将车辆驾驶到一个更适当的地点。
图9A和9B的流程图概略地说明了在升档和减档至目标齿轮比的过程中用于控制自动机械变速装置10的控制逻辑。
尽管将燃料控制装置36说明为气动控制型的装置，但它也可以是液动和/或电动型装置。在电动型的实施例中，阀S1和S2可以用开关或类似装置来代替，活塞/汽缸装置可用步进电机或类似装置来代替。
尽管具体地对本发明进行了说明，但仍然可以在不脱离后面权利要求所述的本发明精神和范围的情况下进行多种改进。