專利名稱：自動離合器打滑狀態(tài)控制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動離合器控制系統(tǒng)，更具體地說涉及閉環(huán)自動離合器控制和減小機動車起動時的振動響應(yīng)的方法。
近幾年來，人們對提高機動車傳動系統(tǒng)控制的自動化程度的興趣越來越大，特別是在大型卡車傳動輪系統(tǒng)的控制方面，更是如此。眾所周知，小客車和輕型卡車都采用自動變速器。這類汽車的一般自動變速器采用液力變矩器和液壓驅(qū)動機構(gòu)，用以選擇發(fā)動機軸與驅(qū)動輪之間的主傳動傳動比。這種傳動齒輪的選擇是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輛速度等進(jìn)行的。大家知道，這種自動變速器比起熟練的手動變速操作來不僅降低了動力從發(fā)動機傳遞到驅(qū)動軸的效率，而且完全降低了節(jié)油作用和功率。由于降低了汽車的工作效率，這類液壓自動變速器未能在大型卡車中廣泛使用。
采用液壓自動變速器時效率下降的其中一個原因是液力變矩器中產(chǎn)生的損耗。一般液力變矩器在所有工作狀態(tài)下有打滑現(xiàn)象，從而在各種模式下產(chǎn)生拒矩和動力損耗。本技術(shù)領(lǐng)域中都知道配備鎖止變矩器以便在發(fā)動機超過某些轉(zhuǎn)速時使變速器的輸入軸與輸出軸直接連接。這種方法在接合狀態(tài)下有足夠的傳遞扭矩的效率，但在速度較低時效率沒有提高。
為解決液力變矩器固有的效率不足的問題，有人提出，可采用自動驅(qū)動的摩擦離合器代替。但經(jīng)過如此取代卻出現(xiàn)了使用液力變矩器時所沒有的問題。機動車的機械傳動系統(tǒng)一般在機動車的變速器與驅(qū)動輪之間的動力傳動系統(tǒng)中扭矩的隨變特性是相當(dāng)大的。在變速器與差速器之間的驅(qū)動軸或差速器與從動輪之間的后橋半軸中即可以看到上述扭矩隨變特性的情況。往往有這樣的情況，即獨立的設(shè)計準(zhǔn)則促使或要求動力傳動系統(tǒng)有相當(dāng)大的扭矩隨變特性。機動車輛的動力傳動系統(tǒng)中實質(zhì)的扭矩隨變特性會使離合器接合時產(chǎn)生振動響應(yīng)。這些振動響應(yīng)使汽車的傳動系統(tǒng)的組成部分和其它零部件產(chǎn)生相當(dāng)大的附加磨損。此外，這些振動響應(yīng)還會使乘座室振動令人不能接受。
動力傳動系統(tǒng)對離合器接合的振動響應(yīng)在很大的程度上取決于變速器的輸入速度，即離合器趨近發(fā)動機轉(zhuǎn)速的方式。平穩(wěn)趨近這些速度時(例如按衰減指數(shù)函數(shù)曲線趨近時)。不會在離合器鎖止時產(chǎn)生扭矩過渡過程。若趨近速度是突發(fā)性的，則扭矩過渡過程傳遞到動力傳動系統(tǒng)，從而使汽車動力傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生振動響應(yīng)。下面的專利都是轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的，且體現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展情況，本發(fā)明一部分也是根據(jù)這些發(fā)展情況提出的。標(biāo)題為“自動離合器的閉路起動和蠕動控制”的美國專利5,293,316通過控制離合器的動作過程使離合器平穩(wěn)接合來最大限度地減小或消除離合器在接合過程中因動力傳動系統(tǒng)隨變特性所引起的扭矩振動現(xiàn)象。以下列出的專利申請都是使控制系統(tǒng)更牢靠的改進(jìn)措施。標(biāo)題為“自動離合器具有可靠算法的閉路起動和蠕動控制”的美國專利5,275,267解決了同樣的問題，配備了前置濾波器來矯正系統(tǒng)的過渡響應(yīng)和減少對個別汽車或車型采取特殊措施的需要。標(biāo)題為“自動離合器可靠的控制方法和設(shè)備”的美國專利5,403,249以同樣的系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過消除發(fā)動機因離合器在某些情況下接合過速而過載，從而使發(fā)運機速度下降且甚至使離合器卸載，以避免使發(fā)動機失速的可能性進(jìn)一步提高控制的可靠性。上述專利說明書中公開的系統(tǒng)裝有一個打滑積分器，或?qū)嶋H上是兩個串聯(lián)連接對內(nèi)環(huán)路的變化太敏感以致在某些情況下難以控制的積分器。標(biāo)題為“離合器帶PID調(diào)節(jié)的可靠自動控制的方法和設(shè)備”的美國專利5,439,428公開的改進(jìn)措施可以更好更可靠地控制離合器。
標(biāo)題為“離合器工作狀態(tài)控制邏輯電路”的美國專利5,378,211中公開的邏輯電路確定了控制是在起動、蠕動、鎖止抑或其它模式下進(jìn)行的。起動模式和蠕動模式都需要離合器有一定程度的打滑來控制扭矩的傳遞。在上述諸專利所述的所有早期研究成果中，系統(tǒng)是按兩個完全不同的獨立的模式控制離合器的打滑程度的，而司機對蠕動與起動離合之間的變化是一清二楚的。
本發(fā)明采用單一打滑模式來代替起動和蠕動模式，在上述諸專利的措施的基礎(chǔ)上進(jìn)一步作了改進(jìn)。這是通過提高離合器蠕動的平穩(wěn)性和靈敏度并提高其頗低的打滑程度以達(dá)到散熱小和耐磨時間長的目的。本發(fā)明是在過去研究工作的基礎(chǔ)上提高控制的可靠性?？煽啃缘奶岣呤刮覀兛梢源笈a(chǎn)可應(yīng)用于各種各樣重型卡車的變速器，而無需為卡車類型或載荷范圍作個別調(diào)整。
本發(fā)明是用在這樣一種系統(tǒng)的自動離合器控制器，該系統(tǒng)由動力源、摩擦離合器和至少一個慣性負(fù)載驅(qū)動輪所組成，驅(qū)動輪與扭矩隨變特性對扭矩輸入有振動響應(yīng)的摩擦離合器連接。這種自動離合器控制器最好與變速換檔控制器一起使用。這種自動離合器控制器在汽車起動過程中使離合器平穩(wěn)接合，最大限度地減小對離合器接合的振動響應(yīng)。這種自動離合器控制器適用于大型卡車。
自動離合器控制器接收來自發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器的輸入。變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器在輸入端(即摩擦離合器輸出端)檢測變速器的轉(zhuǎn)速。自動離合器控制器產(chǎn)生在全分離與全接合之間控制離合器執(zhí)行機構(gòu)的離合器接合信號。離合器接合信號使摩擦離合器用促使變速器輸入轉(zhuǎn)速以漸近線趨近基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的方式接合。這樣做可以最大限度地減小對慣性載荷驅(qū)動輪扭矩輸入的振動響應(yīng)。
在汽車開動或正常起動過程中變速器在起步檔(頭檔或二檔)運行，控制仍然處于打滑模式。離合器接合信號調(diào)節(jié)離合器打滑程度，使變速器輸入轉(zhuǎn)速以漸近線的形式趨近發(fā)動機轉(zhuǎn)速。當(dāng)離合器完全接合且進(jìn)入加速模式時，控制轉(zhuǎn)入鎖止模式，施加足夠的離合器壓力以防止離合器任何打滑的可能性。模式控制邏輯電路防止鎖止?fàn)顟B(tài)直到掛高檔為止，從而防止模式在起步檔時轉(zhuǎn)入鎖止?fàn)顟B(tài)及從鎖止模式轉(zhuǎn)出。在蠕動運行過程中，這時油門設(shè)定和發(fā)動機轉(zhuǎn)速都低，離合器的打滑程度用來控制汽車對油門位置的響應(yīng)，允許低速操縱。打滑模式對此也起控制作用。
在打滑模式下，打滑基準(zhǔn)隨油門和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而得出。打滑基準(zhǔn)等于發(fā)動機在0％油門下的轉(zhuǎn)速，且逐漸減小，在40％油門下就減小到0。確定打滑率時從發(fā)動機轉(zhuǎn)速減去變速器輸入轉(zhuǎn)速，確定打滑誤差時從打滑基準(zhǔn)減去打滑率。該值是模仿美國專利5,439,428內(nèi)控制環(huán)路的輸入，來產(chǎn)生離合器接合信號的?？刂骗h(huán)路的補償器采取了改進(jìn)措施，即增設(shè)了陷波頻率在所期望振動頻率范圍內(nèi)的三階陷波濾波器。此三階濾波器改善了具有高低動力傳動系統(tǒng)減振級的汽車之間的可靠性和傳遞性能。
在打滑模式下提高車速時，由于發(fā)動機根據(jù)油門的要求在扭矩要求模式下運行，而可以很好進(jìn)行控制。隨著踏板要求的提高，發(fā)動機的扭矩和轉(zhuǎn)速提高。油門不變時，離合器的打滑率幾乎保持不變?？梢酝ㄟ^提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速但保持低的打滑率而使蠕動時獲得較高的汽車車速。
結(jié)合附圖閱讀下面的說明可以更清楚地了解本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點。附圖中，同樣的編號表示類似部件，其中

圖1是本發(fā)明用發(fā)動機通過離合器驅(qū)動變速器以及發(fā)動機和離合器控制器的原理示意圖；圖2是離合器扭矩與離合位置的關(guān)系曲線；圖3是離合器控制的邏輯方框圖，示出了各輸入和輸出端；圖4是圖3離合器控制邏輯方框圖的泡形(bubble)邏輯電路圖；圖5示出了本發(fā)明自動離合器控制器的功能方框圖；圖6是本發(fā)明圖5采用的打滑基準(zhǔn)函數(shù)曲線。
圖1示出了裝有本發(fā)明的自動離合器控制器的機動車傳動系統(tǒng)的原理圖。機動車的動力源為發(fā)動機10。對于本發(fā)明最適用的那種大型卡車，發(fā)動機10可以是柴油內(nèi)燃發(fā)動機。加速踏板11通過油門濾波器12控制發(fā)動機10的工作。一般說來，這類發(fā)動機的扭矩控制輸入是控制空氣供應(yīng)的油門，但也可以采用其它控制參數(shù)，例如燃油供應(yīng)量。在任何情況下，油門濾波器12用來根據(jù)加速踏板11給發(fā)動機提供扭矩控制信號。油門濾波器12是離合器控制器60的一部分，通過在某些情況下將踏板11的信號限制在較低值而過濾加到發(fā)動機10的油門信號。發(fā)動機10在其軸15上產(chǎn)生扭矩。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器13檢測發(fā)動機軸15的轉(zhuǎn)速。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器檢測轉(zhuǎn)速的實際位置可以在發(fā)動機的飛輪處。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器13最好是多齒齒輪，其齒的轉(zhuǎn)速由磁性傳感器檢測。
摩擦離合器20有固定離合片21和活動離合片23，兩種離合片可以完全接合或部分接合。固定離合片21可以采用發(fā)動機的飛輪。摩擦離合器20按固定離合片21與活動離合片23的接合程度將扭矩從發(fā)動機軸15耦合到變速器輸入軸25上。應(yīng)該指出的是，雖然圖1只示出固定離合片和活動離合片組成的一對固定和活動離合片，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，離合器20可以有多對這類離合片。
圖2示出了典型的扭矩和離合器離合位置的函數(shù)。離合器扭矩/位置曲線80在開始接觸點81之前接合范圍的初始值為0。離合器扭矩隨著離合器接合程度的增加單調(diào)地上升。在圖2所示的實例中，離合器扭矩起初徐徐上升，然后較陡地上升，直到點82處完全接合時達(dá)到最大離合器扭矩。一般離合器設(shè)計要求完全接合時的最大離合器扭矩約為最大發(fā)動機扭矩的1.5倍。這樣確保離合器20傳遞發(fā)動機10產(chǎn)生的最大扭矩時不打滑。
離合器執(zhí)行機構(gòu)27聯(lián)接到活動離合片23，以便控制離合器20從分離狀態(tài)通過部分接合狀態(tài)到完全接合狀態(tài)。離合器執(zhí)行機構(gòu)27可以是電動的、液壓的或氣動的執(zhí)行機構(gòu)，可以按位置或按壓力加以控制。離合執(zhí)行機構(gòu)27根據(jù)離合器驅(qū)動控制器60來的離合器接合信號控制離合器的接合程度。離合器執(zhí)行機構(gòu)27是個閉路器件，控制著離合器的接合程度，使離合器位置傳感器28測出的離合器離合位置跟隨離合器接合信號。接觸點的確定最好采用從離合器位置傳感器28測出的離合器離合位置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，離合器執(zhí)行機構(gòu)27可以根據(jù)所要求離合壓力相應(yīng)的離合器驅(qū)動信號受到壓力控制，并采用離合器壓力傳感器測出的離合器壓力反饋。
變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器31檢測變速器輸入軸25的轉(zhuǎn)速，即變速器30的輸入。變速器30在變速換檔控制器33的控制下給驅(qū)動軸35提供可選用的傳動比。驅(qū)動軸35聯(lián)接到差速器40上。變速器輸出轉(zhuǎn)速傳感器37檢測驅(qū)動軸35的轉(zhuǎn)速。變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器31和變速器輸出轉(zhuǎn)速傳感器37最好取發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器13同樣的結(jié)構(gòu)。機動車是大型卡車時，差速器40驅(qū)動四個依次與各車輪51至54聯(lián)接的主動軸。
變速換檔控制器33接收來自踏板11、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器13、車輛剎車踏板14、變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器31和變速器輸出轉(zhuǎn)速傳感器37的輸入信號。變速換檔控制器33產(chǎn)生控制變速器30的傳動選擇信號和耦合到離合器驅(qū)動控制器60的離合器接合/分離信號。變速換檔控制器33最好對應(yīng)油門設(shè)定、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器輸入轉(zhuǎn)速和變速器輸出轉(zhuǎn)速改變主傳動傳動比。變速換檔控制器33根據(jù)摩擦離合器應(yīng)接合抑或分離分別給離合器驅(qū)動控制器60提供相應(yīng)的接合信號和分離信號。變速換檔控制器還給離合器驅(qū)動控制器60發(fā)送傳動信號。此傳動信號使與所選取檔相應(yīng)的一組系數(shù)可以重新調(diào)用(recall)。變速換檔控制器33最好在換高檔過程中簡單地使慣性式制動器29接合。這樣可以使變速器輸入軸25的轉(zhuǎn)速減慢，在掛更高檔次之前與驅(qū)動軸35的轉(zhuǎn)速匹配。確定接觸點最好按下面即將談到的方式采用慣性式制動器29。變速換檔控制器33不是本發(fā)明的一部分，因而這里不再進(jìn)一步說明。
離合器驅(qū)動控制器60給離合器執(zhí)行機構(gòu)27提供接合信號，供控制活動離合片23的位置用。這樣做根據(jù)圖2的離合器扭矩/位置關(guān)系曲線80控制離合器20所傳遞的扭矩量。離合器驅(qū)動控制器60在變速換檔控制器33的控制下工作。離合器驅(qū)動控制器60在收到來自變速換檔控制器33的接合信號時控制活動離合片23從分離到至少部分接合或完全接合的動作。在最佳實施例中，設(shè)想離合器接合信號表示所要求的離合器離合位置。離合器執(zhí)行機構(gòu)27最好有一個閉路控制系統(tǒng)，后者采用離合器位置傳感器28測出的離合器離合位置將活動離合片23控制到所要求的位置。此外也可以令離合器接合信號表示所要求的離合器壓力，由離合器執(zhí)行機構(gòu)27對此所要求的離合器壓力進(jìn)行閉路控制。
離合器驅(qū)動控制器60的控制作用只需要控制離合器在接觸點81與完全接合點之間的位置。離合器的接合小于接觸點81相應(yīng)的接合程度不可能傳遞扭矩，因為離合器20完全分離。收到來自變速換檔控制器33的接合信號時，離合器驅(qū)動控制器60最好迅速將離合器20往前轉(zhuǎn)入與接觸點81相應(yīng)的位置。這樣做將離合器接合控制的零點調(diào)到接觸點81。這之后，離合器的接合由離合器驅(qū)動控制器60的控制功能控制。
大家都知道，離合器的接觸點可以在工作過程中確定也可以事先確定。接觸點最好事先通過試驗方法確定，這個試驗方法確定出現(xiàn)接觸點時離合器的離合位置或壓力。接觸點測試方法在標(biāo)題為“離合器接觸點的識別”的美國專利5,337,868和標(biāo)題為“離合器接觸點的識別算法”的美國專利5,393,274有詳細(xì)介紹，這兩項美國專利都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，這里也把這兩項專利包括進(jìn)來以供參考。這個方法最好是離合器驅(qū)動控制器60控制函數(shù)的子集。
確定接觸點是將變速器30調(diào)到空檔并采用慣性制動器29。慣性制動器29的作用通常是幫助變速器輸入軸25的轉(zhuǎn)速在掛高檔期間與驅(qū)動軸35的轉(zhuǎn)速匹配。由于離合器20在換檔的過程中分離，因而需要的制動量很小。慣性制動器29需要產(chǎn)生的制動扭矩僅約為發(fā)動機怠速扭矩的5％。離合器20在發(fā)動機10怠速直到變速器輸入轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)動機怠速的預(yù)定百分比之前是逐步接合的。離合器的這個接合程度相當(dāng)于圖2的點83，其作用是通過離合器20傳遞扭矩以克服慣性制動器29輕微的制動扭矩。為了確定接觸點81，還要從該離合器接合程度減去固定的偏移量85。
圖3是離合器模式控制邏輯電路輸入和輸出的示意圖，該邏輯電路為離合器驅(qū)動控制器60的分支電路。邏輯電路根據(jù)發(fā)動機和變速器的工作情況確定工作模式，用來控制離合器驅(qū)動和油門濾波器的工作。邏輯電路的輸入有來自傳感器13表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速(Es)的信號、來自傳感器31表示輸入轉(zhuǎn)速(Is)的信號、來自踏板11表示加速踏板位置的信號和離合器位置達(dá)到預(yù)定接觸位置時產(chǎn)生的接觸點信號。邏輯電路的輸出為下述四個工作模式之一。
接觸點趨近狀態(tài)這時，控制離合器使其趨向接觸點。當(dāng)因踏板信號超出最小閾值而離開“自動模式切斷”狀態(tài)時，這個模式處于離合器開始閉合但尚未到達(dá)接觸點的等待狀態(tài)。若離合器業(yè)已接合，接通程度會降到接觸點。在這個模式下不容許有任何發(fā)動機控制信號。
打滑模式 這個模式是在到達(dá)接觸點、踏板信號超過最小電平(3％)而變速器仍然處于起步檔時形成的。在用踏板以低于閾值(例如40％)蠕動時，離合器的接合被控制成使輸入轉(zhuǎn)速平穩(wěn)地趨近發(fā)動機轉(zhuǎn)速的某一百分率，因而使離合器打滑從而可以使汽車慢速行駛(maneuvers)。在踏板位置超出閾值起動時，離合器被控制成使其根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速以適當(dāng)?shù)乃俣冉雍希馆斎朕D(zhuǎn)速平穩(wěn)提升到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。
鎖止模式 從起步檔(頭檔或二檔)掛高檔時打滑模式就進(jìn)入鎖止模式。在此模式下，離合器控制信號使離合器完全接合。只有當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和踏板信號變低和/或汽車剎車時才退出鎖止模式。鎖止模式終止了油門濾波器的作用，這時控制信號等于踏板信號。
自動模式切斷 離合器控制器處在自動模式時，上述四種模式總有一種模式起作用。沒有這種自動操作時，自動模式切斷就起作用。一般說來，這時踏板信號為零或接近零或者發(fā)動機轉(zhuǎn)速接近怠速。在此情況期間沒有控制信號輸出，且離合器被控制成使其完全接合。
圖4的泡形圖說明了離合器模式控制邏輯電路。圖中列出了作為用于特定發(fā)動機/變速器組合系統(tǒng)一個實例的具體數(shù)值。其它數(shù)值適用于其它用途。各數(shù)值表示所示參數(shù)的全值或最大值的十進(jìn)制小數(shù)值。舉例說，發(fā)動機怠速為25％或.25；這里選取.27值表示高于怠速的某一轉(zhuǎn)速，而發(fā)動機小于.188的轉(zhuǎn)速表示趨近于失速的情況。此外，低油門信號肯定是有一定目的的，這里要求系統(tǒng)把小于3％或.03的任何踏板值作為零信號處理。
圖4的泡形圖是在“自動模式切斷”情況下繪制的。當(dāng)踏板信號超過.03時，“接觸點趨近模式”就起作用。在接觸點趨近模式時，若踏板信號降到0.3以下且剎車，模式就返回到自動模式切斷。從接觸點趨近模式起，沒有發(fā)生任何作用，直到出現(xiàn)接觸點TP且踏板信號大于3％為止，然后打滑模式起作用。若踏板信號降到3％以下，模式就返回到接觸點趨近模式。若發(fā)動機轉(zhuǎn)速接近失速或施加制動且踏板信號低于.03，邏輯電路就返回到自動模式切斷。在離合器成功接合的情況下，若變速器已換檔到2檔或更高的檔位，就進(jìn)入鎖止模式。除非變速器返回到1檔或2檔，否則控制器仍然處于鎖止模式，然后返回到打滑模式。若除踏板放開且發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降到低于其“高于怠速”點之外還出現(xiàn)制動信號，控制器會進(jìn)入自動模式切斷。
圖5是離合器驅(qū)動控制器60控制功能的示意圖。也和圖1中所示的一樣，離合器驅(qū)動控制器60接收來自油門11的油門信號、來自發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器13的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和來自變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器31的變速器輸入轉(zhuǎn)速信號。圖5中所示的離合器驅(qū)動控制器60產(chǎn)生離合器接合信號，后者加到離合器執(zhí)行機構(gòu)27上，供操縱摩擦離合器20用。離合器的驅(qū)動(actuation)程度連同油門設(shè)定值、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和汽車的性能確定變速器的輸入轉(zhuǎn)速，該輸入轉(zhuǎn)速經(jīng)變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器31檢測后加到離合器驅(qū)動控制器60上。因此，圖5中所示的控制系統(tǒng)是閉路系統(tǒng)。
離合器驅(qū)動控制器60最好采用微控制器電路。發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器輸入轉(zhuǎn)速和油門設(shè)定值相應(yīng)的各輸入必須取數(shù)字形式。這些輸入信號最好以與微控制器的工作速度相適應(yīng)、且快得足以進(jìn)行所要求的控制的速度取樣。前面說過，發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器輸入轉(zhuǎn)速和變速器輸出轉(zhuǎn)速最好用多齒齒輪檢測，多齒齒輪的齒的轉(zhuǎn)動則由磁性傳感器檢測。磁性傳感器檢測出的脈沖串在預(yù)定的時間間隔加以計數(shù)。各計數(shù)值與測出的轉(zhuǎn)速成正比。為了適當(dāng)控制，變速器輸入轉(zhuǎn)速信號在汽車后退時其符號必須為負(fù)。測定輸入軸25的轉(zhuǎn)動方向需采取一定的方式。這類方向檢測采用的是傳統(tǒng)方法，這里不進(jìn)一步說明。油門的設(shè)定最好通過象電位計之類的模擬傳感器加以檢測。這種模擬油門信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式后供微控制器使用。微控制器按本技術(shù)領(lǐng)域周知的方式借助離散差分方程履行圖5所示的各程序。因此，圖5所示的控制方法不應(yīng)只視為個別的硬件而是表示如何對實施本發(fā)明的微控制器進(jìn)行編程。同一個微控制器，如果容量夠大且經(jīng)過妥善編程是可以兼作離合器驅(qū)動控制器60和變速換檔控制器33的。我們認(rèn)為Inte/80C196微控制器的計算容量就足以如此使用的。
打滑基準(zhǔn)發(fā)生器62接收油門信號并根據(jù)圖6所示的函數(shù)曲線產(chǎn)生打滑基準(zhǔn)信號。在圖6的函數(shù)曲線中，信號在0％油門下等于100％發(fā)動機轉(zhuǎn)速Es，然后逐漸減小到在40％油門下的0％發(fā)動機轉(zhuǎn)速。這里以采用線性下降的函數(shù)為宜，雖然也可以采用其它函數(shù)。因此打滑基準(zhǔn)是發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油門位置的函數(shù)。在代數(shù)加法器64從發(fā)動機轉(zhuǎn)速減去輸入轉(zhuǎn)速以產(chǎn)生打滑信號，再在代數(shù)加法器66從打滑基準(zhǔn)信號減去打滑信號以確定打滑誤差信號。其它的控制過程和上述包括在本發(fā)明書中以供參考的美國專利5,439,428的一樣。打滑誤差饋給PID(比例-積分-微分)調(diào)節(jié)器68，這種調(diào)節(jié)器在控制方法學(xué)中是眾所周知的，可以取不同的形式。在本應(yīng)用實例中可以采用PI調(diào)節(jié)器，取消微分項。PID調(diào)節(jié)器的輸出饋給前置濾波器20。代數(shù)加法器72求出前置濾波器的輸出與輸入轉(zhuǎn)速的差值。此差值加到補償器74上。補償器74包括車輛對扭矩輸入的扭矩振蕩響應(yīng)的近似倒轉(zhuǎn)模型且包括三階陷波濾波器。補償器74的增益/頻率函數(shù)選擇成使其減少離合驅(qū)動控制器60的閉路響應(yīng)因車輛動力傳動系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化所引起的變化，而且值得一提的是補償器74在低頻下的增益增加從而提高系統(tǒng)的可靠性。
離合器接合信號中通過發(fā)動機差速信號加有前饋信號。微分補償器或加速補償器78對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化速度起反應(yīng)而產(chǎn)生微分信號，但經(jīng)低通濾波器76濾波，以防因發(fā)動機小量減速而突然下降。該發(fā)動機轉(zhuǎn)速微分信號及其由積分器80產(chǎn)生的積分信號加到代數(shù)加法器82上。代數(shù)加法器82將補償器74的輸出、來自加速補償器76的發(fā)動機轉(zhuǎn)速微分信號和來自積分器80的積分信號加起來產(chǎn)生離合器接合信號。離合器執(zhí)行機構(gòu)用此離合器接合信號來控制離合器的接合程度。
前饋信號在發(fā)動機轉(zhuǎn)速加速時使離合器驅(qū)動控制器更好地響應(yīng)。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速加速的情況下，前饋信號促使離合器20正比于發(fā)動機加速的速率快速接合。發(fā)動機轉(zhuǎn)速在動力傳動系統(tǒng)扭矩建立起來之前在油門全開時迅速升高。這是因為離合器驅(qū)動控制器60沒有此前饋響應(yīng)時的響應(yīng)速度比響應(yīng)的發(fā)動機峰值轉(zhuǎn)速低所致。在有這種前饋響應(yīng)的情況下，發(fā)動機快速加速使離合器接合得比無前饋響應(yīng)時更快。離合器進(jìn)一步接合時需要發(fā)動機提供額外的扭矩因而必然抑制發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速達(dá)到恒定值時，微分項衰減到零，同時積分器80維持抑制發(fā)動機轉(zhuǎn)速所需要的離合器接合程度?？刂乒δ艿钠渌糠诌@時用來使變速器輸入轉(zhuǎn)速以漸進(jìn)線的方式逐漸趨近基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明經(jīng)改進(jìn)的控制算法既具有美國專利5,439,428中所公開的全部優(yōu)點又有若干其它優(yōu)點。打滑基準(zhǔn)信號使離合器在油門位置極低時基本上打滑，但隨著油門值的增加大幅度減小打滑程度?？偟男Ч坏惯\行過程非常平穩(wěn)而且使總的打滑現(xiàn)象減少，從而改善了離合器磨損的情況且減少熱量的散失。據(jù)發(fā)現(xiàn)，算法的上述改變在不同類型的重型卡車獲得了成效。因而提高卡車的運輸能力。用三階濾波器代替補償器中的二階濾波器不僅可以有效地消除動力傳動系統(tǒng)的振動而且還提高了高低動力傳動系統(tǒng)減振水平的可靠性和傳遞能力。這種經(jīng)改進(jìn)的離合器控制特別適合與美國專利4,403,249所公開的穩(wěn)定(freeze)邏輯電路器件一起使用。
模式邏輯電路為消除掛高檔之前的鎖住現(xiàn)象而進(jìn)行的從現(xiàn)行系統(tǒng)的改革避免了進(jìn)入鎖止模式而同時又在蠕動的這種不希望有的效果。這樣，系統(tǒng)在高油門下處于打滑模式。在此打滑模式下可以出現(xiàn)零打滑率的情況。這樣，打滑可能會例如因負(fù)荷增加而恢復(fù)，但司機覺察不出換檔的復(fù)原情況。應(yīng)該指出的是，當(dāng)產(chǎn)生打滑基準(zhǔn)信號時油門小于40％的情況下，控制用的基準(zhǔn)值為打滑基準(zhǔn)值；然而當(dāng)打滑基準(zhǔn)在高于40％油門下為零時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和原先的系統(tǒng)一樣變?yōu)榭刂苹鶞?zhǔn)，因而需要單獨的起動或發(fā)動模式。
權(quán)利要求
1.一種傳動系的自動離合器控制器(60)，該傳動系包括由油門(12)控制的發(fā)動機(10)；摩擦離合器(20)，其輸入軸(25)與發(fā)動機(10)連接，其輸出軸(35)與變速器(30)的輸入端連接；油門位置傳感器(13)；用以產(chǎn)生油門信號；發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器(13)，與發(fā)動機(10)連接，用以產(chǎn)生發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號；變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器(31)，與摩擦離合器(20)的輸出軸(35)連接，用以產(chǎn)生變速器對應(yīng)于摩擦離合器(20)輸出軸(35)轉(zhuǎn)速的輸入轉(zhuǎn)速信號；離合器執(zhí)行機構(gòu)(17)，與摩擦離合器(20)連接，用以根據(jù)離合器接合信號(28)控制摩擦離合器(20)從分離至完全接合的接合過程，所述自動離合器控制器包括打滑基準(zhǔn)發(fā)生器(62)，用以根據(jù)油門信號產(chǎn)生作為油門和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的函數(shù)的打滑基準(zhǔn)信號；打滑誤差信號發(fā)生電路，用以根據(jù)輸入轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和打滑基準(zhǔn)等信號產(chǎn)生打滑誤差信號；PID(比例-積分-微分)調(diào)節(jié)器(68)，用以根據(jù)打滑誤差信號調(diào)節(jié)打滑誤差；和控制電路，用以根據(jù)經(jīng)調(diào)節(jié)的打滑誤差產(chǎn)生離合器接合信號(28)，以便最大限度地減小打滑誤差信號，從而根據(jù)打滑基準(zhǔn)信號控制打滑率。
2.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于，打滑基準(zhǔn)發(fā)生器(62)產(chǎn)生打滑基準(zhǔn)信號，該打滑基準(zhǔn)信號為發(fā)動機轉(zhuǎn)速的百分比，該百分比隨著油門的增大而減小。
3.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于，打滑基準(zhǔn)發(fā)生器(62)產(chǎn)生的打滑基準(zhǔn)信號在0％油門下為100％發(fā)動機速度，然后逐漸下降到在確定油門設(shè)定值下的0％的發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
4.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于，打滑誤差信號發(fā)生電路包括第一代數(shù)加法器(64)和第二代加法器(66)，前者用以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和輸入轉(zhuǎn)速信號的差值確定打滑信號，后者用以根據(jù)打滑基準(zhǔn)信號與打滑信號的差值確定打滑誤差信號。
5.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于，控制電路包括補償器(74)，所述補償器(74)有一個三階陷波濾波器(76)。
6.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于，控制器有一個確定下列工作模式的模式邏輯電路自動切斷模式，用以在油門基本上閉合時使自動控制器不起作用；接觸點控制模式，用以在油門高于最小設(shè)定值時控制離合器到接觸點(81)；打滑模式，當(dāng)?shù)竭_(dá)接觸點(81)時進(jìn)入打滑模式，以便驅(qū)動自動控制電路，根據(jù)油門和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號控制離合器的打滑狀況；和鎖止模式，當(dāng)掛高檔時進(jìn)入此模式。
7.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于，控制電路包括補償器(74)，根據(jù)經(jīng)調(diào)節(jié)的打滑誤差產(chǎn)生補償信號；前饋電路；和加法裝置，用以將補償信號和前饋輸出加起來，產(chǎn)生離合器接合信號。
8.如權(quán)利要求7所述的本發(fā)明，其特征在于，前饋電路包括微分補償器(78)，用以根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生引導(dǎo)信號；和積分器(80)，用以根據(jù)引導(dǎo)信號產(chǎn)生積分信號，從而由引導(dǎo)信號和積分信號構(gòu)成前饋輸出。
9.一種齒輪變速器具有下列特點的車輛中自動離合器控制方法變速器的輸入軸通過摩擦離合器(20)由發(fā)動機(10)驅(qū)動，摩擦離合器(20)由離合器驅(qū)動控制器(60)驅(qū)動，其中摩擦離合器(20)可接合的部分開始時先接觸，然后在驅(qū)動過程中逐漸增加扭矩傳遞量，離合器驅(qū)動控制器(60)有兩種自動模式；打滑模式和鎖止模式，所述自動離合器控制方法包括下列步驟測定發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器輸入轉(zhuǎn)速和油門位置并產(chǎn)生相應(yīng)的信號；根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油門信號產(chǎn)生打滑基準(zhǔn)信號；通過比較發(fā)動機轉(zhuǎn)速和輸入轉(zhuǎn)速確定打滑率值；通過比較打滑基準(zhǔn)和打滑率值確定打滑誤差；控制離合器的驅(qū)動情況，以便最大限度地減小打滑誤差。
10.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于，打滑基準(zhǔn)信號由在零油門位置下的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和在較大油門值下逐漸減小以在中間油門值下達(dá)0％的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的百分比所組成。
11.如權(quán)利9所述的本發(fā)明，其特征在于，打滑基準(zhǔn)信號由在零油門位置下的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和在較大油門值下逐漸減小以在中間油門值下達(dá)0％的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的百分比所組成；且當(dāng)打滑基準(zhǔn)為0時，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制離合器的驅(qū)動情況。
12.如權(quán)利要求9的本發(fā)明，其特征在于，控制離合器驅(qū)動的步驟包括通過對打滑誤差信號的比例和積分調(diào)節(jié)而修正打滑誤差；通過修正輸入轉(zhuǎn)速信號與打滑誤差信號的差值產(chǎn)生離合器接合信號以便最大限度地減小打滑誤差信號。
13.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于，控制離合器驅(qū)動的步驟包括通過對打滑誤差信號進(jìn)行比例和積分調(diào)節(jié)而修正打滑誤差；三階濾波輸入轉(zhuǎn)速信號與打滑誤差信號的差值以產(chǎn)生補償信號；對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進(jìn)行微分以產(chǎn)生微分信號；對微分信號進(jìn)行積分以產(chǎn)生積分信號；將補償信號、微分信號和積分信號加起來以產(chǎn)生離合器驅(qū)動信號。
14.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于，離合器驅(qū)動的控制步驟包括通過對打滑誤差信號進(jìn)行比例和積分調(diào)節(jié)而修正打滑誤差；將主轉(zhuǎn)速信號和經(jīng)修正的打滑誤差信號加起來；在陷波頻率在預(yù)期振動頻率范圍的情況下用三階陷波濾波器對加起來的信號進(jìn)行濾波。
15.如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明，其特征在于，達(dá)到接觸點(81)之后，進(jìn)入打滑模式；掛高檔時，退出打滑模式，進(jìn)入鎖止模式；因此控制離合器的驅(qū)動以最大限度地減小打滑誤差的步驟只在打滑模式下進(jìn)行。
全文摘要
一種能減少離合器接合的振動響應(yīng)的離合器自動控制器，控制器接收來自油門位置傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器的輸入并產(chǎn)生離合器驅(qū)動信號來控制離合器執(zhí)行機構(gòu)從分離到完發(fā)合的過程。離合器接合信號使摩擦離合器至少一部分接合得促使測出的變速器輸入轉(zhuǎn)速用此振動響應(yīng)接近側(cè)轉(zhuǎn)的模式以漸近線的方式趨近發(fā)動機轉(zhuǎn)速。離合器自動控制器根據(jù)油門位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生打滑基準(zhǔn)信號并將其與實際的打滑率進(jìn)行比較。
文檔編號B60W10/02GK1165099SQ9710109
公開日1997年11月19日 申請日期1997年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月2日
發(fā)明者J·M·斯力克, 陳國華 申請人:易通公司