專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有嚙合剛性離合器的動(dòng)力系的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩控制的制作方法
本申請(qǐng)涉及06/19/98申請(qǐng)的流水號(hào)為09/100,711題為“START-FROM-STOP ENGINE TORQUE LIMITING”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)和＿＿＿＿申請(qǐng)的流水號(hào)為No.＿＿＿＿題為POWERTRAIN TORQUECONTROL的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，二者均轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人EATONCORPORATION。
本發(fā)明涉及包括一燃料受控發(fā)動(dòng)機(jī)和一多級(jí)傳動(dòng)比驅(qū)動(dòng)系的車(chē)輛動(dòng)力系的控制，它包括一個(gè)多速機(jī)械傳動(dòng)裝置和一個(gè)單速或多速驅(qū)動(dòng)軸組件。本發(fā)明尤其涉及一動(dòng)力系控制器，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩隨所監(jiān)控的爪式離合器的嚙合程度的變化而受限制。
正如參考美國(guó)專(zhuān)利No.5,370,013；5,527,237和4,754,665可以看到的，在現(xiàn)存技術(shù)中，人們已熟知包括具有7，9，10，13，16，18或更多前進(jìn)速比的多速機(jī)械傳動(dòng)裝置，即常用復(fù)式傳動(dòng)裝置，或與一些多速軸連的簡(jiǎn)單傳動(dòng)裝置的車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，本文引用其公開(kāi)內(nèi)容供參考。正如參考美國(guó)專(zhuān)利No.5,546,823；5,588,516和5,642,643可以看到的，在現(xiàn)有技術(shù)中人們已得知同步和異步兩種爪式離合器，本文引用其公開(kāi)內(nèi)容供參考。
正如參考美國(guó)專(zhuān)利No.5,509,867可以看到的，在現(xiàn)有技術(shù)中人們已得知計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩(也稱(chēng)“飛輪扭矩”)的控制系統(tǒng)和方法，本文引用其公開(kāi)內(nèi)容供參考。
正如參考美國(guó)專(zhuān)利No.5,477,827；5,797,110；5,457,633；4,889,014；5,738,606；5,679,096和5,876,302可以看到的，在現(xiàn)有技術(shù)中人們已得知各種自動(dòng)和手動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩隨嚙合的傳動(dòng)比和/或車(chē)速變化而受控制和/或限制，本文引用其公開(kāi)內(nèi)容供參考。從所周知，現(xiàn)代車(chē)輛動(dòng)力系通常包括電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和/或發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行控制。例如，根據(jù)SAE J-1939數(shù)據(jù)傳輸器約定，按照(a)駕駛員的燃料要求，(b)要求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，(c)要求的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和/或(d)要求的最大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和/或發(fā)動(dòng)機(jī)速度可向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出指令，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)。
雖然，一些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)對(duì)于特定的嚙合傳動(dòng)比和/或傳動(dòng)路線(xiàn)布局可有效保護(hù)車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)免受因受到比所希望的大的扭矩作用而引起過(guò)度磨損和/或損壞，但這些系統(tǒng)不能防止因爪式離合器部分嚙合引起的可能的過(guò)渡磨損和/或損壞。
按本發(fā)明，提供了一種車(chē)輛動(dòng)力系的改進(jìn)控制系統(tǒng)/方法，它會(huì)使車(chē)輛性能提高到最大限度，同時(shí)保護(hù)驅(qū)動(dòng)系免受在某些車(chē)輛工況下，包括爪式離合器部分嚙合工況下，因允許過(guò)大的扭矩施加于其上而引起可能的損壞和/或過(guò)度磨損。上述改進(jìn)是通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)可能的輸出扭矩限制至隨傳動(dòng)系傳動(dòng)比和/或車(chē)輛速度而變化的最大值(扭矩極限)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出扭矩會(huì)是由所檢測(cè)的離合器嚙合程度而決定的扭矩極限值的某個(gè)百分比(自0％至100％)。例如，如果檢測(cè)到離合器完全嚙合，則該百分比便等于100％，而在檢測(cè)到最小嚙合程度時(shí)，該百分比可等于20％或更小。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系提供一種新的改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩控制器，它包括一機(jī)械傳動(dòng)裝置，其中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩隨檢測(cè)到的爪式離合器嚙合程度的變化而受到控制結(jié)合附圖閱讀優(yōu)先實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的該目的及其它目的及其優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得明顯。


圖1為包括一自動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛動(dòng)力系的示意圖；圖2A、2B和2C是爪式離合器嚙合程度分別為最小，一半和完全嚙合時(shí)的示意圖；圖3為本發(fā)明的控制器流程方塊圖。
參考圖1可見(jiàn)優(yōu)先采用本發(fā)明控制器的這種車(chē)輛動(dòng)力系10。為了舉例說(shuō)明，系統(tǒng)10為受一個(gè)自動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，它包括一臺(tái)燃料受控內(nèi)燃機(jī)12(例如人們熟知的柴油機(jī)等)，一多速機(jī)械傳動(dòng)裝置14，和一個(gè)使發(fā)動(dòng)機(jī)12以驅(qū)動(dòng)方式與傳動(dòng)裝置14耦合非剛性聯(lián)軸器。一般，非剛性聯(lián)軸器16是一種扭矩轉(zhuǎn)換器或一種主摩擦離合器。傳動(dòng)裝置14還包括一根驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)轎22的輸出軸20。該驅(qū)動(dòng)轎可為單速或多速型的。
傳動(dòng)裝置14可為已知的機(jī)械型的，它利用剛性爪式離合器使所選齒輪與軸嚙合和分離，從而改變輸入軸轉(zhuǎn)速(IS)與輸出軸轉(zhuǎn)速(OS)之比。參考美國(guó)專(zhuān)利No.4,764,665；5,385,056；5,390,561和5,416,698可明白這種型式的傳動(dòng)裝置。
系統(tǒng)10可包括多個(gè)傳感器，用以提供輸入信號(hào)24給以微處理器為基礎(chǔ)的控制單元26，它會(huì)按邏輯規(guī)則處理這些輸入信號(hào)，以產(chǎn)生指令性輸出信號(hào)28，傳送給各系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
可設(shè)置速度傳感器30，32和34以向分別指示發(fā)動(dòng)機(jī)速度(ES)，傳動(dòng)裝置輸入軸速度(IS)和傳動(dòng)裝置輸出軸速度(OS)的控制器提供輸入信號(hào)。可設(shè)傳感器36以提供指示駕駛員節(jié)氣門(mén)踏板位置設(shè)定的輸入信號(hào)。設(shè)置駕駛員控制臺(tái)38以允許駕駛員選擇一傳動(dòng)模式并向控制器26提供指示該傳動(dòng)模式的輸入信號(hào)GR。
可設(shè)置最好以微處理器為基礎(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器40，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸器DL提供指示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的信息。最好，該數(shù)據(jù)傳輸器會(huì)遵照一已知約定，諸如SAE J-1939等?？稍O(shè)置一執(zhí)行機(jī)構(gòu)42，以操作非剛性聯(lián)軸器16?？稍O(shè)置一傳動(dòng)裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)44，以操作該傳動(dòng)裝置14，并提供指示嚙合傳動(dòng)比和/或其它傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的信號(hào)。嚙合傳動(dòng)比也可通過(guò)比較輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行來(lái)計(jì)算。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)44包括一些位置傳感器44A，它們會(huì)提供關(guān)于換擋桿或換擋軸44B和相關(guān)撥叉44C的軸向位置的信息，該撥叉用來(lái)軸向定位該爪式離合器，以嚙合和分離所選定的傳動(dòng)比(見(jiàn)圖2C)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可采用諸如(作為例子但并不限制)機(jī)械棘爪，霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)之類(lèi)的各種類(lèi)型的位置傳感器，參考美國(guó)專(zhuān)利No.5,729,110和5,743,143可明白這些機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例，本文引用其公開(kāi)內(nèi)容供參考。如在美國(guó)專(zhuān)利No.5,566,070中所看到的，軸向位置檢測(cè)可包括檢測(cè)偏差型誤差的邏輯線(xiàn)路。
正如本申請(qǐng)中所用的及在車(chē)輛工業(yè)中通常所用的，術(shù)語(yǔ)“動(dòng)力系”涉及發(fā)動(dòng)機(jī)12，聯(lián)軸器16，傳動(dòng)裝置14和驅(qū)動(dòng)轎12，而術(shù)語(yǔ)“驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”涉及聯(lián)軸器16，傳動(dòng)裝置14和轎22。
圖示的傳動(dòng)裝置14為具有直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)比(1∶1)和兩個(gè)超速傳動(dòng)比的18前進(jìn)速傳動(dòng)裝置(見(jiàn)圖2B)。眾所周知，在直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)比情況下，這些軸被直接耦合，而扭矩不施加于這些齒輪；因此，在直接驅(qū)動(dòng)中，可向傳動(dòng)裝置施加大得多的扭矩而不會(huì)損壞齒輪或使它引起過(guò)度磨損。人們也了解與超速傳動(dòng)(即其中輸出軸轉(zhuǎn)速超過(guò)輸入軸轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比)有關(guān)的較高轉(zhuǎn)速允許給該傳動(dòng)裝置施加比在大于1∶1減速比時(shí)更高的輸入扭矩而不會(huì)產(chǎn)生損壞和/或過(guò)度磨損的危險(xiǎn)。
按本發(fā)明，可按所檢測(cè)到的或期望的嚙合驅(qū)動(dòng)路線(xiàn)傳動(dòng)比限制可能產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩(“扭矩極限”)。例如，在具有一普通柴油機(jī)的重型卡車(chē)中，在該起動(dòng)傳動(dòng)比中，可將扭矩限制在不大于1300英尺一磅，在直接驅(qū)動(dòng)中，可將扭矩限制在1800英尺一磅，而在超速傳動(dòng)中，可將扭矩限制在不大于1600英尺一磅。
按本發(fā)明，也可通過(guò)所檢測(cè)到的爪式離合器的嚙合程度來(lái)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩。
正如參考圖2A-2C可以明白，一爪式離合器60包括兩個(gè)爪式離合器構(gòu)件62和64，其上帶有相互嚙合的齒62A和64A，它們可軸向分離，使離合器脫開(kāi)，或軸向一起移動(dòng)，使離合器嚙合。在該示意圖中，離合器構(gòu)件64通過(guò)與換擋桿44B相聯(lián)的換擋撥叉44C相對(duì)構(gòu)件62作軸向移動(dòng)。
在圖2A中，離合器60僅稍微嚙合(看到在66處端部接觸)。在此情況下，全部扭矩被鎖定以防止完全嚙合及對(duì)離合器齒端部可能的損壞。
在圖2B中，離合器嚙合程度大約為50％，可傳遞扭矩極限的大約50％至80％，而不引起離合器齒的損壞。
在圖2C中，離合器60完全嚙合，無(wú)須隨離合器嚙合程度變化而限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩。
作為所檢測(cè)到的離合器嚙合程度的函數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的限制可為該扭矩極限的一個(gè)百分比，一預(yù)置值，或其某個(gè)組合。圖3為本發(fā)明的控制器流程方塊圖。
另一方面(見(jiàn)圖4)，直到檢測(cè)到實(shí)際上完全嚙合(圖2C)，才可使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩降至最小，以防止齒碎裂，使扭矩鎖定減到最小。
雖然在某種詳細(xì)程度上說(shuō)明了本發(fā)明，但可以理解在不背離下述權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下是可能作出各種修改的。
權(quán)利要求
1.控制車(chē)輛動(dòng)力系(10)的一種方法，該系統(tǒng)包括一臺(tái)燃料受控發(fā)動(dòng)機(jī)(12)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給的一發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(10)，由剛性爪式離合器(60)嚙合和分離具有2個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)比的一多速傳動(dòng)裝置(14)，所述爪式離合器包括可沿軸向相對(duì)移動(dòng)的帶有可相互嚙合的爪式離合器齒(62A，64A)的第一(62)和第二(64)爪式離合器構(gòu)件，所述構(gòu)件可從分離位置軸向相對(duì)移動(dòng)至(a)低嚙合程度位置，其中所述離合器齒處于最小嚙合程度(圖2A)，和(b)高嚙合程度位置，其中所述離合器齒處于實(shí)際上最大嚙合程度(圖2C)，和一控制器(26)，用以接收輸入信號(hào)(24)，并按邏輯規(guī)則處理這些信號(hào)，從而對(duì)包括所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令性輸出信號(hào)，所述方法包括下列步驟(i)檢測(cè)嚙合的傳動(dòng)比；(ii)檢測(cè)與嚙合傳動(dòng)比相關(guān)的爪式離合器的嚙合程度；和(iii)隨所述的檢測(cè)到的嚙合程度的變化而限制所述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的動(dòng)力系包括一個(gè)用以提供指示一個(gè)元件(44B，44C)的軸向位置信號(hào)的傳感器(44A)，該元件可與所述離合器元件(64)中的至少一個(gè)一起軸向移動(dòng)。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸出扭矩隨嚙合傳動(dòng)比的變化而受限制。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其特在在于，除非檢測(cè)到高的離合器嚙合程度，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩被限制至最小值。
5.權(quán)利要求3所述的方法，其特在在于，除非檢測(cè)到高的離合器嚙合程度，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩被限制至最小值。
6.控制車(chē)輛動(dòng)力系(10)的一個(gè)系統(tǒng)，它包括一臺(tái)燃料受控發(fā)動(dòng)機(jī)(12)，一個(gè)控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(40)，由剛性爪式離合器(60)嚙合和分離的具有2個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)比的一多速傳動(dòng)裝置(14)，所述爪式離合器包括可沿軸向相對(duì)移動(dòng)的帶有可相互嚙合的爪式離合器齒(62A，64A)的第一(62)和第二(64)爪式離合器構(gòu)件，所述構(gòu)件可從分離位置軸向相對(duì)移動(dòng)至(a)低嚙合程度位置，其中所述離合器齒處于最小嚙合程度(圖2A)，和(b)高嚙合程度位置，其中所述離合器齒處于實(shí)際上最大嚙合程度(圖2C)，和一控制器(26)，用以接收輸入信號(hào)(24)，并按邏輯規(guī)則處理這些信號(hào)，從而對(duì)包括所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令性輸出信號(hào)，所述邏輯規(guī)則包括下列規(guī)則(i)檢測(cè)嚙合傳動(dòng)比；(ii)檢測(cè)與嚙合傳動(dòng)比相關(guān)的爪式離合器的嚙合程度，和(iii)隨所述檢測(cè)到的嚙合程度的變化而限制所述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。
7.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的動(dòng)力系包括一個(gè)用以提供指示一個(gè)元件(44B、44C)的軸向位置信號(hào)的傳感器(44A)，該元件可與所述離合器元件(64)中的至少一個(gè)一起軸向移動(dòng)。
8.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的邏輯規(guī)則包括隨嚙合傳動(dòng)比的變化而限制輸出扭矩的規(guī)則。
9.權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，除非檢測(cè)到高的離合器嚙合程度，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩被限制至最小值。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，除非檢測(cè)到高的離合器嚙合程度，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩被限制至最小值。
全文摘要
一種隨檢測(cè)到的與傳動(dòng)裝置(14)的嚙合傳動(dòng)比相關(guān)的爪式離合器元件(62,64)的嚙合程度的變化而控制發(fā)動(dòng)機(jī)(12)輸出扭矩的動(dòng)力系(10)的控制系統(tǒng)/方法。
文檔編號(hào)B60W30/18GK1277117SQ0011808
公開(kāi)日2000年12月20日 申請(qǐng)日期2000年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月11日
發(fā)明者J·A·斯特拜 申請(qǐng)人:易通公司