CN1517244A - 手自排变速箱控制逻辑 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手自排变速箱控制逻辑，包括变速箱排档控制、换档引擎控制与离合器控制三部份；其中，变速箱排档控制是在第一阶段脱离原先咬合齿轮对部份，以较快的排档速度进行，而到第二阶段目标齿轮对咬合过程位置时，则快速减速搭配手排变速箱的排档性能，以合适的速度进行排档；换档引擎控制是分别计算同步器控制模式与离合器模式下的预估换档时间，并由计算结果判断为同步器控制模式或离合器模式，离合器控制则搭配引擎转速的控制，在控制过程中利用引擎转速与变速箱输入转速间关系判断离合器开始咬合位置与离合器无打滑位置和引擎负载，并予以修正离合器位置对咬合力的预估曲线；藉此达到减少换档时间及换档震动，并增加离合器片的寿命。

Description

手自排变速箱控制逻辑

技术领域

本发明涉及一种手自排变速箱的换档与离合器控制逻辑，以达到减少换档时间、减少换档震动及增加离合器片寿命的效果。

背景技术

以变速箱的输出功率而言，手排式变速箱可将引擎的功率发挥到约94％最高效益，唯因需以手动的方式并配合脚踩离合器来操作，对驾驶者不但难度较高且操作麻烦，而自排式变速箱虽操作简便，但因仅能将引擎的功率发挥到80％的效益，因此，较损耗动力，而手自排变速箱即采自排操作的方式，透过讯号的传递，以排档致动器(马达)操纵手排变速箱动作，如此即可兼顾自排式易于操作及手排式高传动效率的优点，使汽车的性能获得有效的提升，该手自排变速箱控制主要包含变速箱排档控制、换档引擎控制及离合器控制三部份所组成；其中变速箱排档控制为控制变速箱速比切换，在动作上需先脱离原先咬合齿轮对，再控制目标齿轮对的咬合而完成变速箱的速比切换，而速比切换的速度主要必须搭配手排变速箱的排档性能，过快的排档动作将造成变速箱同步器的损坏，如图1为排档位置讯号，其排档过程包含三阶段，第一阶段为脱离原先咬合齿轮对，第二阶段为目标齿轮对的咬合过程，最后阶段为目标齿轮对的完全咬合，其中第一阶段与最后阶段的换档速度是一样的，而第二阶段为目标齿轮对的咬合过程，因咬合过程需较大的换档力量，而降低了排档速度，而其排档控制的排档马达讯号如图2所示，其控制方式以一定马达开度控制排档机构作动；在换档引擎控制方面，由图3为US 6319171所提出的换档引擎控制逻辑，其方式主要是在利用控制引擎转速使得同步器两侧的速度一样，当确认同步器两侧的速度差小于一默认值，则进行同步器咬合动作，最后在离合器控制方面，US 5275267离合器控制，图4-1为离合器与控制位置的相关关特性曲线，图4-2与图4-3为其离合器控制模式，其中图4-2为一般离合器的控制模式，而图4-3为节气门为低开度的控制模式，在图4-3所提供的控制模式中，主要是藉由控制离合器使得引擎转速与变速箱输入转速维持一转速差。

由上述的现有技术，在排档控制上因考量手排变速箱的排档性能，其以一定的马达开度下，维持每一阶段排档过程于一定速度下进行，将无法减少排档时间，而US6319171所提出换档引擎控制逻辑，利用控制引擎转速使得同步器两侧的速度一样，而希望增加换档的平顺性，但如此在同步器咬合时将有牵引力，如咬合过程中引擎转速控制不当或负载变化过大，则将造成排档失败或同步器损坏，且利用控制引擎转速使得同步器两侧的速度小于一默认值，将会延长换档时间，如图1所显示，离合器在完成排档后仍需要相当长的时间才能完全咬合，如此将造成离合器的磨耗与较长的换档时间(换档时间为排档开始至离合器完全咬合)，最后在离合器的控制上，US 5275267中图4-3的控制方式，仅用转速作为控制依据，亦可能造成离合器的不当磨耗。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种变速箱控制逻辑，其包括有变速箱排档控制、换档引擎控制及离合器控制三部份；其中变速箱排档控制部份是在排档过程中，于脱离原先咬合齿轮对的阶段，以最快速的控制方式到达最高速，并于预设的位置或时间时，再快速减速至同步器咬合速度，而减少换档的时间；换档引擎控制部份包含有同步器控制模式与离合器控制模式，其是利用变速箱输出入转速及目标档位计算预作动的同步器与变速箱输出入转速的速比，再根据引擎转速与同步器两侧转速及变速箱输出入转速，分别计算同步器控制模式与离合器模式下的预估换档时间，再由计算结果，以时间判断为同步器控制模式或离合器控制模式，如两模式时间者小于一默认值，则以同步器控制模式为主，其中，同步器控制模式是利用控制引擎转速使得同步器两侧的速度一样，离合器控制模式则利用控制引擎转速使得离合器两侧的速度一样，而离合器两侧的速度差越小，则控制离合器咬合的速度愈快，而减少离合器咬合控制时间，并减少离合器咬合过程中的换档震动，亦可减低离合器的磨耗；离合器控制部份可分为换档控制模式、低速控制模式与一般控制模式，换档控制模式是如前所述搭配引擎转速控制，以使离合器的咬合更快速并同时控制引擎转速至目标车速，低速控制模式主要为起步滑行的离合器控制模式，其利用离合器位置对咬合力的预估曲线，控制引擎输出一预设扭力，以使车子能保持低速滑行。

下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明。

附图说明

第1图是手自排换档特性图；

第2图是排档控制的排档马达讯号图；

第3图是美国专利US6319171换档引擎控制的流程图；

图4-1是美国专利US5275267离合器与控制位置的相关特性曲线图；

图4-2是美国专利US5275267一般离合器控制模式；

图4-3是美国专利US5275267节气门为低开度的控制模式；

图5是本发明变速箱排档控制的曲线图；

图6是本发明传动的示意图；

图7是本发明换档引擎控制的流程图；

图8是本发明离合器控制的流程图；

图9是本发明离合器位置控制的流程图。

具体实施方式

本发明的手自排变速箱控制逻辑主要包含有变速箱排档控制、换档引擎控制与离合器控制三部份；在变速箱排档控制部份，如图1排档位置讯号，其排档过程包含三阶段，第一阶段为脱离原先咬合齿轮对，第二阶段为目标齿轮对的咬合过程，最后阶段为目标齿轮对的完全咬合，其中，第二阶段与最后阶段因进行目标齿轮对的咬合，为了考量不使同步器受损，故其换档速度不能过快，因此无法改变换档马达的开度，而保持在一定的速度下，但第一阶段为脱离原咬合齿轮对，其可不需考量同步器的因素，而可以增加排档马达的开度，以较快的排档速度进行，因此在排档上，如图5，在第一阶段开始后，即可全开排档马达的开度，以尽快使排档速度到达最高速，直到X1点位置，再快速减速，而到X2点位置时的速度，则搭配手排变速箱的排档性能，以合适的速度进行排档，即可在第一阶段有效降低排档的时间且在进行第二阶段时，亦能确保同步器不受损，另在排档的过程中，X1点位置则以到X2点位置时的速度与预设速度的差值进行适应性修正，并作为下一次排档的依据，此外计算出排档过程中的平均电流，并利用X1点位置与到达X1点的时间，判断换档速度是否衰弱，来作为排档马达(致动器)是否需更换的判断依据。

在换档引擎控制部份，在此包含有同步器控制模式及离合器控制模式，如图6所示，离合器一侧的转速为n3(此即为引擎的转速)，另一侧的转速为n4(此即为变速箱输入转速)，变速箱内设齿轮对t1、t2及另一齿轮对t3、t4，透过同步器的选择咬合，而可分别获得同步器一侧的转速n1(此即为咬合齿轮转速)及另一侧的转速n2(此即为变速箱输出转速)，根据引擎的转速为n3，而可计算出原先状态的变速箱输出转速为n3*(t3/t4)＝n2，为使同步器于换档咬合时，其两侧的转速趋近一致，以利同步器咬合，而可由n1＝n2，n1*(t2/t1)＝n3(引擎目标转速)，而获得引擎目标转速，再根据引擎转速n3与同步器两侧转速n1、n2及变速箱输出入转速n4及n2，分别计算同步器控制模式与离合器控制模式的预估时间，同时由计算结果，然后以时间判断为同步器模式或离合器控制模式，若两模式时间值差的绝对值小于一默认值，则以同步器控制模式为主；同步器控制模式，如图6、7所示，主要是利用控制引擎转速n3使得同步器两侧n1、n2的速度一样，但在控制上需搭配离合器限制最大牵引力，其当排档开始时，离合器会脱离(off)，以利于原先同步器的脱离(off)，控制上主要在原同步器脱离后，由离合器位置对牵引力曲线计算离合器换档最大牵引力的位置Ys＝f(Ts)，并控制离合器至Ys+b，其中b为一默认值，同时根据变速箱目前转速计算引擎目标转速，即以n1＝n2下，由n1*(t2/t1)计算引擎目标转速，并控制引擎转速至目标转速，当排档到达图5的X1点时，此时同步器预备咬合，此时判断同步器两侧转速差n1-n2的绝对值是否小于一默认值，如小于默认值，则控制离合器至Ys(on)位置，使得n3＝n4，否则控制离合器至脱离位置Y0-a(离合器off)，再将同步器咬合(on)，当排档完成后，则再将离合器开始渐至完全咬合，当离合器两端n3、n4的速度差越小，则控制离合器咬合的速度愈快；离合器控制模式，如图6、7所示，主要是利用控制引擎转速，使得离合器两侧的速度一样(n3＝n4)，当开始换档时，离合器至脱离位置Y0-a，根据n1＝n2下，由n1*(t2/t1)计算引擎目标转速，当引擎转速低于引擎目标转速，则控制引擎转速追随变速箱输入转速，以减小引擎转速与变速箱输入轴的转速差，即减小n3-n4的绝对值，直到排档完成后，即同步器on后，开始进行离合器咬合控制，如此则可减少离合器咬合控制时间，并减少离合器咬合过程中的换档震动，亦可减低离合器的磨耗，如引擎转速高于变速箱输入转速，则保持怠速，当排档完成后，则离合器开始渐至完全咬合，而离合器两端的速度差愈小，则控制离合器咬合的速度愈快，并同时控制引擎转速至目标车速。

最后在离合器控制部份，流程如图8、9所示，可分为换档控制模式、低速控制模式与一般控制模式，在换档控制模式方面，如上述搭配引擎转速控制，同时在控制过程中利用引擎转速与变速箱输入转速间的关系，判断离合器开始咬合位置与离合器无打滑位置和此时的引擎负载并记录，在换档完成后利用此记录修正离合器位置对咬合力的预估曲线，然后依据预估曲线判断离合器状态是否正常，最后低速控制模式主要为起步滑行的离合器控制模式，此时加速踏板开度低且车速较低，离合器控制上则利用离合器位置对咬合力的预估曲线，控制引擎输出扭力＝预设扭力*(1+m*节气门开度)，以控制引擎输出扭力能抵抗车行的磨擦力，且引擎不熄火，使车子能保持低速滑行。

Claims (11)

1、一种手自排变速箱控制逻辑，包括有变速箱排档控制，换档引擎控制及离合器控制三部份；其中，

变速箱排档控制：在排档过程中，于脱离原先咬合齿轮对的阶段，以快速将排档速度到达最高速，并于预设的位置或时间进行快速减速至同步器咬合速度；

换档引擎控制：其包括有同步器控制模式及离合器控制模式，同步器控制模式是利用控制引擎转速，使得同步器两侧的速度一样，以减少目标齿轮对转速与变速箱输出转速两者的转速差，离合器控制模式是利用控制引擎转速，使得离合器两侧的速度一样，以减少引擎转速与变速箱输入转速两者的转速差；

离合器控制：其包括有换档控制模式、低速控制模式与一般控制模式，换档控制模式是于开始换档时，离合器至脱离位置，并搭配引擎转速控制，使得离合器两侧速度差一样，低速控制模式是提供低速滑行模式，其控制引擎输出扭力＝预设扭力*(1+m*节气门开度)。

2、如权利要求1所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该变速箱排档控制是快速将排档速度到达最高速X1点位置，并于预设的位置或时间进行快速减速至X2点位置，该X1点位置是以到X2点位置时的速度与预设速度的差值进行适应性修正，并作为下一次排档的依据。

3、如权利要求2所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该变速箱排档控制可利用X1点位置与到达X1点的时间，作为排档致动器是否需要更换的判断依据。

4、如权利要求1所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该换档引擎控制是利用变速箱输出入转速及目标档位计算欲作动的同步器与变速箱输出入转速的速比，再根据引擎转速与同步器两侧转速及变速箱输出入转速，分别计算同步器控制模式与离合器模式下的预估换档时间，同时由计算结果判断为同步器控制模式或离合器控制模式。

5、如权利要求4所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该同步器控制模式与离合器控制模式的预估换档时间，若两模式的预估换档时间值小于一预设值，则以同步器控制模式为主。

6、如权利要求1所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该换档引擎控制的同步器控制模式，其根据变速箱目前转速，计算引擎目标转速，并控制引擎转速至目标转速并令离合器ON，于同步器预备咬合时，判断同步器两侧的转速差，是否小于设定值，若小于设定值，则进行同步器的咬合。

7、如权利要求6所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，若该同步器两侧的转速差大于设定值时，则令离合器至脱离位置，于同步器咬合后，再将离合器开始渐至咬合。

8、如权利要求1所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该换档引擎控制的离合器控制模式，是根据引擎转速与变速箱输入转速，来判断引擎目标转速，并控制引擎转速追随变速箱输入转速，于同步器咬合后，再开始进行离合器的咬合控制，以减少离合器两侧的转速差。

9、如权利要求8所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，若该引擎转速低于引擎目标转速，则令引擎加速以追随变速箱输入转速，减少离合器两侧的转速差，若该引擎转速高于引擎目标转速，则令引擎减低转速保持在怠速，以减少离合器两侧的转速差。

10、如权利要求1所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该离合器控制的换档控制模式，其可在控制过程中，利用引擎转速与变速箱输入转速间的关系，判断离合器开始咬合位置与离合器无打滑位置及引擎负载，修正离合器位置对咬合力的预估曲线，并依据该预估曲线判断离合器状态是否正常。

11、如权利要求1所述的手自排变速箱控制逻辑，其中，该离合器控制的低速控制模式，其离合器控制上是利用离合器位置对咬合力的预估曲线，控制引擎输出扭力＝预设扭力*(1+m*节气门开度)，以使车子保持低速滑行。

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