CN106286808A - 用于手动变速器的主动转速匹配 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车手动变速器的主动转速匹配系统包括监测并调整机动车的原动机的输出速度的发动机控制模块以及监测换挡联杆的运动的至少一个传感器。当所述至少一个传感器确定换挡联杆的运动为槽中降挡时，发动机控制模块调整用于发动机控制模块的可用时间以将原动机的输出速度匹配变速器的输入速度。

Description

用于手动变速器的主动转速匹配

技术领域

本公开涉及用于手动变速器的主动转速匹配。

背景技术

本节中的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，并且可能构成或可能不构成现有技术。

乘用车、运动多功能车、皮卡车和其它消费类车辆的自动机动车变速器从基本上全液压操作向在电子变速器控制模块(TCM)和液压致动器控制下操作转变的趋势伴随着一种提供电子线性位置传感器的愿望和必要性，这些传感器提供关于致动器、相关联的换挡联杆及作用于其上的离合器、制动器和挡位的当前位置的实时数据给变速器控制模块。此些数据供变速器控制模块利用以确认例如换挡的开始和完成并因此确认变速器的整体状态。此些数据对即将发生的或实际发生的部件故障的自我诊断也是有用的。

这种趋势还没有由另一类重要的机动车变速器，即手动变速器采取。顾名思义，这些变速器由车辆操作者手动换挡。因为换挡定时和挡位选择是留给车辆操作者来决定的，因此在手动变速器中结合各种传感器历来被视为不仅没有必要，还是对操作者自由的干涉。

尽管如此，显而易见的是，关于手动变速器当前操作状态的数据可以由相关联的电子控制器利用以改善整体的驾驶体验。本发明就涉及这方面的内容。

发明内容

在一个方面，一种用于机动车手动变速器的主动转速匹配(ARM)系统包括检测并调整机动车原动机输出速度的发动机控制模块，和监测换挡联杆运动的至少一个传感器。当该至少一个传感器确定换挡联杆的运动为槽中降挡时，发动机控制模块调整用于发动机控制模块的可用时间以将原动机的输出速度与变速器的输入速度匹配。

在另一方面，一种控制用于机动车手动变速器的主动转速匹配(ARM)系统的方法包括以下步骤中的一个或多个：监测并调整机动车原动机的输出速度、监测换挡联杆的运动，以及当换挡联杆的运动为槽中降挡时调整可用时间以将原动机的输出速度与变速器的输入速度匹配。

从本文提供的描述中可以明显地看出另外的方面、优点与应用领域。应当理解，描述和具体实例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本发明的原理的具有手动变速器的机动车的相关电气、电子和机械部件的框图；

图2是根据本发明的原理的包括换挡联杆的手动变速器的一部分的透视图；

图3A是六速手动变速器换挡槽(“H”)型式的平面图；

图3B是手动变速器槽内降挡的平面图；

图3C是根据本发明的原理的手动变速器槽中降挡的平面图；

图4是根据本发明的原理的操作与图1所描述的变速器的主动转速匹配的过程的流程图；

图5是图4所示过程的调整槽中降挡的可用转速时间的子过程的流程图；

图6是图4所示过程的表征离合器动态的子过程的流程图；以及

图7示出了用于图4所示过程的查找表。

具体实施方式

以下描述在性质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。

参考图1，示出并且整体用参考号10指代具有配备了本发明的手动变速器的机动车的相关电气、电子和机械部件的系统。系统10包括原动机12，其可以是汽油、柴油或弹性燃料发动机，或混合动力或电动动力装置。原动机12包括驱动主摩擦离合器16的输出轴14，其中主摩擦离合器16通常但不必须由车辆操作者接合和脱离。主离合器16选择性地提供驱动扭矩给手动变速器20的输入轴18。手动变速器20可以是常规的，并包括壳体22以及轴、挡位和同步器离合器，后几者协同提供例如四个、五个、六个或更多个前进速度或传动比和倒车挡。该变速器包括联接到最终驱动组件26的输出轴24，最终驱动组件26可包括例如传动轴、差速组件和一对驱动轴。驾驶员界面28通常包括在车辆操作者控制下并由其操作的那些控制器和设备。

系统10还包括向发动机控制模块(ECM)30提供实时数据的多个电气和电子传感器。例如，设置在原动机12中的电子传感器(转速计)32提供表示原动机12的输出轴14的当前速度的信号。变速器输入速度传感器(TISS)34感测手动变速器20的输入轴18的瞬时速度。变速器输出速度传感器(TOSS)36感测手动变速器20的输出轴24的瞬时速度。根据本发明的挡位绝对换挡位置传感器组件40包括专用集成电路44，其数据输出指示换挡杆72的当前位置。离合器位置传感器52感测离合器踏板的位置，并且由此感测主离合器16的位置。离合器踏板位置传感器的变化率通过ECM 30基于离合器踏板随时间的位置变化来计算。油门位置传感器54感测油门踏板的瞬时位置。制动踏板位置传感器56感测制动踏板的位置。车身控制模块(BCM)60从一个或多个控制开关62接收数据并且包括向发动机控制模块30的数据输出。如下所述，主动转速匹配(ARM)系统包括系统10的各种部件。该ARM系统将原动机输出的速度与变速器的输入速度匹配。注意，ARM系统的操作并不需要上述的所有部件。例如，在一些布置中没有采用TISS 34。

现参照图2和图3A，图中示出了附接至手动变速器20的壳体22的外部的换挡联杆70。该换挡联杆70包括换挡杆72，该换挡杆72终止于由车辆操作者接合和操纵的换挡球头或手柄74。如图3A所示，换挡杆72可移动地通过虚拟或实际换挡槽或“H”型式76，这有利于选择、分离和产生六个前进挡或速度比及倒档的触觉反馈。然而，应当理解，与本发明一起利用的手动变速器20可以结合并提供更多或更少的挡位或速度比。换挡杆72设置在球枢轴78中，并联接至由各种安装构件或支架和轴承82支撑的纵向定向轴80，安装构件或支架和轴承82允许纵向定向轴80前后平移和绕其轴线旋转。

用于手动变速器的典型跨槽降挡包括例如第三挡至第二挡(区域92、94、96和98)，其中ARM系统在区域92和94中采取升挡，然后在区域96和98中采取降挡。因此，一旦换挡杆从第三挡至第四挡槽(空挡90之前的区域92和94)转到第一挡至第二挡槽(空挡90之后的区域96和98)，则该ARM系统指向第二挡。因此，在跨槽换挡中，该ARM系统在换挡器移动到第二挡位置和驾驶员松开离合器踏板之前有时间加快原动机，这尤其是因为较高余留换挡行程以及变速器同步时间。

相反，槽中降挡通常包括第二挡至第一挡84、第四挡至第三挡86以及第六挡至第五挡88中的一者。例如，在常规的手动变速器降挡(图3B)中，在采取降挡(区域104)之前，变速器操作采取升挡(区域100和102)。具体地，在同步器接合106之后，在换挡位置108之后出现区域104。因此，在此变速器中，原动机输出速度与变速器输入速度的匹配在区域104中指向第三挡。因此，在换挡器物理上处于挡位中和驾驶员松开离合器踏板之前，该系统没有很多时间使原动机加快转速。

然而根据本发明的原理，系统10调整用于ARM系统在槽中降挡86期间使原动机的输出速度匹配变速器的输入速度的时间，如图3C所示。更具体地，变速器20在区域100和112中采取升挡，然后在区域114中采取降挡。在同步器接合106之前，在换挡位置118之后出现降挡区域114。因此，在驾驶员已将换挡杆移至同步器接合用于目标挡位的位置之前，系统10在换挡过程中的早期控制降挡转速匹配。因此，系统10允许原动机速度增加到与变速器挡位同步同时发生。系统10的特定特征是其能够基于换挡杆在槽(即，沿着换挡位置118)内的侧向位置来调整转速时间。

应当理解，本发明的挡位绝对位置传感器组件40提供并能够实现若干益处和特征。例如，其支持发动机起动-停止应用，因为它们需要空挡位置检测。本发明通过促进传动系的预同步化而改进换挡质量并且减小传动系撞击声。此外，并且尤其是在ARM中，要求绝对挡位位置和预期挡位的发动机输出和变速器输入的速度的匹配是可行的。可以减小变速器质量和复杂度的扭矩管理也是可行的。即，还促进了远程无人起动，因为其同样要求空挡位置检测。此外，本发明可以用于减少或基本上消除对变速器的滥用，因为其可以用于感测并防止潜在的滥用操作事件。最后，本发明提供全面的诊断能力，例如，电源短路、接地短路以及开路。

挡位绝对位置传感器组件40包括分别连同一个或多个磁体(诸如，环形或弧形磁体)的一个或多个磁传感器。例如，挡位绝对位置传感器组件40可以包括连同一个或多个磁体的一个或多个霍尔效应传感器。一个或多个传感器的输出被直接送入专用集成电路44，其可以与传感器整体地形成并组装成单一装置。可替换地，可以利用单个弧形磁体或环和接近的单个三维(3D)霍尔效应传感器。

应理解的是磁体和相关联的霍尔效应传感器可以安装在变速器壳体22内、穿过变速器壳体22安装，或安装在任何适宜的位置，在该位置处环可以附接于轴80和安装在附近的传感器。例如，它们可以安装于图2所示的支架或轴承82内或其附近。可以利用各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、永磁线性非接触位移(PLCD)、线性可变位移变压器(LVDT)、磁弹性(ME)或磁感应(MI)传感器作为霍尔传感器的可替换方案。

美国专利号8,739,647中描述了挡位绝对位置传感器的操作的进一步细节，该专利的全部内容通过引用结合于本文中。

应理解的是不仅每个挡位选择位置具有唯一的数值或标志，而且当换挡杆72移动且轴80平移和旋转时，传感器组件40和专用集成电路44的输出提供连续变化的基本上是模拟的信号，该信号允许发动机控制模块30或其他类似的装置不仅推测换挡杆72和轴80的当前位置而且推测它们的移动方向和此运动的速度。

现在参照图4、图5和图6，系统10，特别是ARM系统的操作将更详细地讨论。图4示出了以步骤202开始的过程200。过程200前进到判定步骤204，其中过程200确定变速器是否处于倒挡。如果变速器处于倒挡，则过程200在步骤206中激活倒车指示器，诸如，例如，给机动车驾驶员的倒车显示器、倒车灯和倒车摄像机，然后回到步骤202。如果变速器不处于倒档，则过程200前进到子过程208，其分析变速器20的离合器动态。根据离合器16的特性，过程200要么在步骤210中禁用ARM并回到步骤202，要么在步骤212中启用ARM并前进到子过程214，其中出现增强的槽中降挡转速匹配。应注意的是，过程200特别是离合器动态分析步骤208不限于降挡。

图5示出了子过程214的更详细内容。子过程212从步骤218开始，其接收来自过程200的启用ARM步骤212的信息。子过程214在判定步骤220中确定降挡是否为槽中降挡或跨槽降挡。如果降挡是跨槽降挡，则子过程前进到步骤224，其为回到过程200的步骤202的返回步骤。如果判定步骤220确定降挡是槽中降挡，则子过程在步骤222中调整转速时间用于使降挡发生。更具体地，在某些配置中，步骤222中增加ARM系统的转速时间以使原动机的输出速度与变速器的输入速度匹配。子过程214再次从步骤222前进到步骤224(即回到过程200的步骤202)。

现在参照图6，其中示出了过程200的离合器动态分析子过程208的更详细内容。子过程208开始于步骤226中，其接收来自判定步骤204的信息，即，变速器是否处于倒档。子过程208前进到步骤228，其中子过程208用来自离合器踏板位置传感器52的信息确定离合器踏板的位置。接着，在步骤230中，子过程208确定离合器踏板位置的位置变化率。在步骤231中，子过程208将来自步骤228和230的数据与查找表，诸如例如图7所示的表进行比较。图7中的查找表提供了涉及何时启用或禁用ARM的与离合器踏板位置和离合器踏板位置变化率相关的信息。

在判定步骤232中，子过程208用来自查找表的信息判定是否启用ARM或禁用ARM。如果子过程208在步骤232中确定ARM应该被启用，则子过程208前进到步骤234(即过程200的步骤212，其中ARM被启用)。如果子过程208在步骤232中确定ARM应该被禁用，则子过程208前进到步骤236(即步骤210，其中ARM被禁用)。

本发明的描述在本质上仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的变化旨在处于本发明的范围内。此些变化不应被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于机动车手动变速器的主动转速匹配(ARM)系统，其包括：

发动机控制模块，其监测并调整所述机动车的原动机的输出速度；以及

至少一个传感器，其监测换挡联杆的运动；

其中当所述至少一个传感器确定所述换挡联杆的所述运动为槽中降挡时，所述发动机控制模块调整用于所述发动机控制模块的可用时间以将所述原动机的所述输出速度匹配所述变速器的输入速度。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括监测离合器踏板的位置的传感器，其中，所述ARM根据所述离合器踏板的所述位置而被禁用或启用。

3.根据权利要求2所述的系统，其进一步包括监测所述离合器踏板的所述位置的变化率的传感器，其中，所述ARM根据所述离合器踏板的所述位置的所述变化率而被禁用或启用。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述离合器踏板的所述位置与所述离合器踏板的所述位置的所述变化率之间的关系由查找表来表征。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述ARM根据所述查找表的输出而被禁用或启用。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器为至少一个磁性传感器，以及

其中，所述至少一个磁性传感器为三维霍尔效应传感器。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述换挡联杆进一步提供“H”型式图换挡槽。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述换挡槽为六个前进速度换挡槽和一个倒车速度换挡槽。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述槽中降挡为第二挡至第一挡、第四挡至第三挡，以及第六挡至第五挡。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器为挡位绝对位置传感器(GAPS)，以及

其中当所述变速器位于倒挡挡位时，所述GAPS充当至少一个开关，以及

其中所述至少一个开关启动以下各项中的至少一个：给所述机动车的驾驶员的倒车显示器、倒车灯和倒车摄像机。