专利名称：增强的自动离合器的控制方法和设备的制作方法
本申请是1991年10月7日提交的美国序列号为07/772,778的专利申请的部分继续申请。
本发明属于自动离合器控制技术领域，更具体地说，是闭环自动离合器控制和减少起动机动车辆时的振动性响应的方法。
近年来，在关于机动车辆的驱动齿轮系的控制方面、特别是控制重型卡车的驱动齿轮系方面提高其自动化的程度正引起更大的兴趣。在大客车及轻型卡车上使用自动传动系统是众所周知的。在这类车辆中的典型的自动传动系统使用液力变矩器和液压动作的齿轮系来选择发动机轴和驱动轮之间的最终驱动比。这种齿轮选择是基于发动机转速、车辆速度等情况的。众所周知，这样的自动传动系统减少了从发动机到驱动轴的功率传送的有效性，和人工传动的熟练操作相比会明显地降低燃料的经济性和动力。由于降低了车辆的运行效率，这样的液压自动传动系统在大型机动车辆中没有得到广泛推广。
在使用液压自动传动时效率受到损失的原因之一是发生在液力变矩器中的损失。典型的液力变矩器在所有方式下存在着打滑，因而会带来力矩和动力的损失。在这一技术领域中人们都知道设置锁定变矩器，它可以在发动机转速超过某特定值时在传动系统的输入轴和输出轴之间建立直接的连接。这种技术在啮合时提供足够的力矩传递效率，但是在低速时这一技术不能提供效率上的得益。
曾经有过这样的建议，即用自动动作的摩擦离合器来作为替代，以消除液压变矩器所固有的低效率。这种取代带来了在使用液压变矩器时所不存在的另一问题。机动车辆的机械驱动齿轮系一般在其驱动系统中在传动系统和车辆的主动轮之间存在着相当大的扭转柔顺性(torsional compliance)。这种扭转柔顺性可在传动系统和差速器间的驱动轴上或在差速器和从动轮之间的主动轴上出现。经常出现的情况是独立的设计准则鼓励或要求这种驱动系统有相当大的扭转柔顺性。在机动车辆的驱动系统中存在着显著的扭转柔顺性会引起离合器啮合的振动性响应。这些振动性响应会对驱动齿轮系部件及车辆的其它部件引起相当大的外加的磨损。此外，这些振动性响应会引起旅客车厢的有害的振动。
对离合器啮合的驱动系统的振动性响应在很大程度上和传动系统的输入速度或离合器的速度接近于发动机速度的方式有关。这些速度的平滑地接近(例如按一个衰减的指数函数而接近)不会给离合器的锁定带来力矩的瞬变冲击。如果这些速度急剧地进行接近，则力矩瞬变就会传递到驱动系统而引起车辆传动系统中的振动性响应。申请人曾在以前的一个题为“具有增强的算法的自动离合器用的闭环发动和爬行控制”的专利申请(其美国序列号为07/772,778、现在的专利号为____)中提出了驱动系统振动性响应的解决方法。本发明部分地是以该前面的工作为基础的，并增加了额外的增强性。
自动离合器控制中另一个会碰到的潜在问题是在某些情况下由于离合器过猛的啮合而使发动机过载的可能性，这种情况会引起发动机转速下降，甚至使离合器卸载以避免发动机失速。
因此，提供能对离合器啮合时减少振动性响应并同时避免发动机过载的摩擦离合器的自动离合器执行机构是很有好处的。在大型卡车中提供这种离合器自动执行机构的问题则增加了许多。特别是，在不同的大型卡车之间以及在同一辆卡车中，大型卡车存在着对响应的范围广泛的多变性。某个特定大卡车的总重量从空载到满载的变化范围可达8比1。在不同卡车之间驱动系统的柔顺性可在2比1之间的范围内变动。此外，离合器的摩擦特性也可能因为在单个离合器中随着离合器的啮合程度以及在不同离合器间而变化。因此提供这样一种自动离合器执行系统以便使它对某台特定的机动车辆或对该机动车辆的特定运行条件都不需要广泛的调整将是特别有好处的。
本发明是关于一种用于一种组合中的自动离合器控制器，该组合包括一个原动机动力源、一个摩擦离合器，以及至少一个惯性加载的主动轮，该轮接到摩擦离合器，离合器具有扭转柔顺性从而对力矩输入呈现振动性响应。自动离合器控制器最好和传动换档控制器(transmission shift controller)一起使用。这种自动离合器控制器在车辆起动过程及传动换档后提供平滑的离合器啮合以减少对离合器啮合时的振动性响应。这种自动离合器控制器在大型卡车中是很有用的。
自动离合器控制器从发动机转速传感器和传动系统输入速度传感器接收输入。传动系统输入速度传感器在传动系统的输入端感受其旋转速度，该输入端是摩擦离合器的输出端。自动离合器控制器发出一个离合器啮合信号以便在全松离和全啮合位置之间控制离合器执行机构。离合器啮合信号以能致使传动系统输入速度渐近式地逼近一个参考速度的方式来使摩擦离合器啮合。这样可以尽量减小惯性加载的主动轮对力矩输入所引起的振动性响应。
在相当于车辆正常起动的起动方式中，或在传动系统换档后，离合器啮合信号使传动输入速度以渐近方式接近发动机转速。
自动离合器控制器包括这样的结构，它能减少按各别的车辆或车型而进行细致的特殊化处置的要求。发动机转速被提供给一个预滤波器。预滤波器用来使系统的瞬态响应成形。一个代数加法器通过从经过预滤波的传动系统输入速度参考信号中减去传动系统输入速度信号而形成控制误差。这种误差信号送到一个延迟补偿器，后者具有足够的作为频率的函数的增益以减少对于车辆参数变化的系统闭环灵敏度，它还通过增加在低频时的增益而增加控制的强度。这种补偿器产生离合器啮合信号从而以尽量减少对离合器啮合的振动性响应的方式来控制离合器的啮合。
自动离合器控制器最好按由数字微控制器执行的离散的差分方程来实现。微控制器对一个延迟补偿器和一个主补偿器起作用。延迟补偿器通过提高低频增益而减少系统误差。主补偿器有一个传递函数，该传递函数大体上是惯性加载的主动轮的传递函数的逆函数。这个补偿器传递函数包括一个陷波滤波器，后者包含了驱动系统所期望的振动性响应的范围。这个陷波滤波器的频带必须足够宽以包括广泛的频率范围，因为振动性响应的频率可能由于车辆负载及驱动系统特性变化而变化。补偿器最好还能在驱动系统的响应为最小的频率范围内提供增强的响应以便增加闭环增益及减少对车辆特性变化的灵敏性。
离合器执行控制器最好能存储与传动系统中各个齿轮速比相对应的离散差分方程的系数集合。离合器执行控制器调用与被选定的齿轮速比相对应的系数集合。这些被调用的系数集合用于在其它方面都相同的离散差分方程中作离合器控制之用。
控制器最好包括积分误差功能以保证在初始的部分啮合以后的一个预定时间段内使离合器能全部啮合。任何在传动系统输入速度参考信号和传动系统输入速度之间的长时间的差异最终都将使离合器达到全部啮合的状态。
积分功能、预滤波功能和补偿器功能在表明发动机有过载的情况下都会被冻结或悬置起来以避免发生能使发动机速度降低的离合器啮合速率。冻结逻辑模件能辨认这样的两种过载情况1)发动机减速和2)发动机速度低于预定的速度阈值且油门位置大于油门阈值。只要这两个条件中的任何一个存在，则积分器、预滤波器及补偿器就被冻结，使得它们的输出不能改变，直到过载条件被消除为止，然后这些功能又起作用而离合器的动作又重新开始。
自动离合器控制器还包括一个接到发动机转速传感器的微分补偿器。反映发动机转速信号的变化率的发动机转速微分信号被附加在提供给离合器执行机构的信号上。这个微分信号在发动机加速时使得离合器的动作急剧加速。在这种情况下加剧离合器的动作可以防止发动机速度失控。滤波作用可防止发动机减速时微分信号的快速减小。连接到微分补偿器的积分器保留了一旦发动机不再加速时为了限制发动机的速度而需要的离合器动作状态。
本发明的这些和别的目的和特点将结合以下附图在下面详细说明，这些图是
图1表示包括本发明的离合器执行控制器在内的车辆驱动齿轮系的原理示意图；图2表示离合器啮合和离合器力矩之间的典型的关系；图3表示在机动车辆起动时间范围内发动机转速和传动系统输入速度的理想响应；图4表示按照本发明以方块图表示的自动离合器控制器的功能；图5是发动机转速、离合器位置和在不具有冻结功能但由于发动机减速而使滑差积分器失效的情况下的补偿器输出的曲线图；图6表示在运行条件与图5的条件相同但冻结功能起作用的情况下所得到的曲线图。
图1表示包括本发明的自动离合器控制器在内的机动车辆驱动齿轮系的示意形式。机动车辆包括作为原动力源的发动机10。对于最适合应用本发明的车种的大卡车而言，发动机10应该是一台柴油内燃机。油门11一般说来是用脚操纵的踏板，它经过油门滤波器12而控制发动机10的运行。油门滤波器12对提供给发动机10的油门信号进行滤波，这是按在它经过油门11接收到一个步进式的油门增大量时提供一个斜升的油门信号的方式进行的。发动机10在发动机轴上产生力矩。发动机转速传感器13检测发动机轴15的旋转速度。发动机转速传感器检测旋转速度的实际位置可以是在发动机的飞轮处。发动机转速传感器13最好是一个多齿的轮子，这些齿的旋转情况可由磁性传感器检测到。
摩擦离合器20包括固定片21和可动片23，它们可以全部或部分地啮合。固定片21可由发动机飞轮来充当。摩擦离合器20使对应于固定片21和可动片23之间的啮合程度的力矩从发动机轴15传递到输入轴25。请注意虽然在图1中显示的是仅有单独一对固定片和可动片，但熟悉本技术的人都知道离合器20可以包括多对这样的离合器片。
一种典型的力矩对离合器位置的关系图示于图2中。离合器力矩/位置曲线80开始时在初始接触点81之前的一段啮合范围内为零。离合器力矩随着离合器的啮合而单调地上升。在图2所示的例子中，离合器力矩最初缓慢地上升，然后更加急速地上升直到在点82全部啮合时达到最大离合器力矩为止。典型的离合器设计要求在全部啮合时的最大离合器力矩为最大发动机力矩的1.5倍左右。这样可以保证离合器20能够传递发动机所产生的最大力矩而不致打滑。
离合器执行机构27连接到可动片23上以控制离合器20从松离状态经部分啮合而到全部啮合。离合器执行机构27可以是电力的、液压的或气动的执行机构并且可以是位置控制或压力控制的。离合器执行机构27根据从离合器执行控制器60来的离合器啮合信号而控制离合器啮合的程度。
传动系统输入速度传感器31感受输入轴25的旋转速度，后者是向传动系统30的输入。传动系统30在传动换档控制器33的控制下向驱动轴35提供可选择的驱动速度比。驱动轴35连接到差动器40上。传动系统输出速度传感器37感受驱动轴35的旋转速度。传动系统输入速度传感器31和传动系统输出速度传感器37最好与发动机转速传感器13按照相同的方式来构造。在本发明的优选实施例中，这里的机动车辆是一种大型卡车，差动器40驱动4根车轴41到44，它们则又分别接到车轮51到54。
传动换档控制器33从油门11、发动机转速传感器13、传动系统输入速度传感器31和传动系统输出速度传感器37接收输入信号。传动换档控制器33产生用于控制传动系统30的齿轮选择信号和连接到离合器执行控制器60的离合器啮合/松离信号。传动换档控制器33最好根据油门位置、发动机转速、传动系统输入速度和传动系统输出速度而改变传动系统30所提供的最后的齿轮速比。传动换档控制器33根据摩擦离合器20应该啮合或松离而提供相应的啮合或松离信号给离合器执行控制器60。传动换档控制器还向离合器执行控制器60发送一个档次信号(gear signal)。这个档次信号允许再调用相应于该选定的档次的系数集合。请注意传动换档控制器33并不是本发明的组成部分，因而不再进一步叙述。
离合器执行控制器60向离合器执行机构27提供离合器啮合信号以控制可动片23的位置。这将根据图2所示的离合器的力矩/位置曲线80而控制由离合器20所传递的力矩的大小。离合器执行控制器60在传动换档控制器33的控制下工作。离合器执行控制器60在接收到从传动换档控制器33来的啮合信号时控制可动片23从松离、至少为部分啮合、直到全部啮合的动作。在优选实施例中可以设想离合器啮合信号将指明所需要的离合器位置。离合器执行机构27最好包含一个闭环控制系统以控制可动片23到达这个所要求的位置。同样也是可行的办法是让离合器啮合信号表示所需的离合器压力，使得离合器执行机构27提供闭环控制以达到此所需的压力。取决于特定的车辆，离合器执行机构27工作在开环方式也是可行的。离合器执行机构27的具体细节对于本发明而言并不是关键所在，因而将不再进一步讨论。
离合器执行控制器60在从传动换档控制器33收到松离信号时最好产生一个预定的开环离合器松离信号使离合器20逐渐松离。对于离合器20的这样一种预定的开环松离可以预料不会出现有害的振动性响应。
图3表示在起动的情况下(也就是从静止状态开始以达到一个合理的速度时)，发动机速度90和传动系统输入轴速度100的关系。最初，发动机转速90是在空转的状态，在此之后发动机速度90在图3所示的时间范围内单调地增大。发动机速度90或者增加、或者保持不变。理想的情况是发动机速度90增大直到发动机10所产生的力矩能匹配加速车辆所需的力矩为止。在重负载条件下这个发动机速度可以在空转速度和发动机最大速度之间的一个中间范围内。这个恒定的发动机转速相应于所需的能使发动机力矩与离合器力矩及驱动系统力矩相匹配、并能实现发动机输出力矩和车辆负载力矩相平衡的发动机力矩。这个力矩级别是理想的离合器力矩，因为更高的离合器力矩将使发动机10失速，而更低的离合器力矩会使发动机转速增加得过多。最终，车辆将加速到离合器20能够全部啮合的速度。在此以后，发动机力矩和负载力矩之间的平衡是由司机掌握油门位置而进行控制，同时离合器执行控制器60将继续命令离合器处于全部啮合的情况下。
当车辆停止且离合器20全部松离时，传动系统输入速度100最初为零。这是起动车辆的一种情况。但是如同下面要详细说明的那样，这种相同的技术也可以用于车辆运动中在换档时进行平滑的离合器啮合。这样，传动系统输入速度最初可能是一个相应于车辆速度的值。在离合器20部分啮合后，传动系统输入速度100增加并以渐近方式接近发动机速度90。在点101上，传动系统输入速度100已和发动机速度90足够地接近以实现离合器20的全部啮合而不致激发车辆驱动系统的扭转柔顺性。在这一点上离合器20达到全部啮合。在此之后传动系统输入速度100跟踪发动机速度90直到当传动控制器33选择下一个更高的最终齿轮速比时离合器20松离为止。系统最好也能工作在下列情况下，即车辆并非停止且最初的传动系统输入速度也不是为零的情况。
图4示意性地说明了离合器执行控制器60的控制功能。像在图1中也已表明的那样，离合器执行控制器60从油门11接收油门信号，从发动机速度传感器13接收发动机转速信号，以及从传动系统输入速度传感器31接收传动系统输入速度信号。图4所示的离合器执行控制器60产生一个离合器啮合信号并提供给离合器执行机构27以操作摩擦离合器20。虽然没有在图4中示出，但离合器的动作程度和油门的设置位置、发动机转速、以及车辆特性一起共同确定了传动系统的输入速度，这一速度由传动系统输入速度传感器31感测并提供给离合器执行控制器60，因此，图4所表明的控制方案是一种闭环控制系统。
图4所示的控制功能仅仅对于处在接触点81和全部啮合之间的离合器位置才是需要的。比相应于接触点81的离合器啮合情况更小的离合器啮合情况是不可能提供力矩传递的，因为离合器20是全部松离的。离合器执行控制器60最好包括某种能检测相应于接触点81的离合器位置的方式。用于这一测定的技术在本领域内是已知的。仅作为一个例子而言，处在接触点81的离合器位置可用如下方法确定将传动系统30设置在空档位置，将离合器20向啮合方向推进直到传动系统输入速度传感器31开始检测到转动为止。在从传动换档控制器33收到啮合信号后，离合器执行控制器60最好迅速地把离合器20推进到相应于接触点81的那个点。这样可规定在接触点81为离合器啮合控制的零点。在此以后，离合器的啮合就由图4所说明的控制功能来控制。
离合器执行控制器60最好由微控制器电路来实现。和发动机转速、传动系统输入速度和油门位置等相对应的输入必须是数字形式的。这些输入信号的采样率最好与微控制器工作速率相一致，且其速度足够快以提供所需要的控制。如前所述，发动机转速、传动系统输入速度和传动系统输出速度最好用多齿的旋转轮来检测，轮齿的旋转情况则由磁性传感器来检测。磁性传感器所检测到的脉冲序列在预定的时间段内予以计数。各相应的计数值是与所测速度成正比的。为了得到合适的控制，在车辆为后退情况下传动系统的输入速度信号的符号必须是负的。因此应该有某种检测输入轴25的旋转方向的方法。这种方向检测是常规的，在这里不作进一步说明。油门位置最好用一种模拟型传感器(例如一个电位器)来检测。这种模拟的油门信号用模数转换器使其数字化以便供微控制器使用。微控制器以本领域中所熟知的方式通过离散差分方程来执行如图4所示的控制处理过程。因此，图4所示的控制处理 应被视为是如何对体现本发明的微控制器(而不是对分立硬件)进行编程序的指示。在具有足够容量且恰当地编写程序的情况下，有可能使用同一个微控制器来既作为离合器执行控制器60又作为传动换档控制器33。可以相信，一个Intel 80c196微控制器具有足够的计算能力来完成这一任务。
发动机转速是用于控制的参考信号，也就是说，发动机转速是所希望的传动系统输入速度。离合器执行控制器60包含积分功能。从传动系统输入速度传感器31来的传动系统输入速度在代数加法器64中被从发动机转速中减去。滑差积分器65对此误差信号进行积分，这个误差信号是所需的传动系统输入速度和测量得到的传动系统输入速度之差，也就是离合器滑差。经过积分的差信号提供给代数加法器67，后者使发动机转速信号和从积分器65来的积分误差相加。
代数加法器67向预滤波器68提供输入信号。预滤波器68用于使自动离合器控制器60的闭环瞬态响应成形。对瞬态响应的这种成型的目的是使得输入速度以渐近方式接近发动机转速。预滤波器68的特性及它的确定方式将在下面进一步说明。
从预滤波器送来的经过预滤波的信号加到代数加法器69。代数加法器69还从传动系统输入速度传感器31接收测量到的传动系统输入速度信号。代数加法器69形成从预滤波器68来的预滤波信号与传动系统输入速度之间的差。这个差值被提供给延迟补偿器70。延迟补偿器包括车辆的扭转振动性响应对力矩输入之间的关系的一个近似的逆模型。补偿器70包括增益随频率而变的功能，它是这样选择的以便减少由于车辆驱动系统的传递函数变化时所引起的离合器执行控制器60的闭环响应的变化，该补偿器70在低频率时增益增大以增加系统的强度。补偿器70的传递函数的确定将在下面进一步叙述。
在离合器啮合信号中由发动机转速微分信号提供一个前馈信号。发动机转速信号由低通滤波器72作适当的滤波以减少微分信号中的噪声。微分器补偿器或加速度补偿器73根据发动机转速的变化率而形成一个微分信号，但要经过滤波以防止因发动机的少量减速而急剧减小。这个发动机转速微分信号和由积分器74形成的它的积分都被提供给代数加法器71。代数加法器71把补偿器70的输出、从加速补偿器73来的发动机转速微分信号和积分器74来的积分信号加在一起以形成离合器啮合信号。离合器执行机构27利用这个离合器啮合信号来控制离合器啮合的程度。
前馈信号在发动机速度为加速时能使离合器执行控制器60有更好的响应。在发动机速度加速情况下前馈信号使离合器20以与发动机加速的速率成正比地加快啮合。发动机速度在油门全开的情况下能在驱动系统力矩建立起来之前急剧增加。这是因为在没有这个前馈响应时离合器执行控制器60的响应速度比起峰值发动机响应速度要低。在有这个前馈响应时发动机的加速会引起比在别的情况下更快的离合器啮合。附加的离合器啮合因需要从发动机得到更大的力矩而趋向于限制发动机转速的增加。当发动机速度达到恒定值时，微分项衰减到零而积分器74保持为限制发动转速所需的离合器的啮合。然后控制功能的其余部分用于使传动系统输入速度以渐近方式向参考速度接近。
预滤波器68和补偿器70在离合器执行控制器60中实现不同的但是互相补充的功能。预滤波器68和补偿器70的传递函数按下面所述的方式确定。补偿器70的传递函数的选择是要减少闭环传递函数对驱动系统的参数变化的敏感程度。这是通过提供足够的、作为频率的函数的环路增益而达到的。如果相对于驱动系统的传递函数G(ω)的闭环传递函数H(ω)的灵敏度是SG(ω)H(ω)，则SG(ω)H(ω)=1(1+C(ω)G(ω))----(2)]]>此处C(ω)是补偿器70的传递函数。观察这一关系式可发现通过增加补偿器增益就能够人为地把灵敏度SG(ω)H(ω)减小到零。但补偿器的最大增益由于稳定性和噪声问题是有实际限度的。因此补偿器70的转移函数C(ω)在所有的频率ω下都选择得足够高以便把闭环传递函数的变化限制在由设计准则所规定的一个可接受的水平上。通过加强在低频率下的增益可以增加提高了的强度。
补偿器70包括扭转振动性响应的一个近似的逆模型。在典型的可以应用本发明的重型卡车中，驱动系统的扭转柔顺性使得驱动系统传递函数具有一对稍微衰减的极点，其范围在2到5赫之间。确切的值取决于车辆的参数值。补偿器70的逆响应提供了一个处在这些极点范围内的陷波滤波器。凹陷的频带是足够的宽以便覆盖预期的车辆频率响应的范围。这个频带最好用两对零来实现，它们的频率扩展到车辆响应的频率范围之外。这样，补偿器70在车辆响应的这些极点的频率范围中提供多个复数零(complex zero)以便使振动性响应衰减。典型的重型卡车也在1到2赫的频率范围内包含一对复数零。这些复数零倾向于减少系统环路的增益因而使系统对在这一频率范围内的车辆特性的变化更加灵敏。补偿器70最好在这个频率范围内提供一对复数极点以增加环路增益和减小对车辆特性的变化的敏感程度。这样，闭环系统的总响应具有高阻尼的特征值以提供具有较少的振荡的系统。
预滤波器68用于可靠地实现所要求的闭环瞬态响应。在没有预滤波器68时的闭环系统的传递函数H(ω)是H(ω)=C(ω)G(ω)(1+C(ω)G(ω))----(3)]]>此处C(ω)是补偿器70的传递函数，G(ω)是驱动系统的传递函数。上面所指出的关于补偿器70的设计仅考虑了减少对驱动系统响应G(ω)的变化的灵敏度。这在一般情况下会导致闭环响应H(ω)呈现出不合适的时间响应。设计目标是使离合器20的动作能让传动系统输入速度以渐近方式趋向于发动机转速。在有预滤波器68时的传递函数为H(ϖ)=F(ω)C(ω)G(ω)(1+C(ω)G(ω))---(4)]]>此处F(ω)是预滤波器68的传递函数。预滤波器68是一个低通滤波器，其通频带和所设计的渐近式接近的速率有关。
上面所列出的关于确定预滤波器68和补偿器70的响应特性相应于霍洛维茨(Horowitz)的定量反馈理论。这一理论在I.M.Horowitz写的题为“定量反馈理论”一文中作了阐述，该文刊载在IEE Proceedings，Vol.129，PT.d No.6(1982年11月)上。对预滤波器68和补偿器70的响应的这种选择使得系统成为增强的，也就是说，可以正确地响应车辆条件的广泛变化。
如上所述，图4中各元件最好是在微控制器中通过离散差分方程来实现。在优选实施例中，预滤波器68的输出Pi的第i个值由下式给出Pi＝kP1Ii-1+kP2Ii+kP3Pi-1+kP4Pi-2(5)此处Ii是预滤波器输入的当前值；Ii-1是预滤波器输入的紧接着前面的值；Pi-1是预滤波器输出的紧接着前面的值；Pi-2是下一个紧接前面的预滤波器输出值；另外，此处的Kpn是系数，其中KP1＝0.00015，KP2＝0.00015，KP3＝1.9677，KP4＝-0.9860。
补偿器70的离散差分方程最好由三级来完成。这可以使补偿器的系数在用16位二进制位的整数数字实施此过程时其有效位数能足够少。第一中间变量F1i的第i个值F由下式给出F1i＝kC1Ci+kC2Ci-1+kC3Ci-2+kC4F1i-1+kC5F1i-2(6)
此处Ci是补偿器输入的当前值Ci-1是补偿器输入的紧接着前面的值；Ci-2是补偿器输入的下一个前面的值；F1i-1是第一中间变量的紧接着前面的值；Fi-2是第一中间变量下一个前面的值；另外，此处的Kcn为系数，其中KC1＝0.667，KC2＝-1.16，KC3＝0.5532，KC4＝1.482，KC5＝-0.5435。请注意，相继的补偿器输入值Ci是从预滤波器输出和传动系统输入速度之间的相继的差值计算出来的。第二中间变量F2i的第i个值由下式给出F2i＝kC6F1i+kC7F1i-1+kC8F1i-2+kC9F2i-1+kC10F2i-2(7)此处F1i是第一中间变量的当前值；F1i-1是第一中间变量的紧接着前面的值；F1i-2是第一中间变量的下一个前面的值；F2i-1是第二中间变量的紧接着前面的值F2i-2是第二中间变量的下一个前面的值；另外，此处的Kcn是系数，其中KC6＝0.2098，KC7＝-0.39，KC8＝0.189，KC9＝1.8432，KC10＝-0.8518。最后，补偿器输出Oi的第i个值为Oi＝kC11F2i+kC12F2i-1+kC13F2i-2+kC14Oi-1+kC15Oi-2(8)此处F2i是第二中间变量的当前值；F2i-1是第二中间变量的紧接着前面的值；F2i-2是第二中间变量的第二个前面的值；Oi-1是补偿器输出的紧接着前面的值；Oi-2是补偿器输出的第二个前面的值；另外，此处Kcn是系数，其中KC11＝0.25，KC12＝-0.4925，KC13＝0.2426，KC14＝1.991，KC15＝-0.991组成主控制环的主要功能的滑差积分器65、预滤波器68和补偿器70会由于产生了表示发动机过载的冻结信号而在操作中遭受到被悬置起来的情况。为了产生冻结信号，一个逻辑模件76接收油门位置、发动机转速、和发动机加速度等的输入，最后一个输入是由微分器77从发动机转速导出的。逻辑算法将在1)发动机的加速度小于零或2)油门位置至少已达到其全开启范围的60％而发动机速度个于其最高速度的35％这两种情况中的任一情况下产生冻结信号。这两种情况都表明发动机过载发动机减速表明发动机的力矩不足以跟上增长的离合器力矩，而相对较低的发动机转速(刚刚大于空转速度)当关连着相对较高的力矩需求时也表明发动机不能满意地作出响应。当控制功能被冻结或悬置起来时，至少从补偿器70来的那一部分离合器啮合信号已经不再需要进一步的离合器啮合，而从微分器73来的那一部分则在发动机不加速的情况下也不再增加。
图5表示在第二档且满载时离合器试图啮合的情况下发动机转速、离合器位置、以及在不具有冻结功能但由于发动机减速而使滑差积分器65被截止住的情况下的补偿器输出的曲线图。最初，发动机的转速缓慢地增加，但由于补偿器的输出增加而使离合器推进时，发动机速度开始下降(约在1.2秒处)而且继续下降直到离合器卸载(约在3秒处)，然后在防失速功能的作用下发动机速度急剧增加，该防失速功能是由发动机转速过低而触发的，它在图中未示出。
图6表示与图5的情况相同在同样的工作条件但冻结功能为有效的情况下的曲线图。这个图表示了发动机转速、输入速度、以及滑差积分器65、预滤波器68、补偿器70、加速度补偿器73和积分器74等的输出。很明显，当发动机在0.3和0.4秒之间减速时，冻结算法使滑差积分器功能悬置起来以保持积分器的输出恒定直到加速度重新开始为止。然后其输出从它的原先值(即冻结前的值)继续增加而不发生瞬态变化。同样，在1.1秒到1.5秒之间，虽然从发动机速度曲线上基本上看不出有减速迹象，但发动机减速却由冻结算法检测到另外的4次从而冻结滑差积分器、预滤波器和补偿器的功能，引起在每个输出中有短暂的平稳段。其结果是，补偿输出缓慢地增加(与图4的情况相比较)以便导致足够缓慢的离合器啮合来维持发动机速度近似恒定。然后在1.5秒之后，油门位置(未示出)超过了其满开程度的60％，由于缓慢增加的发动机速度仍停留在最高速度的35％以下，冻结被再次触发并在离合器控制周期的剩下的时间内继续保持冻结以便使三个主要功能保持恒定。1秒钟以后，在初始的轻缓增加的离合器推进动作的影响下，输入速度增加，尽管发生了较小的振荡。在3.3秒时，输入速度变成基本上等于发动机速度，由于这里未示出的另外一个控制而发生了离合器的锁定，从而结束了离合器的控制周期。
请注意，在最初，在0.5秒之前，加速度补偿器73快速地响应发动机的加速度以推进离合器，而在0.5秒之后当发动机速度缓慢改变时，加速度补偿器的滤波输出缓慢地衰减。然后积分器74的输出有足够的增加以抵消这一衰减，这样，加速度补偿器和积分器一起对离合器的啮合信号维持一个恒定的贡献。
本发明也可有利地应用于在变速器换档以后的离合器的重新啮合，在这种情况下，图4所示的控制过程将被应用，这包括上面列出的预滤波器68和补偿器70的离散差分方程。对于传动系统的换档的控制过程在选择系统KP1至KP4及KC1至KC5方面和前面的说明将有所不同。这些系统Kn的特定集合将根据从传动换档控制器33来的档次信号而从系统存储器75中再调用。选择的系数集合也可以包括积分器68和74的积分系数以及滤波器72及微分器73的系数。在其它方面本发明的工作将和上面所说明的相同。
本发明的控制过程在涉及车辆响应的变化方面是增强的。可以相信，这里所叙述的自动离合器控制器能够处理单独一辆车辆中的车辆负载的变化以及处理不同的车辆中发动机、离合器和驱动系统振动性响应的不同组合之间的响应变化的情况。因此，本发明的自动离合器控制器不需要为特定的某辆车而作特定改变。这样，这里所发明的自动离合器控制器对于各种类型的车辆都是易于制造的。
权利要求
1.在一个包括由油门控制的一个原动力源、具有联接到原动力源的输入轴和输出轴的摩擦离合器、以及联接到具有扭转柔顺性并对力矩输入呈现振动性响应的摩擦离合器的输出轴上的至少一个惯性加载的主动轮的组合中，一种自动离合器控制器，其特征在于包括接到油门的油门传感器，用于根据油门位置产生油门信号；接到原动力源的发动机转速传感器，用于根据原动力源的旋转速度产生发动机转速信号；接到摩擦离合器输出轴的传动系统输入速度传感器，用于根据摩擦离合器输出轴的旋转速度产生传动系统输入速度信号；接到摩擦离合器的离合器执行机构，用于根据离合器啮合信号控制摩擦离合器从松离到全部啮合的啮合动作；接到上述的发动机转速传感器、上述的传动系统输入速度传感器和上述离合器执行机构的控制器，它包括接到上述发动机转速传感器的预滤波器，用于产生经滤波的发动机转速信号；接到上述传动系统输入速度传感器和上述预滤波器的第一代数加法器，用以产生相应于(1)上述的经滤波的发动机转速信号和(2)上述传动系统输入信号两者之差的第一代数和信号，和接到上述第一代数加法器的延迟补偿器，用于增加低频环路增益，以及用于产生上述的离合器啮合信号并提供给上述的离合器执行机构，以便按照能使上述的传动系统输入速度以渐近方式接近上述的发动机转速的方式使摩擦离合器啮合。
2.如权利要求1的自动离合器控制器，其特征在于，其中接到上述的发动机转速传感器、上述传动系统输入速度传感器和上述离合器执行机构的控制器包括冻结逻辑，用于响应发动机的减速而产生冻结信号，以及一种装置，用于响应冻结信号以使补偿器的操作悬置起来，从而补偿器的输出保持不变且离合器的啮合在发动机减速期间被中止。
3.如权利要求2的自动离合器控制器，其特征在于还包括一种装置，用于响应冻结信号以使预滤波器的工作悬置起来，从而预滤波器的输出在冻结信号持续期间保持不变。
4.如权利要求2的自动离合器控制器，其特征在于包括滑差积分器，它响应发动机转速信号和输入信号之差以产生一个积分器信号；用于把积分器信号和发动机速度信号一起送到预滤波器去的装置；一种装置，用于响应冻结信号以使预滤波器的操作悬置起来，从而使预滤波器的输出在冻结信号持续期间保持不变；以及一种装置，用于响应冻结信号以使滑差积分器的操作悬置起来，从而使积分器的输出在冻结信号持续期间保持不变。
5.如权利要求1的自动离合器控制器，其特征在于，其中接到上述的发动机转速传感器、上述的传动系统输入速度传感器和上述的离合器执行机构的控制器包括与发动机速度信号和油门信号相连接的冻结逻辑，用于响应发动机减速及当油门信号和发动机速度信号超过相应的阈值而产生一个冻结信号；以及一种装置，用于响应冻结信号以使预滤波器和补偿器的操作悬置起来，从而使补偿器的输出在冻结信号持续期间保持不变并使离合器的啮合动作中止。
6.如权利要求1的自动离合器控制器，其特征在于还包括滑差积分器，它响应参考速度信号和输入信号之差以产生一个积分器信号；用于对积分器信号和发动机转速信号求和以便把该和输入到预滤波器的装置；微分补偿器，它响应发动机转速信号以产生一个引导信号；第二积分器，它响应该引导信号以产生第二积分器信号；用于对延迟补偿器的输出、引导信号和第二积分器信号求和以产生离合器啮合信号的装置。
7.如权利要求6的自动离合器控制器，其特征在于，其中接到上述发动机转速传感器、上述的传动系统输入速度传感器和上述的离合器执行机构的控制器包括与发动机转速信号和油门信号相连接的冻结逻辑，用于或者在发动机减速期间、或者在油门信号和发动机转速信号两者都超过相应的阈值时产生一个冻结信号；以及一种装置，用于响应冻结信号以使滑差积分器、预滤波器和延迟补偿器的操作悬置起来，从而在冻结信号期间使延迟补偿器的输出保持不变而离合器的啮合则由引导信号和第二积分器信号所控制。
8.在一个包括由油门控制的一台发动机、具有输入轴的传动系统、由传动系统驱动的主动轮、以及连接在发动机和传动系统输入轴之间并具有扭转柔顺性和对输入力矩呈现振动性响应的摩擦离合器的组合和一个包括油门位置、发动机转速和输入轴转速传感器、及联接到摩擦离合器上以根据离合器啮合信号而控制该摩擦离合器从松离到全部啮合位置的啮合过程的离合器执行机构的自动离合器控制设备中，一种产生离合器啮合信号的方法，包括下列步骤确定发动机速度和输入轴速度；通过对发动机速度和输入轴速度之差进行积分以产生一个滑差积分值；对发动机速度和滑差积分值求和并对该和进行滤波；从经滤波的和中减去输入轴速度以产生一个误差；以及通过增加低频环路增益并通过维持对驱动轮的力矩输入所引起的变化的、已降低了的灵敏度来补偿所述误差，以产生经过补偿的输出值，从而产生上述的离合器啮合信号以便使摩擦离合器按照使上述的传动系统输入速度信号以渐近方式接近上述的发动机速度的方式进行啮合。
9.如权利要求8的产生离合器啮合信号的方法，其特征在于还包括下列各步骤对发动机速度进行微分以产生一个前馈信号；对前馈信号进行积分；以及将前馈信号、经积分后的前馈信号和经补偿后的输出值组合在一起，以产生上述的离合器啮合信号。
10.如权利要求8的产生离合器啮合信号的方法，其特征在于还包括下列各步骤响应表明发动机过载的发动机转速参数以产生一个冻结信号；以及在冻结信号期间冻结补偿步骤中的补偿输出值；从而缓和发动机的过载。
11.如权利要求8的产生离合器啮合信号的方法，其特征在于还包括下列各步骤响应发动机减速以及响应发动机速度低于第一阈值和油门位置高于第二阈值，以产生一个冻结信号；以及在冻结信号持续期间冻结补偿步骤、滤波步骤和积分步骤中的各输出值，从而使补偿输出值对离合器啮合信号的影响悬置起来。
12.如权利要求9的产生离合器啮合信号的方法，其特征在于还包括下列各步骤响应表明发动机过载的发动机转速参数以产生冻结信号；以及在冻结信号期间冻结补偿步骤中的补偿输出值；从而缓和发动机的过载。
13.如权利要求9的产生离合器啮合信号的方法，其特征在于还包括下列各步骤响应发动机减速并且响应发动机速度低于第一阈值和油门位置超过第二阈值，以产生一个冻结信号；以及在冻结信号期间冻结补偿步骤、滤波步骤、和积分步骤中的各输出值，从而使补偿输出值对离合器啮合信号的影响悬置起来。
全文摘要
一种车辆用的自动离合器控制器，它减少对离合器啮合的振动性响应。自动离合器控制器从发动机转速传感器和传动系统输入速度传感器接收输入并给出离合器执行信号以控制离合器执行机构从松离到全部啮合。离合器啮合信号利用这一振动响应的近似逆模型以使测得的传动系统输入速度渐近的趋向于发动机速度的方式来使摩擦离合器至少部分地啮合。自动离合器控制器最好包括一个滑差积分功能和一个发动机转速微分功能。
文档编号B60W10/10GK1108188SQ94119070
公开日1995年9月13日 申请日期1994年12月14日 优先权日1993年12月14日
发明者J·M·施力克 申请人:易通公司