CN101395408B - 用手动变速器将发动机转速与车速匹配的***及方法 - Google Patents

Abstract

一种在对手动变速器(37)进行换挡时自动将发动机转速与车速相匹配的方法。当前被选速比由发动机转速与车速的比率决定。驾驶者通过分离离合器(26)进行换挡操作。驾驶者是在离合器分离以前还是以后进行节气门输入操作暗示其是希望进行一档升档操作还是一档或两档降档操作。当离合器(26)分离时，发动机控制器(58)控制发动机(22)转速使其与平顺地再切合离合器所需的速率相匹配。在离合器切合后，发动机的控制权交回驾驶者。基于在离合器分离之后和之前的节气门位置可以确定下一预期的变速齿轮。

Description

用手动变速器将发动机转速与车速匹配的***及方法

技术领域

本发明涉及机动车辆手动变速器的操作。更具体的说，本发明涉及当操作者对车辆的手动变速器进行换档操作时自动将发动机转速与机动车辆的车速相匹配的***及方法。

背景技术

传统的机动车辆，例如汽车，典型地具有在一个相当窄的高转速范围内产生低扭矩的发动机，但是，驱动轮上的高扭矩以及宽范围的较低转速也是移动汽车之必需。因此，为了适应各种不同的驱动条件，发动机的高速低扭矩被汽车上的多速传动***转换为车轮上的低速高扭矩。一个变速比变速器和一对终传动齿轮是这种现有的传动***所具有的典型部件。手动变速器是变速比变速器中一个主要的类型，顾名思义，汽车驾驶员必须利用手动换档器在几种速比中进行选择。换档器可以是类似于杆状的手柄，这种典型结构可以在轿车和卡车中见到；换档器也可以是脚踏板，如在摩托车上见到的一样。

现有技术的手动变速器包括一个被发动机驱动的输入轴，一个由输入轴驱动的副轴，以及一个或多个被副轴驱动的主轴。几对具有不同啮合比的常啮合齿轮被安装在副轴和主轴上。每一对齿轮中的输入齿轮被安装固定在副轴上。这几对齿轮提供前进档的速比。由副轴驱动并且选择性驱动主轴的三齿轮套件可以提供倒档的速比。每一对齿轮中的输出齿轮可以绕主轴自由旋转。利用换档器上的齿套可以将其中一个输出齿轮锁定在主轴上，从而选择一种速比或“档位”。如果高档齿轮的输入速率对主轴速率的数值比率相对于低档齿轮较低时，则这一档位就比其他的档位“高”。这些档位可以通过数字序号来标注。最低的一档为第一档，其次为第二档，其他的前进档位依次类推。机动车辆通常具有多个档位，例如，手动档的轿车，轻型卡车以及摩托车通常都具有5个或6个前进档位。

在机动车辆上的手动变速器可以是同步的，如轿车和轻型卡车上的手动变速器，也可以是非同步的，例如摩托车、赛车以及重型卡车上的手动变速器。当同步手动变速器中的一个齿轮被选择时，一个称为同步器的部件在齿套被锁定之前，在该齿轮和发动机输出轴之间引入摩擦力从而使该选定的齿轮速率与主轴的速率保持一致。

一个离合器总成(后称“离合器”)被用来在换档时分离发动机和变速器输入轴。操作者可以通过踩脚踏板而分离离合器，这种方式经常在轿车和卡车中见到；也可以通过对手柄施加力来分离离合器，这种方式通常可以在摩托车上见到。离合器通常包括一个飞轮，一个与发动机相连的压盘和一个与变速器输入轴相连的离合器片。离合器通过弹簧实现切合，该弹簧迫使压盘挤靠在离合器片上，从而迫使离合器片挤靠在飞轮上。从而，在飞轮与离合器片之间产生的摩擦力使发动机的扭矩传递到传动***的其他部分。离合器通过分离轴承实现分离，该分离轴承克服弹簧的作用力而将压盘拉离离合器片，从而消除飞轮与发动机向变速器传递的扭矩流之间的摩擦力，而有效地断开向传动***的扭矩传递。

现有技术中，车辆在行驶中的换档过程如下。当车辆驾驶者进行一个升档的操作时，即，从低档齿轮换入高档齿轮，需要降低节气门的输入(例如释放轿车的油门踏板)以减少发动机扭矩，并分离离合器(例如踩轿车离合器踏板)以减少发动机传向传动***的扭矩。接着，驾驶者移动换档器到空档。然后，驾驶者进一步减少节气门输入以降低发动机转速，使发动机转速与升档后应达到的较低的变速器输入轴的速率相匹配。该较低的变速器输入轴速率可以通过驱动轮转速、终传动比与下一级变速齿轮的乘积得到。驾驶者继续从空档移动换档器到高档，即，较低的速比，使齿套将新选定的齿轮锁定在输出轴上。最后，驾驶者重新切合离合器(例如松开轿车的离合器踏板)。

驾驶者可以使用两种方式之一进行降档操作，即，从高档位改变到低档位。更经常使用的一种方式是，驾驶者通过再次减少节气门的输入，降低发动机扭矩，并分离离合器以减少发动机向传动***的扭矩传递来进行降档。然后，驾驶者移动换档器到空档。接着，驾驶者增加节气门输入以提高发动机转速，使发动机转速与降档后应达到的较高的变速器输入轴速率相匹配。同样的，较高的变速器输入轴速率可以通过驱动轮转速、终传动比与下一级变速齿轮的乘积得到。驾驶者继续将换档器从空档移动到低档，即，较高的速比，并使齿套将新选定的齿轮锁定在输出轴上。最后，驾驶者重新切合离合器。因为离合器在每一次换档时只需要分离一次，因此这种方式被称为“单离合”方式。

降档的第二种方式需要离合器分离两次，因此被称为“双离合”方式。驾驶者进行降档操作时，先降低节气门输入以减少发动机扭矩，并分离离合器以断开发动机向传动***的扭矩传递。接着，驾驶者增加节气门输入以提高发动机转速，使发动机转速与降档后应达到的较高的变速器输入轴速率相匹配。同样，输入轴的速率可以通过驱动轮转速、终传动比和下一级变速齿轮的乘积得到。同时，驾驶者换档至空档，暂时的重新切合离合器，然后再次分离离合器。在发动机需要平顺的与离合器切合的情况下，当换档操作完成时，平顺地切合离合器所需的发动机转速也就是变速器输入轴的速率，该输入轴的速率同时也与输出齿轮和主轴的速率相匹配，这样就能达到平顺的锁定齿套的目的。离合器在变速器处于空档位置以及较高的发动机转速时发生切合，可以在输出齿轮被锁定在输出轴上之前提高输出齿轮的速率。然后，驾驶者从空档位置移动换档器到低档位置，并且再次切合离合器。与单离合方式相比，双离合方式能使新选齿轮的齿套锁定到输出轴的过程更为平顺。

发明内容

需要解决的问题

如上文所述，离合器片与变速器输入轴相连，飞轮和压盘与发动机输出轴相连。当离合器分离并选择一个档位时，变速器输入轴的速率由驱动轮的转速决定。由于离合器总成的速率被分为一部分由发动机转速决定而另一部分由驱动轮转速决定的两部分，因此，这一过程被称为“发动机转速与行驶车速的匹配”或者“匹配转速”。理想状态下，当离合器再切合时，飞轮和压盘的速率应该与离合器片的速率相等。然而，驾驶者很少能够实现这种状态下的速率相等，而需要依靠实际的离合器切合来达到飞轮和离合器片速率的相等。这种方式会造成飞轮和离合器片的磨损以及传动***的抖动。而这种抖动不仅会降低车内乘客的舒适性，还可能使驱动轮失去牵引力，并且也有可能给车辆的操作带来不便。在刹车的同时进行降档操作尤其困难，因为需要同时对油门踏板、离合器踏板和刹车踏板进行操作。

发明人为Desautels等的专利号为5,569,115的美国专利描述了一个用于手动变速器的发动机转速同步***，该***能帮助实现重型卡车手动变速器的无离合换档。Desautels等人设计了一种换档手柄上的换档开关，一种变速器内的用来判定换档手柄何时被移动到空档位置的位置传感器，和一种变速器输出轴上的速率传感器。这种换档开关和变速器位置传感器通常不用于轻型卡车。并且，这两种装置的结合可能会增加制造成本并且要求驾驶者重新学习如何换档操作。而且，Desautels等人并没有提供一种用于两档降档的方法，并且该专利所揭示的发动机转速同步方法需要在变速器处于空档时才能进行，这增加了同步所需要的时间。

解决上述问题的方法

为了有效解决至少以上问题以及其他问题，本发明利用了机动车辆中现有的发动机计算***，例如发动机控制器(ECU)来实现飞轮速率与离合器片速率之间的匹配，以避免离合器在再切合过程中的传动***的抖动，并实现在不需要车辆驾驶者提供节气门输入的情况下进行一速比的降档操作。

相应地，本发明的实施例提供了一种设计机动车ECU的***及方法，使机动车在行驶过程中利用现有的机动车辆上的感测和控制装置，自动使发动机转速和驱动轮转速在使用手动变速器进行升档或降档的换档过程中达到一个理想的匹配，即，实现“匹配转速”或者“发动机转速和车速的匹配”。

附图说明

本发明的实施例以附图的方式进行举例说明，但是不限于以下附图，附图中的相同的数字代表同样的部件，其中：

图1显示了本发明各实施例均可适用的机动车辆中典型的离合器总成；

图2显示了本发明各实施例均可适用的机动车辆中典型的全轮驱动传动***；

图3a、3b为根据本发明一个实施例的发动机转速与车速相匹配的流程图；

图4为根据本发明一个实施例的发动机转速与车速相匹配的附加流程图；

图5为根据本发明一个实施例的发动机转速与车速相匹配的再一附加流程图；

图6显示了本发明中各实施例均可适用的全时四轮驱动车辆上的典型的传动***；

图7显示了本发明中各实施例均可适用的非全时四轮驱动车辆上的典型的传动***；

图8显示了本发明中各实施例均可适用的典型的摩托车传动***。

具体实施方式

为了简单清楚地说明本发明的实施例，实施例的原理主要通过示例来描述。为了更清楚的理解各实施例，下文将对实施例的细节进行描述。但显然，对于本领域普通技术人员而言，实施例的实施并不局限于这些细节。为了更清楚的描述实施例，其他众所周知的方法和结构将不详细描述。

图1描述了机动车辆(例如汽车)中一种典型的离合器机构或总成26的侧视图，本发明的各实施例均可以适用该图。为了说明的目的，图1显示的离合器总成26处于分离状态；然而需要注意的是，离合器总成26通常情况下是切合的。车辆驾驶者需要压住离合器踏板或手柄并保持其被压状态才能分离离合器。车辆驾驶者可以是司机或任何操作车辆的其他人员。如图1所示，离合器总成26的一端通过用来驱动飞轮27的发动机输出轴23与车辆的发动机(未显示)相连。离合器总成26的另一端通过变速器输入轴35与车辆的变速器相连。导向销31连接在离合器盖28上，离合器盖与飞轮27相连。离合器片29通过花键被安装在变速器输入轴35上，这些花键允许离合器片29沿着变速器输入轴35的轴移动。压盘30上的膜片弹簧32可以产生将离合器片29夹紧到飞轮27上的力。飞轮和离合器片之间的摩擦力允许发动机的扭矩从发动机输出轴23传递给变速器输入轴35。当驾驶者进行分离离合器的操作时，来自离合器主缸(未显示)的承压流体进入到从动缸34中，引起分离轴承33压向膜片弹簧32的中心部分。当压力作用在膜片弹簧32的中心部分时，导向销31引起膜片弹簧32将压盘30拉离离合器片29。这样就消除了飞轮27和离合片29之间的摩擦，从而断开发动机向变速器输入轴35的扭矩传递。

图2显示了具有带发动机输出轴23的发动机22的全轮驱动车辆中的典型传动***200。传动***200利用了如图1所示的离合器总成26，选择性地传递发动机扭矩给变速器输入轴35，该变速器输入轴35驱动带双输出的五速手动变速器37，该变速器37驱动车辆的后驱动轴45(第一输出)和前驱动轴51(第二输出)。后驱动轴45驱动一个具有小齿轮47、齿圈48和差速器49的后差速器总成46。后差速器总成46分配所得到的扭矩并允许驱动车辆后轮的两个半轴50上的转速有所不同。前驱动轴51通过一个全轮驱动离合器52传递扭矩给一个前差速器总成53。当路面较滑时，该全轮驱动离合器52传递扭矩给前轴；当车辆在粗糙路面拐弯时，该全轮驱动离合器52允许后驱动轴45和前驱动轴51之间的速率不同。前差速器总成53分配所得到的扭矩并允许用来驱动前轮的右前半轴54和左前半轴55之间的速率有所不同。传动***200包括一个发动机控制器(ECU)58，该发动机控制器(ECU)58用来控制发动机转速，利用发动机转速传感器(未显示)来感测或探测发动机输出轴23上的发动机转速，在差速器49上感测或探测车速，并且接收来自节气门位置传感器59以及离合器主缸上的离合器位置传感器60的输入信号，这些属于本领域的常识。发动机转速传感器、节气门位置传感器以及离合器位置传感器可以是公知的电式、机械式或者是机电式传感器。

我们将五速手动变速器37内预先确定或预先定义的五种档位的变速器输入速率(即当离合器完全切合而不存在滑转时的发动机转速)对变速器输出速率的比率设为r₁，r₂，r₃，r₄和r₅，并且将齿圈48对小齿轮47的终传动比设为r_f。因此，所有的传动速比和相应的表达式为：

r_1f＝r₁*r_f         第一齿轮

r_2f＝r₂*r_f         第二齿轮

r_3f＝r₃*r_f         第三齿轮

r_4f＝r₄*r_f         第四齿轮

r_5f＝r₅*r_f         第五齿轮

在另一个实施例中，车速是在后驱动轴45上而不是在差速器49上感测的，因此，所有的传动速比的计算方法与上述方法相同，只是应去掉每个比率中的r_f项。

下面根据本发明的一个实施例，参照图3～5中的流程图，说明如何利用现有技术中的ECU通过手动变速器的传动***，例如传动***200，自动使发动机转速与机动车辆的车速相匹配。当车辆发动机在运行过程中，ECU58是连续的执行这些流程的。

在一个实施例中，这些流程将由一个离合器管理模块来执行。离合器管理模块是指一个或多个包含计算机可执行程序指令的软件程序、应用软件或模块。这些程序指令包括任何能够被ECU58上的习知处理器识别或兼容的例如由C、C++、C#、Java或其他类似的计算机编程语言所产生的代码。离合器管理模块可以被存储在ECU内部，例如被存储在ECU内的存储芯片中。然而，也可以考虑另外一些实施例，将离合器管理模块存储在ECU的外部，但是仍然保持ECU对离合器管理模块的可读以执行流程300。

现在参见如图3a所示的流程300，在310阶段，ECU58以本领域中能被普遍理解的方式，例如通过车辆驾驶者，接收切合离合器的指示或确认。

在320阶段，ECU58首先将一个代表被选变速齿轮的预定变量设定为0，因为ECU58此时并不知道被选择的是何种齿轮。为了更好的说明，将该预定变量设为x；因此，ECU58设定x＝0。

然后，ECU58执行如下的工作。对于第一步的设定工作，ECU58首先在332阶段设定另一个变量，例如r_c，为观测或监测得到的发动机转速对车速的比率，即，观测得到的传动速比。接着，在每一个预定的周期性的读取前述传动***200上相关传感器所测得的发动机和车辆在预定时间间隔内的速率的过程中，ECU58将观测得到的传动速比r_c与计算得到的传动速比r_if进行比较，其中，r_if中的“i”代表每一个变速齿轮，例如，在五速手动变速器中其值为1至5。在334阶段，如果发现观测得到的速比约等于一个传动速比，例如，如果观测得到的速比和五速手动变速器37中任何一个预定传动速比之间的差值在一个预定的公差或极值范围内，则ECU58假定驾驶者已经选择了与这个传动速比相对应的变速齿轮，同时x被设定为x＝i，其中，i为变速齿轮序号(例如在五速手动变速器中，i＝1～5)。否则，ECU58继续在每次对观测得到的传动速比r_c进行周期性读取时做这样一个判定。上述的公差为离合器滑转以及发动机转速和车速传感器的信号噪音的容差。

在342阶段，ECU58监测并周期性的存储来自驾驶者的节气门输入装置(例如油门踏板)的位置信息，这些信息可以通过现有的节气门传感器感测到。为了更好的说明，节气门位置被设为变量a。

在352阶段，ECU58进一步监测由驾驶者操作的离合器(例如离合器踏板)的位置直到接收到离合器分离的信息。在356阶段，一旦离合器分离，***暂停一个预定的短时间p，然后读取节气门位置信息，此时，节气门位置被设为b。之所以要暂停一个短时间，是因为此时ECU58能够比在驾驶者操作节气门和离合器时更快的连续读取传感器信息。

需要注意的是，发动机转速对车速的观测得到的传动速比r_c在车辆停止但发动机仍然运转的情况下为无穷大。在这种情况下，ECU58继续执行332、334中第一步的设定工作，读取发动机转速和车速并与已知的传动速比相比较。驾驶者通常从第一档起步；但是，流程300适用于驾驶者从任意档位开始起步。而且，在发动机没有熄火的情况下，车辆起步时发生一定的离合器滑转也是必要的。

如图3a所示及上文所述，当离合器完全切合时，不会发生滑转(在310阶段)，ECU58能够判定驾驶者选择的档位(在332和334阶段)。下面举例说明典型的一档升档过程。假设驾驶者最初选择了第一档位，即x＝1。然后，驾驶者在第一档加速到至少等于从第一档升到第二档所需要的最小速率，然后通过部分的释放节气门并分离离合器进行一个升档操作。驾驶者进一步释放节气门以便降低飞轮27的速率以匹配升档后应达到的离合器片29的速率，接着，驾驶者经过空档从第一档移动换档器到第二档。然后驾驶者重新切合离合器以完成升档操作。

图3b为根据本发明的一个实施例描述紧接在图3a之后进行的流程300。通过利用离合器分离之前的相关节气门位置a和离合器分离之后的相关节气门位置b(分别在图3a中的342和356阶段)来推定驾驶者所意图的换档操作。因此，在360阶段，ECU58估算被存储的节气门位置信息之间的差别，校核车速是否超过预定的升档的最小速率，并校核当前所选择的变速器档位。

在370阶段，ECU58在360阶段的估算和校核的基础上，判断驾驶者是否意图升档。如果先前的节气门位置“a”大于当前的节气门位置“b”，即b-a<0，并且车速大于预定的升档应达到的最小值，并且当前的档位比可用的变速器最高档要低，例如x<5，则ECU58推定驾驶者意图进行一个一档升档操作，例如从第一档换到第二档。并且可以得到与升档之后高档齿轮对应的速比r_new。ECU58对于从第二档到第三档、从第三档到第四档等从低档到任意可用的低于最高档位的高档位的升档操作，执行一个相似的判定工作。上述为达到升档的匹配转速所要求的最小速率允许驾驶者在第一档位置时通过连续的切合和分离离合器低速行驶。在这种情况下，离合器分离并不意味着驾驶者希望升档。如果驾驶者选择在达到最低速率以前进行升档操作，则ECU58只需要等到离合器的切合之后再重新开始对离合器切合的正常操作。

与升档操作相比，降档操作可以不按顺序并且按照本发明几个实施例中之一的方式根据当前所选择的档位来执行。从第二档(x＝2)或第三档(x＝3)的降档操作可认为是连续的，即一档降档。对于从第四档或更高档位的降档操作，驾驶者被认为可以选择一档降档或两档降档。本发明的不同实施例在一档降档或两档降档过程中既可以适用单离合操作也可以是适用双离合操作。下文通过举例详细说明在一档降档和两档降档过程中典型的单离合和双离合操作方式。

第一个例子用来说明利用单离合操作执行一档降档或两档降档的过程，在该例中假定车辆在第三档以一个恒定的速率行驶。驾驶者通过释放节气门和分离离合器启动一个降档操作。驾驶者然后增加节气门的输入量以提高离合器飞轮27的速率使之与离合器片29在换档后应达到的速率相匹配。然后，驾驶者将换档器从第三档经过空档移动到第二档。最后，驾驶者重新切合离合器以完成降档操作。

第二个例子用来说明利用双离合器操作进行一档降档，在该例中假定车辆在第三档以一个恒定的速率行驶，驾驶者通过释放节气门并分离离合器启动一个降档操作。然后驾驶者增加节气门的输入以提高离合器飞轮27的速率使之与离合器29在换档后应达到的速率相匹配。接着，驾驶者将换档器从第三档移动到空档。当换档器在空档时，驾驶者重新切合离合器然后再次分离离合器。这样做的目的是使变速器输入轴的速率达到能平顺切合第二档的速率。然后，驾驶者从空档移动换档器到第二档。最后，驾驶者重新切合离合器以完成降档操作。

第三个例子用来说明利用双离合操作来执行两档降档，在该例中假定车辆在第四档以一个恒定的速率行驶。驾驶者通过完全释放节气门并分离离合器开始进行两档降档操作。然后，驾驶者将换档器从第四档移至空档。当换档器处于空档位置时，驾驶者重新切合离合器并增加节气门输入以提高变速器输入轴的速率使其达到能够平顺切合第二档的速率。接着，驾驶者再一次分离离合器并将换档器从空档移至第二档。同时，驾驶者操纵节气门使离合器飞轮27的速率与离合器片29在换档后应达到的速率相匹配。最后，驾驶者切合离合器以完成两档降档操作。

随后，回到图3b中的370b阶段，ECU58基于360阶段的估算和校核，判断驾驶者是否意图进行降档操作。如果当前的节气门位置“b”等于或大于先前的节气门位置“a”，即b-a≥0，则ECU58推定，在降档示例中驾驶者意图进行从第三档到第二档的一档降档操作，并且得到与低档齿轮相应的速比r_new。需要注意的是，ECU58可以进一步执行针对从第二档到第一档的一档降档操作的相似的判断。因此，即使驾驶者在换档之前完全释放节气门并且在离合器分离以后不增加节气门输入，例如b-a＝0，ECU58也能保持对一档降档操作的推定工作。这就使得驾驶者在刹车或向下滑行时能轻松降档。

如果车辆在高于第三档的档位上运行，例如在第四档或第五档，驾驶者可以选择一档或两档降档操作，或者单离合或双离合操作。通过另一个区分一档和两档降档操作的方法，也能够利用存储的节气门位置“a”和“b”之间的差异来判断驾驶者的换档意图。在370b阶段，如果在离合器分离以后，当前的节气门位置“b”小于节气门最大开度的50％左右，并且在离合器分离之前节气门位置“b”等于或大于节气门位置“a”，即b-a≥0，则ECU58推定进行了一档降档操作，并得到与低档齿轮对应的速比r_new。

在370c阶段，如果在离合器分离以后当前的节气门位置b等于或大于在节气门最大开度的50％左右，并且在离合器分离之前，节气门位置b大于节气门位置a，即b-a≥0，则ECU58推定进行了一个两档降档操作，并且得到与低档齿轮对应的速比r_new。

根据本发明的一个实施例，当驾驶者的换档意图被判断以后，ECU58执行如图4所示的流程500中的附加程序。

在410阶段，ECU58对发动机输出轴23上的发动机转速进行判断，该发动机转速应当符合并达到在离合器切合时离合器片29的速率。升档后达到的高档齿轮或者降档后达到的低档齿轮被切合时，离合器片29的速率应当等于对应与该高档齿轮或低档齿轮的所有传动速比与当前观测得到的车速的乘积。表达式如下：

0_i＝r_if*车速＝r_i*r_f*车速，

其中，i为前述高档齿轮或低档齿轮的序号。当离合器分离时，车速和发动机转速在地形、空气阻力以及机械摩擦等因素的影响下是持续变化的。

在420阶段，ECU58自动调节发动机转速以达到期望的速率，即当离合器处于分离状态时的离合器片29的速率0i。当离合器重新切合时，无论该期望的发动机转速是否达到，ECU58都将发动机转速交回驾驶者控制。如果期望的发动机转速处于发动机可接受的范围之外，发动机转速的控制权仍然交回给驾驶员，ECU回到310阶段重新启动流程300。因此，例如，在升档的操作中，如果期望的发动机转速被判定处在怠速之下，ECU58在离合器重新切合之前将发动机转速的控制权交回驾驶者，并等待离合器的切合以重新开始流程300。同样的，在降档过程中，如果期望的发动机转速被判定为处于发动机红线之上，发动机转速的控制权也被立即交回驾驶者。

在430阶段，当ECU58在离合器分离时调节发动机转速达到一个期望值时，ECU58以一个预定的周期持续的监测离合器的位置以判断离合器何时被重新切合。

根据本发明的一个实施例，在利用双离合进行一档降档操作时，ECU58执行流程400中的附加程序。尤其是在440阶段，当离合器在双离合操作中重新切合时，ECU58暂停一个预定的短时间p，并再次校核离合器的位置。如果离合器保持切合状态，ECU58推定驾驶者正在进行一个单离合操作，于是从310阶段重新启动流程300。如果发现离合器是第二次分离，ECU58推定驾驶者正在执行双离合操作。于是ECU58重新进行监测车速并对期望的发动机转速进行判断，以使发动机达到期望转速的工作，并且在410、420和430阶段监视离合器的位置。当双离合方式的降档操作完成时，如同在单离合操作中一样，驾驶者保持离合器的切合状态，并且ECU58从310阶段重新执行流程300。

在以双离合方式进行两档降档操作时，ECU58执行一个附加程序来完成这一降档操作。尤其是，因为驾驶者在第一次离合器分离时(图3a中的352阶段)没有增加节气门的输入，ECU58首先推定完成了一档降档操作，即r_new＝(x-1)^th速比。在432阶段，ECU校核是否执行了一档降档操作并校核当前的档位是否足够高以至于两档降档操作能被执行，例如在第四档位或更高(假定从第二档和第三档的降档是连续的)。如果两个条件都符合，则ECU执行流程500。发动机转速的控制权在离合器重新切合时(图4的430阶段)交回驾驶者。当变速器处于空档时，传动***的速率与发动机转速无关。这一事实被ECU58在流程500中充分利用，如图5所示。

因此，在本发明的一个实施例中，如图5中的流程500所示，当ECU58在440阶段暂停一个预定的时间p时，其仍然持续的观测或监测发动机和车速(在510阶段)以判断观测得到的发动机转速是否上升到超过下一较低档位，例如第三档的传动速比，并且超过一个预定的公差(在520阶段)。如果没有，则ECU58继续监测发动机转速和车速直到预定的时间p经过，同时，ECU58还要在440阶段进行如上所述的一个判断。如果是，则ECU58可以推定执行了一个两档降档操作，例如从第四档到第二档。这样，ECU58重新定义对应的速比r_new，该速比为一档降档齿轮对两档降档齿轮(例如530阶段的第二档齿轮)的比率。因此，根据图4所示，当离合器被驾驶者再次分离时，ECU58回到410、420和430阶段，对车速进行监测，并对在530阶段被重新定义的发动机期望速率进行判断，使发动机转速与该期望速率相匹配，并且监测离合器位置。当该换档操作完成时，驾驶者保持离合器切合状态，发动机转速控制权被交回驾驶者，并且ECU58再一次重新执行流程300。

在换档过程中也有可能利用本领域公知的闭环控制策略来实现发动机转速的控制，其中，控制变量为发动机转速，参考变量为以上各实施例中在换档过程被确定的期望的发动机转速。而且，可以基于车辆的发动机类型选择合适的闭环控制策略以使实际发动机转速与期望发动机转速相匹配。例如，火花点燃式发动机转速通常由一个节气门控制；而柴油发动机转速则由燃料传送率来控制。

图6显示了一个典型的全时四轮驱动的传动***600，在图3～5中描述的方法也同样适用于该传动***600。传动***600包括带有输出轴23的发动机22。一个离合器总成26可以选择性的传递发动机扭矩给用来驱动五速手动变速器36的变速器输入轴35，该变速器36还具有一个传递扭矩给全时分动箱39的变速器输出轴38。一个行星齿轮组41允许驾驶者通过一个换档器在一个低传送比和一个高传送比之间进行选择。一个桥间差速器42在一个后驱动轴45和用来驱动前驱动轴51的链传动装置43之间分配扭矩，并允许在后驱动轴45和前驱动轴51之间存在速率差。后驱动轴45驱动一个具有一个小齿轮47、一个齿圈48和一个差速器49的后差速器总成46。差速器49对得到的扭矩进行分配并允许驱动车辆后轮的两个后半轴50之间的存在速率差。前驱动轴51传递扭矩给一个前轴差速器总成53，该总成53分配得到的扭矩并允许驱动前轮的一个右前半轴54和一个左前半轴55之间存在速率差。通过图2所示的传动***200，ECU58可以使用已知的方法控制发动机22的速率。ECU58通过本领域通用的传感器感测发动机输出轴23上的发动机转速、桥间差速器42上的车速、行星齿轮组41上所选择的传送比、59上的节气门位置以及离合器主缸60上的离合器位置。

我们再次将变速器输入速率(发动机转速)对变速器输出速率的比率设为r₁，r₂，r₃，r₄和r₅。行星齿轮组41可以形成一个低传送比r_t，low和一个高传送比r_t，high。因此，所有的传动速比及相应的表达式为：

r_1Lf＝r₁*r_t，low        1L

r_2Lf＝r₂*r_t，low        2L

r_3Lf＝r₃*r_t，low        3L

r_4Lf＝r₄*r_t，low        4L

r_5Lf＝r₅*r_t，low        5L

r_1Hf＝r₁*r_t，high       1H

r_1Hf＝r₂*r_t，high       2H

r_1Hf＝r₃*r_t，high       3H

r_1Hf＝r₄*r_t，high       4H

r_1Hf＝r₅*r_t，high       5H

当低传送比被选择时，通常利用传感器来提示驾驶者，例如在仪表板上点亮一个指示灯。ECU58利用这一传感器的输出通过与观测得到的速比相比较以选择一个合适的传动速比。例如，如果传感器提示低传送比被选择，则ECU会将观测得到的速比与已知速比1L、2L、3L、4L和5L进行比较。在另外的实施例中，如果没有指示选择的是何种传送比，则该传送比和被选的变速器传动比都将从发动机转速对车速的比率来判定。在该实施例中，ECU将把观测得到的速比与所有十个已知的传动速比进行比较。

根据本发明的一个实施例，在升档的速率匹配中，存在两个单独的最小速率值。这两个速率值可以根据当前的档位齿轮x是1L还是1H来设置。ECU58推定当车辆在行进中利用离合器进行的换档仅涉及变速齿轮的改变。因此，即使变速器传动比和传送比的结合会高于5L或者低于1H，ECU58也无法识别从5L档的升档操作和从1H档的降档操作。但是，驾驶者在改变传送比时可以不需要使用离合器并且因而也可以不需要执行图3～5中描叙的流程。因此，为了以与上述流程相同的方式来执行该操作，需要将新的传动速比与来自分动箱的信号相结合，并以此更新对被选齿轮的判断。

图7描述了一个非全时四轮驱动的传动***700，该传动***700可以同样的适用图3～5中的流程。该传动***700包括一个具有输出轴23的发动机22。一个离合器总成26可选择的传递发动机扭矩给一个变速器输入轴23，该输入轴23驱动一个具有输出轴38的五速手动变速器36，输出轴38传递扭矩给一个非全时分动箱40。行星齿轮组41允许驾驶者通过换档器在低传送比和高传送比之间进行选择。一个链传动装置43传递扭矩给一个齿式离合器44，驾驶者可以利用换档器通过该齿式离合器44选择切合前驱动轴51。因为在前驱动轴和后驱动轴之间不允许存在速率差，所以，车辆利用齿式离合器44的分离可以在干燥路面上使用两轮驱动模式。后驱动轴45驱动一个具有小齿轮47、齿圈48和差速器49的后差速器总成46。差速器49分配得到的扭矩并允许驱动车辆后轮的两个后半轴50之间存在速率差。前驱动轴51传递扭矩给一个前轴差速器总成53，该差速器总成53分配得到的扭矩并允许驱动前轮的右前半轴54和左前半轴55之间存在速率差。如上所述，ECU58可以利用任何已知的方式来控制发动机22的速率。因此，ECU58再一次利用本领域可用的并可理解的传感器来感测发动机输出轴23上的发动机转速、后差速器49上的车速、行星齿轮组41上选择的传送比、59上的节气门位置以及离合器主缸60上的离合器位置。

将变速器输入速率(发动机转速)对变速器输出速率的比率设为r₁，r₂，r₃，r₄和r₅。行星齿轮组41形成低传送比r_t，low和高传送比r_t，high。齿圈48和小齿轮47形成终传动比r_f。因此，全部的传动速比及对应的表达式为：

r_1Lf＝r₁*r_t，low*r_f    　  1L

r_1Lf＝r₂*r_t，low*r_f        2L

r_1Lf＝r₃*r_t，low*r_f        3L

r_1Lf＝r₄*r_t，low*r_f        4L

r_1Lf＝r₅*r_t，low*r_f        5L

r_1Hf＝r₁*r_t，high*r_f       1H

r_1Hf＝r₂*r_t，high*r_f       2H

r_1Hf＝r₃*r_t，high*r_f　　   3H

r_1Hf＝r₄*r_t，high*r_f　　　 4H

r_1Hf＝r₅*r_t，high*r_f　　　　5H

在另外的实施例中，车速在后驱动轴45被感测而不是在差速器49。全部的传动速比仍然与上述相同但是应在每一个比率中去掉r_f项。

当低传送比被选择时，通过设置传感器来提示驾驶者，例如通过点亮仪表板上的指示灯。ECU58使用传感器的输出来选择合适的传动速比设置对观测得到的速比进行比较。在升档的转速匹配中，需要根据当前的齿轮x是否为1L还是1H来设置两个单独的最小速率要求。ECU58推定当车辆在行进中利用离合器换档仅涉及变速齿轮的改变。因此，即使变速器传动比和传送比的结合会高于5L或者低于1H，ECU58也无法识别从5L档的升档操作和从1H档的降档操作。但是，驾驶者改变传送比时可以不需要使用离合器而无需改变图3～5中描叙的流程。因此，为了以与上文中描述的流程相同的方式来执行该操作，需要监测新的传动速比和来自分动箱的信号，并以此更新对被选齿轮的判断。

图8描述了也可以适用图3～5中流程的一种典型的摩托车传动***800。传动***800包括具有输出轴23的发动机22，该输出轴23驱动一个初传动装置24，该初传动装置24驱动轴25，轴25驱动一个离合器总成26。一个输入轴35驱动一个多速手动变速器36，变速器36具有一个驱动终传动装置56的输出轴38，终传动装置56驱动后轮毂57。如上文所述，ECU58可以利用任何已知的方式控制发动机22的转速。ECU58利用本领域中可用的并可理解的通用传感器感测发动机输出轴23上的发动机转速、后轮毂57上的车速、59上的节气门位置以及离合器主缸60上的离合器位置。

将变速器输入速率(发动机转速)对变速器输出速率的比率设为r₁，r₂，r₃，r₄和r₅。初传动装置24包括一个连接两个链轮的链条，两个链轮之间形成一个初传动比r_p。终传动装置56包括一个连接两个链轮的链条，该链条形成一个终传动比r_f。因此，可适用的传动速比及对应的表达式为：

r_p*r₁*r_f　　　  第一

r_p*r₂*r_f　　　  第二

r_p*r₃*r_f        第三

r_p*r₄*r_f        第四

r_p*r₅*r_f        第五

在另外的实施例中，车速通过变速器输出轴38被感知而不是后轮毂57。全部的传动速比与上述相同但是去掉每一个比率中的r_f项。

摩托车通常具有顺序选档的机构，该机构不允许进行两档降档操作，也不具有空档位置，因此不可能使用双离合方式进行降档操作。一些轿车也设置了顺序选档变速器。对于配备有顺序选档变速器的车辆，如果在离合器分离之后节气门的位置等于或大于在离合器分离之前节气门的位置时，ECU58推定进行了一档降档操作。因此，图3～5中描绘的流程也能适用于这种情况，但是不存在任何针对两档降档操作或双离合降档操作的附加程序。

也存在一些其他的可用的针对轿车、卡车和摩托车的传动***。例如，前轮驱动轿车将变速器和差速器总成结合成一个装置——驱动桥。另外的***可选项是变速齿轮的数量。针对本发明各个实施例的说明都是假定变速器为五速。其实，可以理解的是，这些实施例同样适用于具有不同数量齿轮比的变速器。而且，这里举例说明了两档降档操作允许从第四档或更高档开始，其实，两档降档也允许从第三档开始进行。

概括的说，通过对传动速比的相应计算，并在传动***的换档过程中判断期望的发动机转速，可以将图3～5中描述的流程适用于所有的传动***。

本说明书所描述的内容仅仅针对实施例以及实施例的一些变化。换句话说，以上说明及附图仅仅是用于举例而并不是对本发明的限制。本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明主题的精神和范围的情形下，这些实施方式可以进行变化，本发明主题的范围限定在所附权利要求及其等同物中，其中的术语应当以其最广泛的合理的含义来理解，除非不同的意思被指出。

Claims (10)

1.一种对具有传动***的车辆的操作进行控制的方法，其中，该传动***包括发动机、感测发动机转速的发动机转速传感器、手动变速器、与发动机和手动变速器连接的离合器、感测离合器切合或分离的离合器传感器、连接在车辆上感测车速的车速传感器、节气门输入装置以及感测节气门输入装置的节气门位置的节气门传感器；所述的方法包括以下步骤：

(a)从离合器传感器感测离合器的第一次切合；

(b)当离合器处于第一次切合状态时，利用车速传感器感测第一车速；

(c)当离合器处于第一次切合状态时，利用发动机转速传感器感测发动机的第一发动机转速；

(d)基于至少第一车速和第一发动机转速确定手动变速器的被选变速齿轮；

(e)当离合器处于第一次切合状态时，利用节气门传感器感测并存储节气门输入装置的第一节气门位置；

(f)利用离合器传感器感测离合器紧接在第一次切合之后的第一次分离；

(g)当离合器处于第一次分离状态时，利用节气门传感器感测并存储节气门输入装置的第二节气门位置；

(h)当离合器处于第一次分离状态时，利用车速传感器感测第二车速；

(i)基于至少第一节气门位置、第二节气门位置和被选变速齿轮，确定手动变速器的下一预期变速齿轮；

(j)基于下一预期变速齿轮和第二车速，确定发动机的发动机转速的期望值；

(k)自动调节发动机转速以达到所述的期望值；

(l)利用离合器传感器感测离合器是否在紧接着第一次分离之后的第二次切合中被重新切合；以及

(m)当感测到离合器处于第二次切合状态时，从步骤a开始重复所述的方法。

2.根据权利要求1所述的方法，当感测到离合器处于第二次切合状态并且在从步骤a开始重复所述方法的步骤之前，所述方法进一步包括如下步骤：

(n)在预定时间之后，利用离合器传感器进一步感测离合器是否保持在第二切合状态或者处于紧接着第二次切合之后的第二次分离状态。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括如下步骤：

在预定时间之后，当进一步感测到离合器保持在第二切合状态时，进行从步骤a开始重复所述方法的步骤。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括如下步骤：

当进一步感测到离合器处于第二次分离状态时，从步骤j开始重复所述方法。

5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括如下步骤：

当离合器处于第二切合状态时，利用车速传感器感测第三车速；

当离合器处于第二切合状态时，利用发动机转速传感器感测发动机的第二发动机转速；以及

判断第二发动机转速是否大于预定公差和结果值之总和，其中，所述结果值是第三车速和与被选变速齿轮相邻的较低的变速齿轮的传动速比之积。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括如下步骤：

当判定第二发动机转速大于所述总和时，确定下一个比被选变速齿轮低两级的变速齿轮，并进行所述方法中的步骤(n)。

7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括如下步骤：

当判定第二发动机转速小于或等于所述总和时，进行所述方法中的步骤n。

8.根据权利要求1所述的方法，其中确定被选变速齿轮的步骤d包括如下步骤：

确定第一发动机转速对第一车速的观测得到的传动速比；

计算手动变速器中多个可用的变速齿轮中的每一个变速齿轮的传动速比；

将观测得到的传动速比与计算的传动速比相比较，以便在预定公差范围之内找到匹配的速比；以及

基于所述匹配的速比，确定被选变速齿轮。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，感测和存储第二节气门位置的步骤g包括如下步骤：

在紧接着感测所述离合器第一次分离之后的一个预定时间经过以后，感测并存储第二节气门位置。

10.根据权利要求1所述的方法，其中确定下一预期变速齿轮的步骤i包括如下步骤：

当第二节气门位置小于第一节气门位置，第一车速大于预定的升档所需的最小速率，并且被选变速齿轮低于手动变速器中可用的最高变速齿轮时，将比被选变速齿轮高一级的变速齿轮设定为下一预期变速齿轮；

当第二节气门位置基本上等于或大于第一节气门位置，并且被选变速齿轮是比手动变速器中可用的最低的变速齿轮高一级或者高两级的变速齿轮时，将比被选变速齿轮低一级的变速齿轮设定为下一预期变速齿轮；

当第二节气门位置基本上等于或大于第一节气门位置，第二节气门位置小于节气门输入装置最大节气门位置的50％，并且被选变速齿轮至少比可用的最低变速齿轮高三级时，将比被选变速齿轮低一级的变速齿轮设定为下一预期变速齿轮；以及

当第二节气门位置大于第一节气门位置，第二节气门位置大于节气门输入装置最大节气门位置的50％，并且被选齿轮至少比可用的最低变速齿轮高三级时，将比被选变速齿轮低两级的变速齿轮设定为下一预期变速齿轮。

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