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技术领域

本发明涉及车辆变速器装置，包括与变速器挡位选择相关的方法和系统。

背景技术

动力传动系统(例如在车辆上采用的)包括原动机，其产生扭矩和速度 形式的机械功率，扭矩和速度通过变速器传递到驱动系统。驱动系统可包括 可旋转的车轮，其产生用于推进的牵引功率。操作者采用接口装置(例如挡 位选择器)，以选择用于运行的期望的变速器挡位，其可包括驻车、倒车、 中性、驱动和其他已知挡位。变速器包括一些形式的控制器，其包括电气的、 电子的、电机械的、液压和其他的部件和系统，其控制变速器的运行，包括 在操作者选择的挡位之间换挡，和在固定传动比之间自动切换。这可包括响 应于操作者扭矩请求、发动机速度和载荷和其他因素基于预定校准而运行在 多个固定比挡位中的一个。挡位选择器经由机械器件或经由电气和/或电子信 号可控地连接到控制器。后一联动装置通常称为“线控换挡”结构。

发明内容

描述一种用于监测变速器挡位选择器的方法所述变速器挡位选择器连 接到动力传动系统的变速器。变速器挡位选择器指示多个挡位中的一个，多 个挡位包括驻车、倒车、空挡和前进。方法包括，在检测到目标变速器挡位 的改变时，监测从车载传感器输出的信号是否指示变速器的所实现挡位位置。 在从车载传感器输出的信号不指示目标变速器挡位已经实现时，监测变速器 不正确方向指标，监测变速器意外推进指标，且监测与实现目标变速器挡位 相关的指标。在变速器不正确方向指标、变速器意外推进指标和目标挡位实 现逝去时间指标中的任何一个被超过时检测出故障。

根据本发明的一个方面，提出一种用于监测变速器挡位选择器的方法， 所述变速器挡位选择器连接到动力传动系统的变速器，其中变速器挡位选择 器指示多个挡位中的一个，所述多个挡位包括驻车、倒车、空挡和前进，方 法包括：

在检测到目标变速器挡位改变时，监测从车载传感器输出的信号是否指 示变速器的所实现的挡位位置；和

在从车载传感器输出的信号不指示已经实现目标变速器挡位时：

监测变速器不正确方向指标，

监测变速器意外推进指标，且

监测与实现目标变速器挡位相关的指标；和

在变速器不正确方向指标、变速器意外推进指标和目标挡位实现逝去时 间指标中的任何一个被超过时，检测出故障。

优选地，其中检测目标变速器挡位的变化包括检测以下改变之一：从驻 车到倒车、驻车到空挡、驻车到前进、倒车到驻车、倒车到空挡、倒车到前 进、前进到驻车、前进到倒车或前进到空挡。

优选地，方法进一步包括，在检测到目标变速器挡位向驻车挡位的改变 时，监测与实现驻车挡位相关的接合时间，其中在驻车挡位中通过传感器监 测到变速器的有效、无打滑接合而检测出实现了驻车挡位，且在接合时间超 过临界值时检测出故障。

优选地，其中监测变速器不正确方向指标包括，采用变速器挡位模式阀 位置传感器、变速器旋转速度传感器和压力传感器中的一个监测变速器扭矩 容量方向，且将变速器扭矩容量方向与输出构件的期望旋转方向比较，所述 期望旋转方向基于变速器挡位选择器所指示的目标变速器挡位确定。

优选地，其中监测变速器意外推进指标包括，监测与来自变速器的实际 推进相关的参数，并将实际推进与期望推进比较。

优选地，其中监测与来自变速器的实际推进相关的参数包括，监测变速 器离合器的离合器扭矩容量。

优选地，方法进一步包括在变速器不正确方向指标、变速器意外推进指 标和逝去时间指标在期望范围中时，检测出变速器挡位选择器没有故障。

优选地，其中监测从车载传感器输出的信号是否指示变速器的所实现的 挡位位置包括，监测从变速器挡位模式阀位置传感器、变速器旋转速度传感 器和压力传感器中的一个输出的信号是否指示变速器的所实现的挡位位置。

根据本发明的另一方面，提出一种用于监测操作者请求的车辆行进方向 和连接到动力传动系统变速器的变速器挡位选择器的方法，其中变速器挡位 选择器指示多个挡位中的一个，所述多个挡位包括驻车、倒车、空挡和前进， 方法包括：

在检测到操作者请求的车辆行进方向的期望改变时：

监测从变速器的变速器挡位模式阀位置传感器输出的信号，用于确定是 否指示了所实现的变速器挡位；

监测与实现目标变速器挡位相关的变速器不正确方向指标、变速器意外 推进指标和逝去时间指标；和

在从变速器挡位模式阀位置传感器输出的信号没有指示已经实现目标 变速器挡位时，在变速器不正确方向指标、变速器意外推进指标和逝去时间 指标中的任何一个被超过时检测出故障。

优选地，方法进一步包括，在检测到目标变速器挡位向驻车挡位的改变 时监测与实现驻车挡位相关的接合时间，其中在驻车挡位中通过传感器监测 到变速器的有效、无打滑接合而检测出实现了驻车挡位，且在接合时间超过 临界值时检测出故障。

优选地，，其中监测变速器不正确方向指标进一步包括监测变速器挡位 模式阀位置传感器、变速器旋转速度传感器和压力传感器中的一个，以确定 变速器扭矩容量方向，且将变速器扭矩容量方向与输出构件的期望旋转方向 比较，所述期望旋转方向基于通过变速器挡位选择器指示的目标变速器挡位 而确定。

优选地，其中监测变速器意外推进指标包括，监测与来自变速器的实际 推进相关的参数和将实际推进与期望推进比较。

优选地，其中监测与从变速器而来的实际推进相关的参数包括监测变速 器离合器的离合器扭矩容量。

优选地，方法进一步包括在变速器不正确方向指标、变速器意外推进指 标和逝去时间指标在期望范围中时，检测出变速器挡位选择器没有故障。

根据本发明的再一个方面，提出一种用于动力传动系统的变速器，包括：

变速器挡位选择器，指示多个操作者可选择挡位中的一个，包括驻车、 倒车、空挡和前进；

电子变速器挡位选择系统，以操作者可选择挡位中的一个控制变速器中 的一个的运行；

变速器挡位模式阀位置传感器，监测变速器的所实现的挡位位置；

监测变速器的输出构件的旋转方向的旋转速度传感器；

监测变速器离合器容量的旋转速度传感器；

监测变速器在驻车挡位的有效、无打滑接合的传感器；

监测与来自变速器的实际推进相关的参数的传感器；和

控制器，执行控制程序，包括：

在检测到目标变速器挡位的改变时，监测从变速器挡位模式阀位置 传感器输出的信号；和

在来自变速器挡位模式阀位置传感器的信号没有指示目标变速器 挡位已经实现时：

监测变速器不正确方向指标、变速器意外推进指标、和与实现 目标变速器挡位相关的逝去时间指标，且

在变速器不正确方向指标、变速器意外推进指标和实现逝去时 间指标中的任何一个被超过时检测出变速器的故障。

优选地，变速器进一步包括控制程序，所述控制程序包括，在检测到目 标变速器挡位向驻车挡位的改变时监测与实现驻车挡位相关的接合时间，其 中在通过传感器监测到变速器在驻车挡位中的有效、无打滑接合时检测出实 现了驻车挡位，且在接合时间超过临界值时检测出故障。

优选地，变速器进一步包括，在变速器不正确方向指标、变速器意外推 进指标和逝去时间指标在期望范围中时，检测出变速器挡位选择器没有故障。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能 容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中:

图1是示意性地显示了根据本发明的动力传动系统，其包括联接到通过 控制器控制的变速器装置的原动机；和

图2示意性地显示了根据本发明的变速器挡位选择监测程序，用于监测 变速器挡位选择器的实施例和相关的电子变速器挡位选择系统的运行，它们 被用在参考图1所述的动力传动系统的实施例上。

具体实施方式

现在参见附图，其中说明书是用于显示某些示例性实施例的目的而不是 用于限制实施例的目的，图1示意性地显示了动力传动系统10，该动力传动 系统包括联接到扭矩传递装置(变速器)14的原动机12，所述扭矩传递装 置通过变速器控制器(TCM)18控制。原动机12在一个实施例中是内燃发 动机，但是可以是能向传动装置14传递机械功率的任何合适的扭矩产生装 置，或扭矩产生装置的组合。传动装置14在一个实施例中是有级挡位装置 (stepped-geardevice)，且可是电可变混合动力变速器或任何其他合适变速 器。原动机12产生扭矩，扭矩以可选择的传动比通过传动装置14向驱动系 统传递，在一个实施例中驱动系统可包括车辆的一个或多个牵引车轮以实现 车辆推进。传动装置14包括可旋转输出构件15，其联接到驱动系统，所述 驱动系统可沿第一、额定前进方向或第二、额定倒车方向旋转。可以采用其 他动力传动系部件和系统，例如变矩器。

变速器挡位选择器16连接到TCM18，且是操作者可控制的装置，其使 得操作者能选择与变速器挡位相关的多个位置中的一个，包括车辆行进方向 和期望推进状态。变速器挡位选择器16可例如包括杆、开关、刻度盘、按 钮或任何其他合适装置。变速器挡位是操作者可选择的且可包括驻车、倒车、 空挡和前进(PRND)和/或其他可选择变速器挡位。变速器挡位选择器16 可包括其他可由操作者选择的状态或命令，例如包括手动降挡和上抬/下压换 挡。变速器挡位选择器16将PRND信号17通信到TCM18，指示操作者选 择的变速器挡位55。TCM18将换挡信号19通信到电子变速器挡位选择 (ETRS)系统20，其响应于PRND信号17实现将传动装置14换挡到选择 的变速器挡位。ETRS系统20的变速器挡位模式阀位置传感器22监测变速 器挡位模式阀，其可以是主阀，所述主阀控制去往变速器离合器的液压流动， 以提供挡位可用性的主控制。变速器挡位模式阀位置传感器22监测传动装 置14的挡位位置且提供挡位位置信号21，其指示传动装置14的已实现挡位 位置。与挡位位置信号关联提供的其他信号优选包括变速器离合器容量、变 矩器旋转速度和显示了变速器运行状态的其他项目。ETRS系统20包括压力 控制阀、螺线管、伺服马达、阀、反馈传感器、和其他元件，以操控加压流 体在传动装置14中的流动，以使得变速器挡位切换和有助于在通过PRND 信号17指示的操作者选择的变速器挡位55下操作传动装置14。动力传动系 统的其他构造(其包括操作者选择的变速器挡位、变速器挡位换挡和监测变 速器的已实现挡位位置)可以用在本发明的范围中。

在用在车辆上时，变速器挡位选择器16和ETRS系统20连接到TCM18， 以与之通信。TCM18和包括控制模块、模块、控制器、控制单元、处理器 在内的相关术语和相似的术语是指专用集成电路(一个或多个)(ASIC)、电 子回路(一个或多个)、中央处理单元(一个或多个)(例如是微处理器(一 个或多个))和存储器和存储装置形式的相关的非瞬时存储器(只读、可编 程只读、随机存取、硬件驱动等)中的任何一个或组合。非瞬时存储器部件 是能存储一个或多个软件或固件程序或例行程序形式的储机器可读指令、组 合的逻辑回路(一个或多个)、输入/输出回路(一个或多个)和装置、信号 调节和缓冲器电路、可被一个或多个处理器访问以提供所述功能性的其他部 件。输入/输出回路(一个或多个)和装置包括模拟/数字转换器和监测从传 感器而来的输入的相关装置，这种输入被以预设的采样频率或响应于触发事 件监测。软件、固件、程序、指令、控制程序、代码、算法和相似的术语是 指任何控制器可执行的指令集，包括校准和查找表。每一个控制器执行控制 程序(一个或多个)，以提供期望功能，包括监测来自传感装置和其他联网 控制器的输入和执行控制和诊断的程序，以控制促动器的操作。程序可以以 规律间隔执行，例如在正在进行的操作期间每一个100微秒或3.125、6.25、 12.5、25和100毫秒一次。替换地，程序可以响应于触发事件的发生而被执 行。控制器之间以及控制器、促动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有 线链路、网络通信总线链路、无线链路或其他合适的通信链路实现。通信包 括交换任何合适形式的数据信号，例如包括，经由传导介质传递电信号、经 由空气传递电磁信号、经由光学波导传递光学信号等。术语‘模型’是指基 于处理器的或处理器可执行的代码和相关的校准，其模拟装置或物理过程的 物理存在。

图2示意性地显示了变速器挡位选择监测(TRS)程序200，其用于监 测变速器挡位选择器16和相关的ETRS系统20的实施例的运行，其可用在 参考图1所述的动力传动系统10的实施例上。TRS程序200监测传动装置 14的运行以验证其是否以与操作者意图(如通过变速器挡位选择器16通信 到传动装置14的)相符的方式运行。这包括监测与变速器挡位选择器16相 关的一个或多个指标(metric)。如在本文使用的，指标被限定为用于计量物 理性质或状态的测量值的标准。一个物理性质包括在其中一个变速器挡位中 逝去的时间。TRS程序200被实施为TCM18中的一个或多个算法和校准过 程。提供了键入的表格1，其中标记数字的图框和相应功能如下所述，对应 于TRS程序200。

表格1

TRS程序(TRS程序)200优选周期性地执行，例如每100ms一次或以 其他合适的执行周期，以确定变速器挡位选择器16和相关的ETRS系统20 是否按预期操作。替换地，TRS程序200可以响应于触发事件执行，所述触 发事件可是从变速器挡位选择器16输入的信号的改变。

通过监测从变速器挡位选择器16输入的信号(190)和确定是否已经检 测到变速器挡位的意外改变(192)来执行TRS程序200。变速器挡位的意 外改变可包括来自ETRS系统20输出的任何改变，即来自变速器挡位模式 阀位置传感器22的挡位位置信号21的改变，其不对从变速器挡位选择器16 输入的信号做出响应。替换地，变速器挡位的意外改变可以包括如TCM18 指示的意外的离合器扭矩容量，其由压力和/或变速器旋转速度传感器检测。 这可包括采用压力和或变速器旋转速度传感器以监测变速器扭矩容量方向。 如果检测到意外的改变(192)(1)，则检测到变速器挡位故障且执行一些形 式的默认动作，这种默认动作包括防止意外的车辆加速或减速，包括沿不正 确的行进方向加速。如果没有检测到意外的改变(192)(0)，则程序继续确 定操作者是否已经请求了变速器挡位改变(202)。在采用可选择变速器挡位 的系统上，挡位包括驻车、倒车、空挡和前进(PRND)，变速器挡位的被请 求改变包括P到R的请求、P到D的请求、R到D的请求、N到D的请求、 N到R的请求和其他被请求的变速器挡位改变。

在操作者已经请求了变速器挡位改变(202)(1)时，ETRS系统20和 传动装置14被评估为确定被请求或目标变速器挡位已经实现(204)。评估 ETRS系统20和传动装置14以确定被请求或目标变速器挡位是否已经实现 包括，监测来自变速器挡位模式阀位置传感器22的挡位位置信号21的位置， 监测变矩器速度和离合器容量或其合适的监测程序。这还包括监测与ETRS 系统20和传动装置14相关的参数，包括变速器旋转方向、变速器推进和变 速器挡位。还还包括监测逝去的时间，包括监测在变速器挡位改变被请求时 开始且在实现目标变速器挡位时结束(如果存在)的逝去时间。

在ETRS系统20和/或传动装置14指示被请求或目标变速器挡位已经实 现(204)(1)时，不需要进一步动作。TRS程序200的该迭代结束，且返 回到对意外改变的继续监测以及监测从变速器挡位选择器16输入的信号， 以确定操作者是否已经请求了变速器挡位改变(202)。由此，如果操作者请 求了另一变速器挡位改变，则可立即评估最近的变速器挡位请求。

在ETRS系统20和/或传动装置14指示请求的或目标变速器挡位并未实 现(204)(0)时，确定目标变速器挡位是否为驻车(210)。

在目标变速器挡位为驻车(210)(1)时，程序200确定是否超过了驻 车接合时间极限(Parkengagementtimelimit)。在一个实施例中，驻车接合 时间极限小于800ms。基于在操作者经由变速器挡位选择器16请求变速器 挡位改变到驻车时开始的逝去时间来确定驻车接合时间。如果且仅在传动装 置14中实现了驻车的情况下结束逝去时间，这可通过传动装置14或系统系 统20上的传感器28上指示，所述传感器监测驻车爪或能有效地检测到驻车 挡位中的无打滑接合的另一内部变速器装置。在与驻车接合相关的逝去时间 超过驻车接合时间极限(220)(1)时，ETRS中的故障被示出(230)且执 行默认动作(232)。默认动作优选包括使用任何合适的车上通信系统(包括 但不限于点亮故障指标灯、通过车辆信息娱乐系统发送听觉消息和/或显示消 息)，且将车辆与其他机构固定，以防止车辆运动。

在该迭代期间，在与驻车接合相关的逝去时间未超过驻车接合时间极限 (220)(0)时，程序200监测变速器不正确方向指标(212)。监测变速器 不正确方向指标包括识别其中传动装置14沿与司机请求方向相反的方向提 供推进的情况。这包括在目标挡位为前进时提供倒车推进，和在目标挡位为 倒车时提供前进推进。变速器的推进状态通过以下确定：监测来自变速器挡 位模式阀位置传感器22的挡位位置信号21的位置，使用变速器旋转速度传 感器监测变矩器速度，和使用压力传感器或其他合适监测程序监测离合器容 量，以预测车辆开始运动(假设车辆静止)时变速器输出轴的旋转方向。假 设车辆正运动，则监测变速器不正确方向指标还可包括，监测传动装置14 的输出构件15的实际旋转方向，以及将监测的输出构件15的旋转方向与输 出构件15的期望旋转方向比较，所述期望旋转方向基于通过变速器挡位选 择器16示出的目标变速器挡位而确定(212)。输出构件15的期望旋转方向 基于PRND信号17和从变速器挡位模式阀位置传感器22而来的指示所实现 变速器挡位的挡位位置信号21确定，所述PRND信号表明可由操作者选择 的变速器挡位中被选择的一个，包括驻车、倒车、空挡和前进(PRND)。输 出构件15的被监测旋转方向也可以基于来自ETRS系统20的输入或指示输 出构件15的被监测旋转方向的另一传感器的输入确定，例如霍尔效应或其 他合适的旋转速度传感器24，其与TCM18通过信号相连并监测输出构件 15的旋转速度。输出构件15的被监测旋转方向也可以采用离合器控制反馈 和指示变速器运行的其他信号确定，包括变速器离合器容量和变矩器旋转速 度。

在输出构件15的被监测或预测旋转方向无法与输出构件15的期望旋转 方向匹配并持续了预定的不正确方向时间指标(212)(1)时，示出ETRS20 的故障(230)且执行如在本文所述的默认动作(232)。预定逝去时间在一 个实施例中大约为500ms。在被监测或预测旋转方向为倒车挡位而期望旋转 方向为驱动挡位时，在被监测或预测的旋转方向为前进挡位而期望旋转方向 为倒车挡位时，和其他情况下，输出构件15的被监测或预测旋转方向无法 匹配输出构件15的期望旋转方向。

在输出构件15的被监测旋转方向匹配输出构件15的期望旋转方向(212) (0)时，程序200监测变速器的意外推进指标(214)。监测变速器的意外 推进指标包括识别其中在司机已经请求不进行推进时传动装置14被提供了 推进的情况。这包括在目标挡位为空挡时提供倒车推进，在目标挡位为驻车 时提供倒车推进，在目标挡位为空挡时提供前进推进，或在目标挡位为驻车 时提供前进推进。变速器的推进状态通过监测从变速器挡位模式阀位置传感 器22而来的挡位位置信号21的位置、监测变矩器速度和离合器容量或其他 合适监测程序来确定。推进涉及原动机和驱动系统之间扭矩和速度形式的机 械功率传递，且与期望推进相关的参数可基于可由操作者选择的变速器挡位 中的所选择的一个确定，包括驻车、倒车、空挡和前进(PRND)。与变速器 的实际推进相关的其他参数(其可以被监测以检测意外推进情况)可以包括 从传动装置14或ETRS20上的传感器而来的输入，所述传感器监测器输出 构件15的扭矩或旋转，或变速器离合器的离合器扭矩容量或其他合适扭矩 监测器。可以通过使用压力传感器26或变速器旋转速度传感器或其他合适 监测器来监测传动装置14的液压离合器压力从而监测离合器扭矩容量。

在来自传动装置14的实际推进没有匹配从传动装置14不提供推进这一 目的、并持续了预定逝去时间(214)(0)时，示出ETRS20的故障(230) 且执行默认动作(232)。在来自传动装置14的实际推进指示为例如从传动 装置14输出的前进或倒车推进，以及来自传动装置14的期望推进为不推进 (例如驻车或空挡)时，来自传动装置14的实际推进不匹配对传动装置14 的期望推进.

前述步骤210、212和214每一个被描述为以连续方式执行。然而，应 理解这些步骤可以以任何合适顺序执行，或同时执行。

在来自传动装置14的实际推进匹配来自传动装置14的期望推进(214) (1)时，程序200通过监测在变速器挡位改变被请求时开始且在目标变速 器挡位实现时结束(如果存在)的逝去时间而确定与实现目标变速器挡位相 关的时间指标是否已经超过最大时间极限(216)。在用于实现目标变速器挡 位的逝去时间超过最大时间极限(216)(1)时，示出如在本文所述的ETRS20 的故障(230)和执行默认动作(232)。在用于实现目标变速器挡位的逝去 时间未超过最大时间极限(216)(1)且控制程序200指示变速器挡位选择 器(240)没有故障时，程序200的迭代结束。指示ETRS系统20没有故障 的信息可以被TCM18或其他控制器使用，以通过不将ETRS20列为其他故 障的潜在来源或原因而确定传动装置14中其他故障的根本原因。ETRS系统 20和传动装置14再次被评估以确定被请求或目标变速器挡位是否已经实现 (204)。

针对当前变速器挡位和目标变速器挡位确定最大时间极限。在采用了变 速器挡位(包括驻车、倒车、空挡和前进)的连续前进的系统中，TRS程序 200可以包括与转变(例如包括驻车到前进、倒车到前进、前进到倒车、倒 车到驻车、驻车到倒车、前进到驻车、驻车到空挡、倒车到空挡、前进到空 挡、空挡到前进、空挡到倒车和空挡到驻车)相关的时间指标。

可以存在与转变到目标挡位(经过两个或更多挡位发生)相关的多个时 间极限，例如从驻车经过倒车和空挡转变到前进，时间极限与不同转变相关。 举例来说，从前进经过空挡和倒车到驻车的命令转变优选包括驻车接合时间 极限(步骤210)，其在一个实施例中小于800ms，和与从前进转变到驻车(步 骤214)相关的意外推进指标，其在一个实施例中小于200ms。举例来说， 在命令从前进转变到倒车的另一情况下，优选包括与经过倒车的转变相关的 不正确方向指标(步骤212)，其在一个实施例中小于200ms，以及挡位实现 指标(步骤216)，其与从前进到倒车的转变相关，在一个实施例中小于 2000ms。由此，TRS程序200可允许灵活地选择校准时间极限，在转变期间 仅在必要时监测最紧的极限，由此允许系统变化、老化、磨损、与信号通信 相关的延迟和促动器滞后时间。

TRS程序200目的是及时检测ETRS20和其他相关部件中的故障，同 时使得其中假故障检测可能性最小化。其包括简明、清晰的程序，其主动调 整诊断临界值，以在保险指标生效时使得假故障的风险最小化。这种指标可 以包括防止意外推进和防止不正确行进方向。由此，监测变速器挡位模式阀 位置传感器、变速器涡轮速度、实现的离合器容量、和变速器所实现挡位的 其他这种指示可用于检测和防止意外推进和不正确方向危险事件。意外推进 危险被限定为在司机有特定目的时变速器提供其他推进的情况。不正确的方 向危险包括在司机请求前进推进时变速器提供倒车推进、或在司机请求倒车 推进时变速器提供前进推进的情况。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围 仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述 但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明 的许多替换设计和实施例。