本发明涉及具有复杂齿轮减速比的自动动力变速系统（比如自动机械变速器（AMT）及其控制系统和方法。本发明尤其涉及自动机械变速系统的控制系统和方法，其中，它依据测量的以及（或者）计算的参数，诸如车辆或变速输出轴的速度、变速输入轴的速度、引擎速度、油门位置、油门位置变化率、车辆以及（或者）引擎速度变化率等，来进行齿轮选择和换档制定。更具体地说，本发明涉及一种控制AMT系统的方法。它利用传感器提供指示引擎速度、变速输入轴转速及变速输出轴转速的输入信号，从这些传感器之一检出带差错的信号，并修改系统的操作逻辑容忍这种差错。

在过去的关于控制系统的技术中，我们已熟知了利用刚性离合器的自动机械类型及采用摩擦离合器的行星齿轮类型的自动变速方法。从过去的技术中可了解到利用分离逻辑电路及（或）软件控制的微处理器来自动变速的电子控制系统，其中，齿轮选择及换档判定是根据某些测得的以及（或者）计算的参数来进行的，这些参数是车辆速度（或变速输出轴速度）、变速输入轴速度、引擎速度、车速变化率、引擎速度变化率、油门位置、油门位置变化率、油门踩到底（即““Kickdown”）、制动机构动作、当前啮合的齿轮比等等。关于车辆的这种自动/半自动变速控制系统的例子可参阅美国专利号4361060;4551802;4527447;4425620;4463427;4081065;4073203;4253348;4038889;4226295;3776048;4208929;4039061;3974720;3478851及3942393，这里列出这些发明以供参考。

上面引用的自动/半自动的变速控制系统以及类似的系统，可通过选择合适的齿轮比（依据测得的参数并换档到选定的齿轮比，它使油耗及（或）车辆性能达到最佳）来有效地控制自动变速，但是这种系统在下述情况下并不完全是可接受的，即，其所用的予定程序没有这样的逻辑或方法，使它能发现并识别从这些速度传感器之一来的输入信号中的差错，以及（或者）能修改予定程序使之容忍这种传感差错。

根据本发明，通过为自动/半自动机械变速系统提供一控制系统（最好是电子控制系统）及控制方法，可克服或减小过去技术的缺点。这里，齿轮选择及换档判定是根据测得的以及（或者）计算的参数进行的，这些参数至少应包括指示引擎速度、变速输入轴速度及变速输出轴速度的输入信号。其它的输入或参数，比如，指示油门位置及（或）油门位置变化率、主离合器状态、当前啮合的齿轮比、车辆制动器的操作等的信号，也用于作出控制AMT系统的判定。

处理各种输入信号的予定逻辑规则或程序，包括从一个或多个速度传感器的输入信号中测出差错的方法;以及按照任何一个速度传感器的传感差错来修改予定逻辑的方法，以提供一套可接受的（若不说是最佳的）逻辑规则，使AMT系统继续工作直到差错消失或被校正。

若在可接受的容限范围内，速度传感器输入信号的值不指示相关传感器所监测的设备的真正旋转速度，那就认为它是错误的。

这是通过在引擎速度信号、变速输入轴速度信号及变速输出轴速度信号之间确立一组关系来实现的，在限定条件下，这些关系必须为“真”。若在限定条件下，这些关系非真，则表示一个或多个传感器来的输入信号有错误。比较各种关系式以识别出一个或多个出差错的传感器。若只有一个传感器有错，就修改逻辑程序以便允许系统在容忍这种差错的条件下继续工作，直到该差错消失（即“自校正”）及（或）被校正。

为了说明本发明，我们使用一专门用于感受非标准条件（比如感受出的有差错输入信号）的另一种控制方法或算法-用它替代不是此非标准条件下的控制算法-来修正我们的控制算法或程序，由它来处理输入信号、发出命令输出信号以控制AMT。

因此，本发明的目的是提供一种新的改进的控制自动机械变速系统的方法，它包括感受和识别速度传感器的故障，修改逻辑程序或算法，以使系统在容忍这种传感差错的条件下工作。

从对附图具体装置的说明中，就可以明瞭本发明的这些和其它目的及优点。

图1是本发明的自动机械变速控制系统的组成及互连原理说明图。

图2A-2E是流程图形式的符号说明，它们是说明本发明实现方法的较好的形式。

图1从结构原理上说明了自动机械变速系统（10），它包括一个自动多速复式变化的齿轮变速器（12）。该变速器由油门受控的引擎（14）（可以是通常的柴油发动机）通过主离合器（16）驱动。可以具有象过去的技术中所用的那样的引擎制动器，比如耗尽型制动器（17）-它制动引擎（14）的转速，并且（或者）有一个输入轴制动器（18），它可通过使主离合器（16）退啮合，把制动力有效地作用到输入轴上。自动变速箱（12）的输出是输出轴（20），用它驱动连接到的适当的车辆部件，比如驱动轴差速装置，一种分动箱或者过去技术中所用的类似装置。

上述动力传动部件与几个装置一起动作并受后者监测，下面将详细讨论这些装置中的每一个。它们包括一个油门位置或油门开启监测组合件（22），它传感操作员控制的车辆油门或其他燃料油门控制装置（24）的位置;控制加到引擎（14）的燃料量的燃料控制装置（26）;传感引擎转速的引擎速度传感器（28），使离合器（16）啮合或不啮合并提供该离合器状态信息的离合器操纵器（30）;输入制动操纵器（31）;变速输入轴速传感器（32）;使变速箱（19）换档到选定齿轮比并提供指示当前啮合的齿轮比信号的变速操纵器（34）;以及变速输出轴速传感器（36）。车辆制动监测器（38）传感车辆制动踏板（40）的执行情况。

上述装置向中央处理器或控制器（42）提供信息或者接受它的命令。中央处理器（42）可包括模拟的以及（或者）数字的电子计算及逻辑电路，其特定配置及结构不构成本发明的一部分。中央处理器（42）也接收从换档控制组件（44）来的信息，通过44，车辆驾驶员可选择车辆操作的反向（R），空档（N）或正向驱动（D）方式。电力源（未画出）以及（或者）高压流体源（未画出）向各传感、操作以及（或）处理部件提供电力及（或）气动力。故障指示器或告警装置（46）可显示识别出的指定故障或者只简单地表示出现了未识别的故障。上述驱动传动部件及控制部件在过去的技术中是众所周知的，并在引用的前述美国专利号4，361，060;3，776，048;4，038，889及4，226，295中有相当详细的说明。

传感器（22），（28），（32），（36），（38）及（44）可以是任何已知类型或结构，但它们要能产生与被监测参数成比例的模拟或数字信号。同样，操纵器（17），（18），（26），（30）及（34）可以是能执行从处理器（42）来的命令信号操作的任何已知的电动汽动或者电汽动类型。燃料控制（26）通常根据驾驶员所置的油门（24）的位置来向引擎（14）提供燃料，但它也可按照从控制器（42）来的命令提供较少（fuel    dip）或较多（fuel    boast）的燃料量。

中央处理器（42）的目的是根据程序（即予定的逻辑规则）及当前的或存贮的参数值来选择变速器操作的最佳齿轮比，若必要，它可根据当前信息或者存贮的信息命令变换齿轮或换档到所选择的最佳齿轮比。

中央处理器（42）所完成的各种功能及完成这些功能的最好的方式可从1984年10月10日归档的美国专利申请序号659114以及1983年11月出版的汽车工程师学会报SAE    NO.831776中得到详细说明，因此这些发明也列在这里供参考。

三个速度传感器，即，引擎速度传感器（28），变速输入轴速传感器（32）及变速输出轴速传感器（36）提供由中央处理器（42）处理的信号，它们在使离合器操纵器（30）的工作最佳化，期望的齿轮比选择最佳化以及在加速或减速时使变速器（12）的同步最佳化中是很重要的。

对速度传感器（28）、（32）及（36）所提供的输入作周期性验证是很重要的，并且，若检查出有差错，应识别出错的传感器，若只有一个传感器出错，应对控制系统（10）使用修正逻辑，该逻辑可以容忍该识别出的出错传感器。

图2A-2D从原理上说明了本发明中验证从速度传感器（28），（32）及（36）来的输入信号，识别出错传感器并采用适当的允错逻辑来处理这些输入信号的方法。符号“Q”用以标识数值零，而符号“≠”用于标识不等关系。如上所述，控制器或CPU（42）接收各种输入信号并按照予定的逻辑规则程序来处理它们并（或者）存贮信息，发命令输出信号来操作AMT系统（10）。本发明也可用于不是全自动的AMT系统，比如当车辆司机手动请求时能自动执行换档的系统。

查出故障处理器（42）所用的逻辑或控制方法，应周期性地，最好在各种机械执行机构与命令输出信号能相互作用的时间周期内至少要验证一次速度传感器（28），（32）及（36）是无故障操作，这时若检测到故障，则应识别出差错的传感器，并且只要可能，就应以能容忍这种传感差错的方式来修正控制逻辑。

假若中央处理器（42）是微处理器控制部件，处理当前的及存贮的参数并发出命令输出信号的一个完整周期可在小于15～20毫秒的时间内完成，而典型的执行机构，比如电磁控制阀门或类似装置将需要最少20～30毫秒才能启动诸如离合器操纵器（30）这样的操纵器运动。

最好，第一步验证速度传感器是无故障操作，若得到证实，就按控制算法的其余部分进行。若满足两个条件，即，耦合器（16）必须完全啮合（即无滑动）并且变速器必须按已知比率啮合，就可以验证传感器是正确操作。当然这是假定车辆引擎（14）至少正以空转速运转。在已知当前啮合比的情况下，输入轴与输出轴间的齿轮比（“GR”）将是已知的值。若上述条件满足，则引擎速度（“ES”）等于输入轴速（“IS”）等于齿轮比（“GR”）乘以输出轴速（“OS”），或

ES＝IS＝GR＊OS若在操作可接受的无差范围内上述关系为真，则可认为速度传感器是无故障工作。重要的是要注意：这种验证只能在主离合器（16）（或大体上满足无滑动条件的其他耦合器）完全啮合且变速器（12）按已知驱动（非空档）比啮合的条件下进行。

若检测出速度传感器输入信号故障，就必须确定出故障的传感器。为此，应在所需要的测试条件下计算三个误差值（E1，E2及E3）：E1＝ES-ISE2＝ES-（GR＊OS）E3＝IS-（GR＊OS）在离合器完全啮合且按已知比率啮合时，所有三个值E1，E2及E3在无故障时实际上应为零。因为三个速度信号ES，IS及OS的每一个只在上述三个关系的两个中出现，若E1，E2及E3中的任何两个而非全部三个的绝对值大于许可的允差值，就可以很容易地识别出有错的或失效的速度传感器。比如，若E1＝φ且E2≠φ，E3≠φ，那么OS最可能是出故障的输入信号，因为OS出现在E2及E3的计算中而不出现在E1的计算中。

因为从每一速度传感器来的输入信号都包含在有误差值的两个之中，这要求对一个传感器误差计数两次才能指示它出了故障。最好是，必须至少连结两次在通过周期的速度传感器验证环对都检出错误，这样才能确认它出了故障。起初，采用宣布差错计数为二的传感器是出了故障的直接判定法，此后作附加测试的确定它是否反映了真实情况。

可能伴随上述故障判定算法一起出现的首要问题是：速度传感器电路最可能出现的故障方式中有许多将使输出趋于零。因此，完全可能两个传感器以这种方式失效且相互完全一致，而它们与第三个完全正确的速度传感器输入不一致。上述逻辑将错误地把两个坏传感器制定成好的而把第三个真正好的传感器着成失效的。因此需要进一步的检查来排除这种情况。

所用的方法是根据如下事实：当所有三个轴都是零转速时，变速器（12）绝不应与离合器（16）齿轮啮合。因此，若故障查查期内两个轴传感器老是一样并且它们都在零转速，那么它们有故障而第三个传感器可能是正确的。第三个传感器的正确性不能认定，因为没有参照物可以检查它，并且无论如何是不相干的，因为两个失效的传感器的检出可能使变速系统（10）进入故障保持方式。

失效传感器数据校正如果识别出单个故障速度传感器输入信号，就希望能提供这种失效的告警信号以便进行纠正，并在故障自恢复或被校正之前，修改控制算法以使车辆能继续运行。为此，提供了故障告警/指示器（16），它最好能标示出具体出故障的传感器。

解决这一问题的另一稍微不同的方法是修改引擎（14），输入轴的输出轴（20）的每一个识别出的故障速度输入信号值。这种容错修正技术将在下面分别讨论。

校正引擎速度传感器（28）引擎速度ES是变速器适当同步中最不重要的一项。一般，它只用于当从停止状态启动车辆时对离合器（16）的啮合进行闭环控制（如上述的美国专利号4，081，065所述）以及换档后离合器再啮合期间使引擎与输入轴同步。

校正引擎速度值的方法是，一旦离合器啮合就使ES等于IS。当离合器不啮合时，假定ES等于IS的最后已知值并用离合器啮合的开环方法来启动车辆及换档后再施加动力。

校正输入轴速度传感器（32）输入轴速度输入信号IS对系统来说要比引擎速度重要，因为在换档期间要求它同步。因此必须作出较大努力来随时正确确定输入轴的速度。

若离合器（16）啮合，输入轴速IS应设置成与引擎速度ES相等。若离合器不啮合而变速器搭上齿轮，则输入轴速应设成等于输出轴速乘以变速器的总齿轮比，OS＊GR。若变速器既没搭上离合器也不啮合，那么若正在换档且GR＊OS大于空档时的ES，则IS＝ES，否则假定输入轴速等于零。

在IS值出差错时上述修改控制逻辑的方法工作得相当好，这是由于：当已发现输入轴传感器出了毛病时，变速器的同步算法被稍作修正。这可通过在几乎整个换档时间总保持离合器啮合，并在加速时不使用惯性闸（18）实现。这造成换高速档的速度较慢但仍能得到非常满意的同步。

校正输出轴速度传感器对正确变速操作来说，输出轴速输入信号OS是最重要的，它也是出毛病时最难于补偿的一个。问题在于：在系统（10）中，当变速器（12）脱开时绝对没有其它办法能正确确定输出轴的速度。在丧失该传感器的条件下实现同步的方法是：在变速器脱开之前就检查系统的状态，并假定在变速器脱开的短暂时间内它大体上什么也没变化。

若变速器挂上，输出轴速等于输入轴速除以变速器的整个齿轮比（即OS＝IS/GR）。进而在发现正在换档的第一个周期性检查环内，计算输出轴的当前加速度d（IS/GR）/dt，并把它保存下来（这应在变速器真正脱开以前进行）。

若变速器脱开，就采用如下方法。若司机选择空档，则设OS等于零。否则，若保存的输出轴加速度值小于零且制动开关（38）指示使用了制动器，则输出轴速由下述方法确定：以最后知道的输出轴速为起点，以保存的加速度值为斜率作一直线，由它来计算输出轴速。最后，若上述条件都不满足，输出轴速就保持其最后知道的值恒定不变。实践中，这种算法好像工作得相当好。

最好在每次通过控制循环期间都求一下从传感器来的输入信号的值看有无故障，若通过环的次数足够多且都没检测到故障，则应清除先前所作的故障判定。这之所以重要是因为速度传感器故障可以间歇方式出现。

尽管AMT系统（10）是用以微处理器为基础的控制器（42）来说明的，并且该方法和操作是用软件或算法的形式进行的，但显然其操作也可用分离硬部件组成的电子/射流逻辑电路来实现。

象上述美国专利号4081065所述的那样，离合器操纵器（30）最好用中央处理器（42）来控制，并且它可以与主离合器（16）啮合及不啮合。变速器（12）可包括同步装置，比如美国专利号3478851所述的加速器以及（或者）制动装置。变速器（12）最好但不必一定是如美国专利号3105395所述的双副轴型。

虽然本发明是以某种程度的特定性来说明的，但应懂得它作各种修正面不背离后面权利要求中所述的本发明的精神和范围是完全可能的。