基于选择的手动变速箱的档位控制手动变速箱上的负载的系统和方法

摘要

本发明涉及基于选择的手动变速箱的档位控制手动变速箱上的负载的系统和方法。具体地，根据本发明原理的系统包括选择档位模块和换档指示器模块。选择档位模块确定手动变速箱的选择的档位。换档指示器模块监测车辆速度以及选择的档位并且基于车辆速度以及选择的档位产生换档指示器信号，换档指示器信号显示什么时候切换到一档或倒档之一。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于所选择的手动变速箱的档位控制手动变速箱上的负载的系统和方法。

背景技术

在此提供的背景描述是起到总体上介绍本发明的背景的目的。本发明署名的发明人的工作，在背景技术部分描述的程度，以及在提交时可不看作是现有技术的说明书的各方面，既不明示也不隐含地被认为是对抗本发明的现有技术。

手动变速箱典型地包括接合以将转矩以不同的传动比从发动机传递到传动系统的不同的档位（例如，一档，二档）。为了切换手动变速箱，驾驶员踩下离合器踏板以断开离合器并且由此将变速箱与发动机断开连接。然后驾驶员操作档位选择器以选择不同的档位并且释放离合器以将发动机与变速箱重新接合。

配备有手动变速箱的一些车辆可包括双质量飞轮。双质量飞轮包括阻尼器，诸如一系列的弹簧，以将可能产生不希望的噪音和/或损害手动变速箱的部件的传动系统振动最小化。双质量飞轮连接到发动机的曲轴上并且随发动机的曲轴一起转动，并且离合器与双质量飞轮接合以将发动机与变速箱连接。

发明内容

根据本公开的原理的系统包括选择档位模块和换档指示器模块。选择档位模块确定手动变速箱的选择的档位。换档指示器模块监测车辆速度以及选择的档位并且基于车辆速度以及选择的档位产生换档指示器信号，换档指示器信号显示什么时候切换到一档或倒档之一。

从以下提供的详细说明中，本公开进一步的应用范围将会变得显而易见。应当理解，详细说明和具体例子仅用于说明目的并且并不旨在限制本公开的范围。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种系统，包括：

选择档位模块，其确定手动变速箱的所选择的档位；以及

换档指示器模块，其监测车辆速度以及所选择的档位并且基于车辆速度以及所选择的档位产生换档指示器信号，换档指示器信号显示什么时候切换到一档或倒档之一。

2. 如方案1所述的系统，其特征在于，选择档位模块基于档位选择器的测量位置确定所选择的档位。

3. 如方案1所述的系统，其特征在于，选择档位模块基于离合器位置，发动机速度，以及车辆速度确定所选择的档位。

4. 如方案1所述的系统，其特征在于，当所选择的档位高于一档并且车辆速度小于预定速度时，换档指示器模块产生换档指示器信号。

5. 如方案1所述的系统，其特征在于，当所选择的档位高于一档并且车辆速度从零增加至大于或等于预定速度时，换档指示器模块产生换档指示器信号。

6. 如方案1所述的系统，其特征在于，换档指示器信号提示指示什么时候换档的视觉信息，听觉信息，以及触觉信息中的至少一个。

7. 一种系统，包括：

选择档位模块，其基于档位选择器的测量位置确定手动变速箱的所选择的档位；以及

转矩极限模块，其基于所选择的档位确定转矩极限并且基于转矩极限限制发动机的转矩输出。

8. 如方案7所述的系统，其特征在于，基于手动变速箱的扭转负载能力，转矩极限为手动变速箱的每个档位预先确定。

9. 如方案7所述的系统，其特征在于，当所选择的档位在一档时转矩极限模块确定第一转矩极限并且当所选择的档位高于一档时转矩极限模块确定不同于第一转矩极限的第二转矩极限。

10. 如方案7所述的系统，其特征在于，其还包括产生指示档位选择器的测量位置的选择器位置信号的霍尔效应传感器。

11. 一种方法，包括：

确定手动变速箱的所选择的档位；以及

监测车辆速度和所选择的档位；以及

基于车辆速度和所选择的档位产生换档指示器信号，换档指示器信号指示什么时候切换至一档和倒档中的一个。

12. 如方案11所述的方法，其特征在于，其还包括基于档位选择器的测量位置确定所选择的档位。

13. 如方案11所述的方法，其特征在于，其还包括基于离合器位置，发动机速度，以及车辆速度确定所选择的档位。

14. 如方案11所述的方法，其特征在于，其还包括当所选择的档位高于一档并且车辆速度小于预定速度时产生换档指示器信号。

15. 如方案11所述的方法，其特征在于，其还包括当所选择的档位高于一档并且车辆速度从零增加至大于或等于预定速度时产生换档指示器信号。

16. 如方案11所述的方法，其特征在于，换档指示器信号提示指示什么时候换档的视觉信息，听觉信息，以及触觉信息中的至少一个。

17. 一种方法，包括：

基于档位选择器的测量位置确定手动变速箱的所选择的档位；

基于所选择的档位确定转矩极限；以及

基于转矩极限限制发动机的转矩输出。

18. 如方案17所述的方法，其特征在于，其还包括基于手动变速箱的扭转负载能力预先确定用于手动变速箱的每个档位的转矩极限。

19. 如方案17所述的方法，其特征在于，其还包括：

当所选择的档位在一档时确定第一转矩极限；以及

当所选择的档位高于一档时确定不同于第一转矩极限的第二转矩极限。

20. 如方案17所述的方法，其特征在于，使用霍尔效应传感器产生选择器位置信号，选择器位置信号指示档位选择器的测量位置。

附图说明

从详细说明和附图中本发明将会变得更完全地理解，其中：

图1是根据本发明的原理的示例性车辆系统的功能方块图；

图2和3是根据本发明的原理的示例性档位选择器和示例性选择器位置传感器的透视图；

图4是根据本发明的原理的示例性控制模块的功能方块图；以及

图5，6以及7是示出了根据本发明的原理的示例性控制方法的流程图。

具体实施方式

以下的描述实际上仅仅是示例性的并且决不旨在限制本发明，应用或使用。为了清楚，在附图中将使用相同的附图标记来表示相似的元件。如在此使用的，术语A，B和C中的至少一个应当解释为意味着使用非排他逻辑或的逻辑（A或B或C）。应当理解在不改变本发明的原理的情况下，方法中的步骤可以不同顺序执行。

如在此使用的，术语模块可以涉及，属于，或包括专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享，专用，或群组）；提供上述功能的其它适当的硬件部件；或上述一些或全部的组合，例如在片上系统中。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享，专用，或组）。

如以上使用的术语代码，可以包括软件，固件，和/或微代码，并且可以涉及程序，例程，功能，分类，和/或目标。如以上使用的术语共享的意思是来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享的）处理器执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享的）存储器存储。如以上使用的术语组意思是来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器或一组执行引擎执行。例如，处理器的多个核和/或多个线程可以被认为是执行引擎。在各种实施例中，执行引擎可以在处理器上，在多个处理器上，以及在多个位置的处理器上成组，例如在并行处理布置中的多个服务器。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。

在此描述的设备和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序实施。计算机程序包括存储在非易失性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非易失性有形计算机可读介质的非限制例子是非易失性存储器，磁性存储器，以及光存储器。

为了防止损坏离合器，配备有手动变速箱的车辆在起动车辆（即，从零加速）之前可以切换到第一档或倒档。如果车辆在除第一档或倒档之外的档位起动，则由离合器吸收的能量的量可以比当车辆在第一档或倒档起动时由离合器吸收的能量的量大几倍。转而，离合器的寿命可能减少。例如，每当车辆在除第一档或倒档之外的档位起动时，离合器的寿命可以减少1000英里或以上。

根据本发明的系统和方法当车辆在除第一档，倒档或空档之外的档位停止时或当车辆在除第一档或倒档之外的档位开始起动时通过指令驾驶员换档而防止损害离合器。选择器位置传感器检测档位选择器的位置，并且基于选择器位置确定所选择的档位。视觉信息，听觉信息，和/或触觉信息用来指令驾驶员换档。当车辆速度小于或等于预定速度，例如零时，并且所选择档位不是第一档，倒档或空档时，驾驶员可以被指令换档到第一档或倒档。当车辆速度从零增加至大于或等于预定速度，例如3公里/小时（kph），并且所选择档位不是第一档或倒档时，驾驶员可以被指令换档到第一档或倒档。

在驾驶员在除第一档或倒档之外的档位起动车辆之前指令驾驶员换档至第一档或倒档降低了离合器的工作温度。降低离合器的工作温度改进了离合器中所有部件的寿命和性能，包括离合器盘，离合器压力板，自调节机构，以及离合器液压或机械释放系统。降低离合器的工作温度还改进了离合器接合以将变速箱连接至发动机的双质量飞轮的寿命和性能。此外，可以防止或减少由离合器发出的气味，这可以改进使用者知觉品质和车辆的坚固性。

根据本发明的系统和方法基于手动变速箱的扭转负载能力通过限制发动机的转矩输出防止了对手动变速箱的损害。选择器位置传感器检测档位选择器的位置，并且基于选择器位置确定所选择的档位。根据所选择的档位确定转矩极限，并且当变速箱在所选择的档位时发动机的转矩输出被限制在转矩极限。例如，发动机可以具有400牛顿-米（Nm）的转矩输出能力，以及6速变速箱在通过第六齿轮的第二档可以具有400 Nm的转矩能力并且在第一档具有350 Nm的转矩能力。在该例子中，当变速箱在第一档时发动机的转矩输出可以被限制到350 Nm。

用这样的方式限制发动机的转矩输出使得变速箱能够与具有比变速箱更大的转矩能力的发动机一起使用。转而，单个变速箱可以与几个不同的发动机应用一起使用。结果，通过增加的生产率，变速箱的成本可以减少。

参照图1，展示了示例性车辆系统100的功能方块图。车辆系统100包括发动机102，变速箱104，差速器106，驱动轴108，以及主动轮110。发动机102产生驱动转矩。尽管发动机102被示出并且将以火花点火内燃发动机（ICE）进行描述，但发动机102可以包括另一适当类型的发动机，例如压缩点火ICE。一个或多个电动机（或电动机-发电机）也可以产生驱动转矩。

空气通过进气歧管112被引入发动机102中。使用节流阀114可以变化进入发动机102的气流。一个或多个燃料喷射器，例如燃料喷射器116，将燃料与空气混合以形成空气/燃料混合物。火花塞118将空气/燃料混合物点燃以在发动机102的气缸（例如气缸120）内燃烧空气/燃料混合物。尽管发动机102被描述为包括一个气缸，但发动机102可以包括超过一个气缸。

气缸120包括与曲轴122机械地连接的活塞（未示出）。发动机102经由曲轴122输出转矩到变速箱104。飞轮124连接到曲轴122上并随曲轴122一起转动。离合器126与飞轮124接合以将变速箱104连接至发动机102。飞轮124可以是包括阻尼器的双质量飞轮。

气缸120内的一个燃烧循环可以包括四个阶段：进气阶段，压缩阶段，燃烧阶段，以及排气阶段。在进气阶段期间，活塞向最低位置移动并且吸入空气到气缸120。在压缩阶段期间，活塞向最高位置移动并且在气缸120内压缩空气或空气/燃料混合物。

在燃烧阶段期间，来自火花塞118的火花点燃空气/燃料混合物。空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向最低位置返回，并且活塞驱动曲轴122的转动。产生的排气通过排气歧管128从气缸120排出以完成排气阶段和燃烧事件。

变速箱104以对应于所选档位的传动比将来自发动机102的驱动转矩传递至差速器106。变速箱104包括输入轴130，输出轴132，以及档位134。输入轴130连接离合器126和档位134。输出轴132连接档位134和差速器106。档位134以各种传动比将来自输入轴130的转矩传递至输出轴132。档位134包括倒档、第一档，以及高于第一档的一个或多个更高的档位。档位选择器136由驾驶员操作以选择档位134中的一个以实现所需的传动比。下面参照图2和3描述档位选择器的示例。差速器106将来自输出轴132的驱动转矩传递至驱动轴108。驱动轴108将差速器106连接至主动轮110。

车辆系统100包括测量车辆系统100的工作条件的传感器。曲轴位置传感器138测量曲轴122的位置并且产生表示曲轴位置的曲轴位置信号139。曲轴位置可以用来确定发动机转速。离合器位置传感器140测量离合器126的位置并且产生表示离合器位置的离合器位置信号141。离合器位置可以用来确定离合器126是否接合和/或接合的程度。

选择器位置传感器142确定档位选择器136的位置并且产生表示选择器位置的选择器位置信号143。选择器位置可以用来确定选择的档位，其可以是档位134中的一个或空档。下面参照图2和3描述选择器位置传感器的示例。轮转速传感器144测量主动轮110的速度并且产生表示轮转速的轮转速信号145。轮转速可以用来确定车辆速度。

车辆系统100包括传递信息至驾驶员的驾驶员界面146。驾驶员界面146包括换档显示器148。仅仅是为了示出目的，驾驶员界面146被描述为还包括档位显示器149，速度计150，转速计152，温度计154，以及燃料计156。档位显示器149通过展示所选择的档位和/或档位选择器136相对于换档模型158的位置来显示选择的档位。换档显示器148传送指令驾驶员换档至一档或倒档的视觉信息（例如，文本），听觉信息（例如，鸣响），和/或触觉信息（例如，振动）。

控制模块160控制发动机102以及驾驶员界面146。控制模块160输出显示什么时候换档至一档或倒档的换档显示器信号161。换档显示器148响应于换档显示器信号161指示驾驶员换档至一档或倒档。当车辆速度为零并且所选择的档位不是一档，倒档或空档，或当车辆速度从零增加并且所选择的档位不是一档或倒档时，控制模块160输出换档指示器信号161。控制模块160基于选择器位置确定选择的档位并且基于车轮速度确定车辆速度。

控制模块基于变速箱104的扭转负载能力限制发动机102的输出转矩。控制模块160基于选择的档位确定转矩极限。基于档位134的设计（例如，材料，几何形状）转矩极限可以为每个档位134预先确定。控制模块160通过输出发动机控制信号163维持发动机102的转矩输出在转矩极限或小于转矩极限。

参照图2，档位选择器202包括以换档柄206结束的档位杆204。驾驶员通过换档模型，例如图1所示的换档模型158，将档位杆204移动至换档档位。换档杆204布置在球形枢轴208中并且连接到沿纵轴212定向的轴210上。在纵轴212方向上移动换档杆204将轴210沿纵轴212平移。在横轴214方向上移动换档杆204将轴210围绕纵轴212转动。

选择器位置传感器216包括第一传感器218，第二传感器220，第一磁铁222，以及第二磁铁224。第一磁铁222和第二磁铁224连接到轴210上。第一传感器218和第二传感器220是靠近第一磁铁222和第二磁铁224安装的一维的霍尔效应传感器。当轴210相对于纵轴212平移或转动时，第一传感器218和第二传感器220的输出电压或占空比响应于第一磁铁222和第二磁铁224的磁场变化。关于这点，第一传感器218和第二传感器220检测第一磁铁222和第二磁铁224的接近，并且它们的占空比可以用来确定档位选择器202的位置。

参照图3，选择器位置传感器226包括传感器228和磁铁230。磁铁230连接到轴210上。传感器228是接近磁铁230安装的三维的霍尔效应传感器。当轴210相对于纵轴212平移或转动时，传感器228的输出电压或占空比响应于磁铁230的磁场变化。关于这点，传感器228检测磁铁230的接近，并且传感器228的占空比可以用来确定档位选择器202的位置。

参照图4，图1的控制模块160的例子包括车辆速度模块402，发动机速度模块404，选择档位模块406，换档指示器模块408，以及转矩极限模块410。车辆速度模块402基于车轮速度确定车辆速度。车辆速度模块402输出车辆速度。发动机转速模块404基于曲轴位置确定发动机速度。发动机速度模块404输出发动机速度。

选择档位模块406确定选择的档位。选择档位模块406可以基于选择器位置确定选择的档位。此外，选择档位模块406可以基于车辆速度，发动机速度，以及离合器位置确定选择的档位。当离合器位置显示离合器126完全接合并且车辆速度大于零时，选择的档位可以基于发动机转速与车辆速度的比率确定。选择档位模块406还可以基于诸如车轮尺寸和主传动比的预定参数确定选择的档位。选择档位模块406输出选择的档位。

换档指示器模块408输出显示什么时候换档至一档或倒档的换档指示器信号161。当车辆速度小于或等于第一速度（例如，零）并且所选择的档位不在一档，倒档，或空档时，换档指示器模块408可以输出换档指示器信号161。当上述情况满足小于第一周期和/或当离合器踏板接合小于第一百分比（例如，10%）时，换档指示器模块408可以克制不输出换档指示器信号161。当车辆速度从第一速度增加至第二速度（例如，3 kph）并且所选择的档位不在一档或倒档时，换档指示器模块408可以激活换档指示器148。第一速度、第二速度、第一百分比，并且第一周期可以预先确定。

转矩极限模块410通过输出发动机控制信号163限制发动机102的输出转矩。转矩极限模块410基于选择的档位确定转矩极限。基于档位134的设计（例如，材料，几何形状）转矩极限可以为每个档位134预先确定。转矩极限模块410将发动机102的输出转矩维持在转矩极限或低于转矩极限。

参照图5，当车辆在较高档停止时通过指令驾驶员切换手动变速箱用于保护离合器的方法从502开始。在504，方法确定车辆速度。在506，方法确定选择的档位。方法可以基于由选择器位置传感器测量的档位选择器的位置确定选择的档位。当离合器完全地接合并且车辆速度大于零时，方法可以基于发动机转速与车辆速度的比率确定选择的档位。

在508，方法确定车辆速度是否小于或等于第一速度（例如，零）。第一速度可以预定为对应于车辆停止或滑行。如果车辆速度小于或等于第一速度，方法继续至510。否则，方法继续至504。

在510，方法确定选择的档位是否在一档，倒档，或空档。如果选择的档位在一档，倒档，或空档，方法在512结束。否则，方法继续至514。在514，方法产生显示什么时候换档至一档或倒档的换档指示器信号。转而，换档指示器传送指令驾驶员换档至一档或倒档的视觉信息（例如，文本），听觉信息（例如，鸣响），和/或触觉信息（例如，振动）。方法可以继续指令驾驶员换档直到选择的档位是一档或倒档。

参照图6，当车辆以较高档位开始起动时通过指令驾驶员切换手动变速箱用于保护离合器的方法从602开始。在604，方法确定车辆速度。在606，方法确定选择的档位。方法可以基于由选择器位置传感器测量的档位选择器的位置确定选择的档位。当离合器完全地接合并且车辆速度大于零时，方法可以基于发动机转速与车辆速度的比率确定选择的档位。

在608，方法确定车辆速度是否小于或等于第一速度（例如，零）。第一速度可以预定为对应于车辆停止或滑行。如果车辆速度小于或等于第一速度，方法继续至610。否则，方法继续至604。

在610，方法确定车辆速度是否大于或等于第二速度（例如，3 kph）。第二速度可以预定为对应于车辆起动。如果车辆速度大于或等于第二速度，方法继续至612。否则，方法继续至604。

在612，方法确定选择的档位是否在一档或倒档。如果选择的档位在一档或倒档，方法在614结束。否则，方法继续至616。在616，方法产生指示什么时候换档至一档或倒档的换档指示器信号。转而，换档指示器传送指令驾驶员换档至一档或倒档的视觉信息（例如，文本），听觉信息（例如，鸣响），和/或触觉信息（例如，振动）。方法可以继续指令驾驶员换档直到选择的档位是一档或倒档。

参照图7，基于手动变速箱的扭转负载能力用于限制发动机的转矩输出的方法在702开始。在704，方法确定选择的档位。方法可以基于由选择器位置传感器测量的档位选择器的位置确定选择的档位。当离合器完全地接合并且车辆速度大于零时，方法可以基于发动机转速与车辆速度的比率确定选择的档位。

在706，方法基于选择的档位确定转矩极限。转矩极限可以为手动变速箱中的每个档位预先确定。例如，当选择的档位是一档转矩极限时转矩极限可以设定为350 Nm并且当选择的档位比一档高时转矩极限可以设定为400 Nm。在708，方法基于转矩极限控制发动机，例如通过将发动机的转矩输出维持在转矩极限或小于转矩极限。方法在710结束。

本发明的宽泛教导可以各种形式实施。因此，尽管本公开包括具体的例子，但本公开的真实范围将不会受到限制，因为在对附图，说明书，以及所附的权利要求的学习后，其它的修改对于本领域技术人员将会变得显而易见。