CN100497058C - 机械式变速箱的变速控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无脱开齿轮而引起的振动、可缩短变速时间的机械式变速箱的变速控制方法及其装置。变速控制装置具有当有机械式变速箱的变速要求时、控制内燃机产生的内燃机转矩使摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近的内燃机转矩控制单元(S10)；通过内燃机转矩控制单元来控制内燃机转矩、当传递转矩为数值0或在其附近时允许机械式变速箱进行变速的变速允许单元(S12)；以及通过变速允许单元允许变速时、在保持将离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮的变速实行单元(S16)。

Description

机械式变速箱的变速控制方法及装置
(1)技术领域
本发明涉及一种机械式变速箱的变速控制方法及装置，尤其涉及对摩擦离合器无离合操作来执行变速的技术。
(2)背景技术
作为车辆用变速箱，广泛采用变速切换操作自动化的变速箱，但是对于客车和卡车等大型车辆，由于驱动转矩的传递量大，液力变矩器很难完全传递驱动转矩，所以采用例如把手动机械式变速箱的变速切换操作变为自动化结构的机械式变速箱。
该机械式变速箱的结构是自动实施脱开齿轮和挂上齿轮从而完成变速，而且对摩擦离合器的结构也是与变速或者车辆停止同时自动进行离合操作。
然而，在机械式变速箱与变速同时自动控制摩擦离合器的情况下，由于很难在半离合状态中进行微妙的控制，故存在的问题是，切断摩擦离合器后驱动力不能传递到车轮的时间变长，感觉到实施变速的时间长。
另一方面，提出一个切断传递转矩的技术方案，它是在使变速箱的齿状离合器脱开的同时反复增减向内燃机的燃料供应，通过这样使得离齿状离合器完全脱开(例如，参考特开平1-164633号(专利第2887481号)公报，下面简称为专利文献1)。
如果考虑上述专利文献1，机械式变速箱中可以不切断摩擦离合器就能完成变速。
然而，上述专利文献1中，把齿状离合器往脱开方向加力的同时增减向内燃机的燃料供应，所以并不清楚齿状离合器的脱开、即脱开齿轮在哪一时刻执行。即，在上述专利文献1中，考虑到在很多情况下，脱开齿轮的时间不一定，而且在随着增减燃料供应而变动的内燃机的内燃机转矩的情况下，即使在传递转矩没有完全切断的状况下，也可以执行脱开齿轮。
如上所述，如果在传递转矩没有完全切断的状况下执行脱开齿轮，则在传递转矩比较高的情况下，由于脱开齿轮而发生振动，让乘员感到不舒服，这并不是件好事情。
(3)发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种无脱开齿轮引起的振动、可缩短变速时间的机械式变速箱的变速控制方法及装置。
为了达到上述目的，本发明的一种机械式变速箱的变速控制方法，该机械式变速箱可将内燃机的输出通过摩擦离合器自动多级地变速传递到车轮，该方法包括：相应于所述机械式变速箱的变速要求，根据从所述内燃机到所述摩擦离合器的第1运动方程式和从所述摩擦离合器到车轮和车辆的驱动轴上的第2运动方程式，求得使所述摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近的内燃机转矩，控制所述内燃机产生的内燃机转矩、使其成为所述求得的内燃机转矩的步骤(a)；利用所述步骤(a)控制内燃机转矩、当所述传递转矩为数值0或在其附近时允许所述机械式变速箱进行变速的步骤(b)；以及利用所述步骤(b)允许变速时、在保持将所述离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮的步骤(c)。
如果利用本发明的变速控制方法，根据变速要求来控制内燃机转矩，结果在摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近时，由于在保持将离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮，所以能无脱开齿轮而引起的振动、短时间内完成变速。
本发明的上述步骤(c)最好包含在保持将离合器连接的状态下执行脱开齿轮后改变内燃机的内燃机转速的子步骤(c1)；和在内燃机的转速与变速后的排档的齿轮转速大致同步时、在保持将离合器连接的状态下向变速后的排档执行挂上齿轮的子步骤(c2)。在这种适合的状态中若执行脱开齿轮，则内燃机转速改变，使其与变速后的排档的齿轮转速同步，所以在没有转速差的状态下没有离合器的离合操作，顺畅地实行挂上齿轮。
另外，本发明的变速控制方法可以适用于对摩擦离合器可以自动离合而构成的机械式变速箱，在上述步骤(c)中，当执行脱开齿轮指令后而无法能执行脱开齿轮时，可以把摩擦离合器自动切断而执行脱开齿轮和挂上齿轮。在这种适合的状态中，若执行了脱开齿轮指令但无法实行脱开齿轮，则在切断摩擦离合器的状态下可靠地执行脱开齿轮和挂上齿轮，从而可靠地执行变速。
本发明的变速控制方法的上述步骤(a)中，也可以根据从内燃机到摩擦离合器的第1运动方程式和从摩擦离合器到车轮和车辆的驱动轴上的第2运动方程式，求得变速后的内燃机转矩，使传递转矩为数值0或在其附近，且指示该改变后的内燃机转矩，而且控制内燃机，使其产生改变后的内燃机转矩。而且，也可以在驱动轴上的内燃机旋转角加速度和驱动轴上的驱动轴旋转角加速度相同的条件下改变上述第1和第2运动方程式，并根据上述改变后的第1和第2运动方程式，求得传递转矩为数值0或在其附近的内燃机转矩。在摩擦离合器具有飞轮和可以与该飞轮离接的离合器盘的适合状态下，可以把从内燃机到飞轮的运动方程式作为上述第1运动方程式使用，把从离合器盘到车轮和车辆的驱动轴上的运动方程式作为上述第2运动方程式使用。
另外，在上述步骤(a)中，从指示上述改变后的内燃机转矩后经过规定期间时，传递转矩的值可以视为为数值0或在其附近。
内燃机最好包含具有调节燃料喷射量的控制齿条的燃料喷射泵装置，在这种适合状态下，上述步骤(a)中可以对控制齿条进行控制而控制内燃机转矩，另外，上述步骤(b)中，根据控制齿条位置判断传递转矩是否为数值0或在其附近。
内燃机最好具有辅助制动装置，这种适合状态下，上述子步骤(c1)中，在内燃机的内燃机转速超过包含对应上述齿轮转速的目标内燃机转速的规定转速范围的上限值的情况下，可以使辅助制动装置动作。
另外，上述子步骤(c1)中，也可以根据内燃机的特性，修正对应于上述齿轮转速的目标内燃机转速。
在上述步骤(c)中，根据变速要求需要对机械式变速箱从高速档到低速档变速时，也可以从挂上齿轮开始后经过规定期间后指示内燃机转矩恢复。
为了完成上述目的，在本发明的一种机械式变速箱的变速控制装置，该机械式变速箱可通过摩擦离合器把内燃机的输出自动多级变速地传递到车轮，该变速控制装置包括：当有所述机械式变速箱的变速要求时，根据从所述内燃机到所述摩擦离合器的第1运动方程式和从所述摩擦离合器到车轮和车辆的驱动轴上的第2运动方程式，求得使得所述摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近的内燃机转矩、控制所述内燃机产生的内燃机转矩使其为所述求得的内燃机转矩的内燃机转矩控制单元；通过所述内燃机转矩控制单元来控制内燃机转矩、当所述传递转矩为数值0或在其附近时允许所述机械式变速箱进行变速的变速允许单元；以及通过所述变速允许单元允许变速时、在保持将所述离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮的变速实行单元。
因此，当有机械式变速箱的变速要求时，通过内燃机转矩控制单元来控制内燃机产生的内燃机转矩，使摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近，当传递转矩为数值0或在其附近时，通过变速允许单元允许变速，通过变速实行单元在保持将离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮。
由此，当传递转矩确实为数值0或在其附近的时候，无离合器的离合操作来执行脱开齿轮，所以无脱开齿轮而引起的振动，在短变速时间内快速地完成变速。
另外，本发明的机械式变速箱的变速控制装置最好具有检测上述内燃机的内燃机转速的内燃机转速检测单元、和检测变速后的排档的齿轮转速的齿轮转速检测单元。在这种适合的状态中，上述变速实行单元在保持将上述离合器连接的状态下执行脱开齿轮后，改变上述内燃机的内燃机转速，并在该内燃机转速与变速后的排档的齿轮转速大致同步时，在保持将上述离合器连接的状态下向改变速后的排档执行挂上齿轮。
在上述适合的状态中，若执行脱开齿轮，则内燃机的内燃机转速改变，使其与变速后的排档的齿轮转速同步，所以在没有转速差的状态下没有离合器的离合操作，从而顺畅地执行挂上齿轮。
另外，本发明的机械式变速箱的变速控制装置也可以构成为可以自动离合上述摩擦离合器。在这种适合的状态下，若上述变速实行单元在执行脱开齿轮指令后而无法实行脱开齿轮时，则自动切断上述摩擦离合器后执行脱开齿轮和挂上齿轮。
上述适合的状态中，即使变速实行单元在执行了脱开齿轮指令但不能实行脱开齿轮的情况下，在切断摩擦离合器的状态下可靠地执行脱开齿轮和挂上齿轮，可靠地实行变速。
本发明的变速控制装置中，摩擦离合器最好具有飞轮和可以与该飞轮离接的离合器盘。在这种适合的状态中，内燃机转矩控制单元根据从内燃机到飞轮的第1运动方程式和从离合器盘到车轮和车辆的驱动轴上的第2运动方程式，求得改变后的内燃机转矩，使传递转矩为数值0或在其附近，从而可以控制内燃机，产生改变后的内燃机转矩。
另外，内燃机最好包含具有调节燃料喷射量的控制齿条的燃料喷射泵装置。在这种适合的状态下，内燃机转矩控制单元可以对控制齿条进行控制来控制内燃机转矩。
内燃机最好具有辅助制动装置，在这种适合的状态中，变速实行单元在内燃机的内燃机转速超过包含对应于齿轮转速的目标内燃机转速的规定转速范围的上限值时，可以使辅助制动装置动作。
(4)附图说明
图1是应用本发明的机械式变速箱的变速控制装置的车辆(客车等)的驱动系统的概略结构图。
图2是表示本发明第1实施例的无离合变速控制的控制例程的流程图的一部分。
图3是接着图2表示本发明的无离合变速控制的控制例程的流程图的剩余部分。
图4是表示图2的Ne-F/B控制的控制例程的流程图。
图5是接着图3表示本发明的无离合变速控制的控制例程的流程图的剩余部分。
图6是表示本发明的第2实施例的无离合变速控制的控制例程的流程图的一部分。
(5)具体实施方式
下面参考附图说明本发明的一实施形态。
在图1中，表示应用本发明的机械式变速箱的变速控制装置的车辆(客车等)驱动系统的整体结构。下面根据图1说明包含本发明的机械式变速箱的变速控制装置的车辆驱动系统的结构。
如该图所示，柴油发动机(下面简称为发动机)1中设置了为供给燃料的燃料喷射泵装置(下面简称为喷射泵)6。该喷射泵6是通过泵输入轴(未图示)利用传递的发动机1的输出使泵动作而喷射燃料的装置。该喷射泵6具有调节燃料喷射量用控制齿条(未图示)，而且设置了检测控制齿条的齿条位置(控制齿条位置)SRC的齿条位置传感器9。另外，在泵输入轴附近附设了检测泵输入轴的转数的发动机旋转传感器8(内燃机转速检测单元)，根据该转数来检测发动机输出轴2的转数、即发动机转速Ne。
发动机输出轴2从发动机1伸出，该发动机输出轴2通过离合器装置3与齿轮式变速箱(下面简称为变速箱)4的输入轴20连接。由此，发动机1的输出通过离合器装置3传递到变速箱4，在该变速箱4实施变速。变速箱4除倒档外，还具有例如前进5档的变速档(1档～5档)的机械式变速箱，不仅可以自动变速，也可以手动变速。而且，离合器装置3的结构是在车辆停止起步时变速箱4可以自动离合控制。离合器装置3如后所述，也有的情况下在自动变速的时候自动进行离合控制。
离合器装置3是可以自动实施一般机械摩擦式离合器操作的装置，该操作为利用压紧弹簧11使离合器盘12压紧在飞轮10成为连接状态，另一方面，使离合器盘12与飞轮10分离成为切断状态。即，离合器盘12通过外变速杆12a利用离合器离合用的离合器驱动机构、即离合器驱动机构16可以自动操作。
详细来说，空气箱34通过作为空气供给通道的空气通道30与离合器驱动机构16连接。从而，工作空气通过空气通道30从空气箱34供给，离合器驱动机构16自动动作。由此，离合器盘12移动，使离合器装置3自动进行离合操作。
实际上，空气通道30中，安装了根据电子控制单元(ECU)80的信号驱动并执行空气的流通和切断的电动气动比例控制阀31，当驱动信号从ECU80供给该电动气动比例控制阀31时，工作空气通过该电动气动比例控制阀31从空气箱34供给离合器驱动机构16，离合器驱动机构16动作，使离合器装置3成为切断的状态。另一方面，当驱动信号停止供给时，切断从空气箱34到离合器驱动机构16的工作空气的供给，同时离合器驱动机构16内的工作空气排出到大气中，并通过压紧弹簧11的作用，离合器装置3成为连接状态。
离合器传递装置16中安装了检测离合器盘12的移动量、即离合器行程的离合器行程传感器17。
变速杆60为变速箱4的选择杆，设置了N(空档)档、R(倒车)档、及相当于自动变速模式的D(驱动)档。
对变速杆60，设置了检测各档位置的选择位置传感器62，该选择位置传感器62与ECU80连接。另一方面，ECU80与变速箱4的齿轮的啮合、即切换齿轮位置用的换档装置64相连接。所以，当从选择位置传感器62向ECU80供给位置信号时，根据该位置信号，从ECU80向换档装置64输出驱动信号，由此换档装置64动作，使变速箱4的齿轮位置切换成所希望的选择档。在选择位置在D档的情况下，如后面所详述，根据车辆的运行状态实施自动变速控制，再根据该自动变速控制来切换齿轮的位置。
换档装置64具有根据ECU80的动作信号动作的电磁阀66和使变速箱4内的换档拨叉(未图示)动作的动力缸(未图示)。该动力缸通过上述电磁阀66和空气通道67连接上述空气通道30。即，若从ECU80给上述电磁阀66提供动作信号，则电磁阀66根据动作信号打开或关闭阀，动力缸利用空气箱34供给的工作空气动作。由此，变速箱4的齿轮的啮合状态通过例如公转齿轮适度改变。在这里只表示了一个电磁阀66，但实际上换档拨叉由多个组成，对应于多个换档拨叉，设置了多个动力缸，且电磁阀66也对应于该多个应动力缸设置了多个。
在变速器4的换档装置64的附近附设了检测各变速档的齿轮位置传感器68，并与ECU80电连接，从该齿轮位置传感器68向ECU80输出当前的齿轮位置信号、即变速档信号。
加速踏板70具有油门开度传感器72，该传感器也与ECU80电连接。该油门开度传感器72输出加速踏板70的踏下量、即油门开度信息θ acc。
另外，对于变速器4的输出轴76，设置了检测输出轴76的转速并输出的转速传感器78，该转速传感器78也与ECU80电连接。并根据转速传感器78的信息，在ECU80中计算车速V。
图1中的标号82表示与ECU80分开另外设置的发动机控制单元。发动机控制单元82是把来自各传感器的信息和对应于油门开度信息θ acc等来自ECU80的信号供给喷射泵6内的电子控制器(未图示)的装置，是执行发动机1的驱动控制的装置。即，当从发动机控制单元82向电子控制器供给指令信号时，控制齿条动作，实施燃料的增减操作，控制发动机转矩Te或者发动机转速Ne的增减。从上述齿条位置传感器9和发动机旋转传感器8检测的信息通过该发动机控制单元82供给ECU80。
另外，对从发动机1的排气歧管7伸出的排气管50设置了排气制动装置52。排气制动装置52由蝶阀54构成，且与ECU80连接，它构成为根据ECU80的指令，执行蝶阀54的关闭操作，从而可以调节排气流量。由此，执行发动机输出和发动机转速Ne的减少操作，对车辆加上制动力。
ECU80由微型计算机(CPU)、存储器和处理输入输出信号的接口等组成，如上所述，离合器行程传感器17、选择位置传感器62、齿轮位置传感器68、油门开度传感器72、转速传感器78和发动机控制单元82等分别与在该ECU80的输入侧接口连接。
另一方面，如上所述，除了电磁阀66、发动机控制单元82、离合器驱动机构16和排气制动器52等外，还有报警灯83与ECU80的输出侧接口连接。
下面说明如上组成的本发明的机械式变速箱的变速控制装置的变速控制。
首先，对第1实施例进行说明。
图2到图5示出了本发明的无离合变速控制的控制例程的流程图，下面参考该流程图进行说明。
图2的步骤S10中，根据ECU80的变速指令执行发动机转矩Te的改变指示(内燃机转矩控制单元)。详细来说，这里控制发动机1，使离合器装置3的传递转矩，即飞轮10和离合器盘12间的离合器转矩Tcl为数值0或在其附近，从而改变发动机转矩Te。
具体来说，需要改变的发动机转矩Te根据从发动机1到飞轮10的运动方程式(式(1))和从离合器盘12到车轮和车辆驱动轴的运动方程式(式(2))，如下面那样求出，使离合器转矩Tcl为数值例如为0。
(Te-Tcl)·it·if＝Ie·it2·if2·d2θe/dt2…(1)
Tcl·it·if-(W(μ+sinθ)+λAV2)Rη
＝(W/g·R2+(Iw+(If+It·it2)·if2))·d2θax/dt2…(2)
式中，各参数的意义如下。
g：重力加速度
η：动力传递效率
μ：滚动阻力系数
λ：空气阻力系数
Ie：发动机输入轴旋转部分转动惯量
It：变速箱转动惯量
If：差速输入轴旋转部分转动惯量
Iw：车轴及同一旋转部分转动惯量
it：变速箱齿轮速比
if：差速齿轮速比
W：车辆重量
A：前面投影面积
R：车轮半径
Te：发动机转矩(变速箱输入轴上)
Tcl：离合器转矩(变速箱输入轴上)
V：车速
d2θ e/dt2：发动机旋转角加速度(驱动轴上)
d2θax/dt2：驱动轴旋转角加速度(驱动轴上)
这里，如果使离合器转矩Tcl例如成为数值0，则由于有d2θe/dt2＝d2θax/dt2，所以上述式(1)、式(2)可变成下式(3)、式(4)的形式。
Te·it·if＝I1·d2θe/dt2…(3)
-(W(μ+sinθ)+λAV2)Rη＝(I2+I3)·d2θe/dt2…(4)
式中I1、I2、I3分别为：I1＝Ie·it2·if2(发动机惯性)、I2＝(Iw+(If+It·it2)·if2)(旋转部分惯性)、I3＝W/g·R2(相当于车辆重量的惯性)。
由此，如果消去d2θe/dt2，则发动机转矩Te可以用式(5)求得。
Te＝(-(W(μ+sinθ)+λAV2)Rη/(it·if))·I1/(I2+I3)…(5)
如此可以求出发动机转矩Te后，则对控制齿条进行控制，改变燃料喷射量，以得到该发动机转矩Te。
在其次的步骤S12中，判断离合器转矩Tcl是否为数值0(零)或在其附近。这里判断实际的离合器转矩Te是否与上述式(5)求出的离合器转矩Te大致一致。具体来说，根据齿条位置传感器9的信息，判断齿条位置SRC是否在所希望的齿条位置上。另外，也可以设置转矩传感器，直接检测离合器转矩Tcl是否为数值0或在其附近。
当步骤S12的判断结果为是(YES)，齿条位置SRC在所希望的齿条位置，以及离合器转矩Tcl判断为数值0或在其附近的情况下，进入步骤S16(允许变速单元)。另一方面，当步骤S12的判断结果为不是(NO)、齿条位置SRC未在所希望的位置，以及离合器转矩判断为不为数值0或不在其附近的情况下，进入步骤S14，并从发动机转矩Te的改变指示开始经过规定期间t1为止继续改变燃料喷射量。
在步骤S14中，规定期间t1为例如对应于控制齿条的响应延迟的时间，当经过规定期间t1时，离合器转矩Tcl可以视为已经为数值0或在其附近。所以，当步骤S14的判断结果为是(Yes)、判断为已经经过了规定期间t1时，跟上述一样进入步骤S16。
在步骤S16中，执行变速器4的脱开齿轮指示(变速实行单元)。如上所述，当离合器转矩Tcl为数值0或在其附近时，在飞轮10与离合器盘12之间、以及变速箱4的齿轮之间不产生传递转矩，所以即使不对离合器装置3进行断开操作，齿轮也应该无振动、容易地脱开。所以，在这里不对离合器装置3进行断开操作，使飞轮10与离合器盘12保持连接状态不变的情况下，利用换档装置64进行齿轮脱开。
在步骤S18中，判断齿轮是否脱开。这里，根据齿轮位置传感器68的信息，判断是否齿轮脱开，变速箱4中是否处于齿轮空档状态。当判断结果为不是(No)、齿轮未脱开的情况下，进入图3的步骤S30。
在步骤S30中，判断脱开齿轮的指示后，是否已经经过了规定期间t3。这里规定期间t3是例如超过换档拨叉响应延迟的时间，通常经过规定期间t3之前齿轮理应脱开。因而，在判断结果为不是(No)、并经过规定期间t3为止的时间中，继续步骤S18的判断，等待齿轮脱开。
另一方面，在步骤S30的判断结果为是(Yes)、判断为已经经过规定期间t3的情况下，考虑到由于某种原因，在保持连接离合器装置3的状态下齿轮无法脱开的状况。对于这种状况，可以考虑有例如上述式(5)的参数不正确、无法正确求出发动机转矩Te的情况，或者齿条位置传感器9发生了异常的情况。所以，在这种情况下，进入步骤S32，使离合器驱动机构16动作而使离合器装置3自动进行断开操作(离合器自动切断)，进入步骤S34。
在步骤S34中，在离合器装置3自动进行断开操作后，判断是否经过了规定期间t4。这里规定期间t4是例如超过离合器驱动机构16的响应延迟的时间，通常经过规定期间t4之前，离合器装置3应该成为切断的状态，齿轮理应脱开。因而，在判断结果为不是(No)，经过规定期间t4为止的时间中，继续步骤S18的判断，等待齿轮脱开。
另一方面，当步骤S34的判断结果为是(Yes)、判断为已经经过规定时间t4的情况下，考虑到由于某种原因，脱开齿轮本身不能完成的状况。这种情况下，判断为变速箱4有故障，进入步骤S36，中止一切自动变速控制后，点亮报警灯83，把故障告诉司机。
在步骤S18的判断结果为是(Yes)、判断齿轮已经脱开的情况下，进入步骤S20。
在步骤S20中，判断离合器装置3是否能自动进行断开操作。当判断结果为不是(No)、离合器装置3无法自动进行断开操作的情况下，进入步骤S24。另一方面，如上所述，在离合器装置3自动进行了断开操作的情况下，判断结果为是(Yes)，在这种情况下，通过步骤S22操作连接离合器装置3后，进入步骤S24。
在步骤S24中，暂且等待经过规定时间t2，之后通过步骤S26实施发动机转速Ne的反馈控制(Ne-F/B控制)。如图4所示的子程序那样，该Ne-F/B控制使发动机转速Ne与变速后的排档的齿轮转速大致同步。
对于Ne-F/B控制，在步骤S40中，判断在Ne-F/B控制开始后是否在规定期间t5以内。刚开始Ne-F/B控制后的判断结果为是(Yes)，进入步骤S42。
在步骤S42中，判断发动机转速Ne是否在变速后排档的齿轮转速、即目标Ne的附近(Ne＝目标Ne±N1)。变速后的排档的齿轮转速、即目标Ne根据利用转速传感器78检测的输出轴76的转速和齿轮速比很容易计算(齿轮转速检测单元)。当判断结果为不是(No)、发动机转速Ne判断为不为变速后的目标Ne或者不在其附近的时候，进入步骤S44。
在步骤S44中，判断发动机转速Ne是否在比变速后的目标值Ne大规定值N2的转速范围内(Ne≤目标Ne+N2)。当判断结果为不是(No)的情况下，可以判断为发动机的转速太大。这种情况下进入步骤S46，使辅助制动装置动作。具体来说，使排气制动装置52进行关闭动作，使发动机的转速Ne下降。
另一方面，当步骤S44的判断结果为是(Yes)的情况下，可以判断为发动机转速Ne处于没那么高的状态。这种情况下进入步骤S48，使辅助制动装置设不动作，进入步骤S50。
在需要把发动机转速Ne控制成目标Ne的情况下，如果对发动机1直接指示该目标Ne，则由于发动机的特性使发动机转速Ne达到目标Ne需要一定时间，或者发动机转速Ne与目标Ne之间始终存在偏差。所以在步骤S50中，对目标Ne进行修正指示，进行发动机控制，使其达到该经过修正的目标Ne。由此，可以使发动机转速Ne在短时间内无偏差地控制成目标Ne。
另一方面，上述步骤S42的判断结果为是(Yes)、发动机转速Ne判断为是变速后的目标Ne或在其附近的情况下，即发动机转速Ne判断为与变速后的排档的目标Ne大致同步的情况下，进入步骤S52，使辅助制动装置不动作，然后在步骤S54中，判断Ne-F/B控制开始后是否经过了规定时间t6。
在步骤S54的判断结果为不是(No)、未经过规定期间t6的期间，在步骤S56中执行目标Ne的指示，当判断结果为是(Yes)、经过了规定期间t6的情况下，或者步骤S40的判断结果为不是(No)、经过了规定期间t5的情况下，结束Ne-F/B控制，并进入图2的步骤S28。
在步骤S28中，重新使辅助制动装置不动作，进入图5的步骤S60。
在步骤S60中，接受发动机转速Ne是为变速后的排档的目标Ne或在其附近的判断后，执行换档(挂上齿轮)指示。如果发动机的转速Ne与变速后的排档的目标Ne大致同步，则即使不对离合器装置3进行断开操作，齿轮也可以顺畅地挂上。所以，这里不对离合器装置3进行断开操作，而在保持飞轮10和离合器盘12连接的状态下利用换档装置64执行换档(挂上齿轮)。
在步骤S62中，判断换档是否完成。这里根据齿轮位置传感器68的信息，判断是否换档完成，排档是否转换为变速后的排档。在判断结果为不是(No)、判断为未完成换档的情况下，进入步骤S64，判断指示换档后是否经过规定期间t7。这里规定期间t7与上述规定期间t3相同，是例如超过换档拨叉的响应延迟的时间，通常在经过规定期间t7之前齿轮理应挂上。因而，在判断结果为不是(No)、经过规定时间t7为止的时间中，继续步骤S62的判断，等待齿轮挂上。
另一方面，在步骤S64的判断结果为是(Yes)、判断为已经经过规定时间t7的情况下，考虑到由于某种原因，换档本身无法完成的状况。所以在这种情况下，判断为变速箱4发生了故障，进入步骤S66，中止换档指示，并点亮报警灯83，把故障通知给司机。
另一方面，在步骤S62的判断结果为是(Yes)、判断为换档完成的情况下，进入步骤S68。
在步骤S68中，在换低档的情况下，判断是否已经经过规定时间t8。当判断结果为不是(No)的情况下，等待经过规定时间t8。另一方面，判断结果为是(Yes)的情况下，进入步骤S70。
在步骤S70中，接受完成换档、实施变速没有问题的信息，并保持报警灯83的熄灯状态。然后，在下一个步骤S72中，接受换档完成的信息，执行将步骤S10中改变的发动机转矩Te恢复的指示，把发动机控制恢复到通常的控制状态，使发动机转矩Te恢复。
在换低档时(急速降档以外的未踩下加速踏板的状态下换低档时)，处于为了提高发动机转速Ne而增大发动机转矩Te的状态，如果在这种状态下执行换档(挂上齿轮)后马上执行发动机转矩Te的恢复指示，则停止发动机转矩增大控制，发动机转矩Te急剧变动，从而有齿轮脱开的可能性。因此，在换低档时，在步骤S68中判断是否经过了规定期间t8，如果判断结果为是(Yes)、经过了规定时间t8之后，则经过步骤S70后在步骤S72中执行发动机转矩Te的恢复指示。由此，发动机转矩Te的紧急变动得到抑制，防止齿轮脱开。
在换高档时，为了降低发动机转速Ne，而不增大发动机转矩Te执行换档(齿轮挂上)之后，即使马上执行发动机转矩Te的恢复也不用担心齿轮脱开。所以在换高档时，不用等待经过规定时间t8而进入步骤S72，马上执行发动机转矩Te的恢复指令。
如上所述一连串的无离合变速控制结束。
下面说明第2实施例。
图6利用流程图表示了本发明第2实施例的无离合变速控制的控制例程，下面根据该流程图说明第2实施例。对与上述第1实施例相同部分赋予相同的步骤标号并省略说明，这里只说明与第1实施例不同的部分。
经过步骤S10，在步骤S12’中，根据变速指令判断从改变发动机转矩Te开始是否经过了规定期间t0。即，求出发动机转矩Te，若对控制齿条进行控制，改变燃料喷射量，以便得到该发动机转矩Te，然后再经过规定期间t0，离合器转矩Tcl便可以视为数值0或在其附近。因此，当判断结果为是(Yes)、判断为已经经过规定期间t0的情况下，进入步骤S16，执行脱开齿轮指示。这种情况下，即使不对离合器装置3进行断开操作，齿轮应当也可以无振动地容易脱开。
另一方面，步骤S12’的判断结果为不是(No)、判断为未经过规定期间t0的情况下，等待经过规定期间t0。
执行完步骤S16到步骤S24后，步骤S26’中，代替上述图4的Ne-F/B控制，执行简单的F/B控制。
具体来说，换高档时，在置步骤S26’中，使辅助制动装置动作，在步骤S27’中判断发动机转速Ne是否在比变速后的排档的目标值Ne大规定值N3的转速范围内(Ne≤目标Ne+N3)。在判断结果为不是(No)的情况下，能够判断为发动机转速Ne过大，这种情况下经过步骤S29’回到步骤S26’，使辅助制动装置持续动作。即，使排气制动装置52关闭工作，持续地降低发动机转速Ne。
另一方面，在步骤S27’或者步骤S29’的判断结果为是(Yes)的情况下，判断为发动机转速Ne在比变速后的排档的目标Ne大规定值N3的转速范围内，发动机转速Ne与变速后的排档的目标Ne大致同步，使辅助制动装置不动作，进入图3的步骤S30以后。
这样，本发明的机械式变速箱的变速控制装置中，从上述式(5)求得发动机转矩Te，使得离合器装置3的离合器转矩Tcl为数值0或在其附近，在该发动机转矩Te的状态下，不用进行离合器的离合操作，而执行脱开齿轮，所以能够不发生由脱开齿轮引起的振动，缩短变速时间，快速地完成变速。
进一步，脱开齿轮后，在发动机转速Ne与变速后的排档的目标Ne大致同步的状态下执行挂上齿轮，由此不用离合器的离合操作而一并顺畅地执行挂上齿轮。
另外，在无法正确求得式(5)的发动机转矩Te、或者齿条位置传感器9发生异常的情况下，与通常一样切断离合器装置3而执行变速，由此可以可靠地执行脱开齿轮和挂上齿轮。
在上述实施形式中是与自动变速模式中的变速指令相对应执行无离合变速控制，但是并不局限于此，也可以是例如根据司机的变速操作而输出的变速指令执行无离合变速控制。这种情况下，在由司机执行离合器踏板操作时，只要优先执行该踏板操作使离合器进行离合动作即可。
另外，在上述实施形式中，作为发动机型式是使用了柴油发动机，作为发动机转矩Te和发动机转速Ne的控制单元是采用了利用喷射泵6来控制燃料喷射量的结构，但是并不局限于此，作为发动机型式也可以是汽油发动机，另外也可以采用通过调整吸入空气量、燃料喷射阀的燃料喷射量、点火时间等来控制发动机转矩Te和发动机转速Ne的结构。

Claims (18)

1.一种机械式变速箱的变速控制方法，该机械式变速箱可将内燃机的输出通过摩擦离合器自动多级地变速传递到车轮，其特征在于，包括：
相应于所述机械式变速箱的变速要求，根据从所述内燃机到所述摩擦离合器的第1运动方程式和从所述摩擦离合器到车轮和车辆的驱动轴上的第2运动方程式，求得使所述摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近的内燃机转矩，控制所述内燃机产生的内燃机转矩、使其成为所述求得的内燃机转矩的步骤a；
利用所述步骤a控制内燃机转矩、当所述传递转矩为数值0或在其附近时允许所述机械式变速箱进行变速的步骤b；以及
利用所述步骤b允许变速时、在保持将所述离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮的步骤c，
令重力加速度为g，动力传递效率为η，滚动阻力系数为μ，空气阻力系数为λ，发动机输入轴旋转部分转动惯量为Ie，变速箱转动惯量为It，差速输入轴旋转部分转动惯量为If，车轴及同一旋转部分转动惯量为Iw，变速箱齿轮速比为it，差速齿轮速比为if，车辆重量为W，前面投影面积为A，车轮半径为R，变速箱输入轴上的发动机转矩为Te，变速箱输入轴上的离合器转矩为Tcl，车速为V，驱动轴上的发动机旋转角加速度为d2θe/dt2，驱动轴上的驱动轴旋转角加速度为d2θax/dt2，
则所述第1运动方程式为
(Te-Tcl)·it·if＝Ie·it2·if2·d2θe/dt2，
所述第2运动方程式为
Tcl·it·if-(W(μ+sinθ)+λAV2)Rη
＝(W/g·R2+(Iw+(If+It·it2)·if2))·d2θax/dt2。
2.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，所述步骤c包含保持将所述离合器连接的状态下执行完脱开齿轮后，改变所述内燃机的内燃机转速的子步骤c1；该内燃机转速与变速后的排档的齿轮转速大致同步时，在保持将所述离合器连接的状态下执行向变速后排档挂上齿轮的子步骤c2。
3.如权利要求1或2所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，适用于对所述摩擦离合器可以自动离合而构成的机械式变速箱，且在所述步骤c中，执行脱开齿轮指令后而无法实行脱开齿轮时，自动切断所述摩擦离合器后执行脱开齿轮和挂上齿轮。
4.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，在所述驱动轴上的内燃机旋转角加速度与所述驱动轴上的驱动轴旋转角加速度相同的条件下改变所述第1运动方程式，并在所述步骤a中根据所述改变后的第1运动方程式求得所述改变后的内燃机转矩，使所述传递转矩为数值0或在其附近。
5.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，在所述驱动轴上的内燃机旋转角加速度与所述驱动轴上的驱动轴旋转角加速度相同的条件下改变所述第2运动方程式，并在所述步骤a中根据所述改变后的第2运动方程式求得所述改变后的内燃机转矩，使所述传递转矩为数值0或在其附近。
6.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，所述摩擦离合器具有飞轮和与该飞轮可以离接的离合器盘，而且把从所述内燃机到所述飞轮的运动方程式作为第1运动方程式使用，并把从离合器盘到车轮和车辆的驱动轴上的运动方程式作为第2运动方程式使用。
7.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，在所述步骤a中，从指示所述改变后的内燃机转矩之后经过规定期间时，所述传递转矩可以视为数值0或在其附近。
8.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，所述内燃机包含具有调节燃料喷射量的控制齿条的燃料喷射泵装置，而且所述步骤a中通过控制所述控制齿条而控制所述内燃机转矩。
9.如权利要求8所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，在所述步骤b中，根据控制齿条位置判断所述传递转矩是否为数值0或在其附近。
10.如权利要求2所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，所述内燃机具有辅助制动装置，并在所述子步骤c1中，如果所述内燃机的内燃机转速超过规定转速范围的上限值的时候，使所述辅助制动装置动作，所述规定转速范围包含与所述齿轮转速对应的目标内燃机转速。
11.如权利要求2所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，在所述子步骤c1中，根据所述内燃机的特性，修正所述对应于齿轮转速的目标内燃机转速。
12.如权利要求1所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，在根据所述变速要求需要从所述机械式变速箱的高速档向低速档变速的情况下，在所述步骤c中，在挂上齿轮开始之后经过规定时间后指示内燃机转矩恢复。
13.如权利要求2所述的机械式变速箱的变速控制方法，其特征在于，所述内燃机具有辅助制动装置，在根据所述变速要求需要从所述机械式变速箱的高速档向低速档变速的情况下，所述子步骤c1中如果所述内燃机的内燃机转速超过规定转速范围的上限值时，使所述辅助制动装置动作，所述规定转速范围包含与所述齿轮转速对应的目标内燃机转速。
14.一种机械式变速箱的变速控制装置，该机械式变速箱可通过摩擦离合器把内燃机的输出自动多级变速地传递到车轮，其特征在于，包括：
当有所述机械式变速箱的变速要求时，根据从所述内燃机到所述摩擦离合器的第1运动方程式和从所述摩擦离合器到车轮和车辆的驱动轴上的第2运动方程式，求得使得所述摩擦离合器的传递转矩为数值0或在其附近的内燃机转矩、控制所述内燃机产生的内燃机转矩使其为所述求得的内燃机转矩的内燃机转矩控制单元；
通过所述内燃机转矩控制单元来控制内燃机转矩、当所述传递转矩为数值0或在其附近时允许所述机械式变速箱进行变速的变速允许单元；以及
通过所述变速允许单元允许变速时、在保持将所述离合器连接的状态下执行脱开齿轮和挂上齿轮的变速实行单元，
令重力加速度为g，动力传递效率为η，滚动阻力系数为μ，空气阻力系数为λ，发动机输入轴旋转部分转动惯量为Ie，变速箱转动惯量为It，差速输入轴旋转部分转动惯量为If，车轴及同一旋转部分转动惯量为Iw，变速箱齿轮速比为it，差速齿轮速比为if，车辆重量为W，前面投影面积为A，车轮半径为R，变速箱输入轴上的发动机转矩为Te，变速箱输入轴上的离合器转矩为Tcl，车速为V，驱动轴上的发动机旋转角加速度为d2θe/dt2，驱动轴上的驱动轴旋转角加速度为d2θax/dt2，
则所述第1运动方程式为
(Te-Tcl)·it·if＝Ie·it2·if2·d2θe/dt2，
所述第2运动方程式为
Tcl·it·if-(W(μ+sinθ)+λAV2)Rη
＝(W/g·R2+(Iw+(If+It·it2)·if2))·d2θax/dt2。
15.如权利要求14所述的机械式变速箱的变速控制装置，其特征在于，具有检测所述内燃机的内燃机转速的内燃机转速检测单元、和检测变速后的排档的齿轮转速的齿轮转速检测单元，
所述变速实行单元在保持将所述离合器连接的状态下执行脱开齿轮后改变所述内燃机的内燃机转速，当该内燃机转速与变速后的排档的齿轮转速大致同步时，在保持将所述离合器连接的状态下向该变速后的排档进行挂上齿轮。
16.如权利要求14或15所述的机械式变速箱的变速控制装置，其特征在于，所述摩擦离合器的结构是可以自动地离合，所述变速实行单元在执行完脱开齿轮指令后而无法执行脱开齿轮的时候，自动切断所述摩擦离合器，然后执行脱开齿轮和挂上齿轮。
17.如权利要求14所述的机械式变速箱的变速控制装置，其特征在于，所述内燃机包含具有调节燃料喷射量的控制齿条的燃料喷射量泵装置，
且所述内燃机转矩控制单元通过控制所述控制齿条而控制所述内燃机转矩。
18.如权利要求15所述的机械式变速箱的变速控制装置，其特征在于，所述内燃机具有辅助制动装置，
如果所述内燃机的内燃机转速超过规定转速范围的上限值的时候，所述变速实行单元使所述辅助制动装置动作，所述规定转速范围包含与所述齿轮转速对应的目标内燃机转速。
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