CN102454768A - 发动机和手动变速器之间的扭矩传递的控制 - Google Patents

Abstract

一种用于控制扭矩从发动机至手动变速器的传递的系统，该手动变速器具有多个可变换齿轮，该系统包括可选择性地释放和再接合的离合器。该离合器被设置在该变速器内且被构造为当离合器处于接合状态中时将发动机的扭矩传递至变速器。该系统还包括杆，该杆被操作地连接至变速器且可运动以切换齿轮。附加地，该系统包括输入装置，该输入装置被设置在该杆上且可操作以选择性地释放和再接合离合器。还提供了一种使用这种系统的车辆。

Description

发动机和手动变速器之间的扭矩传递的控制

技术领域

本发明涉及控制从发动机至手动变速器的扭矩传递。

背景技术

手动变速器是一种用在机动车应用中的变速器。手动变速器特征一般在于齿轮比(gear ratio：传动比)，该齿轮比可通过对变速器内的输出轴锁定经选择的齿轮对来选择。

使用这种手动变速器的车辆使用称为离合器的耦合装置来调节从车辆的发动机至其变速器的扭矩转送。通常，这种离合器由脚踏板操作以将车辆的发动机从其变速器断开和允许车辆从静止起动，以及便于变速器齿轮比的选择。变速器内的齿轮比的实际选择通常是经由可由驾驶员移动的换挡杆来完成的。

通常，学习有效地使用离合器要求很强的记忆力和一定水平的协调性。因此，当驾驶员必须更频繁地操作离合器踏板时，在繁忙交通状况下，手动变速器将较大的工作压力置于驾驶员身上。

发明内容

一种用于控制扭矩从发动机至手动变速器的传递的系统，该手动变速器具有多个可变换齿轮，该系统包括可选择性地释放和再接合的离合器。该离合器被设置在该变速器内且被构造为当离合器处于接合状态中时将发动机的扭矩传递至变速器。该系统还包括杆，该杆被操作地连接至变速器且可运动以切换齿轮。附加地，该系统包括输入装置，该输入装置被设置在该杆上且可操作以选择性地释放和再接合离合器。

该杆可包括换挡钮，且输入装置可被设置在该换挡钮上。

该系统可额外地包括促动器。在这种情况下，促动器可被电连接至输入装置，且可被直接连接至离合器，从而当输入装置被操作时促动器释放离合器。促动器可以是电液类型和电磁类型中之一。促动器和离合器还可被组合为集成离合装置。

输入装置可被构造为在完全伸出位置和完全压下位置之间行进，且可包括偏压弹簧，该偏压弹簧被构造为将输入装置朝向完全伸出位置预加载。附加地，输入装置可被经由力的施加操作，且可包括压力传感器，该压力传感器被构造为感应力和将与该力成比例的电信号传输至促动器。输入装置可被操作以通过改变力的幅度来调整离合器的接合。

而且，该系统可包括放大器。在这种情况下，从压力传感器传输至促动器的电信号可在被促动器接收之前被放大器调制。

而且，该系统可包括点火开关和锁特结构征，该点火开关被构造为选择性地开关发动机，该互锁结构特征被构造为在发动机被点火开关关闭时防止输入装置的操作。

还披露了一种车辆，该车辆包括用于控制扭矩从发动机至手动变速器的传递的系统，例如如上所述。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些较佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是车辆的示意图，该车辆包括用于控制扭矩从发动机至使用换挡杆的手动变速器的传递的系统；

图2是图1中所示的换挡杆的放大视图；

图3是用于控制扭矩从发动机至手动变速器的传递的系统的示意图；

图4是用于图1和3中所示的系统的一种类型的电磁离合器促动器的示意图；

图5是用于图1和3中所示的系统的一种类型的电液离合器促动器的示意图；

图6是用于图1和3中所示的系统的一种类型的集成离合器和促动器的示意图；

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记指示相同的部件，图1示出了车辆10的示意图。车辆10包括内燃发动机12，其具有可操作地连接至手动变速器14的曲轴13。手动变速器14被构造为从发动机12的曲轴13接收扭矩和传输该扭矩至驱动轮16。

手动变速器14的特征在于多个内部可切换齿轮，所述齿轮被组装至齿轮系中且被构造为在变速器的输入轴18和输出部20之间提供多种齿轮比。通过将适当的内部齿轮对锁定至输出部20，可选择手动变速器14的齿轮比。尽管车辆10被描述为具有后轮驱动结构，但是不排除目标车辆具有其他结构，例如前轮或四轮驱动类型。

车辆10还包括用于控制从发动机至手动变速器14的扭矩传递的系统21。因此，系统21包括可动换挡杆22，其被机械地连接至手动变速器14。换挡杆22可操作以切换变速器齿轮和选择期望的齿轮比。换挡杆22延伸至车辆10的乘员舱，且被定位为使得车辆10的操作者或驾驶员可方便地够到该杆，以选择手动变速器14中期望的齿轮比并同时能操作车辆。系统21还包括可选择性地释放和重新结合的离合器24，其由驾驶员操作用于调节从发动机12的曲轴13至变速器14的扭矩传递。

如果没有离合器24，则发动机12和驱动轮16将总是被持续地连接，且只要车辆10在任何时候停止，发动机就会熄火。此外，由于在变速器处于载荷下时取消选择齿轮需要相当大的力，所以如果没有离合器24，则选择变速器内的期望的齿轮比将变得非常困难，甚至在车辆10已经处于运动中时更是如此。而且，选择期望的齿轮比要求发动机12的回转速度保持在特定值，该值依赖于驱动轮16的旋转速度以及该期望的齿轮比。

在典型的车辆中，离合器可被车辆的驾驶员经由脚踏板(未示出)操作。在这种情况下，当离合器踏板被完全压下时，离合器24被完全脱离接合，且没有扭矩从发动机12传递至变速器14，且由此没有扭矩从变速器传递至驱动轮16。由此，当离合器24被脱离接合时，可以选择齿轮比或可以停止车辆10而不停止或熄火发动机12。当离合器踏板被完全释放时，离合器24被完全接合，且实际上发动机12的所有扭矩被传递至变速器14。在该联接状态中，离合器24不打滑(slip)，而是用作刚性联接，且动力被传输至车轮而操作效率方面具有极小损失。

在上述的接合和脱离接合的极端情况之间，离合器24打滑至变化的程度。当离合器24打滑时，其仍传输扭矩，尽管在发动机12的输出和变速器14的输入之间的速度存在差异。由于在离合器24打滑过程中，发动机12的扭矩通过摩擦接触传递而不是直接机械连接传递，所以相当多的动力被作为热量被浪费，且被离合器耗散。当离合器打滑被适当地应用时，这种打滑允许车辆10从静止起动，且当车辆已经处于运动中时，离合器打滑允许发动机的旋转逐渐地调节至新选择的齿轮比。

学习有效地使用脚踏板操作的离合器需要很强的记忆力和相当好的协调性。因此，在繁忙交通状况下，当驾驶员通常必须比在不繁忙的交通状况下更频繁地操作离合器脚踏板时，手动变速器将较大的工作压力置于驾驶员身上。

如图1和2所示，换挡杆22包括换挡钮26，其被构造为由车辆10的驾驶员抓持。换挡杆22包括输入装置28，其可通过由驾驶员施加的力而可操作。输入装置28被设置在该杆上且可操作以选择性地释放和重新接合离合器24。输入装置28被示出为按钮，但是还可被构造为任意其它类型的机构，例如控制杆或开关，它们便于对离合器24促动进行充分控制。如图1和2所示，输入装置28位于换挡杆26上且并入其中，从而该输入装置在变速器14的换挡过程中可被驾驶员容易地和方便地够到。

图3示出了换挡杆22的横截面，包括经过了输入装置28的部分。输入装置28被构造为在完全伸出位置30和完全压下位置32之间行进。输入装置28包括偏压弹簧34，该弹簧被构造为将输入装置朝向完全伸出位置30预加载。输入装置28还包括压力传感器36。压力传感器36被构造为感应在需要离合器24脱离接合时由驾驶员施加的力。压力传感器36可被构造为接收可变形隔膜(deformable diaphragm)处的施加力，该隔膜用于使得压敏电阻变形以改变他们的内电阻(未示出)。当压力传感器36包括四个这种压敏电阻以形成惠特斯通电桥时，来自压力传感器的输出电压与施加在隔膜处的力成比例。

波纹套38被包括其中，以遮蔽促动机构(未示出)，该促动机构将由驾驶员施加的力传递至压力传感器36。压力传感器36还被构造为将与施加的力成比例的激励电压形式的电信号传输至电压调节器或放大器40。由于压力传感器36的输出电压与施加的力成比例，所以输入装置28也能操作以响应施加的力的幅度变化来调整离合器24的释放和再接合。离合器24的释放和再接合的这种调整允许在车辆10的响应方面进行额外的控制，便于操作的平稳，且允许驾驶员适应变化的道路条件和车辆负荷。

在通过放大器40对电信号调制后，该电信号被传输至促动器42。促动器42经由放大器40电连接至输入装置28，且还直接被连接至离合器24。促动器42被构造为响应由驾驶员在输入装置28处产生的电信号而选择性地释放和再接合离合器24。促动器42可以是机电或电磁类型的，且还可是电液(electro-hydraulic)类型的力传输装置。在任一情况下，促动器42经由电促动操作，但是机械地传输力以释放和调整离合器24。

图4中示出的是促动器42的实例，其被构造为电磁压头(elecromagneticram)44。电磁压头44是三相管状马达，其能产生适当的推力以操作离合器24，以及以高的速度精确运动。电磁压头44包括缸体46、线圈阵列48、该线圈阵列安装在该缸体的内表面上。电磁压头44还包括位于缸体46内的可动电枢或活塞50。磁体阵列52被安装在活塞50上。当电压被施加至线圈48时，推力产生于活塞50处，该推力与施加的电压成比例。

图5中示出的是促动器42的例子，该促动器被构造为电液促动器或放大器阀54。电液促动器54包括脉冲宽度调制(PWM)螺线管56。至放大器阀54的控制输入是PWM螺线管56的工作循环(duty cycle)。通过改变工作循环，螺线管柱塞58被移位，由此改变腔室60中的液压压力。腔室60中增加的液压压力导致滑件(spool)62沿与PWM螺线管56的方向相反的方向移动。滑件62的该运动关闭排放通道64。而排放通道64的关闭又允许全部液压压力可用在液压通道66中，该液压通道被操作地连接至离合器24。当腔室60中的液压压力被降低时，滑件62沿向回朝向螺线管56的方向移位，打开排放通道64，且由此降低液压通道66中的压力。对于中间位置，为了调整离合器24，滑件62的表面68控制排放通道64的打开，且由此控制施加至离合器的力。

图6中示出的是被组合至集成离合器装置(例如电磁离合器70)中的促动器42和离合器24的实例。当电磁离合器70被要求产生力时，电压/电流被施加至线圈72。线圈72转变为电磁体且产生磁通量的磁力线。然后磁通量被通过线圈72和转子76之间的小空气隙74传递。转子76被磁化且建立吸引电枢78的磁回路。电枢78被拉靠到转子76且摩擦力施加在电枢和转子的接触处。在相对较短的时间内，负荷被加速以匹配转子的速度，由此接合电磁离合器70的输出轮毂80和电枢78。典型地，轮毂80随发动机12的曲轴13不断地旋转，而转子76随变速器14的输入轴18不断地旋转。

电磁离合器70被经由电促动操作，但是机械地将发动机10的扭矩传递至变速器14。在电磁离合器70的脱离接合过程中，当电流/电压被从促动器70去除时，电枢78随发动机12的曲轴自由转动。典型地，当动力被释放时，弹簧偏压电枢78离开转子76，由此建立空气隙74。电磁离合器70的循环运转是通过改变去往线圈72的电压/电流的幅度实现的。电磁离合器70被设计为使得当电磁离合器被完全接合时没有相对打滑，从而扭矩传递具有100％的效率。电磁离合器70中的打滑通常倾向于仅在车辆10从静止起动时发生。

回去参考图1，系统21附加地包括点火开关82。点火开关82被构造为选择性地开关发动机。点火开关82被连接至能量储存装置84以在能量储存装置和发动机12之间提供选择性地电连接，由此允许发动机被启动和运行。而且，系统21包括互锁结构特征部86，其被构造为在发动机被点火开关82关闭时防止输入装置28的操作。如所示，互锁结构特征部86可由输入装置28至点火开关82的电连接提供，从而输入装置仅在点火开关打开时可操作，或替换地，仅当点火开关打开且发动机12运行时可操作。互锁结构特征部86由此被构造为防止离合器24的意外释放和车辆10的运动。

总体上，系统21或用手操作输入装置28取代脚操作离合器踏板，或包括与踏板平行的输入装置，由此便于由驾驶员的手而不是他或她的脚来操作离合器24。由此，系统21在驾驶员一般被迫在比不繁忙的交通状况中更频繁操作踏板时允许驾驶员在繁忙交通状况中降低他或她脚上的工作负担。

虽然用于执行本发明的较佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制扭矩从发动机至手动变速器的传递的系统，该手动变速器具有多个可切换齿轮，该系统包括：

可选择性地释放和再接合的离合器，该离合器被相对于该手动变速器设置且被构造为当该离合器处于接合状态中时将发动机的扭矩传递至变速器；

杆，该杆被操作地连接至变速器且能运动为切换齿轮；和

输入装置，该输入装置被设置在该杆上且能操作为选择性地释放和再接合离合器。

2.如权利要求1所述的系统，其中该杆包括换挡钮，且该输入装置被设置在该换挡钮上。

3.如权利要求1所述的系统，还包括促动器，其中该促动器被电连接至输入装置且被直接连接至离合器，从而当输入装置被操作时促动器选择性地释放和再接合离合器。

4.如权利要求3所述的系统，其中促动器是电液类型和电磁类型中之一。

5.如权利要求3所述的系统，其中促动器和离合器被组合为集成离合装置。

6.如权利要求3所述的系统，其中输入装置被构造为在完全伸出位置和完全压下位置之间行进，且包括偏压弹簧，该偏压弹簧被构造为将输入装置朝向完全伸出位置预加载。

7.如权利要求3所述的系统，其中输入装置经由力的施加而操作，且包括压力传感器，该压力传感器被构造为感应力和将与该力成比例的电信号传输至促动器。

8.如权利要求7所述的系统，其中输入装置能操作为响应施加的力的幅度变化来调整离合器的释放和再接合。

9.如权利要求7所述的系统，还包括放大器，其中从压力传感器传输至促动器的电信号在被促动器接收之前被放大器调制。

10.如权利要求1所述的系统，还包括点火开关和互锁结构特征部，该点火开关被构造为选择性地开关发动机，该互锁结构特征部被构造为在发动机被点火开关关闭时防止输入装置的操作。

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