CN104832637A - 变速器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变速器及其控制方法。当变速器范围选择器处于泊车挡位置时，控制器接合多个变速器换挡元件以将变速器置于锁止状态。在锁止状态中，变速器输出轴和涡轮轴通过换挡元件都保持不旋转。为了从泊车挡切换为行驶挡，控制器释放换挡元件中的一个以将变速器置于一挡状态。为了从泊车挡切换为倒挡，控制器释放换挡元件中不同的一个以将变速器置于换挡状态。控制器可以等待直到驾驶员释放制动器踏板以释放换挡元件。

Description

变速器及其操作方法

技术领域

本发明涉及自动变速器控制的领域。特别地，涉及随着换挡选择器在泊车挡、倒挡、空挡和行驶挡位置之间移动而控制变速器换挡元件的方法。

背景技术

很多车辆利用自动变速器以将动力从内燃发动机传输至车轮。自动变速器调节发动机和车轮之间的传动比使得发动机可以随着车速的变化以高效的转速运行。车速较低时，变速器使车轮旋转得比发动机慢很多而传输数倍的发动机扭矩至车轮。速度较高时，即使车轮旋转得相对较快，变速器也允许发动机以相对较低的转速运行。相反，即使发动机继续以相同方向旋转，变速器也以相反的方向传输扭矩使车辆向后移动。

驾驶员通过操作范围选择器来控制变速器模式。范围选择器通常提供泊车挡、倒挡、空挡和行驶挡模式。泊车挡模式中，即使存在较大的力时，车辆也保持静止。传统上这通过将传动装置变速箱置于空挡状态并通过驻车掣爪保持输出轴静止来执行。在倒挡上，当驾驶员压下加速器踏板时车辆向后移动。在空挡上，压下加速器踏板不会使车辆移动，但是响应于其它力(比如重力)而允许车辆移动。最后，在行驶挡上，当驾驶员压下加速器踏板时车辆向前移动。传统上通过将变速箱置于对应的状态且释放驻车掣爪来执行倒挡、空挡和行驶挡。

当驾驶员将范围选择器从泊车挡移动至倒挡或行驶挡时，变速箱必须分别从空挡状态切换为倒挡传动比或一挡传动比。在很多自动变速器中，这通过接合一个或更多个换挡元件来实现。遗憾的是，变速器开始接合换挡元件的时间和换挡元件达到所需的扭矩容量以建立倒挡传动比或一挡传动比的时间之间可能存在延迟。当发动机缓慢运行时该延迟可能更长。在这段间隔期间，即使驾驶员已经选择了倒挡或行驶挡，变速器也处于空挡。如果驾驶员在这段间隔期间压下加速器踏板，那么发动机转速将增加却不会使车辆移动。如果车辆在坡上，那么将会开始溜下山坡。随后，当变速器完成接合时，车辆可能在选择的方向上突然冲击。如果在变速器完成该接合时驾驶员保持住制动器，那么动力传动系统将开始施加与制动相反的力并且车辆乘客可能感觉到来自变速器安装架处反作用扭矩的震动。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种包括多个换挡元件的自动变速器。第一换挡元件在泊车挡和前进启动模式中接合而在倒挡启动(launch)模式中分离。第二换挡元件在泊车挡和倒车启动模式中接合而在前进启动模式分离。变速器可以包括释放第一离合器以从泊车挡切换为倒挡以及释放第二离合器以从泊车挡切换为行驶挡的控制器。一些实施例中，可以包括在泊车挡、前进启动模式和倒车启动模式中接合的一个或多个额外的换挡元件。当处于泊车挡时，这些换挡元件保持变速器输出轴和涡轮轴都不旋转。

根据本发明的另一方面，提供一种操作变速器的方法，该方法包括接合足够的换挡元件以保持输出轴和涡轮轴不旋转以及随后通过分离驻车掣爪且分离换挡元件中的一个从泊车挡切换为非泊车挡模式。例如，非泊车挡模式可以是倒挡模式、行驶挡模式或空挡模式。驻车掣爪的分离可以先于换挡元件的分离。可以推迟换挡元件的分离直到驾驶员也释放制动器踏板为止。可以按顺序接合换挡元件以避免暂时建立从涡轮轴至输出轴的动力流(powerflow)路径。

在本发明的一个实施例中，所述变速器进一步包括在泊车状态、前进启动状态和倒车启动状态中接合的第三换挡元件。

在本发明的一个实施例中，在空挡状态中接合第一换挡元件和第二换挡元件并且分离第三换挡元件。

在本发明的一个实施例中，所述变速器进一步包括涡轮轴和输出轴，其中，在泊车状态中第一、第二和第三轴元件共同地保持涡轮轴和输出轴都不旋转。

在本发明的一个实施例中，所述变速器进一步包括具有固定至输入轴的泵轮以及固定至涡轮轴的涡轮的变矩器。

在本发明的一个实施例中，所述变速器进一步包括在泊车状态、前进启动状态和倒车启动状态中接合的第四换挡元件。

在本发明的一个实施例中，所述变速器进一步包括涡轮轴和输出轴，其中，在泊车状态中第一、第二、第三和第四换挡元件共同地保持涡轮轴和输出轴都不旋转。

附图说明

图1是第一示例变速器配置的示意图；

图2是说明响应于换挡选择器的移动和制动器踏板的致动而接合和释放换挡元件的方法的流程图；

图3是说明用于图1中的变速器的换挡元件的换挡元件接合顺序的流程图；

图4是第二示例变速器配置的示意图。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施实施例的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

图1说明了代表性自动变速器。变速器被包括在固定至车辆结构的壳体12中。输入轴14由车辆发动机驱动。输出元件16驱动车轮。变矩器18具有固定至输入轴14的泵轮以及固定至涡轮轴20的涡轮。变矩器18将扭矩从输入轴14传输至涡轮轴20同时允许涡轮轴20旋转得比输入轴14慢。当涡轮轴20旋转得显著慢于输入轴14时，变矩器导轮通过单向离合器22保持不旋转使得施加至涡轮轴20的扭矩是输入轴14处提供的扭矩的数倍。可替代地，可以通过启动离合器替代变矩器18。

变速箱24在涡轮轴20和输出元件16之间建立多个传动比。特别地，变速箱24具有建立六个前进挡和一个倒挡传动比的三个行星齿轮组和五个换挡元件。简单行星齿轮组26、28和30各自具有绕共同轴线旋转的中心齿轮、齿轮架和环形齿轮。每个行星齿轮组还包括相对于齿轮架旋转并与中心齿轮和环形齿轮两者啮合的多个行星齿轮。齿轮组26的齿轮架固定连接至齿轮组28的环形齿轮。齿轮组28的齿轮架固定连接至齿轮组30的环形齿轮。齿轮组26的环形齿轮固定连接至齿轮组30的齿轮架和输出元件16。最后，齿轮组28的中心齿轮固定连接至涡轮轴20。

通过接合换挡元件的多种组合而建立多个传动比。选择性保持齿轮元件不旋转的换挡元件可以称为制动器，反之选择性地彼此连接两个旋转元件的换挡元件可以称为离合器。离合器32和34分别选择性地连接涡轮轴20至齿轮组26的齿轮架和中心齿轮。制动器36和38分别选择性地保持齿轮组26和30的中心齿轮不旋转。制动器40选择性地保持齿轮组26的齿轮架不旋转。最后，单向离合器42被动地保持齿轮组26的齿轮架在一个方向上不旋转而允许在相反的方向上旋转。表1说明接合哪些换挡元件来建立每个传动比。

表1

32

34

36

38

40/42

传动比

阶梯比率

倒挡

X

X

-3.00

71％

1挡

X

X

4.20

2挡

X

X

2.70

1.56

3挡

X

X

1.80

1.50

4挡

X

X

1.40

1.29

5挡

X

X

1.00

1.40

6挡

X

X

0.75

1.33

可以通过多盘湿式摩擦离合器或制动器来液压致动换挡元件32-40。发动机驱动的泵44加压液压流体。控制器46选择性地引导加压流体至将要接合的换挡元件。这可以通过控制阀体中的阀门以交替地连接每个换挡元件至高压供给或至出口来实现。在一些实施例中，控制器可以调节一个或多个可变力螺线管的电流以控制提供至每个离合器的压力。当发动机没有运行时，泵不提供加压液体，所以所有换挡元件都分离。当加压流体首先被提供至换挡元件时，它使活塞移动至行程位置(stroked position)。随后，流体迫使盘在一起使得换挡元件能传输扭矩。扭矩容量可以忽略直到活塞达到行程位置。当压力被释放时，扭矩容量迅速下降至零附近并且随后活塞继续移动至释放(非行程)位置。

当范围选择器处于泊车挡位置时，驻车掣爪48接合，这保持输出元件16相对于壳体12不旋转。驻车掣爪48被设置成当发动机不运行时保持接合。该行业中众所周知有多种驻车掣爪设计。尽管驻车掣爪通常位于变速箱壳体内，还可以是其它车辆位置。驻车掣爪可以机械连接至范围选择器。在其它实施例中，控制器46可以响应于范围选择器的移动而控制驻车掣爪48的接合和分离。

图2说明了怎样控制变速器(例如图1中说明的变速器)的换挡元件以改善从泊车挡至行驶挡、倒挡或空挡的切换。如50处所显示的，车辆初始地处于发动机关闭、挡位选择器处于泊车挡位置并且车辆通过驻车掣爪48保持静止的状况。在52处，当发动机起动时，控制器接合离合器34以及制动器38和40。这使变速箱24置于与空挡状态相对的锁止状态。即，涡轮轴20和输出元件16都保持不旋转。在54处，当驾驶员将范围选择器移动至非泊车挡位置(比如行驶挡、倒挡或空挡)时，驻车掣爪48分离。因为换挡元件继续保持输出轴静止，所以当驻车掣爪被释放时车辆不向前或向后移动并且变速器安装架处的反作用扭矩不发生变化。为了避免从泊车挡无意地切换，车辆可以具有当没有压下制动器踏板时防止将换挡杆从泊车挡移动的互锁机构。

随后在56处控制器等待直到制动器踏板被释放。当制动器踏板被释放时，控制器取决于挡位选择器的状态而释放一个或多个换挡元件。例如，如果在58处挡位选择器处于倒挡位置，那么在60处控制器释放制动器38以将变速器置于倒挡。指令分离和扭矩容量落到零附近之间的延迟大大短于与接合关联的时间延迟。所以，与假如从空挡状态切换至倒挡相比，变速器进入倒挡状态快很多。类似地，如果在62处挡位选择器处于空挡位置，那么在64处控制器释放两个换挡元件以将变速器置于空挡。最后，在66处，如果挡位选择器处于行驶挡或低速挡，那么控制器分离离合器34，将变速箱置于一挡。在一些实施例中，控制器可以不需要等待释放制动器踏板而释放离合器以切换为选择的变速器状态。当车辆停止且应用制动器时，如68和70处所确定的，在72处控制器接合额外的离合器并且返回至56处的等待状态。这样，通过经历中间锁止状态使行驶挡和倒挡之间的切换也得到改善。

随着换挡元件34、38和40的接合，在达到该锁止状态之前变速箱可能短暂地切换经过倒挡状态或一挡状态。例如，如果应用了换挡元件34和40而换挡元件38还在行程中，那么变速箱将会处于倒挡直到换挡元件38接合。如果驾驶员将换挡杆移动至行驶挡则在这段间隔期间这可能是不希望的，因为当驾驶员希望向前移动时车辆将会向后移动(虽然仅是短暂的)。为了避免这种可能性，控制器可以系统性地组织换挡元件的接合以避免切换经过倒挡或前进挡状态。该序列取决于运动学设置以及离合器应用模式。在图3中说明用于变速箱24的该程序。在74处为初始状况。在76处接合制动器36和40保持输出不旋转，但是涡轮轴仍然自由旋转。一旦制动器36和40接合，在78处接合离合器34和制动器38保持涡轮轴不旋转。最后，在80处释放制动器36。

图4说明不同的变速箱设置。变速箱90在涡轮轴20和输出元件16之间建立九个前进传动比和一个倒挡传动比。简单行星齿轮组92、94、96和98各自具有绕共同轴线旋转的中心齿轮、齿轮架和环形齿轮。每个行星齿轮组还相对于齿轮架旋转并且与中心齿轮和环形齿轮都啮合的多个行星齿轮。齿轮组92和94的齿轮架彼此固定连接并且形成中间轴100。齿轮组94的中心齿轮固定连接至齿轮组92的环形齿轮。离合器102和104分别选择性地连接涡轮轴20至齿轮组92的环形齿轮和中心齿轮。制动器106和108分别选择性地保持齿轮组92的中心齿轮和齿轮组94的环形齿轮不旋转。这四个换挡元件中两者接合的组合在涡轮轴20与中间轴100之间建立多个传动比。接合离合器104和制动器108使中间轴100以与涡轮轴20相反的方向旋转。接合制动器106和108保持中间轴100静止。接合离合器102和制动器106或者制动器108以两个不同的传动比使中间轴100旋转得慢于涡轮轴20。最后，接合离合器102和104使中间轴100以与涡轮轴20相同的转速旋转。

齿轮组98和离合器110在中间轴100和输出元件16之间选择性地建立减速传动比(underdrive speed)关系。从而，将离合器110与换挡元件102-108中的两者的多种组合接合在一起建立倒挡传动比和三个最低的前进传动比。齿轮组96和离合器112在中间轴100、涡轮轴20和输出元件16之间选择性地建立线性转速关系。从而，将离合器112与换挡元件102-108中的两者的多种组合接合在一起建立一个直接挡传动比和四个超速传动比(overdrive ratio)。通过将离合器110和112接合在一起建立剩余的传动比。表2说明接合哪些换挡元件来建立每个传动比。

表2

102

104

106

108

110

112

传动比

阶梯比率

倒挡

X

X

X

-3.09

69％

1挡

X

X

X

4.47

2挡

X

X

X

2.66

1.68

3挡

X

X

X

1.68

1.58

4挡

(X)

X

X

1.23

1.36

5挡

X

X

X

1.00

1.23

6挡

X

X

X

0.84

1.19

7挡

X

X

X

0.76

1.11

8挡

X

X

X

0.66

1.15

9挡

X

X

X

0.56

1.19

当发动机起动时，控制器接合离合器102和104以及制动器108保持中间轴100和涡轮轴20不旋转。随后，控制器接合离合器110保持输出元件16静止。这将变速箱90置于锁止状态。当驾驶员将范围选择器移动至倒挡位置并且释放制动器踏板时，驻车掣爪48分离并且控制器释放离合器102以将变速箱90置于倒挡。类似地，当驾驶员将范围选择器移动至行驶挡位置并且释放制动器踏板时，驻车掣爪被释放并且控制器分离离合器104将变速箱置于一挡。最后，如果驾驶员将范围选择器移动至空挡并且释放制动器踏板，驻车掣爪被释放并且控制器释放离合器110将变速箱置于空挡状态。

本发明公开的程序、方法或算法可以通过包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元的处理装置、控制器或计算机使用/实施。类似地，程序、方法或算法可存储为通过控制器或计算机以多种形式执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在不可写的存储媒介(比如ROM设备)中并且可替代地信息可存储在可写的存储媒介(比如软盘、磁带、CD、RAM设备和其它的磁性和光学媒介)中。程序、方法或算法还可以在可执行软件的对象中实施。可替代地，可以使用适当的硬件部件整体地或部分地包含该程序、方法或算法，比如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件部件或设备，或者硬件、软件和固件部件的结合。

虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期望特性来说提供了优点或相较于其他实施例或现有技术应用更为优选，本领域技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或多个特征或特性妥协。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于装配等。因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本发明的范围，并且这些实施例可以满足特定应用。

Claims (10)

1.一种操作车辆变速器的方法，所述方法包括：

当选择泊车模式并且驻车掣爪接合时，接合足够的换挡元件以在驻车掣爪分离的情况下保持变速器输出轴和涡轮轴不旋转；以及

通过分离所述驻车掣爪并分离所述换挡元件中的一个从泊车模式切换为非泊车挡模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非泊车挡模式是前进挡模式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非泊车挡模式是倒挡模式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非泊车挡模式是空挡模式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述换挡元件分离之前分离所述驻车掣爪以切换为非泊车挡模式。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法进一步包括在分离所述换挡元件之前等待释放制动器踏板。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按顺序接合所述换挡元件以避免暂时建立从所述涡轮轴至所述输出轴的动力流路径。

8.一种变速器，所述变速器包括：

第一换挡元件，在泊车状态和前进启动状态中接合而在倒车启动状态中分离；以及

第二换挡元件，在所述泊车状态和所述倒车启动状态中接合并且在所述前进启动状态中分离。

9.根据权利要求8所述的变速器，所述变速器进一步包括控制器，被配置用于通过分离所述第二换挡元件从所述泊车状态切换为所述前进启动状态。

10.根据权利要求8所述的变速器，所述变速器进一步包括控制器，被配置用于通过分离所述第一换挡元件从所述泊车状态切换为所述倒车启动状态。