CN108431464B - 用于车辆变速器的换挡致动器组件 - Google Patents

用于车辆变速器的换挡致动器组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆变速器的换挡致动器组件，包括：换挡致动器(2)，该换挡致动器能够在多个预定的挡位之间运动；传感器，该传感器用于感测换挡致动器的位置；机械止动机构，该机械止动机构在预定的挡位产生止动接合感；适应性制动机构，该适应性制动机构作用于致动器上，以有选择性地增加对换挡致动器运动的阻力；以及控制器，该控制器接收来自位置传感器(24)的输入，其中，控制器设置成对适应性制动机构进行控制，其中，控制器设置成以下述方式对适应性制动机构进行控制：如果换挡致动器到达预定的挡位中的任意一个，增加适应性制动机构的制动力以使致动器的运动在预定的一段时间内完全停止，随后释放适应性制动机构。

Description

用于车辆变速器的换挡致动器组件
技术领域
本发明涉及一种用于车辆变速器的换挡致动器组件，上述车辆变速器包括：致动器，该致动器能够在多个预定的挡位之间运动；传感器，该传感器感测换挡杆位置；机械止动机构，该机械止动机构在预定的挡位产生止动接合感；适应性制动机构，该适应性制动机构作用在致动器上，以有选择性地增加对致动器运动的阻力；以及控制器，该控制器接收来自位置传感器的输入，并且该控制器设置成对适应性制动机构进行控制。
背景技术
上述换挡致动器组件例如可以包括旋钮(排挡头)，该旋钮用于在车辆变速器的自动模式的挡位P、R、N、D之间换挡。换挡致动器的另一例是换挡杆，该换挡杆可以在预定的挡位之间枢转。
长久以来，通常使用与上述换挡致动器连接的止动机构，当换挡致动器到达预定的挡位中的一个时，上述止动机构产生一种止动接合感。通常地，上述止动机构包括可移位的止动柱塞，该止动柱塞弹性偏置到包括多个凹部的止动轨道，每个凹部与预定的挡位中的一个对应。凹部的形状通常以下述方式设置：当致动器到达某一预定的挡位时，止动柱塞卡入凹部，从而将换挡致动器置于明确的位置，并且向操作者提供触觉感知以作为换挡操作已经完成的反馈。
最近，已提出利用适应性制动机构来模拟与机械止动相似的触觉效果。例如，在US2010/0051374 A1中公开了一种车辆操作者输入装置，该车辆操作者输入装置不具有机械止动机构而设置有适应性制动机构。上述适应性制动机构基于与换挡致动器连接的可运动部分和静止部分之间的磁流变流体耦合。设置有位置传感器以感测换挡致动器的位置。控制器编程为启动磁流变制动机构以在预定的挡位对换挡致动器进行制动。实际上，考虑到磁流变制动的已知的、短暂的延迟时间(响应时间)，控制器在换挡致动器到达某一预定的挡位之前的较短时间启动磁流变制动机构。更准确地说，控制器被设置成当换挡致动器位于某一预定的挡位前的较短的距离时启动磁流变制动，从而使得上述较短的距离除以换挡致动器的平均速度而得到的值对应于上述响应时间。为了模拟机械止动，控制器以下述方式在预定的挡位对制动力进行控制：首先该制动力具有力的峰值，随后该制动力下降至非常低的水平，接着又是力的峰值。在某一预定的挡位且位于两个峰值之间的、处于低水平的制动力的谷部用于产生与机械止动器在止动轨道的凹部中的接合相似的有效感。
但是，适应性制动机构无法产生机械止动机构的全部效果。例如，适应性制动机构仅能够产生减慢或停止换挡致动器的运动的阻力或制动力，而无法向换挡致动器增加力。当弹性偏置的止动柱塞卡入凹部而在致动器上产生力时，机械止动机构确实能够向换挡致动器增加力。因此，人们认为，将机械止动机构和可编程的适应性制动机构组合，从而能够通过添加叠加在机械止动效果上的适应制动效果来对由机械止动提供的触觉感知进行改进。在US 8174 512 B2中记载有作用于输入致动器的组合适应性制动机构和机械止动机构。具体而言，公开了一种旋钮，该旋钮可以用于对机动车辆内的各种功能、例如收音机、空调等进行控制。US 8 174 512 B2并未特别提及用于车辆变速器的输入致动器组件，但公开了一种用于车辆变速器的换挡致动器组件，包括：换挡致动器，该换挡致动器能够在多个预定的挡位之间运动；传感器，该传感器用于感测换挡致动器的位置；机械止动机构，该机械止动机构在预定的挡位产生止动接合感；适应性制动机构，该适应性制动机构作用于致动器上，以有选择性地增加对换挡致动器运动的阻力；以及控制器，该控制器接收来自位置传感器的输入。输入致动器组件包括具有多个止动凹部的机械止动轨道以及当旋钮转动时沿止动轨道运动的弹性偏置的止动柱塞。与位置传感器通信的控制器可编程为对适应性制动机构进行控制以添加期望的阻力廓线，从而修改或加强机械止动效果。
发明内容
本发明尤其涉及一种线控换挡组件。在多稳定换挡器或具有多个不稳定的位置的单稳定换挡器中，机械止动轨道和弹性偏置的止动柱塞能够向操作者提供换挡器已经到达新的挡位这样的期望的触感或触觉反馈。不过，在现有的SBW换挡组件中使用越来越多紧凑的输入致动器，由于紧凑的设计使得挡位之间的运动距离非常小，因此，驾驶员必须很好地适应上述换挡致动器。在驾驶员不适应上述换挡组件的情况下(例如，在第一次进入租赁车时)，存在驾驶员使换挡致动器运动过快而错过期望的挡位的风险(“过踏”)，即，换挡致动器意外地发生运动而已经过了实际期望到达的挡位。在上述这种情况下，存在换挡致动器在换挡滑槽中未被带到期望的挡位而被带至下一个相邻的挡位的风险，从而产生安全风险。
本发明的目的是提供一种换挡致动器组件，即使在驾驶员不适应特定的换挡输入致动器组件的情况下，该驾驶员也可以安全、可靠地操作上述换挡致动器组件。
上述目的通过如下具体描述的换挡致动器组件实现。
根据本发明，控制器设置成响应于位置传感器信号对适应性制动机构进行控制，若致动器到达预定的挡位中的任意一个，则增加适应性制动机构的制动力直到致动器运动完全停止预定的一段时间，随后释放适应性制动机构。这意味着：在预定的时间间隔对换挡致动器的运动进行阻止，使得在上述换挡致动器已经到达预定的挡位中的下一个之后，驾驶员将感觉到运动的停止或静止。若驾驶员打算使上述换挡致动器到达预定的挡位中的下一个，他或她将感觉到舒适的停止并确保上述换挡致动器已到达下一个位置。若驾驶员打算使换挡致动器进一步运动至预定的挡位中的另一个，则在预定的一段时间届满并且适应性制动机构已经再次停用之后，他或她将继续操作换挡致动器。
上述问题也能够通过下述方式解决：以将控制器设置成对代表换挡致动器运动的速度的速度信号进行分析的方式设置换挡致动器组件。在这种情况下，控制器设置成以下述方式对适应性制动机构进行控制：若致动器到达预定的挡位并且致动器的速度小于临界速度，则增加适应性制动机构的制动力，以使致动器运动完全停止预定的一段时间，随后释放适应性制动机构。另一方面，控制器以下述方式进行设置：若换挡致动器运动的速度大于临界速度，则在换挡致动器经过预定的挡位中的一个时，省略对适应性制动机构进行启动并且省略对致动器的运动进行阻止。这样的设置也能够提供一种可以以安全、可靠的方式进行操作的换挡致动器组件。若驾驶员熟悉换挡致动器组件，则他或她可能希望通过使换挡致动器快速地运动来使该换挡致动器以不在预定的挡位中的一个中间挡位停止的方式运动至一个新的挡位。这样，驾驶员能够无视持续预定的一段时间的、通常自动产生的停止或对运动的阻止。但是，这不影响未适应的驾驶员进行安全并且可靠的操作，其原因是，不熟悉上述换挡致动器组件的细节的驾驶员将不知道下述情况：通过以大于临界速度使换挡致动器运动，能够无视或跳过对该换挡致动器的运动进行命令性或强制性的阻止。
在优选实施方式中，适应性制动机构利用作用于与换挡致动器一起运动的部件和静止部件之间的磁流变流体。控制器设置成在启动时在磁流变流体的区域内产生磁场以增加部件之间的耦合，从而产生对致动器运动的制动阻力。
为了确保换挡致动器运动在一个预定的挡位完全停止，控制器可以设置成对换挡致动器的速度进行确定，其中，对换挡致动器的速度进行确定可以通过下述方式实现：使控制器具有一个速度传感器；或者以对位置传感器信号进行分析以从该位置传感器信号获得速度信号的方式对控制器进行设置。在这种情况下，适应性制动机构的制动力能够增加至确保换挡致动器的速度为零的水平。作为替代，控制器能够设置成对适应性制动机构进行操作以产生足够高的制动力，使得在通常情况下没有驾驶员能够克服对换挡致动器的阻止(止动)。
例如，在US 2013/0175132 A1中描述了一种合适的磁流变流体，该磁流变流体可以被实施以用作本发明的适应性制动机构。
在优选的实施方式中，控制器设置成对(自)适应性制动机构进行控制以使对致动器的运动进行阻止的预定的一段时间在0.05秒至0.9秒的范围内。
换挡致动器例如能够是换挡杆或旋钮。
附图说明
以下将结合一个示例性的实施方式并通过对本发明的换挡致动器的性能进行图示来描述本发明，其中，在附图中：
图1表示本发明的包括旋钮的换挡致动器的示意剖视图。
图2表示当将旋钮转过多个后续(连续)的、预定的挡位时图1的旋钮的角速度作为时间的函数的曲线图。
图3表示当将旋钮转过多个后续(连续)的、预定的挡位时转动旋钮所需要的扭矩作为时间的函数的曲线图。
具体实施方式
图1表示包括旋钮2的换挡致动器的示意剖视图。旋钮2固定到轴4，该轴4在外壳(未图示)内安装成能够绕该外壳的纵向轴线转动。转子6固定到上述轴4。转子6设置在壳体8内并且能够在该壳体8内自由转动。上述转子6的外周缘伸入位于壳体内的环状腔室10，该环状腔室10填充有磁流变流体。线圈12与填充有磁流变流体的腔室10相邻地配置在壳体8内。若向线圈12供电，则产生穿过腔室10和磁流变流体的磁场。响应于上述磁场，流体的粘度迅速上升，并且腔体10内的磁流变流体的剪切力也相应地急剧增加，以将高制动力施加在转子6上并因此施加在旋钮2上，从而使旋钮停止。关于磁流变制动机构的设计和操作的进一步细节参见US 2013/0175132 A1。
向线圈12供电由控制器20控制。控制器20还连接到角度位置传感器24，该角度位置传感器24感测代表轴4的角度位置的信号。
此外，还具有机械止动机构、即止动柱塞30，该止动柱塞30由弹簧32推至轴4的表面上。在该区域中，在轴4的表面设置有止动轨道。止动轨道包括绕轴4的外周面(周缘)呈周向分布的多个凹陷部。对于旋钮2的每一个预定位置都有相应的凹陷部，该凹陷部在旋钮2的特定的预定位置与止动柱塞30接合。在图1中通过位于轴4的中间的点34来表示这些止动凹陷部中的一个。
控制器20设置成向线圈12供电以产生磁场，从而在旋钮2到达该旋钮2的预定的角度位置中的一个并且使机械止动机构也变得接合时使磁流变制动有效。实际上，考虑到磁流变流体的响应时间，在旋钮2到达一个特定的预定位置之前，控制器20必须预先在较短的时间内向线圈12供电。这可以通过如下方式来实现：在预定的角度位置之前的较短的角度距离就已经开始向线圈供电，将上述较短的角度距离选择成上述较短的角度距离等于响应时间乘以旋钮2的预计平均角速度。
图2表示当通过施加一个给定的恒定扭矩使旋钮2转动以经过多个后续(连续)的、预定的挡位、例如P挡、R挡、N挡、D挡时作为时间的函数的角速度的图表。施加于后续(连续)的、预定的挡位之间的恒定扭矩产生恒定的角速度(表示为100％的相对角速度)。大约0.5秒后，旋钮接近下一个预定的挡位。控制器接收到来自角度位置传感器24的信息并且启动(自)适应性制动机构来施加预定的最大制动力。以无法通过手动力使旋钮进一步转动的方式来选定上述制动力或阻力，从而使旋钮停止，例如使该旋钮的角速度下降为零。旋钮停留在某一挡位一段时间、例如图2所示的大约0.5秒。当旋钮沿着预定的挡位的顺序转动时，以图2所示的时间间隔重复上述次序。
图3表示对于图2所示的旋钮沿预定的挡位的相同转动运动，转动旋钮所需要的扭矩。扭矩以任意的单位表示。在预定的挡位之间需要较小的扭矩来克服摩擦力以使旋钮转动。当旋钮在大约0.5秒后接近预定的挡位中的一个时，控制器启动适应性制动机构来施加最大的制动力或阻力。以使克服转动旋钮的阻力(T最大)所需要的扭矩高到超过人类驾驶员能够正常施加的任何手动力的方式来选定上述最大阻力。因此，当适应性制动机构被启动时，旋钮停止一段时间，即如图2所示，该旋钮的角速度为零。在启动适应性制动机构的预定的一段时间后，控制器停用适应性制动机构，从而能够通过如图3所示的较小的扭矩使旋钮转动直到该旋钮接近下一个预定的挡位。
图2和图3表示本发明的一种实施方式，在该实施方式中，换挡致动器在每一个预定的挡位无条件地受迫停止。如上所述，存在一种替代的构思，即在当换挡致动器到达某一预定的挡位时该换挡致动器的速度大于临界速度的情况下，在上述预定的挡位下的受迫停止被跳过。后一实施方式未在附图中示出。
利用磁流变流体的作用的适应性制动机构具有较快的响应时间。但是，在制动机构的启动和完全作用之间存在短暂的、已知的延迟时间。通过在换挡致动器离开某个预定的挡位较短的距离的位置处已经预先启动适应性制动机构来使控制器适于考虑上述延迟时间。上述距离以下述方式进行选定：当换挡致动器到达某一预定的挡位时，在换挡致动器的速度处于典型的运动速度的状态下，适应性制动机构的已知响应时间结束。

Claims (10)

1.一种用于车辆变速器的换挡致动器组件，该换挡致动器组件包括：换挡致动器(2)，该换挡致动器(2)能够在多个预定的挡位之间运动；传感器(24)，该传感器(24)用于感测换挡致动器的位置；机械止动机构(30、32、34)，该机械止动机构(30、32、34)在预定的挡位产生止动接合感；适应性制动机构(10、12)，该适应性制动机构(10、12)作用于致动器(2)上，以有选择性地增加对换挡致动器运动的阻力；以及控制器(20)，该控制器(20)接收来自位置传感器(24)的输入，其中，控制器(20)设置成对适应性制动机构(10、12)进行控制，其特征在于，控制器设置成对适应性制动机构进行控制，以使得如果换挡致动器(2)到达预定的挡位中的任意一个，增加适应性制动机构的制动力，以使致动器的运动完全停止预定的一段时间，随后释放适应性制动机构。
2.如权利要求1所述的换挡致动器组件，其特征在于，所述适应性制动机构(10、12)利用作用于与换挡致动器(2)一起运动的部件(6)和静止部件(8)之间的磁流变流体，其中，控制器(20)设置成对磁场发生器(12)进行控制以在启动时在磁流变流体的区域内产生磁场。
3.如权利要求1或2所述的换挡致动器组件，其特征在于，所述控制器(20)设置成对所述适应性制动机构进行控制，以使对致动器的运动进行阻止的所述预定的一段时间在0.05秒至0.9秒的范围内。
4.如权利要求1或2所述的换挡致动器组件，其特征在于，所述换挡致动器为换挡杆。
5.如权利要求1或2所述的换挡致动器组件，其特征在于，所述换挡致动器(2)为旋钮。
6.一种用于车辆变速器的换挡致动器组件，该换挡致动器组件包括：换挡致动器(2)，该换挡致动器(2)能够在多个预定的挡位之间运动；传感器(24)，该传感器(24)用于感测换挡致动器的位置；机械止动机构(30、32、34)，该机械止动机构(30、32、34)在预定的挡位产生止动接合感；适应性制动机构(10、12)，该适应性制动机构(10、12)作用于换挡致动器上，以有选择性地增加对换挡致动器运动的阻力；以及控制器(20)，该控制器(20)接收来自位置传感器(24)的输入，其中，控制器(20)设置成对适应性制动机构(10、12)进行控制，其特征在于，控制器设置成对代表换挡致动器运动的速度的速度信号进行接收，并且对适应性制动机构进行控制，以使得如果致动器(2)到达预定的挡位中的任意一个并且换挡致动器的速度小于临界速度，则增加所述适应性制动机构(10、12)的制动力，以使致动器的运动完全停止预定的一段时间，随后释放适应性制动机构，而所述控制器(20)设置成：在所确定的速度大于临界速度的情况下，在换挡致动器经过预定的挡位中的一个时，省略对适应性制动机构的启动并且省略对换挡致动器的运动进行的阻止。
7.如权利要求6所述的换挡致动器组件，其特征在于，所述适应性制动机构(10、12)利用作用于与换挡致动器(2)一起运动的部件(6)和静止部件(8)之间的磁流变流体，其中，控制器(20)设置成对磁场发生器(12)进行控制以在启动时在磁流变流体的区域内产生磁场。
8.如权利要求6或7所述的换挡致动器组件，其特征在于，所述控制器(20)设置成对所述适应性制动机构进行控制，以使对致动器的运动进行阻止的所述预定的一段时间在0.05秒至0.9秒的范围内。
9.如权利要求6或7所述的换挡致动器组件，其特征在于，换挡致动器为换挡杆。
10.如权利要求6或7所述的换挡致动器组件，其特征在于，换挡致动器(2)为旋钮。
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