CN1087862A - 起动传动比控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种控制半自动机械变速系统(10)的系统和方 法，用这种系统和方法驾驶人员在某预定条件下能要 求直接减速或增速到预定的起动传动比。该预选的 起动传动比为汽车即将从停车状态起动之前实际使 用的传动比。

Description

本发明涉及半自动机械变速系统（包括手动操作的换档选择器在内）的控制系统和方法，供自动控制汽车变速器速比的切换或换档之用，其余的一些控制措施则由汽车司机或驾驶员履行。本发明特别涉及半自动控制机械齿轮换档变速器用的控制系统和方法，该变速器包括自动将变速器的传动比切换到司机所选择的自动限定和显示的容许传动比的装置，包括汽车主离合器的自动控制器在内。在一个实施例中，配备了离合器踏板，除从停车状态起动的情况外，主离合器的操作在所有情况下都是自动化的。更具体地说，本发明涉及控制半自动机变速器的系统和方法，其中驾驶人员的各种动作和/或系统的各种情况，例如当汽车处于静止状态、主离合器处在松离位置且变速器接入较高（非起动）的传动比时要求一次换入低速档，和/或当汽车处在静止状态、主离合器处在松离位置且变速器处在控档位置时要求一次换入高速档，都被理解为要求直接切换到预选择的起动传动比。

此外，更具体地说，本发明涉及一种全自动或半自动的机械变速系统，该系统具有多个可利用的从停车状态起动的传动比，和起码一个直接切换到预选择的起动传动比的操作方式，其中的预选择传动比是驾驶人员在汽车即将从停止状态起动之前实际使用的传动比。

象重型载货车和/或大客车之类的重型车辆以及小客车用的检测油门开度或位置、车速、发动机转速等并根据这些参数使汽车的变速器自动换档的全自动变速系统是公知技术。这类全自动齿轮换档变速器包括那些利用液压摩擦地使一个或多个构件与其它构件或机壳接合来选取传动比的变速器，和那些利用电子、液压传动和/或气动逻辑线路和执行元件使机械（即正的）离合器离合来选取所要求的传动比的变速器。这类变速器的实例可参看美国专利3，961，546、4，081，065、4，361，060、5，050，079和5，109，729，这里把这些专利包括进来以供参考。

这类全自动齿轮换档变速器，其价格会昂贵到令人不能接受的程度，特别是一般不大量出售的特大型重型车辆的这类变速器，更是如此。此外，那些利用压缩流体和/或液力变矩器的自动齿轮换档变速器往往在其输入轴与输出轴之间所消耗的动力方面效率不太高。再有，许多汽车司机喜欢控制传动比的选择过程，因为这样他们可以了解和/和知道前面道路的性质以及/或所载载荷的性质。

历来最大限度地减小上述缺点的方法是配备半自动控制的机械变速系统，这种系统的多个传动比之间可以自动切换，同时通常司机可以选择什么时候切换到特定的传动比，和是否选择换入毗邻的高速档或低速档或者跳过不用其中的一个或多个传动比。此外，如果切换到司机所选择的更高传速比，即换入使发动机转速减速到空转转速以下，即发动机处于低转速时使发动机失速和/或受力过度的高速档和较低的传动比，即换入低速档会使发动机超速，则半自动控制系统会阻止司机采用所选择的传动比。应该指出的是在变速器是手动机械变速器的情况下，即使发动机转速可以控制得使其不致加速到超过所控制的发动机转速以上，发动机也会因换入低速档换得不适当而发生上述超速。这类半自动变速控制的例子可参看美国专利4，648，290、4，800，360、4，930，081和4，930，078，这里把这些专利包括进来，以供参致。

虽然上述半自动机械变速控制确实能进行极其理想的半自动控制，但如果司机或驾驶员想在汽车静止不动时切换到所述择的变速起动传动比，他就需要核实当时采用的传动比，计算从当时采用的传动比到所选取的起动传动比的级数。然后在高速低速换档的方向将选择杆移动该次数那么多，因此这种控制有待改进。这对重型汽车可能具有9、10、11、12、13、16和18个前进档传动比的现代机械变速器特别重要，在这变速器中，头七个中的任何一个传动比在某些情况下可以是适当的起动传动比。这类多速机械变速器的实例可参看美国专利4，735，109和4，754，665，这里也将这些专利的公开内容包括进来以供参考。

要最大限度地缩小现有技术半自动机械变速控制的上述缺陷，可以采用这样的控制器和控制方法，该控制器和控制方法中的控制机构把汽车状况和驾驶员动作的各种组合情况理解为要求直接减速或升速到所选择的起动传动比。若汽车驾驶员不满意错误的传动比，他可以从所预选的传动比切换到任何容许的从停车状态的起动传动比。

尽管这些控制器有所改进，但它们还是不能完全令人满意的，因为该预选的起动传动比从所要求的汔车性能、汽车负荷、行驶的地带、气候条件等的角度看可能并不是驾驶员所要求的特定传动比。

按照本发明，现有技术的上述缺陷是通过提供这样一种控制系统和方法加以克服或缩小的，该系统和方法用以存储最后使用的从停车状态的起动传动比，并用以从多个可利用的从停车状态的起动传动比选择特定的作为预定起动传动比的传动比，其中所选择的特定起动传动比是汽车即将要从停车状态起动操作所实际使用的传动比。

因此，本发明的目的是提供一种新型的经改进的半自动机械变速器的控制系统/方法，该系统/方法有一个用以根据已知的传动比自动确定容许的升速和减速的控制器，最好是用以自动显示该升速或减速，以便汽车司机用选择杆自动选择该升速或减速时能自动切换到该容许的传动比的控制器，且其中司机能通过最好是选择的一次动作要求切换到所选择的起动传动比，且该所选择的起动传动比是汽车即将要从停车状态起动之前实际采用的起动传动比。

参阅下面结合各附图对一些最佳实施例所作的说明可以清楚了解本发明的上述和其它目的和优点。

图1    是本发明半自动机械齿轮换档变速系统的原理示意图;

图2    是本发明半自动变速器控制系统的原理示意图;

图3    是司机手动换档控制器和显示器的透视图;

图3B是图3所示显示器的一部分经放大的视图;和

图4    是本发明控制系统/方法的流程原理示意图。

在本最佳实施例的说明中，某些术语只是为了说明问题而使用的，并不想使其起限定作用。“向上”、“向下”、“向右”和“向左”等词指所参看的附图中的各方向。“向内”和“向外”分别指向和偏离所述器件或器件一部分的几何中心的方向。以上所述同样适用于以上特别指出的术语和类似进口术语的派生词。

“简单变速器”一词用以指变速传动装置，司机可在该变速器中选择多个中的一个单齿轮减速。“组合式变速器”用以指具有串联连接的主变速部分和辅助变速部分的变速传动装置，因而在主变速部分中选取的齿轮减速可通过在辅助变速部分中进一步选取的齿轮减速加以组合。这里所使用的“分离式的组合变速器”用以指辅助变速器用以给在主变速部分选取的传动部分的子部分提供各种不同可选择的变速级。在分离式组合变速器中，主变速部分通常配备有较宽的变速级，这些变速级由辅助部分再划分。这里使用的“升速”是指从较低的变速传动比切换到更高的变速传动比。这里使用的“减速”一词是指从较高的变速传动比切换到较低的变速传动比。这里使用的“低速档”、“低档”和/或“第一档”是指在变速器或变速部分中用以极低速前行的传动比，即对于变速器的输入轴来说具有最高的减速比。

换档的“选择方向”是指从特定的传动比选择一次或多次升速或降速。各传动比之间的“转移”指两已知传动比之间可选择的传动比的数目。举例说，第三变速比或传动比可分别用一（1）个和两（2）个传动比在减速方向上分别从第四和第五速度加以转移。

“联动变速器”或“联动变速部分”是指常啮合齿轮换档变速器或变速部分，其中从多个中所选择的一个可轴向移动的齿轮由于该所选择的齿轮从中性位置进入其啮合位置并借助于弹性偏移的刚性离合器而不转动地与一个轴结合，且用一个阻滞件避免这种接合，直到刚性离合器的各构件都基本上同步转动为止，这种通过手动和/或自动操纵变速输入和/或输出轴达到的同步状态，为的是促使它们之间的同步状态交叉进行，但通常并不通过所选取的离合器构件足以使其中一个离合器构件及与其相连接的设备与另一个离合器构件一起转动的摩擦触达到的。美国专利3，799，002、3，924，484、4，142，196和4，440，037中举例说明了联动式变速器和/或变速部分，这里也把这些专利的公开内容包括进来以供参考。

原则上，本发明适用于适宜给电-气动控制器提供输出信号并从电-气动控制器接收输出信号的任何类型机械齿轮换档变速器的半自动控制。但本发明的半自动控制系统持别有利地适用于非同步非联动主变速部分与联动分离式辅助部分串联连接的那一种分离式组合变速器。这类变速器是公知技术，通常叫做“半联”式变速器，1983年2月9日公布的欧洲专利申请82303586.2（EP-A-0071353）、1984年9月5日公布的欧洲专利申请83307061（EP-A-0117342）和美国专利4，735，109都介绍了这种变速器。上述美国专利4，754，665中所述的那种变速器与本发明配合使用有好处。

与本发明特别有利地相关的半自动变速系统在1986年2月5日公布的欧洲专利申请85305072.2（EP-A-0170465）和美国专利4，648，290中都有说明和介绍。

参看图1。由司机操纵的油门24其位置由传感器22检测并馈到中央处理单元38，单元38还接收来自传感器28相对于发动机转速的输入和/或来自传感器32的变速输入轴的转速、来自传感器36的变速输出轴的转速和司机换档杆或“控制杆”1的正或负的致动动作，这些下面将更译细地说明。不言而喻，变速输出轴的转速表示汽车在地面上行驶的发动机转速，表示变速输入轴的转速，反之亦然，特别是当离合器16处在不滑动的接合位置时更是如此，变速输出轴的转速则表示车速。

油门位置传感器24可以是美国专利4，922，425中所述的那一种，这里把该专利的公开内容包括进来以供参致，传感器24显示司机的脚是否搁在油门踏板上，并显示油门踏板的位移。

象油门位置传感器组件22，用以检测油门踏板24的操作调定值等，并提供正比于或起码表示所监示的调定值器件以及所谓“喷油量遥控”器件，或采用该器件的“电操纵”系统都是公知技术，美国专利4，250，845、4，305，359、4，319，658和4，461，254中都有介绍，这里也把这些专利的公开内容包括进来以供参考。

控制汽车的SAMT系统10时（例如上述美国专利4，648，290、4，551，802、4，361，060和4，081，065中所述的那些系统），重要的一点是给中央处理单元或控制器38提供正确的表明司机所安置的油门位置的输入信号。这个调定值通常是以占油门全开位置的百分率表示，空转位置为零百分率（0%），全开或最大渥油门为百分之百（100%）。

为提高对SAMT系统10控制的灵敏度，和/或使油门位置传感器组件起码有部分的冗余度，我们设置了另外两个传感器，即“油门踏板安全开关”和“行驶闭锁开关”。

油门踏板安全开关提供表明司机的脚在油门踏板上且大于发动机空转所需要的燃料的THPS信号。行驶闭锁开关则提供表示要求最高性能的输入信号。这往往也叫做“换低档”信号。

图1和2中所示的变速系统10的控制逻辑电路、传感器和执行元件可以是如上述美国专利4，361，060、4，648，290、4，930，081和4，930，078所公开的那一种。具体地说，中央处理单元38接收输入，根据预定的逻辑规则对该输入进行处理，并向气动和/或电执行元件提供指令输出信号，以控制排气制动器17和/或输入轴制动器18达到快速增速，并控制自动燃料控制器26以“增加”给发动机14提供的燃料，从而给通过控制器30进行的减速离合器控制和通过变速控制器34进行的传动比切换作好快速同步转动的准备工作。变速控制器34也可以是如美国专利4，873，881和4，899，607中所述的那种“X-Y”型变速控制器，这里也把该两专利的公开内容包括进来，以供参考。

中央处理单元还给显示器2发送指令输出信号，这下面将更详细地说明。半自动变速系统10还可以包括一般的脚踏操作离合器控制器3，仅仅是供从静止和/或低速爬行操纵情况进行起动之用。控制器38接收表示脚踏离合控制器3位置和汽车制动器4动作的信号。半自动机械变速系统10还包括电源和/或气动动力源（图中未示出）。

中央处理单元可以是美国专利4，595，986所述的那一种，且可装有美国专利4，849，899、4，899，279和4，945，484中所述的那种差错检测和容差逻辑电路，这里也把这些专利的公开内容包括进来，以供参考。

这里使用的“增加”一词是指对发动机14燃料供应量的临时增加，“减少”一词是指对发动机燃料供应的短时减少。“增加”和“减少”二词通常与自动控制器38控制的分别对发动机以动机燃料供应量的增加和减少有关，与驾驶员所选择的脚踏油门踏板24的位置无关。

更可取的情况是，如参看图3所看到的那样，中央处理单元38可装入一个箱或外壳38A中，该外壳装有显示板2，显示器2有一个增速显示部分2′、减速显示部分2″和显示当时采用的传动比的显示部分2′″、换档选择杆1、任选的反向启动按钮1A以及中央处理单元电子线路38B。

图2    中还示出了半自动机械变速系统10控制系统的原理图。

参看图3B。显示器2包括增速显示部分2′、减速显示部分2″和显示当时采用的传动比的显示部分2′″。如图所示，显示当时采用的传动比的显示部分2″′在显示着“6”，这表明汽车变速器正在第六档工作。增速显示部分2′有三条线，表示按测出的输入参数（例如检测出的发动机或输入轴转速的检测出的输出轴转速）容许的可容许连续增速的最高次数，这些参数都是按预定的逻辑规则或程序处理的。在目前情况下，该三条线表示可以将速度增加一次、两次或三次。因此，司机可以将车速直接切换到第七档、第八档或第九档。减速显示部分2″有两条线，表示按检测的各参数容许的连续减速的最高次数，这些参数也是用预定的逻辑或程序处理的。在目前的情况下，显示部分2′上的两条线表示变速器可减速到第五档或第四档。

简而言之，可能的升速或减速情况是否在容许的范围内是通过将完成这种增速或减速之后发动机预期的转速与发动机某固定范围的最大和最小转速加以比较确定的，假设车速基本上是恒定的，或计算出来的车速如预期的那样，且主离合器完全接合。中央处理单元38不会发出履行所选择的不能容许的传动比换档的指令信号。中央处理单元最好会履行最接近司机所选择的容许传动比换档。举例说，假设情况如图3B显示器2所示的那样，若驾驶员选择减速到第三档，则由于这种减速是不能容许的，因而中央处理单元38不会执行这种减速。但在最佳实施例中，中央片理单元38会发出从第六档到第四档的双重减速。不仅拒用不容许的传动比切换，而且通常显示器2理应会通知司机，不得试用或选用这种传动比。

显示器2给司机提供指示：哪些增速和减速是容许的，哪些增速和减速是不容许的。万一司机不理会这个警告，则即使系统能使各机械牙嵌式离合器元件进入同步，中央处理单元38也不会产生不能容许的换档指令。

给变速器12换档时，司机将杆1从图2和3所示的位置向前（增速时）移和向后（减速时）。要选择一次增速时，即切换到第七档时驾驶员就将杆1往前移一次，于是杆1在移动中返回到中性或中心位置。若在图示的第六档下，驾驶员快速连续地将杆1往前移三次，每次使它可返回到静止状态，则他实际上跳过两档，几乎一瞬间直接跳换入第九档（即第七和第八档没有接合上）。因此，采用本发明的半自动控制器可以控制多重或跳档换档。主离合器16的分离和所选择的与所选传动比有关的牙嵌式离合器构件的同步化由于油门和离合器的自动控制和输入轴和/或发动机的自动制动而自动迅速地完成。控制系统是半自动的，司机须注意确定何时增速或减速，以及增速或减速需用多大的传动比，但不要求他协调变速杆、油门踏板和离合器的动作。司机一选择好某一容许的传动比，油门就暂时增大以达到增速期间所需要的同步，或短时减小以达到减速期间所需要的同步，这一切都由中央处理单元38自动给司机做出来的。倒档操作方式则只能从中性静止的位置完成，具体作法是将控制杆1从当时接合的中性位置向后移。为防止因不小心而“减速”到倒档的情况，可以配备一个倒档按钮1A，在中央处理单元将控制杆1处于中性位置时的向后动作被理解为要求倒档操作之前，必须按压该按钮。

牵涉到主辅部分的增速和/或减速，即组合换档时，司机也可象那些只牵涉及到辅助部分的增速和/减速（即分开换档）同样简单地会诸实施。在那些配备有多重倒档传动比的变速器中，可以如上述向后及向前移动控制杆使变速器减速到更低的倒档比及增速到更高的倒档比。当然，任何型式可安置在换档杆端部的板扭开关或按钮都可用以代替倒档启动按钮1A。

不言而喻，图中所示的控制杆1可以用美国专利4，442，730中所述的那种单一控制杆代替，该单一控制杆可按给定的方向前后移动来选择前行和倒档操作方式，然后横向移动来选择单次或多重增速和减速;这里也把该美国专利的内容包括进来的以供参考。

本发明的半自动控制系统还有另一个重要和有益的特点，即每当汽车完全停下来时，离合器16松离，变速器接合到较高的传动比，且控制杆1沿减速方向移动一次，这时控制器会自动将变速器12切换到预选定的起动档或中性位置，这可能会牵涉到跳过多个中间传动比的跳档换档。举例说，在十二档前行速度的变速器中，容许的起动传动比可以是第一至第五档。一旦处在起动传动比，控制杆在减速方向的移动会将变速器切换到低一个传动比的档上，另一个在增速方向上的移动会将变速器切换到高一个传动比的档上。驾驶员无论在停车或行驶中都始终可以从那些容许的传动比中选择一个传动比。脚踏的离合器踏板（如果采用的话）仅仅是用来为停车作好准备工作，使变速器不工作并防止在任何容许的起动传动比从静止状态起动的过程中抛锚。

按照本发明，如图4中所示的那样，若驾驶员使汽车在地面的行驶速度下降到某一基准值（通常是完全停车或几乎完全停车状态），且主离合器16通过脚动或自动进入松离状态，则控制杆1在减速方向上从高于容许启动档的传动比的一次移动或脉动会被理解为要求自动选择变速中性位置或预选择的起动传动比和直接接合到该位置或该起动传动比上。在类似的情况下，控制杆1在增速方向上从中性位置的移动或脉动会被理解为要求自动选择和直接合到该预选的起动传动比。在容许起动传动比的范围（通常十二档速度时为第一至第五档，十八档速度时为第一至第七档）内时，在增速或减速方向上的一次移动或脉动会分别被理解为要求一次增速或减速。

控制杆的一次移动或脉动是控制杆在增速或减速方向上从中心位置到某位移位置的移动，然后立即释放控制杆时，控制杆就能返回到其中心位置。若令控制杆1维持在位移的位置上超过预定的时间（例如超过1秒或2秒钟），则可采用另一种控制逻辑电路。

在现有技术的变速系统中，预定/预选择的起动档是由电子控制单元根据所检测的系统参数和预定的逻辑规则确定的预定传动比。预选的传动比往往与驾驶员根据他所知道的汽车荷载、行驶的地形、交通情况、气候条个等要求的具体起动传动比不同。

按照本发明，如图4中所示，在汽车每次从停车状态起动的过程中，中央处理单元检测所采用的实际传动比，并作为预选的起动传动比将该传动比存储起来。这之后，若驾驶员要换档到该预选的起动传动比，控制器变会促使变速器直接切换到当时存储的预选起传动比，也就是汽车从停车状态起动时实际采用的上一个传动比。

借助这个控制策略，预选起传动比的现行值就始终反映出驾驶员最近指示的最希望使用的从停车状态起动的传动比。

虽然本发明的最佳实施例是以某种程度的特殊性加以说明的，但在不脱离本发明以下所述的精神实质和范围的前提下在形式和细节上是可以作种种修改的。

Claims (4)

1、一种控制自动机械齿轮换档变速系统(10)的方法，系统(10)包括：油门控制器(24)；受油门控制的发动机(14)；多速齿轮换档机械变速器(12)，具有适用于从停车状态起动的一组极低传动比(第一至第五)，且以所述该组极低传动比内的特定传动比作为预定的起动传动比；手动操作的换档选择杆(1)；中央处理单元(38)，供接收输入并根据预定的逻辑规则处理该输入以便给非人工控制的包括变速控制器(34)在内的控制器发出指令输出信号，所述处理单元检测所述手动换档选择杆和系统参数的操作表示选取直接切换入预定的起动传动比的换档，所述方法包括：

(ⅰ)检测各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比；和

(ⅱ)将各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比作为当时预定的起动传动比存储起来。

2、一种控制自动机械齿轮换档变速系统（10）的系统，系统（10）包括：油门控制器（24）;受油门控制的发动机（14）;多速齿轮换档机械变速器（12），具有适用从停车状态起动的一组极低动比（第一至第五），且以所述该组极低传动比内的特定传动比作为预定的起动传动比;手动操作换档选择杆（1）;中央处理单元（38），供接收输入并根据预定的逻辑规则处理该输入以便给非人工控制的包括变速控制器（34）在内的控制器发出指令输出信号，所述处理单元检测所述手动换档选择杆和系统参数的操作以检测直接切换入预定的起动传动比的换档选择，所述系统包括：

（ⅰ）用以检测各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比的装置;和

（ⅱ）用以将各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比作为当时预定的起动传动比存储起来的装置。

3、一种控制半自动机械齿轮换档变速系统（10）的方法，系统（10）包括：油门控制器（24）;受油门控制的发动机（14）;多速齿轮换档机械变速器（12），具有适用于从停车状态起动的一组极低传动比（第一至第五），且以所述该组极低传动比内的特定传动比作为预定的起动传动比;手动操作的换档选择杆（1）;中央处理单元（38），供接收输入并根据预定的逻辑规则处理该输入以便给非人工控制的包括变速控制器（34）在内的控制器发出指令输出信号，所述处理单元检测所述手动换档选择杆和系统参数的操作以检测驾驶员的直接切换入预定的起动传动比的换档选择，所述方法包括：

（ⅰ）检测各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比;和

（ⅱ）将各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动作为当时预定的起动传动比存储起来。

4、一种控制自动机械齿轮换档变速系统（10）的系统，系统（10）包括：人工油门控制器（24）;受油门控制的发动机（14）;多速齿轮换档机械变速器（12），具有适用于从停车状态起动的一组极低传动比（第一至第五），且以所述该组极低传动比内的特定传动比作为预定的起动传动比;手动操作换档选择杆（1）;中央处理单元（38），供接收输入并根据预定的逻辑规则处理该输入以便给非人工控制的包括变速控制器（34）在内的控制器发出指令输出信号，所述处理单元检测所述手动换档选择和系统参数的操作以检测驾驶员的直接切换入预定的起动传动比的换档选择，所述系统包括：

（ⅰ）用以检测各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比的装置;和

（ⅱ）用以将各从停车状态起动操作过程中所采用的实际传动比作为当时预定的起动传动比存储起来的装置。

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