CN1333146A - 用于手动换档变速系统的自动分动器控制 - Google Patents

用于手动换档变速系统的自动分动器控制 Download PDF

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Abstract

提出了一种控制器辅助控制及手动换档组合式变速系统(10)及其分动器换档控制方法。分动器变速机构(28)在控制器(54)的指令(56)下可以自动完成分动器副变速箱(16B)的换档。啮合的分动比由检测到的发动机目标转速(EST)和预期的车辆操作状况下的发动机目标转速(EST)的函数来决定。

Description

用于手动换档变速系统的自动分动器控制
发明领域
本发明涉及一种手动换档组合式变速系统的自动分动器换档。所述变速系统有用变速杆换档的主变速箱，其串联到一个具有分动器的副变速箱或分动器-副变速箱组合。尤其是，本发明涉及用于所述变速系统的分动器控制，其在手动变速杆换档时可以自动实现分动器换档。
背景技术
控制器辅助控制及手动换档变速系统在现有技术中已为人所知，见美国专利第5,582,558号，第5,755,639号，第5,766,111号，第5,791,189号，第5,974,906号，第5,989,155号和第6,015,366号。上述专利在此用做参考。
具有副变速箱和/或分动器-副变速箱组合型辅助变速箱的组合式变速系统在现有技术中已广为人所知，可参见美国专利第4,754,665号和第5,390,561号。上述专利在此用做参考。
具有手动换档主变速箱和自动换档分动器副变速箱的变速系统在现有技术中已为人所知，可参见美国专利第5,435,212号，第5,938,711号，第6,007,455号，和第6,044,721号。上述专利在此用做参考。
可以自动实现副分动器换档的组合式变速系统在现有技术中已广为人所知，可参见美国专利第5,911,787号和第5,974,906号。上述专利在此用做参考。
在这些控制器辅助控制及手动换档变速系统中，可以自动实现分动器换档。在变速杆换档过程中，所述分动器被切换到空档，并保持在空档直到主变速箱在操作者选定的位置啮合。然后，系统控制器必须确定分动器是啮合(或再啮合)在分动器的高位或是在低位上，并以适当的分动比进行啮合。
发明内容
根据本发明，提供了一种具有分动器的副变速箱或分动器-副变速箱组合的手动换档组合式变速系统。所述变速系统可以在变速杆换档时自动进行分动器副变速箱换档，和/或自动脱离然后又重新啮合分动器副变速箱，并提供了逻辑规则来决定在手动换档的过程中，在分动器已切换到空档后，采取哪一个分动比重新啮合。
上述情况可以在一个手动换档组合式变速系统中完成。所述变速系统有一个用变速杆换档的主变速箱，其串联到一个具有分动器的副变速箱或分动器-副变速箱组合上。所述副变速箱上有一个执行元件，它可以通过检测车辆的操作状况来确定在此状况下的发动机目标转速，并以一定的分动比啮合分动器副变速箱，使得此时发动机转速最接近发动机目标转速，从而实现控制器启动分动器自动换档的目的。所述发动机目标转速最好处在当前车辆操作状况下发动机的高速档转速和低速档转速中间，并最好有一个显示和/或警告，或其它类似信息被激活，通知驾驶员当前的传动比和/或分动器位置。
相应地，本发明的一个目的是提供一种用于手动换档组合式变速系统的新型及改进的分动器换档控制，所述组合式变速系统用一个分动器变速机构来自动实现分动器换档。
在阅读了后文中优选实施例的描述和参考附图后，就可以清楚本发明的上述目的、其它目的及优点。
附图说明
图1是一个有利地采用本发明的分动器控制方法的控制器辅助控制及手动换档组合式变速系统的示意图；
图2是图1中所示变速系统的优选实施例的变速杆换档模式的示意图；
图2A是图1中所示变速系统的实施例的另一种变速杆换档模式的示意图；
图3是本发明分动器换档机构的优选实施例的放大示意图；
图4是在不同的油门位置时(以发动机最大扭矩的百分率表示)高速档转速、低速档转速和发动机目标转速的图表。
图5是以流程图的形式说明本发明的分动器控制的示意图。
具体实施方式
参考图1，2，3，4可知，车辆的计算机辅助控制的(即基于微处理器的和控制器辅助控制的)组合式机械变速系统10尤其适合采用本发明的分动器换档控制。
系统10是在重载车辆中普遍采用的一种形式。所述系统包括一台发动机，典型的是一台柴油机12，一个安放在离合器箱内的主摩擦离合器14，一个多速组合式变速器16，和一套车辆驱动轴组件18。变速系统16包括一个输出轴20，所述输出轴通过万向接头连接到车辆主动轴22上，从而带动驱动轴组件运转。
主摩擦离合器14包括主动摩擦件14A和从动摩擦件14B，主动摩擦件由发动机带动，而从动摩擦件装到变速系统的输入轴24上。典型的组合式机械齿轮变速器16包括一个主变速箱16A和一个具有分动器的副变速箱16B或分动器-副变速箱组合，这二者都安装在一个普通的变速箱体16C中。这种形式的组合式机械齿轮变速系统在现有技术中已广为人知，参考上述美国专利第4,754,665号和第5,390,561号可以看到示例。
所述主变速箱16A通过一个人工操作的变速杆26而进行手动换档，而所述副变速箱16B通过一个分动器或分动器-副变速箱组合的执行元件组件28来进行换档。图3就是一个示例的示意图，在下文中将有具体论述。
虽然在本发明的范围中离合器14可以自动操作，但还是提供了一个离合器踏板30用来人工操作主离合器14。无需脱开主离合器就可以完成动态换档(见美国专利第4,850,236号)。
发动机12最好是电子控制的，它包括一个发动机控制器32。所述控制器通过电子数据线DL传送信息。电子数据线最好能符合工业标准议定书，如SAE J-1922，SAE J-1939，ISO11898等。这个系统也可包括一个发动机压缩制动器34，和/或一个输入轴迟滞设备，例如一个惯性式制动器36。
所述系统可以包括检测发动机转速(ES)的传感器38，检测输入轴转速(IS)的传感器40，检测输出轴转速(OS)的传感器42，检测离合器的啮合或脱开状态的传感器44，检测操作者设定的油门踏板位置(THL)的传感器46，检测车辆制动系统操作状况(BRK)的传感器48，检测主变速箱换档机构位置(MS)的传感器50，以及其它一些类似的传感器。位置传感器50将传送一个输出信号LP，表明在换档模式中变速杆的具体位置(见美国专利第5,743,143号，所述专利在此用于参考)。信号LP表示已经啮合的或将要啮合的主传动比。这些传感器和其它传感器一起将输入信号52传送给控制器54，所述控制器根据已确定的逻辑规则对信号进行处理，并发布输出信号56给各个系统执行元件。
所述控制器54(或称ECU)最好是一个基于微处理器的控制单元，这种形式在美国专利第4,595,986号，第4,361,065号和第5,335,566号中均有描述，上述专利在此用于参考。控制器54可以安装在发动机控制器32中。
所述系统的执行元件由ECU的输出信号56控制，包括分动器副变速箱执行元件28，还可能包括发动机控制器32，发动机压缩制动器34，输入轴或换档提速制动器36，和显示元件58。ECU54还可能包括一个计时元件60。
参考示意图3可以更清楚地了解分动器换档机构28。这个三位分动器换档机构28包括一个换档拨叉62，用于分动器离合器的定位，典型的是一个双边爪式离合器，可以位于分动器的高位、空档位和低位上。换档拨叉62的位置由活塞64决定。活塞64有二个活塞面，活塞面66与可选择的加压和排气室68相连，而活塞面70与可选择的加压和排气活塞室72相连。腔室68和72通过一个两位三通电磁阀74选择性进行加压和排气。电磁阀74可以将管道68A和72A选择性地连接到高压气源76或者与大气相通的排气口78中。电磁阀74的动作响应ECU54发出的指令性输出信号56，此信号可能包括脉冲宽度调制或其它类似的方式。可见于美国专利第5,661,998号，上述专利在此用于参考。虽然这里描述的是采用压力促动副变速箱换档机构28，但可以理解的是，在本发明的范围内，此分动器换档机构28也可以采用液压和/或电子执行元件，或其它类似的执行元件。
图2是组合式变速系统16优选实施例的换档模式示意图。在图2表示的实施例中，所述变速系统是一个有分动器-副变速箱组合的10速变速系统。这种形式的变速系统在现有技术中已广为人知。此发明的承让人伊顿公司(Eaton Corporation)已经用“Super-10”的商标出售这种变速系统。详见美国专利第5,000,060号，此专利在此用于参考。正如所知，换档模式图中每一个大的方块代表一个变速杆位置，而方块的垂直分组代表(最好自动地)每一个变速杆位置中的分动器档位。主变速箱16A有四个可选的主变速箱啮合传动比，一个用于反向传动，一个用于1/2位置，一个用于3/4位置或7/8位置，一个用于5/6位置或9/10位置。换句话说，变速杆位于3/4位置时所用的主变速箱齿轮和变速杆位于7/8位置时所用的主变速箱齿轮是一样的。但是，在变速杆位于3/4位置时，档位处于低量程比值，而在变速杆位于7/8位置时，档位处于高量程比值。当变速杆从换档模式的中间位置(3/4和位置5/6位置)移动到左边位置(7/8位置和9/10位置)时，就可以产生自动副变速箱换档或人工选择。所述换档模式通常被称为“双H”式换档模式。另一方面，在“重复H”式的换档模式中，通过一个如图1虚线所示的量程位置选择器26A，可以人工实现换档。
辅助控制及人工换档变速系统10有完全自动的分动器换档，如上述的美国专利第5,755,639号所示，和/或在变速杆换档时自动地切换到变速器空档，在主变速箱啮合后又以一个适当的分动比重新啮合，如上述的美国专利第6,044,721号所示。由于在换档时车辆速度经常发生变化，就必须有一套逻辑规则来决定完成变速杆换档(包括自动切换到分动器空档)时采用的分动比。
根据本发明，当分动器从空档脱开并进行自动啮合时，分动器会以一分动比(分动器高位或低位)啮合。这个分动比将使在当前或预期的车辆操作状况下，发动机转速最接近于发动机目标转速。发动机目标转速值由与操作者控制的油门位置(即发动机扭矩的百分比)有关的函数决定。
在本发明的优选实施例中(见图4)，对于某特定油门位置(扭矩要求的)，发动机目标转速100正好处于高速档转速和低速档转速的中间。
参考图2和4举例说明，假定在变速杆换档到7/8档位的位置点108后，发动机的扭矩要求为75％(线106)，期望的输出轴转速为1000转/分(OS＝1000)，则发动机目标转速110约等于1520(EST＝1520)，在7号齿轮位置112时发动机转速约为1780转/(ES7＝1780)，在8号齿轮位置114时发动机转速约为1330转/分(ES8＝1330)。在离合器处于啮合状态下，期望的发动机转速可以用已知的关系式来计算：ES＝IS＝OS×GR。
由此，在分动器高位(8号齿轮位置)，发动机转速和发动机目标转速之间的差值约为190转/分(EST-ES8＝1520-1330＝190转/分)，而在分动器低位(7号齿轮位置)，发动机转速和目标发动机转速之间的差值约为260转/分(ES7-EST＝1780-1520＝260转/分)。所以，将在分动器的高位(即8号齿轮位置)啮合。
图5以流程图的形式表示了本发明的分动器的控制。
由此可以看到，这提供了一种新型及改进的分动器控制。
虽然本发明是以一定的特殊性来描述的，但可以理解的是，这个优选实施例的描述仅是通过例证的方式进行的，在不违反本发明这里提出的原则和范围的情况下，可以对其形式和细节进行许多具体的修改。

Claims (14)

1.一种用于控制器辅助控制及手动换档车辆变速系统(10)的分动器换档的控制方法，所述变速系统有一个发动机(12)，可驱动一个组合式变速器(16)的输入轴(24)，所述组合式变速器有一个多级的主变速箱(16A)和一个分动器副变速箱(16B)，所述主变速箱由人工按换档模式移动变速杆(26)来换档，所述分动器副变速箱串联到所述主变速箱上，所述分动器副变速箱可以换档处于三个位置之一：(i)高分动器比值，(ii)分动器空档，(iii)低分动器比值，所述变速系统还有一个能自动完成分动器换档的分动器换档机构(28)和一个控制器(54)，所述控制器用来接收表示系统操作情况的输入信号(52)，并按预定的逻辑规则对其进行处理且发布输出信号(56)给包括所述分动器换档机构的系统执行元件，所述控制方法包括以下步骤：
检测(i)主变速箱当前的啮合情况，或
(ii)主变速箱将要进行的啮合情况；
确定分动器副变速箱是位于分动器高位、空档位还是低位；
确定在当前车辆操作状况下的目标发动机转速(EST)；
是否(i)所述主变速箱已处于啮合状态或正以已知的比值啮合，且(ii)所述副变速箱处于分动器空档；
(a)如果所述副变速箱在分动器高位啮合，确定此时的期望的发动机转速(ESSPLITTER-HIGH)，如果所述副变速箱在分动器低位啮合，确定此时的期望的发动机转速(ESSPLITTER-LOW)；以及，
(b)命令所述分动器副变速箱以确定的分动器比值啮合，其中所述比值是所述目标发动机转速和所述期望的发动机转速的函数。
2.根据权利要求1中所述方法，其特征在于，当前车辆操作状况(110)下所述目标发动机转速由所述当前车辆操作状况下的高速档(102)转速和低速挡(104)转速的情况来决定。
3.根据权利要求2中所述方法，其特征在于，当前车辆操作状况下所述目标发动机转速约为所述当前车辆操作状况下的高速档转速和低速挡转速的平均值。
4.根据权利要求1中所述方法，其特征在于，所述分动器辅助变速箱以确定的分动比啮合，在此分动比啮合下所述期望的发动机转速最接近于所述发动机目标转速。
5.根据权利要求2中所述方法，其特征在于，所述分动器辅助变速箱以确定的分动比啮合，在此分动比啮合下所述期望发动机转速最接近于所述目标发动机转速。
6.权利要求1中在步骤(b)后还包括，
(c)通知操作者当前啮合的分动比。
7.根据权利要求1中所述方法，其特征在于，检测当前主变速箱的啮合情况包括测定在所述换档模式中所述变速杆的位置。
8.一种控制器辅助控制及手动换档车辆变速系统(10)，所述变速系统有一个发动机(12)，可驱动一个组合式变速器(16)的输入轴(24)，所述组合式变速器有一个多级的主变速箱(16A)和一个分动器副变速箱(16B)，所述主变速箱由人工按换档模式移动变速杆(26)来换档，所述分动器副变速箱串联到所述的主变速箱，所述分动器副变速箱可以换档处于三个位置之一：(i)高分动器比值，(ii)分动器空档，(iii)低分动器比值，所述变速系统还有一个能自动完成分动器换档的变动器换档机构(28)和一个控制器(54)，用来接收表示系统操作情况的输入信号(52)，并按预定的逻辑规则对其进行处理且发布输出信号(56)命令给包括所述分动器换档机构的系统执行元件，所述变速系统，其特征在于，
有一个位置传感器用来探测(i)主变速箱当前的啮合情况或(ii)所述主变速箱将要采用的啮合情况；
有相应装置用来确定所述分动器辅助变速箱是在分动器高位、空档还是在低位上，所述控制器包括以下逻辑规则：
(1)确定在当前车辆操作状况下的目标发动机转速(EST)
(2)是否(i)所述主变速箱已处于啮合状态或正以已知的比值啮合，和(ii)所述副变速箱处于分动器空档，
(a)如果所述副变速箱在分动器高位啮合，确定此时的期望的发动机转速(ESSPLITTER-HIGH)，如果所述副变速箱在分动器低位啮合，确定此时期望的发动机转速(ESSPLITTER-LOW)，以及，
(b)命令所述分动器副变速箱以确定的分动器比值啮合，其中所述比值是所述发动机目标转速和所述期望的发动机转速的函数。
9.根据权利要求8中所述系统，其特征在于，所述当前车辆操作状况(110)下的目标发动机转速由所述当前车辆操作状况下的高速档(102)转速和低速挡(104)转速的情况而决定。
10.根据权利要求9中所述系统，其特征在于，所述当前车辆操作状况下的目标发动机转速约为所述当前车辆操作状况下的高速档转速和低速档转速的平均值。
11.根据权利要求8中所述系统，其特征在于，所述分动器辅助变速箱以确定的分动比啮合，在此分动比啮合下所述期望的发动机转速最接近于所述发动机目标转速。
12.根据权利要求9中所述系统，其特征在于，所述分动器辅助变速箱以确定的分动比啮合，在此分动比啮合下所述期望的发动机转速最接近于所述发动机目标转速。
13.根据权利要求8中所述系统，其特征在于，所述逻辑规则还包括有效的逻辑规则，
(c)通知操作者当前啮合的分动比。
14.根据权利要求8中所述系统，其特征在于，检测当前主变速箱的啮合情况包括测定在所述换档模式中所述变速杆的位置。
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