CN1582372A - 负载控制变速器的换档控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负载控制变速器，特别是汽车的换档控制方法，其中对应于新档位Gz的将要工作的离合器单元K2的接通和对应旧档位GQ的正在工作的离合器单元K1的脱开，在时间上是重叠的。

Description

负载控制变速器的换档控制方法
本发明涉及一种负载控制变速器，特别是汽车的换档控制方法，其中对应于新档位、将要工作的离合器单元的接通和对应于旧档位、正在工作的离合器单元的脱开，在时间上是重叠的。离合器单元被做成滑动调节的湿离合器。将要工作的离合器单元大致在达到某一工作压力时被接通，此工作压力与正在工作的离合器单元的离合器容量相匹配。将要工作的离合器单元被接通的前提是以充油终点为结束的充油过程具有充油压力。
一个负载控制变速器被理解为一个在换档期间保持将力从驱动发动机传递给汽车被驱动车轮的变速器或换档装置。也就是说，在汽车牵引运行中拉动高档位换档时，没有拉力的中断；而在汽车惯性运行中推回换档时，没有推力的中断。已知的负载控制变速器结构型式有自动变速器和双离合器变速器。自动变速器具有一个单独的、大多与变矩器串联的输入轴，它的换档，也即是有效传动比的变化的实现是通过脱开相应的离合器或制动器，而使行星齿轮组的至少第一对齿轮副同输入轴或变速器壳体脱开，并通过接通这些离合器或制动器中的一个，使第二对齿轮副与输入轴相连，或相对于变速器壳体被锁住。双离合器变速器具有两个输入轴，它们分别具有一个发动机离合器和一组，可顺序提高的档位。双离合器变速器的换档是在接入新的档位以后，通过脱开旧档位的发动机离合器，接通新档位的发动机离合器而实现的。除在双离合器变速器中接入新档位和退出旧档位以外，两个变速器结构型式的换档过程是完全一样的，也即是接通对应新档位的将要有效工作的离合器单元，脱开对应旧档位的正在有效工作的离合器单元。此时为了保持作用连续，离合器单元的接通和脱开在时间上是重叠的，也就是说，将要工作的离合器单元的离合器容量的提高，与正在工作的离合器单元的离合器容量的降低，在范围上是一样的。这方面适用的传力连接的有效离合器单元大多采用液力控制的、膜片式离合器类型的湿离合器。这种离合器结构紧凑，造价低廉，并可通过各自压力腔中的工作压力对其进行精确控制，这是重叠换档控制的重要前提。滑动调节的膜片式离合器对于这种控制是特别合适的，因为此时传递的扭矩(离合器容量)往往与作为压紧力的每个压力腔中的有效工作压力成正比。这种湿离合器在对应新档位的、将要工作的离合器单元真正接通的前提是充油阶段，在此阶段中压力腔充油，直至相应的离合器元件(离合器膜片)贴合，并开始传递小扭矩。充油终点的充油压力所对应的扭矩一般为正在的工作离合器单元实际传递扭矩的10％左右，其数量级为20Nm～30Nm。按照现有技术，将要工作的离合器单元的充油时间为200ms～400ms，在较冷时需达1000ms。因此规定的最大充油持续期是在最不利的运行条件下，即在具有相应粘稠压力介质(液压油)的极冷环境冷启动时，保证经过相应的延迟，在离合器重叠能够开始以前，使压力腔充油直到所属离合器元件的贴合。
现代的自动变速器和负载控制变速器一般都是通过一个电子控制仪自动控制的，除自动方式以外还增加一种手动方式。在自动方式时的换档过程随汽车参数，诸如瞬时运行速度、发动机转速和发动机负载来操纵和进行。换档点可依据所选择的控制程序(Eco或Sport)分别确定之。在自动方式时，驾驶员在相当程度上会突然感觉出每个换档过程，因为在这种情况下，不能保证充油阶段的持续期，驾驶员随两个离合器单元的接通或脱开过程而从舒适性和运动的角度或多或少地感觉出换档过程。在手动方式时，通过换档杆在各个手动换档拨叉中的定位或简单通过转向盘范围内控制元件的操作，诸如转向盘中的+/--开关或转向盘后面的+/--开关转换器而能够起作用，因此手动方式的换档过程总是由驾驶员手工启动，但是换档过程象在自动方式中一样，其自动控制进行。在手工启动时，驾驶员，特别是喜爱运动-动力-运行方式的驾驶员常常感到换档过程进行得不够自动，总是太慢。
虽然从原理上得知，液力控制的换档过程通过提高工作压力来加速，但这并不是轻而易举地可以应用在重叠换档中，例如由DE 40 26658 A1得知，影响负荷控制变速器的负荷控制离合器接通状态的压力控制装置，其上装有一个单独的调节阀，它的控制特性是通过接通和关断一个预处理柱塞装置和一个辅助节流阀来适应多个负载控制离合器及其档位。通过接通预处理柱塞装置使充油压力提高，并延长相关的负载控制离合器的充油阶段。由于较高的摩擦初始压力(＝充油终点压力)相应得到一个较短的滑动阶段，因而出现一个较硬性的换档。通过接通与一个固定使用的节流阀并联的、安装在调节阀控制管路中的附加节流阀，使滑动阶段的压力梯度加大，从而缩短滑动阶段，实现较硬性的换档，但是换档过程没有很大的缩短。另外，在将要工作的离合器单元的工作压力快速提升的情况下是很危险的，如果不能足够快速地脱开正在工作的离合器，则将引起负载控制变速器的啮合。
因此本发明要解决的技术问题是提供一种方法，采用这种方法能够在本文开头所述的负载控制变速器类型中实施手启动按负载换档，无论是拉动高档位换档，还是推回换档，都不会加速啮合的出现，从而使驾驶员对其换档指令做出自发的反应，很快地实施所希望的换档过程。
根据本发明权利要求1的前序部分，使问题得以解决的方法是，在手启动按负载换档(拉动高档位换档和推回换档)时，用一个较高的、与正在工作离合器单元的离合器容量数量级相当的充油压力，使将要工作的离合器单元充油，查明充油终点，并且在已知充油终点的情况下，在时间上重叠地脱开正在工作的离合器单元和使将要工作的离合器单元的离合器容量相匹配。
本发明方法的优选方案表示在从属权利要求2至11中。
通过采用较高的充油压力对将要工作的离合器单元充油，使充油阶段大大缩短，其持续期大约为50ms～100ms，在极冷的情况下也最高为150ms。为了避免变速器啮合，查明充油终点，也就是检测传动系合适的物理参数，进行分析处理，并且在已知充油终点的情况下，脱开正在工作的离合器单元，调节将要工作的离合器单元，也就是根据正在工作的离合器单元可传递扭矩的降低情况，将其调节到所需的离合器容量，使其大致相当于换档过程以前正在工作的离合器的离合器容量。将要工作的离合器单元的充油压力被调节到一个压力高度的80％～90％，或100％左右，此压力高度相当于正在工作离合器单元的离合器容量。第一种情况表明，还要对将要工作的离合器单元的压力进行提高和精细的调节；第二种情况表明，只需将工作压力精确调整到所要求的压力高度，以便传递当前的发动机扭矩。由于传感器信号的加工和从检测充油终点开始的离合器重叠时间只需大约50ms，而且由于将要工作的离合器单元充油压力的提高，使得真正的换档时间明显减少，因此与现有技术相比，总换档持续时间从400ms～1000ms缩短到150ms～300ms，因此由驾驶员启动的换档过程将自动、快速地转换。对于驾驶员来说，应用本发明方法使换档自动性得到明显的改善。
为了能够快速脱开正在工作的离合器单元，所设置的压力腔的抽空或无压力接通，希望通过一个与正常运行(也就是以自动方式换档；小负载时手动方式换档)相比增大的节流阀来实现。为此可以通过一个分配阀，在正常运行的小节流阀和按照本发明的“动力运行”并联布置的大节流阀之间进行转换；或在小节流阀“动力运行”时，为了增大流通横截面积而通过一个分配阀接通另外一个并联的节流阀。
将要工作的离合器单元的充油终点可以通过检测工作压力和/或通过查明将要工作的离合器单元压力腔中的工作压力梯度求得。在充油阶段，压力腔中的压力由于流动损失起初只有微小的提高，但是随着充油阶段终点前容积流量的减少而急剧升高。大约在充油阶段终点时，随着离合器膜片的贴合而达到所控制的充油压力。因此为了检测充油终点，而应用了一个直接与将要工作的离合器单元压力腔相连的压力传感器，以测量压力腔中的瞬时有效工作压力，并提供一个分析处理单元，将所测得的压力同预先给定的界限值相比较，同时用最近测量值中的最少一个值和相应的时间差形成微商，以便能够确定瞬时压力梯度，并且和预先给定的界限值相比较。通过这种方法能够查明将要工作的离合器单元压力腔中达到和超过预先规定的压力界限值(例如90％或95％的充油阶段终点所达到的充油压力标定植)和/或超过或低于预先规定的压力梯度，将其作为充油终点。在应用瞬时压力梯度时，可以查明充油阶段终点附近压力的急剧升高，超过预先规定的相应高的压力梯度，则被用作充油终点的决定准则。但是也可以查明充油阶段终点之前急剧升高的压力突然变得平缓，其低于一个相应低的压力梯度(在前面超过点之后)，被用作决定的准则。
另外一种选择或附加方案，查明将要工作的离合器单元的充油终点的方法，还可以通过检测负载控制变速器的开始啮合点来实现，因为在开始啮合时，一部分输入端扭矩消耗在变速器的啮合上，使输出端扭矩突然下降，从而在拉动高档位换档时引起汽车加速变缓；而在推回换档时引起汽车减速增加。因此具有优点的作法是，检测汽车加速或减速的状况，将其达到和低于一个预先规定的加速或减速度的界限值作为充油终点。如果在将要工作的离合器单元开始承受扭矩时，正在工作离合器中的工作压力通过连续滑动控制而自动降低，则也可以检测正在工作的离合器单元压力腔中的工作压力，将正在工作的离合器单元内的压力达到或低于预先规定的压力界限值时作为充油终点。由于变速器开始啮合，在拉动高档位换档时还引起输出端传动系卸载，该有限弹性的传动系作为扭转弹性件，可以由一个万向轴、一个差动齿轮传动装置和各自的传动轴组成，并在牵引传动时，变速器端被紧急拉动。在推回换档时输出端传动系的预紧力得到相应的增强，该传动系在推动运转时变速器端被过后紧急拉动。因此在两种换档情况下引起输出端传动系的变速器端的末端相对于车轮端的末端突然出现一个变速器端的相对运动。这种情况可以被用来识别变速器开始啮合，而且通过对变速器端和车轮端的输出端传动系转速的检测，将车轮端和变速器端之间的转速正差值达到和超过预先规定的值时的点定为充油终点。在需要时对转速进行修正，以便矫正差动齿轮传动装置的传动比。
至少后面查明充油终点的方法步骤在没有明确阐明的情况下允许分别单独使用，因为由于外部的影响，诸如路面纵向坡度和路面不平度的变化，能够引起例如汽车加速度和输出端传动系预紧力的变化。因此最好是，前面所述确定充油终点的准则都得到使用，对此相关的方法步骤首先能够彼此独立实施，对结果进行分析分析，并且将通过由此得出的结果值累积到总分析价值中。最后通过总分析价值，将达到和超过预先规定的总界限值时作为充油终点。因此在确定充油终点时精度得到了最大的保障，从而避免了离合器的啮合。
本发明的其他细节由下面的详细描述和附图说明之，阐明本发明的方法。
附图说明：
图1a-1c按照本发明的拉动高档位换档时的转速和扭矩曲线；
图2a-2c现有技术中的拉动高档位换档时的转速和扭矩曲线。
图2a～2c表示出现有技术中的拉动高档位换档时，转速和扭矩随时间变化的曲线。图2a为驱动发动机的转速曲线nMot(t)；图2b为驱动发动机的扭矩曲线Mmot(t)；图2c为正在工作的离合器单元的扭矩曲线MK1(t)和将要工作的离合器单元的扭矩曲线MK2(t)。换档开始于将要工作的离合器单元K2从时间t0至t1的充油过程。在将要工作的离合器单元中所设置的压力腔被充油压力为pF的压力介质充满，在充油阶段终点附近相关的离合器元件，例如膜片式离合器的离合器膜片，在达到充油压力pF的情况下被贴合，将要工作的离合器单元K2传递一个小牵引扭矩MK2-SI，它大约等于换档前后换档扭矩MK-S的15％。充油阶段的持续期除与结构状况有关外，主要取决于所用压力介质(液压油)的黏度，在本例中约为300ms。但是在极冷环境下冷启动时则需达1000ms。为了能够可靠地达到充油阶段的终点，则对将要工作的离合器单元K2规定一个时间窗，从时间t0至时间t2总计为400ms。因此在目前情况下，得到时间t1和t2之间的一个安全间隔时间为100ms。紧接其后的是时间t2和t3之间的重叠阶段，在重叠阶段中对应旧的低档位(源档位)GQ的正在工作的离合器单元K1的可传递的扭矩(离合器容量)MK1，由换档扭矩MK-S下降到零；对应新的较高档位(目标档位)GZ的将要工作的离合器单元K2的离合器容量MK2，由牵引扭矩MK2-SI提高到换档扭矩MK-S。因此在重叠阶段(此处需要300ms)大致为常数的发动机扭矩MMot和换档扭矩MK-S连续并且拉力不间断地由旧档位GQ和正在工作的离合器单元K1过渡到新档位GZ和将要工作的离合器单元K2。然后通过对发动机控制机构的作用(见图2a和图2b)，在时间t3和t4之间的时间区间(大约300ms)内，发动机扭矩MMot短时间的下降而后又重新升高，从而使转速也由旧档位GQ的速比过渡到新档位GZ的速比。整个换档过程总共大约持续1000ms，其中直到驾驶员可感觉到的反应(即在时间t3处转速开始变化)，大约耗时700ms。在手工启动的情况下，对于驾驶员，特别是喜爱运动-动力运行方式的驾驶员来说，这种换档就感觉到太不自动，而且过程太慢。
与此相反，按照本发明方法控制的、类似的拉动高档位换档(如图1a至图1c所示)则非常自动和快速地进行。根据本发明，此处将要工作的离合器单元K2在时间t0至时间t1之间的充油阶段，以较高的充油压力pF充油，它相应于牵引扭矩MK2-SI和大约85％换档扭矩MK-S的离合器容量。因此充油阶段目前只需要100ms。为了避免离合器啮合，则查明充油终点，这可以通过检测将要工作的离合器单元K2的充油压力pF和/或检测相关离合器开始啮合的方法实现。通过加工相应的传感器信号和启动相应控制单元中离合器重叠过程，从达到充油终点的时间t1至离合器重叠的开始时间t2大约耗时25ms。在时间t2和t3之间的重叠阶段中，对应旧的低档位GQ的正在工作离合器单元K1的可传递的扭矩(离合器容量)MK1，由换档扭矩MK-S降低到零；对应新的高档位GZ的将要工作的离合器单元K2的离合器容量MK2，由牵引扭矩MK2-SI升高到换档扭矩MK-S。由于正在工作的离合器单元K1的快速脱开和将要工作的离合器单元K2高的充油压力pF，因此t2和t3之间的重叠阶段特别短，只有大约50ms就突然中断。此后如前所述，接着在时间t3和t4之间历时大约300ms，发动机端控制的转速由旧档位GQ的变速比过渡到新档位GZ的变速比(见图1a和图1b)。从现在起，整个换档过程总共只有大约475ms多些，其中到驾驶员可感觉到的反应，即转速变化的时间t3，只耗时大约175ms。对于驾驶员来说，应用本发明方法使自动性得到明显的改善。因此这种方法使运动-动力运行方式成为可能，这种方式通常也是驾驶员在由变速器控制的自动方式转换为手动方式时所希望的。
附图标记列表
GQ      旧档位，源档位
GZ      新档位，目标档位
K1       正在工作的离合器单元
K2       将要工作的离合器单元
MK      可传递的离合器扭矩，离合器容量
MK1     K1的离合器容量
MK2     K2的离合器容量
MK-S    换档扭矩
MK2-SI   K2的牵引扭矩
MMot    发动机扭矩
NMot    发动机转速
pF      充油压力
t        时间
t0      换档过程始点，K2的充油始点
t1      K2的充油终点
t2      离合器重叠始点
t3      离合器重叠终点，转速匹配始点
t4      转速匹配终点，换档过程终点

Claims (11)

1.一种负载控制变速器特别是汽车的换档控制方法，这种方法对于对应下一个新档位GZ的离合器单元K2的接通和对应正运行的旧档位GQ的离合器单元K1的脱开，在时间上是相交的，其中离合器单元K1、K2是滑动调节的湿离合器，将要工作的离合器单元K2则根据工作压力在大致达到正在工作的离合器单元K1的离合器容量MK-S中的一个时被接通，在将要工作的离合器单元K2被接通的前提是，以充油终点为结束的充油过程具有充油压力pF，其特征是，在手工启动的负载控制换档(拉动高档位换档和推回换档)时，将要工作的离合器单元K2的充油具有一个较高的充油压力pF，其离合器容量MK-S的数量级与正在工作的离合器单元K1的相当，查明充油终点，并且在已知充油终点的情况下，正在工作的离合器单元K1的脱开和将要工作的离合器单元K2的离合器容量MK2的匹配，在时间上相交。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，将要工作的离合器单元K2的充油压力pF被调节到一个相当于正在工作的离合器单元K1的离合器容量MK-S的压力高度的80％～90％左右。
3.根据权利要求1的方法，其特征是，将要工作的离合器单元K2的充油压力pF被调节到一个相当于正在工作的离合器单元K1的离合器容量MK-S的压力高度的100％左右。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征是，为了加速正在工作的离合器单元K1的脱开，通过一个与正常运行相比放大了的节流阀，在无压力的情况下控制该离合器单元。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征是，通过检测将要工作的离合器单元K2压力腔中的工作压力和/或查明工作压力的压力梯度来查明将要工作的离合器单元K2的充油终点。
6.根据权利要求5的方法，其特征是，在将要工作的离合器单元K2中，将达到和超过预先规定的压力界限值和/或超过或低于预先规定的压力梯度值作为充油终点。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征是，通过检测负载控制变速器开始啮合点来查明将要工作的离合器单元K2的充油终点。
8.根据权利要求7的方法，其特征是，检测汽车的加速或减速，将达到和低于预先规定的加速或减速值作为充油终点。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征是，检测正在工作的离合器单元K1压力腔中的工作压力，将达到和超过正在工作的离合器单元K1中预先规定的压力界限值作为充油终点。
10.根据权利要求7至9之一的方法，其特征是，检测输出端传动系的变速器端和车轮端的转速，将达到和超过预先规定的车轮端和变速器端的转速之间的正差值作为充油终点。
11.根据权利要求5至10的方法，其特征是，实施权利要求5至10所述的多个方法步骤以查明充油终点，分析所应用方法步骤的每个结果，并将由此而推得的结果值累计到总分析值中，总分析值达到和超过预先规定的总界限值作为充油终点。
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