CN2154798Y - 车用有级变速器自动变速控制装置 - Google Patents

Abstract

一种车用有级变速器自动变速控制装置，由功能 选择开关A、B、C、D，信号传感器及测量电路E、F、 G，中央控制器及换挡动作执行机构X、Y、Z组成， 它在全自动换挡模式下可根据车辆即时实测参数自 动确定换挡时机及换挡挡位(包括加挡或减挡；逐级 换挡或越级换挡)并自动实施其换挡操作，在半自动 换挡模式下可根据挡位选择开关的手动操作指令确 定换挡时机及换挡挡位(包括加挡或减挡；逐级换挡 或越级换挡)并自动实施其换挡操作；它还保留着手 动操作杆以在必要时仍可实施手动换挡。

本装置实现了现代车辆有级变速器的换挡操作 自动化。

Description

本实用新型涉及一种车用有级变速器自动变速控制装置。

现代车辆传动系普遍使用的齿轮式有级变速器，其换档时机、换档档位及换档操作是根据车辆实际运行工况而人为随机应变的。中国专利CN2047233U《汽车电控气动换档装置》曾涉及过电控换档技术，但由于该技术不适于有级变速器的换档机理，因而并不实用，其主要失误在于：①换档时机及换档档位只能由档位选择开关人为确定，自动化程度甚低；②换档过程中发动机转速不能作闭环的同步跟踪，因而极易失控；③该装置未设置有“两脚离合器”换档操作时序，因而换档动作无法协调。

本实用新型就是针对以上不足，提供一种车用有级变速器自动变速控制装置，它由一组功能选择开关，一组信号传感器及参数测量电路、一个中央控制器、一组换档动作执行机构组成（如图1）。

该装置的功能选择开关，包括①“前进（F）、空档（N）、倒档（R）”运行模式选择开关K1；②“全自动（A）、半自动（MA）、手动（M）”换档模式选择开关K2；③仅在半自动换档模式下有效的“档位”选择开关（K1－Kv）；④“离合器”人为操作中断开关Q11；

该装置的信号传感器及参数测量电路，包括①发动机转速信号（或发动机转速表n）；②发动机负荷信号（％）；③设置于变速器输出端的车速信号（或车速表Va）。

该装置的换档动作执行机构，包括①可驱动离合器的动作执行机构；②可驱动发动机“油门”的动作执行机构；③可驱动该有级变速器各档位的动作执行机构。

该装置的中央控制器，则至少包括①转速跟踪电路；②档位选择电路；③换档动作协调电路。在此基础上，还可包括一组信号指示器及报警器，如①已置入或待置入档位指示；②前进、空档或倒档运行模式指示；③全自动、半自动或手动换档模式指示；④应加档或应减档提示；⑤发动机转速表；⑥车辆车速表；⑦置入倒档报警；⑧禁止换档报警；⑨控制系统故障自诊断信号；⑩电源指示等。

该装置在全自动换档模式下可根据车辆的即时实测参数自动选择换档时机及换档档位（包括加档或减档；逐级换档或越级换档）并自动实施其换档操作；在半自动换档模式下可根据档位选择开关的手动操作指令确定换档时机及换档档位（包括加档或减档；逐级换档或越级换档）并自动实施其换档操作；该系统还保留着原有的手动操作杆以在必要时仍可实施手动换档。

本实用新型解决了如下关键技术：

1、换档档位及换档时机的自动确定

在一定的发动机负荷下，变速器的应置入档位与该档下车辆的使用车速之间存在着“高档高速、低档低速”逐档对应的关系；因此若将车辆车速范围按档位分布逐级比例分段并将此图表存储于中央控制器档位选择电路，则只需实测即时的车辆车速并查询此图表便可自动确定与此车速相对应的应置入档位，其中包括加档或减档，逐级换档或越级换档；其换档时机（即车速分段点）为：以稍高于高一级待置入档位发动机最大扭矩转速所对应的车速为该档的最佳加档时机；以稍低于该档位发动机最大扭矩转速所对应的车速为该档向低一级待置入档位的最佳减档时机。

2、发动机负荷对换档时机的影响

因车辆行驶阻力（发动机负荷）不同，将使实际换档时机和换档档位发生明显差异，因此当发动机负荷较大时，应使加档时机相应延后而减档时机相应提前；而当发动机负荷较小时，应使加档时机相应提前而减档时机相应延后。为此应使内存的各档位置及换档点分布图表能随发动机负荷变化而相应偏移；或者应使与内存图表相比较的即时实测车速值能随发动机负荷变化而相应偏移。

3、置档时两待啮合齿轮的跟踪“同步”

齿轮式有级变速器换档动作成败的关键应使两待啮合齿轮在置档时跟踪“同步”。本实用新型的中央控制器的转速跟踪电路由乘法器将即时实测车速按待置入档位变速比换算为发动机理论转速，并由比较器将发动机即时实测转速与此理论转速相比较，由此随机应变地确定轰油量或松油量以确保两待啮合齿轮在置档时的跟踪“同步”。当然这还有赖于禁止换档电路的保证，以避免在极端情况下可能出现的发动机损坏和换档失败。

4、换档动作的程序协调

为遵循“两脚离合器”换档的动作操作时序，在“离合器”控制电路中串接有电容器；轰油及松油电控开关也连接在换档动作协调电路中，这样，不仅可使离合器动作分离后随即自动接合，而且可使两脚离合器之间的时间间隔由发动机转速同步跟踪所需时间自动确定，待置入档位的置档动作也只能在发动机转速完成动态同步跟踪后进行。

以上所描述的车用有级变速器自动变速控制装置的关键技术特征，以后即使在中央控制器的具体结构上有所修改，也不会脱离本实用新型所涉及的实质和范围。

由于本实用新型实现了车用有级变速器的换档自动化，不仅减轻了司机的操作强度，也确保了在复杂条件下有级变速器车辆换档的及时性和准确性；且由于本实用新型改善了车辆的综合牵引特性，提高了车辆的动力性和经济性，从而为现代车辆有级变速器的换档自动化开拓了新路。

下面结合实施例作进一步说明：

图1为本实用新型的控制示意图；

图2为本实用新型中央控制器的实用电路图（未画出指示及报警电路），为便于实施，本中央控制器由通用集成电路构成，当然也可由微处理器（如MCS－51等）构成。

由图2可知，由设置于发动机的转速信号传感器输入的发动机转速脉冲信号经接口电路MG1送入IC1作D／A的f－v转换及测量，测得的发动机即时转速n实由转速表n指示，并送往比较器IC5；由设置于变速器输出端的车速信号传感器输入的车辆车速脉冲信号经接口电路MG2送入IC2作D／A的f－v转换及测量，测得的车辆即时车速Va实由车速表Va指示，一路送往乘法器IC3，乘以已置入或待置入档位的变速比换算为在已置入或待置入档位下应同步的发动机理论转速n理，送往比较器IC5。乘法器的变速比乘数因子（换算比例）由档位选择电路输出的档位选择指令通过电子开关IC13控制。比较器IC5将输入的n实与n理相比较，若n实＝n理，“油门”跟踪电路的轰油电路MG3及松油电路MG4均不工作；若n实＞n理，则仅松油电路MG4工作，使发动机转速急剧下降；若n实＜n理，则仅轰油电路MG3工作，使发动机转速急剧上升，无论松油或轰油，都使n实不断跟踪n理，直至n实＝n理跟踪同步为止。

即时实测车速Va实的另一路经放大器IC6送往档位选择电路。在本实施例中，发动机负荷信号传感器为一个与发动机油门开度同步的电位器，其输出端并联于放大器IC6的输出端，以调整车速信号幅值，间接地起偏移档位编码电路所内存的各档位及换档点分布图表的作用，在向档位编码电路输出的信号通道上还设有RC积分电路，以减少输入信号波动的影响。

以5个前进档的有级变速器为例，为便于实施，档位编码电路由4个上、下触发阀值可依次分段设定的由比较器IC7－IC10及外围电路组成的施密特触发器A、B、C、D构成，各级触发器的上触发阀值被依次对应设置于最佳加档时机，而下触发阀值被依次对应设置于最佳减档时机，由此构成一张可将车辆设定车速范围按档位分布逐级比例分段的各档位置及换档点分布图。这样，随着输入的车速信号（并随发动机负荷变化）的升降，将逐级触发施密特触发器A、B、C、D而输出应置入档位编码，此编码经二级管门电路译码，驱动相应的档位电子开关（BG1～BG5）而输出相应的应置入档位。例如，当编码器A、B、C、D输出0000时为Ⅰ档；1000时为Ⅱ档；1100时为Ⅲ档；1110时为Ⅳ档；1111时为Ⅴ档。为适应档位编码电路的车速分段范围，在12V电系车辆的档位编码电路供电端还设有直流升压电路IC11。在本实施例中，档位电子开关（BG1～BG5）的输出端还并联着仅在半自动换档模式下有效的档位选择开关（KⅠ～KⅤ），这样，换档时机及换档档位（包括加档或减档；逐级换档或越级换档），在全自动换档模式（A）下由即时实测的车速及负荷自动确定，而在半自动换档模式（MA）下由档位选择开关人为确定，档位电子开关（BG1～BG5）或档位选择开关（KⅠ～KⅤ）输出的应置入档位信号，一方面驱动电子开关IC13以选择乘法器IC3的变速比乘数因子（换算比例），另一方面经RC延时后输入档位锁定D触发器IC12，该触发器的P端接地，CL使能端接于设置在乘法器IC3输出端的极值检测器IC4输出端。当由乘法器换算的发动机理论转速超出发动机允许极限转速时，IC4输出高电平，封锁发动机转速同步跟踪电路MG3、MG4输出的轰油或松油指令及封锁档位锁定电路IC12传输的换档指令以禁止换档并锁定原已置入档位，除非当乘法器换算的发动机理论转速又返回发动机允许的极限转速范围内IC4输出低电平才解除以上的封锁而实施必要和可能的换档。

本实用新型的换档过程如下：当档位选择电路发出换档指令时，由于应置入档位发生改变，首先改变了乘法器IC3的换算比例及输出，从而使比较器IC5失去平衡，“油门”跟踪电路便发出轰油或松油指令，使换档动作协调电路中的轰油电控开关SJ2b或松油电控开关SJ1b动合导通而轰油电控开关SJ2a或松油电控开关SJ1a动断截止，这时电容器C1被立即充电而驱动离合器分离（第一脚离合器），与此同时，原档位驱动机构断电脱档，并使发动机实施轰油或松油而进行动态同步跟踪。本电路利用了电容器的充电特性，能使离合器迅速分离，随后又自动接合，从而使变速器输入轴转速跟随发动机转速与待置入档位下换算的发动机理论转速跟踪同步（也包括换档过程中车速随机改变的工况）。当发动机转速完成动态同步跟踪时，“油门”跟踪电路复位而使轰油电控开关SJ2b或松油电控开关SJ1b恢复截止而轰油电控开关SJ2a或松油电控开关SJ1a恢复导通，这时电容器C2被立即充电而驱动离合器再次分离（第二脚离合器），与此同时，待置入档位驱动机构通电置档，随后离合器又自动接合，换档过程结束。为使电容器在断电期间能释放电容器上的已充电电荷，电容器C1、C2两端还分别并接有泄荷电阻。

为适应司机惯用的踩离合器起动或起步，本实用新型还设有一个装置在离合器上与离合器踏板联动的人为操作中断开关Q11，只要司机踏动此开关，便强制中断“油门”跟踪电路的轰油或松油指令，以防止因离合器人为操作引起中央控制器误判而破坏车辆的起动或起步。

全自动换档（A）及半自动换档（MA）仅在“前进（F）”运行模式下有效。而在手动换档模式（M）下，除发动机转速表及车辆车速表仍然工作外其余控制电路均被中断。倒档（R）只能手动操作。

在图2中，光电接口MG1～MG4可用4N25等；f－v转换器IC1、IC2可用LM2907等；放大器或比较器IC3～IC10可用LM324等；高位电子开关SJ1a、SJ1b、SJ2a、SJ2b及S1～S5可用BTS432（或继电器）；可锁定D触发器IC12可用CD4042；电子开关IC13可用CD4066；直流升压器IC11可用NE555；档位电子开关（BG1～BG5）及反相器可用晶体管或CD40106等；K1－K2分别为双刀三掷开关或三联可自锁互锁的琴键开关；KI－KV为单刀五掷开关或五联可自锁互锁的琴键开关，Q11为常闭型微动开关；MR、M1、M2、M3、M4、M5分别为变速器各档的置档动作执行电磁铁或电磁阀；M＋、M－、分别为轰油及松油动作执行电磁铁或电磁阀；M11为离合器动作执行电磁铁或电磁阀。

Claims (6)

1、一种车用有级变速器自动变速控制装置，包括含有前进、空档、倒档的选择开关A，含有全自动、半自动、手动的换档模式选择开关B，仅在半自动换档模式下有效的档位选择开关C，离合器人为操作中断开关D，发动机转速信号传感器及转速测量电路E，发动机负荷信号传感器及负荷测量电路F，车速信号传感器及车速测量电路G，可驱动离合器的动作执行机构X，可驱动发动机油门的动作执行机构Y，可驱动该有级变速器各档位的动作执行机构Z，其特征在于，在所述的各选择开关A、B、C、D及各信号传感器测量电路E、F、G与各动作执行机构X、Y、Z之间还设置有一个中央控制器，该中央控制器包括转速跟踪电路、档位选择电路及换档动作协调电路，其中，所述转速跟踪电路的信号输入端分别与发动机转速测量电路及车速测量电路的输出端相接，指令输出端分别接于换档动作协调电路中各轰油及松油电控开关控制端，所述档位选择电路的信号输入端分别与车速测量电路及发动机负荷测量电路的输出端相接，指令输出端分别接于换档动作协调电路中各档位信号输入端，所述换档动作协调电路各输出端与离合器、发动机油门及该有级变速器各档位的动作执行机构之间分别接有驱动电磁铁(或电磁阀)。

2、如权利要求1所述的车用有级变速器自动变速控制装置，其特征在于所述中央控制器的转速跟踪电路包括乘法器、比较器、轰油电路及松油电路，所述乘法器的输入端与车速测量电路输出端相接，设置在乘法器乘数因子选择端的各电子开关控制端分别接于档位选择电路的指令输出端，所述比较器的二个输入端分别与发动机转速测量电路及乘法器的输出端相接，所述轰油电路及松油电路分别由接口电路（门电路或光电接口）及反相器构成，两接口电路输入端与比较器输出端相接，离合器人为操作中断开关的输出端经驱动器与两接口电路输出级的使能端相接，两接口电路输出级接有反相器。

3、如权利要求1所述的车用有级变速器自动变速控制装置，其特征在于所述中央控制器的档位选择电路包括一个可编程序的存储器及一组与各档位相对应的档位电子开关，该存储器内存储有可将车辆设定车速范围按档位分布逐级比例分段、分段点可随发动机负荷变化而相应偏移的各档位置及换档点分布图编码，其寻址信号输入接口分别与车速测量电路及发动机负荷测量电路的输出端相接，其输出端分别与各档位电子开关的控制端相接，所述各档位电子开关的输出端还并接有一组仅在半自动换档模式下有效的档位选择开关，与开关输出端相对的开关另一端分别接于含有全自动、半自动、手动的换档模式选择开关的被选端。

4、如权利要求1所述的车用有级变速器自动变速控制装置，其特征在于所述中央控制器的档位选择电路包括档位编码电路及档位译码电路，所述的档位编码电路是一组由比较器及外围电路构成的上、下触阈值可分别设定的斯密特触发器，各触发器的输入端并接，并分别与车速测量电路及发动机负荷测量电路的输出端相接，各触发器的输出端（及反相输出端）分别与档位译码电路输入级的各译码器输入端相接，档位译码电路的输出级为一组与各档位相对应的档位电子开关。

5、如权利要求1所述的车用有级变速器自动变速控制装置，其特征在于所述中央控制器的换档动作协调电路包括轰油、松油电控开关及各档位电控开关，其中，二个动合的轰油及松油电控开关呈并行接法，其输出端分别与轰油及松油电磁铁（或电磁阀）驱动端相接，并分别经二极管并接于一个电容器的输入端，二个动断的轰油及松油电控开关与含有前进、空档、倒档的选择开关在前进位置相串接，串接后的输出端分别经各档位电控开关与各档位电磁铁（或电磁阀）驱动端相接，并经另一个二极管及电容器与以上电容器的输出端并接后与离合器电磁铁（或电磁阀）驱动端相接，倒档电磁铁（或电磁阀）驱动端直接接于含有前进、空档、倒档的选择开关的倒档端。

6、如权利要求1所述的车用有级变速器自动变速控制装置，其特征在于所述中央控制器的换档动作协调电路在如权利要求5所述的基础上还包括一个禁止换档电路，它由极值检测器及档位锁定电路组成，其极值检测器的输入端与转速跟踪电路中乘法器输出端相接，其输出端与档位锁定电路的使能端及离合器人为操作中断开关的输入端相接，其档位锁定电路的各D输入端分别经RC延时电路与档位选择电路中各档位电子开关输出端相接，而各

输出端分别与各档位电控开关控制端相接。

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