專利名稱:交換換檔控制的制作方法
技術領域:
本發明涉及變速器,并且更具體地涉及含有雙交換換檔(double-swap shift)控制模式的六速變速器。
背景技術:
通常,常規自動變速器包括把來自發動機的發動機轉矩傳送到變速器的輸入的轉矩變換器,提供轉矩的各種齒輪比并且由此提供各種驅動速度的行星齒輪系,以及液壓操作的、多盤驅動或制動離合器和/或制動帶,其中離合器和/或制動帶與行星齒輪系的各個零件連接以在各種齒輪比之間完成換檔。
另外,一些常規自動變速器包括單向離合器(即,過速離合器)和變速器控制器,單向離合器和多盤離合器合作以優化動力換檔(power shift)控制,變速器控制器用來選擇性地應用和釋放各部件以轉換檔位。例如,該控制器根據系統條件,例如司機選擇的換檔程序(即,驅動、倒車、空檔等)、加速器位置、發動機狀態和車速,來選擇適當的檔位。
當進一步壓下加速器并且車輛提高速度時,控制器脫開適當的離合器,以便通過每個齒輪換高速檔直至嚙合最高的檔位。具體地,控制器啟動“單交換(single swap)”事件,其釋放一個嚙合的離合器并且應用一個空閑的離合器從而實現從較低檔位到較高檔位的換檔。如可理解那樣,該應用和釋放是完美控制和定時的,從而司機不會注意到或感覺到換檔。
一旦嚙合最高檔位,進一步壓下加速器會造成控制器操作另一個單交換事件,從而選擇一個較低的檔位并且由變速器提供必要的轉矩。在此方式下,控制器會通過齒輪調低速檔,每次應用和釋放單對離合器以完成必要的換檔。
這樣,對于每個單獨的換檔事件,常規變速器只使用單個應用離合器和單個釋放離合器。常規變速器不使用為達到期望的齒輪比而涉及二個以上的離合器的“雙交換(double swap)”事件。從而,盡管常規變速器充分地完成通過采用“單交換”事件滿足驅動條件的換檔,常規變速器具有不能使用期望的并且可得到的齒輪比的缺點,因為為實現該期望的齒輪比需要交換的離合器多于二個離合器。由此,變速器控制不使用所有可用的齒輪比并且從而限制了變速器的操縱性、性能和燃料節約。
發明內容
從而,工業上希望一種能進行雙交換以提供期望的齒輪比的變速器。另外,還需要一種通過采用雙交換操作減少離合器以及齒輪的必要數量的變速器。
提供一種用于車輛的自動變速器,包括輸入軸、輸出軸、第一多個齒輪、第二多個齒輪以及一系列的可在嚙合位置和脫開位置之間移動的嚙合元件。該系列嚙合元件包括至少一個與第二多個齒輪機械耦合的過速嚙合元件。控制器在嚙合位置和脫開位置之間選擇性地應用和釋放該一系列嚙合元件,以便通過第一多個齒輪和第二多個齒輪選擇性地驅動,從而在輸入軸和輸出軸之間實現期望的速度比。
在雙交換序列期間,控制器在第一多個齒輪中完成單交換調高速檔,從而釋放第一嚙合元件并且應用和第一多個齒輪關聯的第二嚙合零以實現第一多個齒輪的速度比改變。當單交換換檔已進行到開始速度改變的時刻時,控制器釋放一個和第二多個齒輪關聯的嚙合元件以在第二多個齒輪中實現調低速檔。執行一個與第二多個齒輪關聯的嚙合元件的脫開,從而在第一多個齒輪中速度開始變化后的20到120毫秒的范圍內,第二多個齒輪中速度開始改變。該序列提供可接受的換檔品質和期望的速度比。
根據下面提供的詳細說明,可應用本發明的其它領域會變得清楚。應理解,盡管它們給出本發明的優選實施例,該詳細說明以及特定的例子只是出于說明的目的而不用來限制本發明的范圍。
根據詳細說明和附圖可更全面地理解本發明,附圖中圖1示意表示依據本發明的原理的變速器;圖2的表示出用于圖1的變速器的齒輪比組合和換檔序列;圖3的圖形表示用于雙交換換檔序列的壓力曲線;以及圖4的圖形表示用于圖3的雙交換換檔序列的輸出轉矩和速度曲線。
具體實施例方式
下面對優選實施例的說明本質上只是示例性的并且不以任何方式限制本發明、它的應用或使用。
參照附圖,變速器10示出具有設置在變速器10的主箱(main box)13中的主齒輪組12、設置在變速器10的下傳動組件15中的復合器齒輪(compounder gear)組14以及一系列嚙合元件16。如后面進一步討論那樣,嚙合元件16選擇性地和主齒輪組12以及復合器齒輪組14中的對應齒輪嚙合,以對變速器10提供最優齒輪比。
具體參照圖1,變速器10示出在操作上和轉矩變換器18以及差速機構20連接。轉矩變換器18以流體方式耦合在動力裝置22(例如但不限于內燃機)和變速器10之間,并且用于把來自動力裝置22的轉動力傳送到變速器10。接著利用經由轉矩變換器18從動力裝置22接收的轉動力來驅動主齒輪組12和/或復合器齒輪組14的組合以提供變速器10的期望輸出。變速器10的輸出由差速機構20接收供用來在期望的加速度和速度下驅動一個或更多的車輪(未示出)。
變速器10還包括用于監視變速器10的運動條件的輸入傳感器26、輸出傳感器28和轉換傳感器30。輸入傳感器26監視輸入軸32的轉速,其通常指示轉矩變換器18的輸出端的轉速,而輸出傳感器28用來監視變速器10的輸出軸34的轉速。轉換傳感器30監視主齒輪組12的輸出端的轉速,以用來確定嚙合哪個復合器齒輪14從而優化變速器輸出,如后面進一步討論那樣。
各個傳感器26、28、30和變速器控制器36連接,以對控制器36提供變速器10的運動狀態。變速器控制器36利用這些運行數據,結合從車輛傳感器38接收的車輛數據來確定變速器10的最優齒輪比。車輛傳感器38監視車速和駕駛員輸入,例如制動和加速器踏板的位置。對最優齒輪比的選擇通過輸出軸34對差速機構20提供適當的輸入,從而提高固定有變速器10的車輛的性能。盡管把車輛傳感器38說明成用于監視車速、制動和加速器踏板位置,應理解,實際上這些參數是示例的并且從而不受此限制。其它與變速器齒輪選擇有關系的車輛運行參數,例如致動、車速和加速器踏板位置也在本發明考慮的范圍之內。
控制器36調整各嚙合元件16以選擇性地應用主齒輪組12和復合器齒輪組14中的不同齒輪,以對變速器10提供最優輸出。如后面進一步說明那樣,控制器36比較變速器的當前運動條件(即,從傳感器26、28、30接收的數據)和當前的車輛運行條件(即,從車輛傳感器38接收的數據),以確定最優齒輪比并且從而確定最優變速器輸出。
主齒輪組12包括第一和第二行星齒輪組40、42,而復合器齒輪組14包括第三行星齒輪組44,如由圖1最佳示出那樣。行星齒輪組40、42、44對變速器10提供七個不同的檔位和一個倒車檔。嚙合元件16包括一系列單獨的離合器A-G以及一個設置在下傳動組件15中的附加的“過速”離合器H,它們選擇性地嚙合以對變速器10提供若干不同的齒輪比。具體地,根據車輛和變速器10的當前運行條件,控制器36選擇性地應用各個離合器A-H以和行星齒輪組40、42、44的變化的組合相嚙合,從而提供變速器10的期望的輸出齒輪比。
如圖2中最佳示出那樣,表面上同時應用離合器F和H以實現對應的檔位。但是,應理解,離合器H是所謂的“過速”離合器,從而僅當變速器10歷經正轉矩時才嚙合(即,攜帶轉矩)。相反,當變速器10歷經負轉矩時,離合器F過速(即,脫開)。從而,對于正轉矩檔,離合器F應用/脫開并且在正轉矩換檔期間不涉及轉矩交換。
現參照圖2-4詳細說明變速器10的操作。當車輛空轉時,轉矩變換器18自由旋轉而不從動力裝置22向變速器10傳送轉動力(即,處于制動或空檔狀態)。但是,一旦啟動和處于驅動模式,用戶壓加速器(未示出),并且車輛傳感器38向變速器控制器36發送指示此的信號。如圖2中所示,控制器36嚙合離合器A、E和F,從而選擇最低檔或第一檔組合1(圖2中用“X”表示每次選擇)。應注意,盡管離合器H不為檔組合1嚙合,但離合器H總能攜帶轉矩。最低檔1包括最高的齒輪比(即,3.921),從而對車輛提供最大轉矩,如可理解那樣,期望較高的轉矩值,因為這對車輛提供從靜止位置的最大加速度。
一旦達到預定的速度,由于齒輪組施加的轉矩掉到零并且變成負的,控制器36會嚙合離合器G,自動地釋放離合器H(控制器36還會釋放離合器F,但是它的轉矩為零,因為離合器H攜帶所有轉矩)。在完成速度改變并且離合器G完全嚙合后,變速器10順序地從第一檔1換檔到第二檔2,并且換檔到較低的齒輪比(即,從3.921到2.699)。第二檔2包含較低的齒輪比,并且從而對輸出軸34提供較小的轉矩。但是應注意,由于發動機速度減小,盡管轉矩損失,但效率改進。發動機速度的減小通過減少動力裝置22中的泵送損失而提高效率。
從檔1到檔2的換檔是通過“單交換”換檔實現的,從而通過用和復合器齒輪組14關聯的離合器H交換也和復合器齒輪組14關聯的離合器G來改變變速器10的齒輪比。圖2清楚地示出離合器F和H被釋放或過速,并且離合器G嚙合,從而指明單交換。這樣,從檔1到檔2的換檔是完全在下傳動組件15內完成的并且是單交換換檔。
當車輛提高速度時,控制器36啟動從較低檔2到較高檔3的換檔,從而齒輪比從2.699改變到2.169,這在圖3中最佳地示出。檔2和3之間的換檔是通過“雙交換”換檔實現的,這意味著釋放二個離合器并且應用二個不同的離合器。在此情況中,二個單交換換檔同時出現并構成“雙交換”換檔。首先,在主齒輪組12中完成1.8比率的步進調高速檔,同時在復合器齒輪組14中出現1.45比率的步進調低速檔。1.8比率的步進調高速檔和1.45比率的步進調低速檔的組合提供1.24比率的步進2-3調高速檔并且實現2.169的第三齒輪比。
在進行從檔2到檔3的換檔中,控制器36在主箱13中脫開離合器E和應用離合器D,并接著脫開離合器G,從而允許下傳動組件15中的離合器H攜帶轉矩(在完成換檔后應用離合器F)。如果主箱13中的換檔通過下傳動組件15中的換檔正確地定時,該雙交換換檔只產生可接受的換檔,如后面進一步討論那樣。
控制器36響應于通過車輛傳感器38以及變速器傳感器26、28、30讀出的車輛狀態來啟動主箱換檔。一旦控制器36指示需要換高速檔(即,從檔2到檔3),如從圖3中最佳示出那樣,提高施加到離合器D上的液壓,同時減小對離合器E施加的液壓。另外,還減小對離合器G施加的液壓,從而把該壓力減小到預定壓力。所施加壓力的下降最終脫開離合器E,從而離合器E不再把齒輪組42耦合到變速器10的輸入、輸出軸32、34上。相反,施加到離合器D上的增加的壓力最終完全施加于離合器D,從而齒輪組40耦合到變速器10的輸入和輸出軸32、34上。
離合器E的釋放以及離合器D的嚙合被定時成使離合器E和離合器D之間的交換略微重疊。通常,釋放元件(即離合器E)會保持一定的剩余能力直到應用零件(即離合器D)具有足夠的保持發動機轉矩的能力。一旦應用零件具有足夠的保持發動機轉矩的能力,則脫開釋放零件(即離合器E)。
圖3的圖形表示上述從離合器E到離合器D的動力換檔,圖中指示對各個離合器E、D施加的液壓。從圖中可以看出,離合器E保持和齒輪組42的嚙合,直到離合器D歷經充分的填充量。如果控制器36判定離合器E和D之間的交換沒有正確地定時(即,當離合器D的充分填充量不準確時),可能出現二種情景之一。
在第一情景下,當離合器E丟失它的能力時,離合器D不具有足夠的能力。在此情況下,如圖3中尖點Z所示,控制器36輕微增加釋放離合器E的壓力以保持與齒輪組42的嚙合。控制器36保持該壓力上的輕微增加(Z),直到離合器D具有防止滑動和保持對齒輪組40的嚙合的充分能力。一旦離合器D發揮充分的能力,控制器36釋放尖點Z。離合器D被嚙合,同時離合器E被釋放,從而確保主箱13的正確轉矩交換。在第二情景下,離合器D具有能力,同時E仍具有能力,從而造成重疊狀態。在此情況下,修改離合器D的容量以在隨后的換檔上匹配轉矩傳送。
為了完成從檔2到檔3的換檔,下傳動組件15地必須應用和釋放一組離合器。具體地,如圖2中所示,離合器F或H必須承接轉矩而離合器G必須被釋放。主箱13滑動后離合器G的釋放定時必須在預定時間內,以確保變速器10的正確的輸出轉矩遷移,如下面將進一步討論那樣。
一旦主箱13滑動(圖3中的點X),控制器36會釋放施加到離合器G上的壓力,從而離合器G從圖3的點Y開始滑動。如前面討論那樣,主箱13滑動后下傳動組件15必須在預定時間內滑動,以確保變速器10產生平滑和期望的輸出轉矩。為了確保正確的輸出轉矩,在主箱13和下傳動組件15之間滑動的時間必須在20到120毫秒之內,最好在40和70毫秒之間。
主箱13的滑動以及下傳動組件15的滑動之間的時間間隔大致用圖3中的線X和Y之間的距離給出。如果下傳動組件15在20至120毫秒窗口之外滑動,會提高變速器10的輸出轉矩的變化率并且會損害檔2和3之間的換檔品質。
輸出轉矩變化率的增加在圖4中的線X和Y之間示出。另外,還提供可接收的速度變化的速度曲線(即,點X和Y之間的下降),指示轉矩變換器18、動力裝置22(即發動機)、下傳動組件15以及變速器輸出速度。
如果圖3中點X和Y之間的距離小于20毫秒,輸出轉矩曲線取類似于A的形狀。如果該距離大于120毫秒它取類似于B的形狀。盡管20到120毫秒的窗口通常產生可接受的換檔,線X和Y之間的距離最好在40到70毫秒之間。
如圖3中最佳示出那樣,釋放對離合器G施加的壓力,直到離合器G滑動。當出現滑動時,控制器36增加離合器G上的壓力并且利用轉矩管理使輸出轉矩擾動最小,如圖3中點W處示出那樣。控制器36利用開環控制完成離合器G的完全釋放,同時主箱13完成它的換檔。
當滑動時離合器G上的壓力的增加是流的函數。選擇螺線管占空度控制離合器G以產生零流。恰好在下傳動組件15達到目標速度之前,利用開環控制減小對離合器G施加的壓力。若在100毫秒之內尚未達到該目標速度,該占空度控制地也會進入開環控制。
保持壓力是油溫和輸入轉矩的函數,從而可以被調整以適應特定系統。為了相對于主箱13優化下傳動組件15的滑動時間,監視油溫和輸入轉矩以便自適應地校正初始保持壓力,從而在期望的40到70毫秒的窗口內實現滑動。從自適應表面預測初始保持壓力,從而保持壓力所需的占空度是油溫和輸入轉矩的函數。在換檔結束時根據X-Y窗口更新用于保持壓力的初始螺線管占空度。如果窗口比所需要的大,螺線管占空度降低;反之亦然。通常把占空度定義成在給定時間內液壓閥被打開的百分比。從而,如果滑動落在20至120毫秒窗口之外,可以加大或減小占空度以使滑動在期望的范圍內。
例如,如果滑動時間超出120毫秒閾值,可以提高占空度從而對應用離合器提供更多的流體。在此方式下,由于在較短的時間內提供量更多的液壓流體,該應用離合器會更快地滑動。相反,如果滑動時間落在短于20毫秒閾值,可以減小占空度,從而在較長的時段對該應用離合器提供較少的流體。在此方式,占空度的減小造成滑動時間被延長并且落在期望的20至120毫秒窗口內。
除了監視油溫之外,還可以在控制器36指示換檔后在大約第一100毫秒中斷開占空度(即,對離合器H施加流體的比率)。在換檔序列的100毫秒中拉住(toggle)占空度會使離合器H中的壓力沿方向Q下降,如圖3中最佳地示出的那樣。在低輸入轉矩情況下這種占空度操縱特別重要,在這樣的條件下,實現速度改變所需的時間可能不足以達到要求的水平。如前面討論那樣,保持壓力必須在這樣一個點,其允許主箱13滑動之后在40到70毫秒之內使下傳動組件15滑動。從而,如果初始時對離合器H施加的壓力過高,下傳動組件15不會在必要的時間幀內滑動,從而負面地影響輸出轉矩和換檔質量。在本發明的示范實施例中,當進行交換換檔時,在初始時段發生斷開占空度。
除上述之外,還可以調整經動力裝置22、轉矩變換器18以及輸入軸32輸入到系統中的轉矩以改進換檔品質。如可理解那樣,X-Y窗口期間的低輸入轉矩可以使輸出轉矩上的增加率為最小。相反,較高的輸入轉矩會要求增大施加到離合器G上的壓力以使輸出轉矩增加率為最小。
一旦完成檔位改變,嚙合主箱13的離合器A和D,過速離合器H攜帶下傳動組件15的轉矩,并且如圖2中最佳示出那樣變速器10的齒輪比從2.699移到2.169。
如圖1、2中最佳示出那樣,通過選擇性地嚙合和釋放離合器A-H控制器36將順序地通過每個剩余的檔3-6,直至到達第六檔6。第六檔6當嚙合離合器B、D和G時被實現并且對變速器10提供最低的轉矩以及最低的齒輪比(即,0.655)。再次,第六檔6是最高的檔,并且在車輛以相對高的速度移動時被嚙合。從而,即使第六檔6包含低轉矩值,由于車輛已經移動,所以不需要高的轉矩值來推進車輛,如前面已討論的那樣。以此方式,通過選擇齒輪比最低的最高檔,降低的轉矩值改進效率。
此刻,控制器36已經選擇地嚙合離合器A-H,以順序地通過六個檔1-6中的每一個,直至選擇齒輪比為0.655的第六檔6,如圖2中最佳示出那樣。此刻,如果需要加連,車輛傳感器38會對控制器36發送信號以對變速器10調低速檔。
在調低速檔期間,控制器36比較車輛運行狀況和當前變速器運行狀況,并選擇最優的較低檔以適應必要的加速,而且再次重復相繼的換檔序列,利用雙交換操作從檔2換檔到檔3和利用單交換操作以在其它的各檔之間換檔。
權利要求
1.一種用于車輛的自動變速器,包括輸入軸;輸出軸;第一多個齒輪;第二多個齒輪;一系列可在嚙合位置和脫開位置之間操作的嚙合元件,所述一系列嚙合元件包括至少一個和所述第二多個齒輪機械耦合的過速嚙合元件;以及控制器,其可操作成在所述嚙合位置和所述脫開位置之間選擇性地切換所述一系列嚙合元件,以選擇性地把所述第一多個齒輪中的一個以及所述第二多個齒輪中的一個耦合到所述輸入軸和所述輸出軸;其中,所述控制器能操作成脫開與所述第一多個齒輪中的第一齒輪關聯的第一嚙合元件,并且應用與所述第一多個齒輪中的第二齒輪關聯的第二嚙合元件,以實現所述第一多個齒輪的速度改變,所述控制器適用于在所述第一多個齒輪的所述速度改變后在約20到120毫秒的范圍內使一個所述元件從與所述第二多個齒輪中的一個齒輪的嚙合脫開,從而完成所述第二多個齒輪的速度改變并且實現該變速器的換檔。
2.如權利要求1的自動變速器,其中,所述嚙合元件是離合器組件。
3.如權利要求2的自動變速器,其中,所述離合器組件包括多盤離合器組件。
4.如權利要求2的自動變速器,其中,所述離合器組件包括制動離合器。
5.如權利要求1的自動變速器,其中,所述第二多個齒輪被設置成提供和所述第一多個齒輪不同的齒輪比。
6.如權利要求1的自動變速器,其中,在脫開所述過速嚙合元件之前把所述過速嚙合元件的壓力減小到保持壓力。
7.如權利要求6的自動變速器,其中,所述保持壓力是油溫和輸入轉矩的函數。
8.如權利要求6的變速器,其中,根據監視到的油溫和輸入轉矩自適應地修改所述保持壓力,以便校正初始保持壓力,從而實現約20到120毫秒的期望范圍。
9.一種用于車輛的自動變速器,包括容納第一多個齒輪的主箱;容納第二多個齒輪的下傳動組件,所述下傳動組件和所述主箱機械地耦合;一系列可在嚙合位置和脫開位置之間操作的嚙合元件,所述一系列嚙合元件包括一個和所述第二多個齒輪機械地耦合的過速嚙合元件;以及控制器,其可操作成在所述嚙合位置和所述脫開位置之間切換所述一系列嚙合元件,以選擇性地把所述第一多個齒輪中的一個以及所述第二多個齒輪中的一個耦合到所述輸入軸和所述輸出軸;其中,所述控制器能操作成在所述主箱開始滑動后約40到70毫秒的范圍內脫開和所述第二多個齒輪中的一個相嚙合的所述過速嚙合元件。
10.如權利要求9的自動變速器,其中,所述嚙合元件是離合器組件。
11.如權利要求10的自動變速器,其中,所述離合器組件包括多盤離合器組件。
12.如權利要求10的自動變速器,其中,所述離合器組件包括制動離合器。
13.如權利要求9的自動變速器,其中,所述第二多個齒輪設置成提供和所述第一多個齒輪不同的齒輪比。
14.如權利要求9的自動變速器,其中,在脫開所述過速嚙合元件之前把所述過速嚙合元件的壓力減小到保持壓力。
15.如權利要求14的自動變速器,其中,所述保持壓力是油溫和輸入轉矩的函數。
16.一種控制車輛自動變速器的操作的方法,包括響應司機加速車輛而應用第一嚙合元件以從變速器的第一多個齒輪中選擇一個齒輪,以便實現所述第一多個齒輪的期望輸出速度;把所述第一多個齒輪的所述輸出速度傳送到第二多個齒輪;響應所述司機加速車輛而應用一個嚙合元件以從所述第二多個齒輪選擇第一齒輪,以便實現所述第二多個齒輪的期望輸出速度以及所述變換器的第一齒輪比;響應車輛的進一步加速釋放所述第一嚙合元件并應用第二嚙合元件,以從所述第一多個齒輪選擇第二齒輪,以便實現所述第一多個齒輪的輸出速度改變;把所述輸出速度改變從所述第一多個齒輪傳送到第二多個齒輪;以及在所述第一多個齒輪的所述輸出速度改變后約20到120毫秒的范圍內,從所述第二多個齒輪的所述第一齒輪釋放所述嚙合元件,以完成所述第二多個齒輪的輸出速度改變并實現變速器的第二齒輪比。
17.如權利要求16的自動變速器,其中,在脫開所述過速嚙合元件之前把所述過載嚙合元件的壓力減小到保持壓力。
18.如權利要求17的自動變速器,其中,如果輸入轉矩低于預定值,初始時拉住占空度以調節對過載嚙合元件的液壓,從而把保持壓力設置在用于實現范圍的點上。
19.如權利要求16的自動變速器,其中,一旦第二多個齒輪開始滑動在預定的時段內重新應用所述過載嚙合元件,以便控制所述變速器的輸出轉矩。
20.如權利要求16的自動變速器,其中,減小對所述變速器的輸入轉矩,以控制所述變速器的輸出轉矩。
全文摘要
一種用于車輛的自動變速器,包括輸入軸、輸出軸、第一多個齒輪、第二多個齒輪以及一系列嚙合元件。該一系列嚙合元件包括至少一個和該第二多個齒輪機械耦合的超速嚙合元件。控制器可操作成脫開與第一多個齒輪中的第一齒輪關聯的第一嚙合元件并應用與第一多個齒輪中的第二齒輪關聯的第二嚙合元件,以實現第一多個齒輪的速度改變。該控制器適用于在第一多個齒輪速度改變后,在20到120毫秒的范圍內脫開和第二多個齒輪中的一個齒輪嚙合的過速嚙合元件之一,以完成變速器的換檔。
文檔編號F16H61/04GK1793703SQ20051012704
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月29日 優先權日2004年12月23日
發明者胡塞茵·A·多拉, 阿里·M.·穆爾塔達, 大衛·L.·卡瓦皮斯, 穆理斯·B.·雷星 申請人:戴姆勒-克萊斯勒公司