專利名稱：用于控制和調(diào)節(jié)構(gòu)造為中間軸式變速器的自動變速器的變速器制動器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分，用于控制和調(diào)節(jié)構(gòu)造為中間軸式變速器的自動變速器的變速器制動器的方法。
一般已知的是手動或自動變速器通常具有輸入軸、與輸入軸同軸的輸出軸和中間軸。檔位數(shù)與變速器軸上的齒輪副對應(yīng)，在此在變速器軸上固定的固定齒輪總是與至少一個在另一個變速器軸上布置的空套齒輪嚙合。
在換檔過程中，通常空套齒輪之一通過形狀配合作用的聯(lián)結(jié)裝置與其變速器軸連接，其中聯(lián)結(jié)裝置傳遞全部的驅(qū)動扭矩。為能夠利用簡單的、節(jié)省空間的并且易于換檔的機(jī)構(gòu)傳遞大的驅(qū)動力矩，最好使用形狀配合的離合器。但在換檔過程中，借助單獨的換檔離合器和起動離合器中斷發(fā)動機(jī)的牽引力。
為使變速器能夠簡單地、容易地、無沖擊地、快速地并且低噪音地?fù)Q檔，要換檔的聯(lián)結(jié)裝置零件在相互咬合之前，必須具有幾乎相同的轉(zhuǎn)速。為此設(shè)置了同步裝置，在牽引力中斷期間，該同步裝置使換檔離合器和起動離合器與各要換檔的聯(lián)結(jié)裝置之間的傳動系驅(qū)動端零件減速或加速到由車輛速度和目標(biāo)檔位的變速器速比預(yù)先確定的速度。從低檔向高檔換檔時，通過該同步裝置使變速器的驅(qū)動端零件減速，而在往回?fù)Q檔過程中則使驅(qū)動端零件加速。
通常的同步裝置具有用于該加速過程或減速過程的摩擦錐體形的摩擦離合器。所述摩擦離合器不必傳遞全部的驅(qū)動力矩，而是僅做同步功，該同步功由變速器驅(qū)動端零件旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩以及由摩擦決定的阻力矩產(chǎn)生。因此，摩擦離合器可以相應(yīng)地做得尺寸較小。
通常，為形狀配合的聯(lián)結(jié)裝置中的每一個都配備了一個同步裝置。但也可能這樣，即一個中心同步裝置承擔(dān)多個或全部形狀配合的聯(lián)結(jié)裝置的同步功。
為使車輛駕駛員從與換檔過程相關(guān)的機(jī)械換檔過程和聯(lián)結(jié)過程解脫出來，在自動變速器情況下，該換檔過程和聯(lián)結(jié)過程由可輔助操作的調(diào)整裝置進(jìn)行，其中調(diào)整裝置由控制裝置和調(diào)節(jié)裝置操縱。為此，一個這種控制裝置或調(diào)節(jié)裝置從車輛傳感器數(shù)據(jù)中獲知關(guān)于各換檔過程的駕駛員期望，并基于該期望借助儲存的控制程序和調(diào)節(jié)程序控制和調(diào)節(jié)變速器內(nèi)的換檔過程。
在這種自動變速器情況下，同步過程例如可由此控制和調(diào)節(jié)，即在往回?fù)Q檔時，通過提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來提高變速器輸入軸或中間軸轉(zhuǎn)速，而在換高檔時，對該變速器驅(qū)動側(cè)軸進(jìn)行制動。為實施這種制動過程，中心同步的變速器通常具有一個與中間軸機(jī)械聯(lián)結(jié)的變速器制動器。這種變速器制動器可電動、液壓或者也還可氣動操縱，在此后面的操縱形式通常用在商用汽車的變速器內(nèi)。
從DE 196 52 916 A1中獲知一種帶有可液壓或氣動操縱的變速器制動器的自動變速器，在后面的情況下可作用于中間軸。為此，根據(jù)希望的換檔類型和檢測到的行駛條件用微處理器控制壓力介質(zhì)控制閥。
如果例如預(yù)先選擇了較高的檔位并且必須對中間軸進(jìn)行制動以便同步，則微處理器以預(yù)先選擇的傳動比和借助傳感器檢測到的變速器輸出轉(zhuǎn)速為出發(fā)點，計算中間軸的期望轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)，當(dāng)達(dá)到該同步轉(zhuǎn)速時，目標(biāo)檔位的空套齒輪可與該軸機(jī)械聯(lián)結(jié)。
但由于通常難以調(diào)節(jié)的氣壓以及其它變化的環(huán)境條件，變速器制動器的制動功率要經(jīng)受嚴(yán)重的波動。為達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速窗口，即預(yù)先給定的變速器輸入軸或由該輸入軸驅(qū)動的中間軸的實際轉(zhuǎn)速與具體換檔過程的期望轉(zhuǎn)速的最大距離，根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，額外還要獲知變速器制動器的制動梯度，并且微處理器在控制變速器制動器時還要考慮該制動梯度。為此微處理器操縱控制閥，以達(dá)到上述預(yù)先給定的期望值并從而達(dá)到同步轉(zhuǎn)速以接合相關(guān)空套齒輪上的聯(lián)結(jié)裝置。
遺憾的是同步轉(zhuǎn)速對于換檔過程來說不是固定的數(shù)值，而是還取決于車道的坡度，因為在換檔過程中，當(dāng)起動離合器和換檔離合器打開并且上坡的情況下，會導(dǎo)致車輛加速度為負(fù)值并從而導(dǎo)致變速器輸出轉(zhuǎn)速下降，而在下坡時并且未操作車輛腳制動器情況下，會導(dǎo)致車輛加速度為正值。到目前為止，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在變速器制動器的控制方法和調(diào)節(jié)方法中未考慮該影響，因為其工作方式確切地說是不完善的。
本發(fā)明的任務(wù)在于進(jìn)一步改善對變速器制動器的控制和調(diào)節(jié)。
獨立權(quán)利要求的特征給出了該任務(wù)的解決方案，而從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明的有利改進(jìn)方案和設(shè)計方案。
相應(yīng)地，本發(fā)明涉及控制和調(diào)節(jié)構(gòu)造為中間軸式變速器的自動變速器的變速器制動器，其中所述自動變速器包括一個變速器輸入軸，至少一個由變速器輸入軸驅(qū)動的中間軸和一個變速器輸出軸。變速器輸入軸可通過起動離合器和換檔離合器而與發(fā)動機(jī)的驅(qū)動軸連接，而變速器輸出軸通過至少一個差速器與通向車輪的驅(qū)動軸按照驅(qū)動技術(shù)連接。在變速器輸入軸上、在中間軸上和/或在變速器輸出軸上，可旋轉(zhuǎn)地支承有空套齒輪和抗扭布置有固定齒輪，這些齒輪至少成對地相互齒輪嚙合。此外，這種變速器還具有形狀配合的聯(lián)結(jié)裝置，在換檔時，空套齒輪可借助聯(lián)結(jié)裝置通常相互交替地與其變速器軸抗扭連接。
此外，這種變速器備有變速器制動器，并與至少用于該變速器制動器的控制器按照信號技術(shù)連接。借助變速器制動器，至少一個中間軸在換高檔時可以這樣制動，使得其轉(zhuǎn)速在接合時刻與同步轉(zhuǎn)速相符，或者以預(yù)定距離接近同步轉(zhuǎn)速。在此，為控制和調(diào)節(jié)變速器制動器，要考慮中間軸轉(zhuǎn)速或變速器輸入軸轉(zhuǎn)速的制動梯度以及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速。
為改善變速器換高檔過程，根據(jù)本發(fā)明，除了上述用于控制和調(diào)節(jié)變速器制動器的數(shù)值以外，還要分析變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的梯度。通過這種做法，變速器輸出軸轉(zhuǎn)速和目標(biāo)檔位的傳動比一起與中間軸轉(zhuǎn)速建立關(guān)系，并且比以前的做法更好地考慮了環(huán)境和/或行駛距離對換檔過程的影響。因而在變速器制動器的控制和調(diào)節(jié)中可包含特別在換檔過程中出現(xiàn)的變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的快速變化因素。
此外，在根據(jù)本發(fā)明方法的一個有利設(shè)計方案中，從變速器輸入軸轉(zhuǎn)速或者中間軸轉(zhuǎn)速的梯度和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的梯度計算出總梯度。該總梯度可用于計算在達(dá)到同步時刻時的變速器制動器的脫開時刻。因此，即使在變速器制動摩擦系數(shù)變化并且輸出轉(zhuǎn)速梯度變化的情況下，也可為可靠的、快速的并且平穩(wěn)的換檔過程確定脫開時刻。
借助單個附圖
推導(dǎo)并解釋作為根據(jù)本發(fā)明的控制和調(diào)節(jié)方法的基礎(chǔ)的數(shù)理關(guān)系以及由此導(dǎo)出的方程式。在該附圖中，示出了在往回?fù)Q檔過程中，在到達(dá)同步時刻ts之前和之后的變速器輸入軸或者中間軸的期望-轉(zhuǎn)速nSoll和實際-轉(zhuǎn)速nIst的轉(zhuǎn)速曲線。在此同步時刻定義為變速器輸入軸轉(zhuǎn)速或者中間軸轉(zhuǎn)速的期望曲線和實際曲線在該圖中相交的時刻。因為變速器輸入軸通常通過固定齒輪嚙合驅(qū)動變速器的中間軸，所以變速器輸入軸和中間軸的轉(zhuǎn)速相互成比例，因此用變速器輸入軸轉(zhuǎn)速還是用中間軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)變速器制動器是沒有區(qū)別的。
雖然在根據(jù)本發(fā)明方法情況下，涉及在換高檔時對變速器軸進(jìn)行制動，但是作為基礎(chǔ)的關(guān)系在變速器過程中也可借助該示圖進(jìn)行理解。
相應(yīng)地，在時刻ti，對于變速器輸入軸或者中間軸的期望-轉(zhuǎn)速nSoll和實際轉(zhuǎn)速nIst之間的轉(zhuǎn)速差Δni為Δni＝nSoll-nIst(公式1)以及對于上面引入的轉(zhuǎn)速總梯度n·=Δni-Δni-1tp]]>(公式2)其中tp是預(yù)先選擇的采樣時間或者程序循環(huán)時間。
相應(yīng)地，變速器輸入軸或者中間軸的期望-轉(zhuǎn)速nSoll和實際轉(zhuǎn)速nIst之間的轉(zhuǎn)速差Δn在同步時刻IS之前對于往回?fù)Q檔Δni＞0，而其對于換高檔nSoll＜nIstΔni＜0。
相應(yīng)地，轉(zhuǎn)速總梯度在往回?fù)Q檔時的 的值為|Δni|<|Δni-1|⇒n·<0]]>(公式3)并且在換高檔時為|-Δni|<|-Δni-1|⇒n·>0]]>(公式4)與此相反，在同步時刻IS之后的時間間隔II內(nèi)，對于往回?fù)Q檔，轉(zhuǎn)速關(guān)系適用公式Δni＜0(nSoll＜nIst) (公式5)并且對于換高檔，轉(zhuǎn)速關(guān)系適用公式Δni＞0 (公式6)因此，在同步時刻IS之后的時間間隔II內(nèi)，轉(zhuǎn)速總梯度 在往回?fù)Q檔時的值為
|-Δni|<|-Δni-1|⇒n·<0]]>(公式7)并且在換高檔時為|Δni|<|Δni-1|⇒n·>0]]>(公式8)同步時刻IS由變速器輸入軸或者中間軸的期望-轉(zhuǎn)速nSoll和實際轉(zhuǎn)速nIst之間的轉(zhuǎn)速差Δni和轉(zhuǎn)速總梯度 的商計算得到，因此對于同步時刻tS=Δnn·]]>(公式9)對于控制儀器和調(diào)節(jié)儀器的程序設(shè)計，轉(zhuǎn)速總梯度 在時間離散步長i上的變形為ΔniΔni-1=tSitSi-1⇒n·=ΔnitSi=Δni-1tSi-1]]>(公式10)其中tSi是從時刻ti到同步時刻tS的時間間隔。
利用公式(公式2)對公式(公式10)進(jìn)行變形，導(dǎo)出公式tp=rSi-tSi-1=Δnin·-Δni-1n·=Δni-Δni-1n·]]>(公式11)變化成轉(zhuǎn)速總梯度 的公式n·=Δni-Δni-1tp]]>(公式12)其中對于具體的編程設(shè)計，程序循環(huán)時間tp最好設(shè)置為10ms。在這種情況下，轉(zhuǎn)速總梯度 用tp＝10ms正規(guī)化，這對應(yīng)值tp＝1，或者在重疊計算情況下，用tp＝20ms正規(guī)化，這導(dǎo)致值tp＝2。
此外，從時刻ti到時刻tS的時間間隔tSi由公式tSi=Δnin·=k*tp]]>(公式13)給出，其中k是直到同步時刻tS的程序循環(huán)次數(shù)。
這里在這種控制程序流程中，具體的實施步驟最好按照下面的次序a.形成在時刻ti的期望-轉(zhuǎn)速和實際-轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差ΔniΔn＝(nSoll-nIst)(公式14)b.用程序循環(huán)時間tp＝20ms重疊計算轉(zhuǎn)速總梯度n·=Δni-Δni-22]]>(公式15)c.為下一次計算過程暫時存儲轉(zhuǎn)速差Δni-2＝Δni-1(公式16)Δni-1＝Δni(公式17)d.計算直到達(dá)到同步時刻tS的時間間隔以及為此必需的程序循環(huán)tSi=Δnin·→k*tp]]>(公式18)e.操縱變速器制動器直到同步時刻tS或者到達(dá)預(yù)先確定的與該同步時刻tS的距離。
附圖標(biāo)記n 轉(zhuǎn)速nSoll在換檔過程中，中間軸或者變速器輸入軸的期望轉(zhuǎn)速nIst在換檔過程中，中間軸或者變速器輸入軸的實際轉(zhuǎn)速ni在時刻ti的轉(zhuǎn)速Δni在時刻ti期望轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差t 時間ti時刻tp程序-循環(huán)時間tS期望轉(zhuǎn)速曲線和實際轉(zhuǎn)速曲線相交的時刻(同步時刻)tSi從時刻ti到同步時刻tS的時間 轉(zhuǎn)速總梯度
權(quán)利要求
1.用于控制和調(diào)節(jié)構(gòu)造為中間軸式變速器的自動變速器的變速器制動器的方法，所述自動變速器包括一個變速器輸入軸，至少一個由變速器輸入軸驅(qū)動的中間軸和一個變速器輸出軸，其中在變速器輸入軸上、在中間軸上和/或在變速器輸出軸上，可旋轉(zhuǎn)地支承有空套齒輪并且/或者抗扭布置有固定齒輪，這些齒輪至少成對地相互齒輪嚙合，其中空套齒輪可借助聯(lián)結(jié)裝置與其變速器軸抗扭連接以進(jìn)行換檔，所述自動變速器速還帶有變速器制動器和用于控制和調(diào)節(jié)至少該變速器制動器的控制器，借助這些裝置中間軸在換高檔時被制動，使其轉(zhuǎn)速在接合時刻與同步轉(zhuǎn)速相符，或者與同步轉(zhuǎn)速接近預(yù)定的距離，其中為控制和調(diào)節(jié)變速器制動器，考慮了中間軸轉(zhuǎn)速或變速器輸入軸轉(zhuǎn)速的制動梯度以及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，其特征在于，為控制和調(diào)節(jié)變速器制動器，額外分析變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，從變速器輸入軸轉(zhuǎn)速或者中間軸轉(zhuǎn)速的梯度和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的梯度計算出總梯度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)速總梯度 用公式(公式19)算出，其中tp是程序循環(huán)時間，Δni是在時刻ti中間軸或者變速器輸入軸的期望轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項的方法，其特征在于，從轉(zhuǎn)速總梯度 求得變速器制動器的脫開時刻以達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，直到達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的脫開間隔可用公式tSi=Δnin.=k*tp]]>(公式20)計算，其中k是程序循環(huán)次數(shù)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項的方法，其特征在于，操縱變速器制動器的控制器和調(diào)節(jié)器的程序流程具有下面的步驟a.形成在時刻ti的期望轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差ΔniΔn＝(nSoll-nIst)(公式21)b.重疊計算轉(zhuǎn)速總梯度n.=Δni-Δni-22]]>(公式22)c.為下一次計算過程暫時存儲轉(zhuǎn)速差Δni-2＝Δni-1(公式23)Δni-1＝Δni(公式24)d.計算直到同步時刻的時間間隔并計算程序循環(huán)次數(shù)tSi=Δnin.→k*tp]]>(公式25)e.操縱變速器制動器，直到達(dá)到同步時刻ts或者到達(dá)與該同步時刻ts預(yù)先確定的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制和調(diào)節(jié)構(gòu)造為中間軸式變速器的自動變速器的變速器制動器的方法，在換高檔時，可用該變速器制動器降低變速器中間軸的轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)速在接合時刻與同步轉(zhuǎn)速相符，或者以預(yù)定的距離接近同步轉(zhuǎn)速。為控制和調(diào)節(jié)變速器制動器，考慮了中間軸轉(zhuǎn)速或變速器輸入軸轉(zhuǎn)速的制動梯度以及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速。為改善換高檔過程，為控制和調(diào)節(jié)變速器制動器，另外估計出變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的梯度。
文檔編號F16H61/04GK1748098SQ200480003744
公開日2006年3月15日 申請日期2004年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月8日
發(fā)明者馬里奧·施泰因博恩, 魯?shù)婪颉た柼鼗舴? 弗爾克爾·巴赫曼, 魯珀特·克拉默 申請人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司