CN104019193A - 扭矩回差式两挡自动变速器及换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩回差式两挡自动变速器及换挡控制方法，属于变速器及其控制技术领域。该变速器包括作为低速挡的1挡和作为高速挡的2挡，变速器的输入轴与1挡主动齿轮和2挡主动齿轮固定连接，1挡从动齿轮与1挡从动轴之间安装有超越离合器，当1挡主动齿轮转速低于1挡从动轴时，超越离合器处于超越状态，动力不传递；2挡从动齿轮与摩擦离合器主动盘相连，摩擦离合器从动盘通过花键或滚道与变速器输出轴相连；1挡从动轴与摩擦离合器从动盘之间由端面凸轮连接；该变速器以扭矩作为换挡参数，不需要电控和液压机构，适用于以电机作为动力源的场合，并且可以通过电机控制器改变电机的运行状态实现对换挡规律和换挡过程的干预。

Description

扭矩回差式两挡自动变速器及换挡控制方法

技术领域

本发明属于变速器及其控制技术领域，涉及一种扭矩回差式两挡自动变速器及换挡控制方法。

背景技术

随着技术水平的发展，自动变速器正在越来越多的领域取代手动变速器和固定速比减速器。目前，现有自动变速器的换挡机构包括电控液压型、电控执行电机型等，采用电控换挡机构能够实现复杂的智能化的换挡规律。但电控换挡机构成本较高，同时电控换挡机构也是目前自动变速器的主要故障点和技术难点，因此，对于小型动力设备，如微型耕耘机、小型电动转台和电动工具等，由于成本和体积的限制，目前主要采用手动换挡机构。

目前已经出现了不包含电控机构的机械式自动变速器，如采用飞块式离合器的机械式自动变速器，以转速作为换挡参数，但是其换挡过程冲击大，对飞块和弹簧的制造一致性要求较高，且装配完成后，换挡规律就固定不变，不便于调节。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种扭矩回差式两挡自动变速器及换挡控制方法，该变速器是一种机械式的、以扭矩作为换挡参数的两挡自动变速器，不需要电控和液压机构，适用于以电机作为动力源的场合，并且可以通过电机控制器改变电机的运行状态实现对换挡规律和换挡过程的干预。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种扭矩回差式两挡自动变速器，包括作为低速挡的1挡和作为高速挡的2挡，所述1挡的传动比大于2挡的传动比；所述自动变速器还包括电机、变速器的输入轴、变速器的输出轴；所述电机与变速器的输入轴固定相连，变速器输出轴与负载相连，即输出轴扭矩就是阻力矩；输入轴与1挡主动齿轮和2挡主动齿轮固定连接，1挡从动齿轮与1挡从动轴之间安装有超越离合器，当1挡主动齿轮转速低于1挡从动轴时，超越离合器处于超越状态，动力不传递；2挡从动齿轮与摩擦离合器主动盘相连，摩擦离合器从动盘通过花键或滚道与变速器输出轴相连，即摩擦离合器从动盘可以在输出轴上通过弹簧或碟簧进行轴向滑动；1挡从动轴与摩擦离合器从动盘之间由端面凸轮连接，当端面凸轮传递扭矩时会产生轴向力，当轴向力大于弹簧压力时，端面凸轮推动摩擦离合器从动盘产生轴向位移，使摩擦离合器主、从盘断开。

进一步，弹簧在安装时为压缩状态，离合器主、从动盘在弹簧压紧力的作用下处于接合状态。

进一步，初始状态下，离合器主、从动盘在弹簧压紧力的作用下处于接合状态，2挡处于接合状态，此时1挡从动轴、离合器主动盘、离合器从动盘和输出轴转速相同，由于输出轴转速高于1挡从动齿轮转速，超越离合器处于超越状态，1挡齿轮副空转。

本发明还提供了一种扭矩回差式两挡自动变速器换挡控制方法，在该方法中，变速器的挡位完全由变速器的输出轴扭矩即阻力矩决定，以扭矩作为换挡参数；降挡扭矩由弹簧预压力调节，升挡扭矩由端面凸轮角度调节，保证降挡扭矩大于升挡扭矩，即扭矩式单参数回差换挡规律，防止在阻力矩小幅变化时挡位来回切换；一方面，在电机控制器不干预换挡过程的情况下，该变速器能够根据阻力矩的大小实现自动换挡，另一方面可以通过电机控制器对电机进行控制，以此来调节换挡规律和干预换挡过程。

进一步，所述通过电机控制器对电机进行控制，以此来调节换挡规律和干预换挡过程包括以下三个方面：实现提前升挡、加快升挡和加快降挡；

所述实现提前升挡的方法包括以下步骤：1)电机控制器进入提前升挡模式，测量或计算变速器输出轴扭矩；2)判断输出轴扭矩是否处于升挡扭矩和降挡扭矩之间，如是则进入下一步，否则表明不具备提前升挡的条件；3)电机控制器使电机输出扭矩降为零；4)等待离合器主、从动盘结合；5)电机控制器恢复电机正常控制模式；

所述加快升挡控制方法包括以下步骤：1)电机控制器进入加快升挡模式，电机控制器使电机输出扭矩降为零；2)等待离合器主、从动盘结合；3)电机控制器恢复电机正常控制模式；

所述加快降挡控制方法包括以下步骤：1)电机控制器进入加快降挡模式；2)电机控制器使电机输出扭矩增大以提高电机转速；3)等待超越离合器结合；4)电机控制器恢复电机正常控制模式。

本发明的有益效果在于：(1)本发明能够实现随阻力矩变化自动换挡，无需电控和液压机构，换挡过程中没有动力中断，离合器的接合压力保持恒定并传递稳定的扭矩，通过滑磨来逐渐达到转速同步，有利于降低换挡冲击，适用于以扭矩作为换挡参数的应用场合；(2)通过电机控制器可以对换挡过程进行控制，实现提前升挡，加快换挡过程。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述的扭矩回差式两挡自动变速器示意图；

图2为换挡规律示意图；

图3为换挡过程示意图；

图4为实现提前升挡的控制流程图；

图5为加快升挡过程的控制流程图；

图6为加快降挡过程的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明所述的扭矩回差式两挡自动变速器示意图，如图所示，该变速器包括作为低速挡的1挡和作为高速挡的2挡，所述1挡的传动比大于2挡的传动比；所述自动变速器还包括电机、变速器的输入轴、变速器的输出轴；所述电机与变速器的输入轴固定相连，变速器输出轴与负载相连，即输出轴扭矩就是阻力矩；输入轴与1挡主动齿轮和2挡主动齿轮固定连接，1挡从动齿轮与1挡从动轴之间安装有超越离合器，当1挡主动齿轮转速低于1挡从动轴时，超越离合器处于超越状态，动力不传递；2挡从动齿轮与摩擦离合器主动盘相连，摩擦离合器从动盘通过花键或滚道与变速器输出轴相连，即摩擦离合器从动盘可以在输出轴上通过弹簧或碟簧进行轴向滑动；弹簧在安装时为压缩状态，离合器主、从动盘在弹簧压紧力的作用下处于接合状态；1挡从动轴与摩擦离合器从动盘之间由端面凸轮连接，当端面凸轮传递扭矩时会产生轴向力，当轴向力大于弹簧压力时，端面凸轮推动摩擦离合器从动盘产生轴向位移，使摩擦离合器主、从盘断开。

初始状态下，离合器主、从动盘在弹簧压紧力的作用下处于接合状态，2挡处于接合状态，此时1挡从动轴、离合器主动盘、离合器从动盘和输出轴转速相同，由于输出轴转速高于1挡从动齿轮转速，超越离合器处于超越状态，1挡齿轮副空转。

具体换挡过程如下：

降挡过程(从2挡切换至1挡)：

在2挡运行状态下，当传动扭矩增大，并且超过离合器主、从动盘弹簧压紧力作用下所能传递的最大扭矩时，离合器开始打滑，降挡过程开始，因此离合器在弹簧预压力作用下所能传递的最大扭矩即为降挡扭矩。离合器从动盘转速和输出轴转速下降，当输出轴的转速降至1挡从动齿轮转速时，超越离合器接合并传递扭矩，端面凸轮产生的轴向力克服弹簧预压力使离合器从动盘向右运动，即离合器主、从动盘分离，2挡齿轮副空转，变速机构切换至1挡，降挡过程结束。降挡过程中，由于弹簧的压缩量没有变化，因此离合器打滑过程中传递的扭矩等于降挡扭矩，并保持不变，直至离合器断开。

升挡过程(从1挡切换至2挡)：

在1挡运行状态下，当阻力矩减小时，端面凸轮产生的轴向力减小，当轴向力小于弹簧预压力时，离合器进入滑磨状态，并传递扭矩，升挡过程开始，输入轴扭矩经1挡齿轮传递的扭矩进一步减小，端面凸轮产生的轴向力也进一步减小，离合器接合压力进一步增大并传递更大的扭矩，可见这是一个正反馈过程，动力传动路线瞬间从1挡齿轮副切换至2挡齿轮副，离合器处于打滑状态，在摩擦力矩的作用下，主、从盘的转速差逐渐减小并最终同步，升挡过程结束。

该自动变速器的挡位完全由输出轴扭矩决定，即由阻力矩决定，因此本变速器的换挡规律是以扭矩作为换挡参数。降挡扭矩由弹簧预压力调节，升挡扭矩由端面凸轮角度调节，保证降挡扭矩大于升挡扭矩，即扭矩式单参数回差换挡规律，防止在阻力矩小幅变化时挡位来回切换，如图2所示。

图3为换挡过程示意图，用于说明阻力矩突然增大和突然下降时的换挡过程，包括四个阶段：(1)初始状态时，阻力矩较小，变速器处于2挡状态运行；(2)阻力矩突然增大后，离合器进入滑磨状态，降挡过程开始，离合器主、从动盘转速下降，当输入轴和输出轴的传动比达到1挡传动比时，超越离合器接合，换挡过程结束；(3)变速器加速并逐渐稳定；(4)阻力矩突然下降后，离合器再次进入滑磨状态，升挡过程开始，主动盘转速下降，而从动盘转速上升，当输入轴和输出轴的传动比达到2挡传动比时，离合器完全接合，换挡过程结束。

本发明还提供了一种扭矩回差式两挡自动变速器换挡控制方法，在该方法中，变速器的挡位完全由变速器的输出轴扭矩即阻力矩决定，以扭矩作为换挡参数；降挡扭矩由弹簧预压力调节，升挡扭矩由端面凸轮角度调节，保证降挡扭矩大于升挡扭矩，即扭矩式单参数回差换挡规律，防止在阻力矩小幅变化时挡位来回切换；一方面，在电机控制器不干预换挡过程的情况下，该变速器能够根据阻力矩的大小实现自动换挡，另一方面可以通过电机控制器对电机进行控制，以此来调节换挡规律和干预换挡过程。

下面给出了本实施例中通过电机控制器对电机的控制，来调节换挡规律和干预换挡过程的方法，包括3个方面：

实现提前升挡的方法：

变速器处于1挡运行状态时，要实现提前切换至2挡，电机控制器的控制流程如图4所示。实现提前升挡需满足的条件为：阻力矩处于升挡扭矩和降挡扭矩之间。实现的方法是：控制器降低电机输出扭矩降低为零，端面凸轮传递的扭矩也降低为零，端面凸轮产生的轴向力消失，离合器在弹簧的压力作用下接合并进入打滑状态，此时在摩擦离合器摩擦力矩的作用下，电机转速快速下降，离合器主、从动盘的转速可以实现快速同步。

加快升挡过程的方法：

变速器处于升挡过程中时，要加快升挡过程，电机控制器的控制流程如图5所示。该过程与图3中的提前升挡的控制流程类似，但是不需要判断输出轴扭矩的大小。电机控制器降低输出扭矩，或者短时间断电使输出扭矩为零，强迫高速挡接合。在升挡的过程中，为了缩短离合器的打滑过程，电机控制器降低电机的扭矩或者断电，则离合器可以更快的接合。

加快降挡过程的方法：

变速器处于降挡过程中时，要加快降挡过程，电机控制器的控制流程如图6所示。电机控制器提高输出扭矩或提高目标转速，使电机转速快速提高，直至使电机转速达到从动盘转速的i₁倍，即ω_i＝i₁ω_o，使超越离合器接合，即切换至1挡传动，其中i₁为1挡传动比，ω_o为输出轴转速，ω_i为输入轴转速，也是电机转速。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种扭矩回差式两挡自动变速器，其特征在于：包括作为低速挡的1挡和作为高速挡的2挡，所述1挡的传动比大于2挡的传动比；所述自动变速器还包括电机、变速器的输入轴、变速器的输出轴；所述电机与变速器的输入轴固定相连，变速器输出轴与负载相连，即输出轴扭矩就是阻力矩；输入轴与1挡主动齿轮和2挡主动齿轮固定连接，1挡从动齿轮与1挡从动轴之间安装有超越离合器，当1挡主动齿轮转速低于1挡从动轴时，超越离合器处于超越状态，动力不传递；2挡从动齿轮与摩擦离合器主动盘相连，摩擦离合器从动盘通过花键或滚道与变速器输出轴相连，即摩擦离合器从动盘可以在输出轴上通过弹簧或碟簧进行轴向滑动；1挡从动轴与摩擦离合器从动盘之间由端面凸轮连接，当端面凸轮传递扭矩时会产生轴向力，当轴向力大于弹簧压力时，端面凸轮推动摩擦离合器从动盘产生轴向位移，使摩擦离合器主、从盘断开。

2.根据权利要求1所述的一种扭矩回差式两挡自动变速器，其特征在于：弹簧在安装时为压缩状态，离合器主、从动盘在弹簧压紧力的作用下处于接合状态。

3.根据权利要求1所述的一种扭矩回差式两挡自动变速器，其特征在于：初始状态下，离合器主、从动盘在弹簧压紧力的作用下处于接合状态，2挡处于接合状态，此时1挡从动轴、离合器主动盘、离合器从动盘和输出轴转速相同，由于输出轴转速高于1挡从动齿轮转速，超越离合器处于超越状态，1挡齿轮副空转。

4.一种扭矩回差式两挡自动变速器换挡控制方法，其特征在于：变速器的挡位完全由变速器的输出轴扭矩即阻力矩决定，以扭矩作为换挡参数；降挡扭矩由弹簧预压力调节，升挡扭矩由端面凸轮角度调节，保证降挡扭矩大于升挡扭矩，即扭矩式单参数回差换挡规律，防止在阻力矩小幅变化时挡位来回切换；一方面，在电机控制器不干预换挡过程的情况下，该变速器能够根据阻力矩的大小实现自动换挡，另一方面可以通过电机控制器对电机进行控制，以此来调节换挡规律和干预换挡过程。

5.根据权利要求4所述的一种扭矩回差式两挡自动变速器换挡控制方法，其特征在于：所述通过电机控制器对电机进行控制，以此来调节换挡规律和干预换挡过程包括以下三个方面：实现提前升挡、加快升挡和加快降挡；

所述实现提前升挡的方法包括以下步骤：1)电机控制器进入提前升挡模式，测量或计算变速器输出轴扭矩；2)判断输出轴扭矩是否处于升挡扭矩和降挡扭矩之间，如是则进入下一步，否则表明不具备提前升挡的条件；3)电机控制器使电机输出扭矩降为零；4)等待离合器主、从动盘结合；5)电机控制器恢复电机正常控制模式；

所述加快升挡控制方法包括以下步骤：1)电机控制器进入加快升挡模式，电机控制器使电机输出扭矩降为零；2)等待离合器主、从动盘结合；3)电机控制器恢复电机正常控制模式；

所述加快降挡控制方法包括以下步骤：1)电机控制器进入加快降挡模式；2)电机控制器使电机输出扭矩增大以提高电机转速；3)等待超越离合器结合；4)电机控制器恢复电机正常控制模式。