CN1273917A - 变速器控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于变速器的控制装置,其中制动器10使旋转件与静止件彼此接合和脱离,同时离合器30使输入件与输出件彼此接合和脱离,该变速器包括制动器10接合而离合器30脱离的一第一速段以及离合器30脱离的一第二速段;其中,包括一用于预测第一速段与第二速段之间变速的变速预测装置56,当变速预测装置56预测到变速时,用于控制制动器10的制动器控制装置58和59使制动器10在离合器30操作之前接合。

Description

变速器控制装置

本发明涉及一种用于使用行星齿轮组的变速器的控制装置。

日本专利未审定公开No.8-338486中描述了这种变速器的一个实例。

该变速器的机械结构与本发明的相同，在其一个实施例(见本发明的一实施例的图1)中，行星齿轮组20的环形齿轮21连结于一输入轴而形成一体，并且还连结于油压离合器30的一个旋转件31而形成一体，同时，中心齿轮22通过单向离合器5连结于磁性粒子式电磁制动器(电磁制动器)10的转子13。行星齿轮23通过支架24连结于油压离合器30的另一个旋转件32，该旋转件32连结于输出轴3。

当电磁制动器10接合而油压离合器30脱离时，选择第一速段而使输出轴3低速转动，当电磁制动器10脱离而油压离合器30接合时，选择第二速段而使输出轴3高速转动。

在齿轮从第二速段变换到第一速段时，油压离合器30脱离，但在电磁制动器10的接合有延迟的情况下，负载突然的丧失会造成发动机暴转现象。

另外，在电磁制动器10不完全接合的情况下，油压离合器30的脱离有可能造成发动机暴转(blow up)现象。

考虑到上述的问题，本发明目的在于提供一种用于变速器的控制装置，它可在变速时防止发动机发生暴转现象。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于变速器的控制装置，该变速器将一用于接收旋转驱动力的输入件连结于一包括三个齿轮的行星齿轮组的一个齿轮件、将一输出件连结于同一行星齿轮组的另一齿轮件、并将一旋转件连结于同一行星齿轮组的另一齿轮，其中一制动器使旋转件与一静止件彼此接合和脱离，同时一离合器使输入件与输出件彼此接合和脱离，该变速器包括制动器接合而离合器脱离的一第一速段以及离合器接合的一第二速段；其中，包括一用于预测第一速段与第二速段之间变速的变速预测装置，当变速预测装置预测到变速时，一用于控制制动器的制动器控制装置使制动器在离合器操作之前接合。

变速预测装置的变速预测可使制动器在离合器操作之前接合，由于在离合器操作时制动器已经接合，因而可防止发动机暴转现象，而不会有故障。

在本发明的第二个方面，本发明第一个方面的变速器控制装置的特点在于，当变速预测装置预测到从第二速段到第一速段的变速时，制动器控制装置使制动器在离合器脱离之前接合。

当变速预测装置预测到从第二速段到第一速段的变速时，制动器便在离合器脱离之前接合，由于在离合器脱离之前制动器已经接合，从而可防止发动机暴转现象，而不会有故障。

在本发明的第三个方面，本发明第一或第二个方面的变速器控制装置的特点在于，变速预测装置根据车速和油门开度预测变速。

由于变速预测装置根据车速和油门开度预测到变速，制动器在离合器操作之前接合，这可以防止发动机暴转现象。

在本发明的第四个方面，本发明第一或第二个方面的变速器控制装置的特点在于，变速预测装置根据发动机转速预测变速。

变速预测装置可根据在作为变速参数的车速之前变化的发动机转速来预测变速，因此制动器根据该预测的接合可防止发动机暴转现象。

在本发明的第五个方面，本发明第一或第二个方面的变速器控制装置的特点在于，制动器控制装置是一磁性粒子式电磁制动器，它可在一设置在静止件上的励磁线圈被通电时通过控制通电量将一旋转件固定于静止件上。

磁性粒子式电磁制动器在相对转动的外部件侧或内部件侧具有励磁线圈，当励磁线圈通电而产生一个磁场时，该制动器通过设置在外部件与内部件之间的电磁粉的磁性粒子的磁化形成磁性粒子链而进行扭矩传动。

调节磁性粒子式电磁制动器上的励磁线圈的通电量，通过改变磁场强度控制传动扭矩，可以实现制动器顺畅而快速的接合和脱离。

在本发明的第六个方面，本发明第一或第二个方面的变速器控制装置的特点在于，提供了一用于判断为输入件供给驱动力的一发动机的高负荷状态的高负荷判断装置，该制动器控制装置优先控制制动器而在高负荷判断装置判断出发动机处于高负荷状态时防止制动器脱离。

当发动机处于高负荷状态时，由于制动器的操作可能滞后于发动机扭矩的变化，因而防止制动器脱离以优先保持接合状态可防止发动机暴转现象，而不会有故障。

在本发明的第七个方面，本发明第六个方面的变速器控制装置的特点在于，在制动器的脱离过程中，制动器控制装置发挥控制而使制动器在高负荷判断装置判断出发动机处于高负荷状态时接合。

由于发动机的高负荷状态可使制动器的操作滞后于发动机扭矩的变化，因而在制动器处于脱离过程的情况下，制动器的接合可防止发动机暴转现象，而不会有故障。

图1表示有关本发明一个实施例的一两速齿轮变速器的简要结构；

图2是装有该两速段变速器的一汽车变速器控制***的简要方框图；

图3表示变速曲线图；

图4是表示电磁制动器的操作控制的流程图；

图5是表示电磁制动器的控制的简要曲线图，它涉及另一形式的实施例；

图6是表示相同控制的流程图；

图7是四速段变速器的增速时的变速曲线图；

图8是同一变速器减速时的变速曲线图。

参见图1到4，下面描述有关本发明的一个实施例。

该实施例是两速变速器的一个实例，它配有磁性粒子式制动器10和行星齿轮组20的一个组合。

磁性粒子式制动器10具有一固定的静止外部件11和一装配于一转子13上并以可自由转动的方式设置在外部件11内的内部件12。

外部件11的周壁内容纳有一沿圆周方向卷绕的励磁线圈14，外部件11与内部件12之间有电磁粉15。

电源16通过电源线17为静止侧励磁线圈14提供电能。

在行星齿轮组20中，环形齿轮21连结于输入轴2而形成一体，并还连结于油压离合器30的一个旋转件31而形成一体，同时，中心齿轮22通过单向离合器5连结于磁性粒子式电磁制动器10的转子13。

行星齿轮23通过一支架24连结于油压离合器30的另一个旋转件32，该旋转件32连结于输出轴3而形成一体。

在具有上述结构的变速器1中，只要磁性粒子式电磁制动器10和油压离合器30均脱离，磁性粒子式电磁制动器10的内部件12和连结于该内部件12的中心齿轮22均可自由转动，其中，虽然输入轴2的旋转力使环形齿轮21旋转，但环形齿轮21的旋转通过行星齿轮23传递到负载小并自由旋转的中心齿轮22，中心齿轮22通过单向离合器5而与转子13相反地空转。

因此，行星齿轮23绕其本身轴线自转，而不沿轨道旋转，这样，动力便没有通过支架24传递到输出轴3和油压离合器30的旋转件32，从而保持空档状态。

在该状态下，在磁性粒子式电磁制动器10上的励磁线圈14被通电后，产生一磁场而使电磁粉的磁性粒子发生磁化和连锁，当内部件12最终连结于静止侧的外部件11时，内部件12便与转子13固定于一起，因而通过单向离合器5阻止中心齿轮22反转。

输入轴2的旋转力使环形齿轮21旋转，绕其本身轴线自转的行星齿轮23在环形齿轮21与被阻止反转的中心齿轮22之间旋转，并使支架24旋转而造成输出轴3结合油压离合器30的旋转件32一起低速旋转。

当油压离合器30进入接合状态时，行星齿轮组20便能作为一个整体而旋转，其中，环形齿轮21和支架24连结而形成一体，同时，由于输入轴2直接连结于输出轴3，因而输入轴2的旋转力使输出轴3结合行星齿轮组20一起高速旋转，该行星齿轮组被单向离合器5分离。

如上所述，本发明的两速变速器除空档外可形成两个速段，即低速段和高速段。

使用磁性粒子式电磁制动器10可实现空档状态到低速段或到高速段的快速而顺畅的转换。

对于向励磁线圈14的电能供给，由于磁性粒子式电磁制动器10的外部件11是固定于静止状态，并且励磁线圈14是设置在外部件11上，因而电能直接通过电源线17从电源16输送到励磁线圈14，不需要在电源线17中插设电气接触部分，诸如滑动环或电刷。

图2是一车用变速器的控制***的简要方框图，该变速器在其一驱动段中装有上述的两速变速器。

该变速器的控制是通过一电子控制单元(ECU)50实现的；在车速传感器51所检测到的车速值V、油门开度传感器52所检测到的油门开度值θth以及发动机转速检测值NE分别被输入电子控制单元50并进行处理后，操作指令信号便被输出到电磁制动器10和油压离合器30，以进行变速控制。

电子控制单元50包括一用于预先储存变速曲线的变速曲线储存装置55。图3表示该变速曲线储存装置55所储存的一变速曲线图(即变速位置根据车速和油门开度或加速踏板开度预先指定的曲线图)。

车速V(公里/小时，km/h)和发动机转速(每分钟转速，rpm)表示在曲线图的水平轴上，而油门开度θth(％)表示在竖直轴上，其中，折线Vup(变速线)表示在从低速段增速换档到高速段时的一阈值，而折线Vdown(变速线)表示在从高速段减速换档到低速段时一阈值，油压离合器30是参照折线Vup和Vdown来控制的。

当车速V和油门开度θth变化而从左到右穿过线Vup时，油压离合器30接合，以便从低速段到高速段的增速换档，当它们从右到左穿过折线时，油压离合器30脱离，以便从高速段到低速段的减速换档。

在线Vdown的高车速侧(右侧)的线V1和线V2是电磁制动器10的阈值(变速预测线)，其中当车速V和油门开度θth从右到左移动时，电磁制动器10在油压离合器30脱离时的减速换档之前通过预测该减速换档而预先接合。

车速的关系为Vdown＜V1＜V2＜Vup，每条线在曲线图上预先设定。

图3中的油门开度TH1是预定的高油门开度(例如为75％)，发动机转速Ne1是预定的高发动机转速(例如为每分钟5000转)。

电子控制单元50中的变速曲线储存装置55储存上述的变速曲线。

如图2中所示，电子控制单元50包括一变速预测装置56，该变速预测装置56参照变速曲线图上的车速V和油门开度θth来预测变速。

也就是说，通过判断车速V和油门开度θth的变换是否从右到左穿过变速预测线V1或V2来预测变速，预测结果被输入到变速状态选择装置58。

电子控制单元50还包括一高负荷判断装置57，该高负荷判断装置57参照油门开度θth或发动机转速Ne来判断是否存在高负荷状态。也就是说，判断油门开度θth是否超过高油门开度TH1，或判断发动机转速Ne是否超过高发动机转速Ne1。

高负荷判断装置57的判断结果也被输入到变速状态选择装置58。

变速状态选择装置58根据变速预测装置56的预测结果和高负荷判断装置57的判断结果来选择变速状态，还参照变速曲线图，根据车速V和油门开度θth来选择变速状态，然后将指令信号输出到一制动器操作控制装置59和一离合器操作控制装置60。

根据该指令信号，电磁制动器10的操作受制动器操作控制装置59的控制，油压离合器30的操作受离合器操作控制装置60的控制。

如上所述，油压离合器30根据图3中变速曲线图上的变速线Vup和Vdown来进行控制。

电磁制动器10的操作是按照图4中的流程来进行控制的。

参见该流程，首先判断是否变速(步骤S1)，如果在变速过程中则取消控制，如果变速已经完成则进到步骤S2，在该步骤中判断所选择的换档段是D(前进档)还是R(倒车档)；如果选择的段既不是前进档也不是倒车档则跳到步骤S10，在该步骤中流向电磁制动器10的电流Ipb被切断，电磁制动器10脱离。

如果在步骤S2中所选择的换档段是D(前进档)或是R(倒车档)，则进到步骤S3，在该步骤中判断油门开度θth是否处于高油门开度TH1的高负荷状态或更高。如果在高负荷状态，则进到步骤S9，在该步骤中将电流Ipb输送到电磁制动器10而使电磁制动器10接合。

如果步骤S3处的油门开度θth小于高油门开度TH1，则进到步骤S4以判断发动机转速Ne是否处于高发动机转速Ne1的高负荷状态或更高。如果是高负荷，则跳到步骤S9，以输送电流Ipb而使电磁制动器10接合。

也就是说，由于在步骤S3和S4根据油门开度θth和发动机转速Ne判断了发动机是否处于高负荷状态，以在高负荷状态通过给电磁制动器10通电而使电磁制动器10接合，因而可有效防止因电磁制动器10控制扭矩滞后于发动机扭矩变化所造成的发动机暴转现象。

如果不存在高负荷状态，则程序从步骤S4到S5，以判断是否选择了低速段。

如果选择了低速段，则进到步骤S9，在该步骤中将电流Ipb输送到电磁制动器10以保持电磁制动器10的接合状态。

当判断出低速段未被选择时，则程序进到步骤S6，在该步骤中判断油门开度θth的时间变化率Δθth(每秒的变化量)的绝对值是否小于一预定的变化率(例如30％)。

也就是说，判断油门开度的变化是小、是大还是没有。

如果油门开度的变化较小，则程序进到步骤S7，在该步骤中判断车速V是否小于V1(车速V是否是在作为变速预测线的线V1的左侧)。如果车速V小于V1，预测变速已接近表示车速V在高速段从高速到低速变化的线Vdown，程序则进到步骤S9，在该步骤中电流Ipb输送到电磁制动器10而使电磁制动器10接合。

如果车速大于V1，则程序进到步骤S10，在该步骤中，根据判断变速还未被预测而切断电流Ipb的输送，使电磁制动器10脱离。

当在步骤S6中判断出油门开度θth的变化较大(|Δθth|≥ΔTH2)时，程序进到步骤S8，在该步骤中判断车速V是否小于V2(车速V是否在图3所示变速曲线图中的变速预测线V2的左侧)。如果车速V小于V2，预测变速已接近表示车速V在高速段从高速到低速变化的线Vdown，则程序进到步骤S9，在该步骤中电流Ipb被输送到电磁制动器10而使电磁制动器10接合。

如果车速V大于V2，则程序进到步骤S10，在该步骤中，根据判断变速还未被预测而切断电流Ipb的输送，使电磁制动器10脱离。

如果油门开度θth的变化较大，则可预测到快速的接近表示车速V在高速段从高速到低速变化的线Vdown，而且还以线V2作为变速预测线使电磁制动器10接合，该V2线在变速曲线图中处于比线V1更靠近前部(右侧)的区域。

由于在电磁制动器10接合以及随后油压离合器30的接合后选择了低速段，因而程序从S5跳到S9，在该步骤中维持对电磁制动器10的通电和保持接合状态。

如上所述，由于在根据变速曲线图中的变速预测线V1和V2预测从高速到低速的变速时，电磁制动器10在油压离合器30脱离之前就接合，因而当油压离合器脱离时，电磁制动器10可以无故障地执行接合，从而防止发动机发生暴转现象。

在从低速到高速段变化的情况下，当油压离合器30接合并且车速朝高速段变化时，程序从步骤S5进到步骤S6。然后，由于电流对电磁制动器10的输送仅在车速V于步骤S7或步骤S8中进入线V1或线V2的右侧后才被切断，因而对电磁制动器10的电流输送可以仅在对油压离合器30的充分接合进行简单确认后才被切断。

除了低速段，对电磁制动器的电流输送被切断，以在燃料费用方面实现改进。

虽然上述形式的实施例是通过高速到低速段的变速预测来控制电磁制动器10，并且该预测是根据预先绘制于变速曲线图上的变速预测线而进行的，但下面参照图5和6描述了另一种通过变速预测来控制电磁制动器10的方法。

这种形式的实施例采用车速计算值VNe来进行变速预测，这些车速值是根据发动机转速Ne由诸如传动比得出的。

车速计算值VNe是以发动机转速Ne为基础，因而在车速传感器51检测到的车速值V之前可以知道任何车速变化。

图5中图表的上部是表示上述状态的一个例子，其中车速计算值VNe在车速V之前变化。图5中图表的下部表示图表上部所示例子的电磁制动器10的“通”、“断”状态。

图6中的流程电磁制动器10的控制程序。

该流程中的步骤S11到S15与上述图4流程中的步骤S1到S5相同，步骤S18和S19与上述步骤S9和S10相应。

如果在步骤S15中判断出未选择低速段，则程序进到步骤S16，在该步骤中判断车速计算值VNe是否小于预定的车速值Va。如果车速值VNe小于预定的车速值Va，预测车速从高速段变化到低速段，程序就进到S18，在该步骤中电流Ipb被输送到电磁制动器10，以使电磁制动器10接合。

如果车速计算值VNe大于预定的车速值Va，则程序进到步骤S17，在该步骤中判断车速V是否小于车速值Va。当车速V小于车速Va时，程序进到步骤S18，在该步骤中维持电磁制动器10的接合，但如果车速V大于车速值Va，则程序进到步骤S19，在该步骤中对电磁制动器10的电流输送首先被切断而使电磁制动器10脱离。

如上所述，如果可以根据车速计算值VNe预测从高速段到低速段的变速，电磁制动器10就可在油压离合器30脱离之前接合。这样，在油压离合器30脱离之前可确保电磁制动器10的接合，从而防止发动机的暴转现象。

另一方面，在从低速段变化到高速段情况下，当油压离合器30接合并且车速朝高速段变化时，程序从步骤S15进到步骤S16，对电磁制动器10的电流输送仅在车速V于步骤S17中变成大于预定的车速值Va之后才切断。因此，对电磁制动器10的电流输送可以仅在对油压离合器30的充分接合进行简单确认后才被切断。

虽然上述形式的实施例涉及的是两速变速器，但也可以在该两速变速器的行星齿轮组的后段处加另一组行星齿轮，以包括一可与该后段齿轮组的输入轴和输出轴接合或脱离的离合器，从而提供一个四速变速器，该变速器包括用于前、后段的低速段的一第一速段、用于前段的一个高速段和后段的一个低速段的一第二速段、用于前段的一个低速段和后段的一个高速段的一倒转第三速段、以及分别用于前、后段的高速段的一第四速段。

图7和8表示该四速变速器的变速曲线图。

图7是在增速换档时的变速曲线图，其中分别设定了从第一速段到第二速段、从第二速段到第三速段和从第三速段到第四速段的变速线V12、V23和V34。在从前段的高速段的第二速段到低速段的第三速段的增速换档中，在变速线的前面(低车速侧)预先设定了变速线V23A和V23B。

因此，在从第二速段到第三速段的变速中，在预测到了车速V超过线V23A和V23B的变速的情况下，对电磁制动器10预先的通电以实现其接合状态，可以防止发动机的暴转现象。

另一方面，在从前段的高速段到低速段的减速换档中，包括从第四速段到第三速段以及从第二速段到第一速段的减速换档，如图8中所示，在变速线V43和V21之前(在其高速侧)分别预先绘制了变速预测线V43A和V43B以及变速预测线V21A和V21B。

在预测到车速V有超过这些从第四速段到第三速段以及从第二速段到第一速段的变速预测线的减速换档的情况下，对电磁制动器10预先的通电以实现其接合状态可防止发动机暴转现象。

在前段处于高速段的情况下，在第二和第四速段下切断对电磁制动器的电流Ipb输送，可在燃料费用方面实现改进。

如上所述，也可以得到对四速变速器的简化控制，其中电磁制动器仅在第四速段(在第二速段中不脱离)脱离。

除了上述使用行星齿轮的两速变速器，还可以是环形齿轮通过单向离合器连结于电磁制动器的一种结构，并以一中心齿轮作为输入，以连结于行星齿轮的支架作为输出，使得输入和输出通过油压离合器来接合和脱离。

而且，在该结构中，由于在低速段电磁制动器接合但油压离合器脱离，而在高速段电磁制动器和油压离合器均接合，因而根据预测减速换档预先使电磁制动器接合可防止发动机暴转现象。

虽然在上述形式的实施例中所涉及的电磁制动器是磁性粒子式电磁制动器，但制动器装置并不局限于上述的类型，也可以使用非磁性粒子式电磁制动器、油压制动器(还可以是干式、湿式、单板式和多板式)以及气动制动器。

然而，在油压控制式带式制动器的场合下，可以通过油压的通一断切换来改变油泵排量，从而实现燃料费用方面的改进，但是，对变量泵的控制要求同步改变油泵排量以及上述的制动器控制；考虑到上述的所有因素，使用电磁制动器最便于控制并且效果最大。

油压离合器可以由一电磁离合器来代替。

另外，如国际申请的日本国家阶段公开No.6-505082中所揭示的，使用一种通过使用一螺旋齿轮的推力和一离心配重的抑制压力而使离合器接合和脱离的机械式自动变速器会较难于预测实际的变速。

也就是说，由于需要预测取决于转速的离心配重的抑制力与取决于发动机侧扭矩的离心齿轮的推力之间的平衡，因而无法简单地根据诸如车速和油门开度来预测变速。

然而，如上所述，诸如用以保持电流输送到电磁制动器以在高负荷时实现其接合状态的控制器在防止发生震动方面尤为有效。

另外，可以提供一用于判断上坡和下坡的判断装置，以在判断出沿上坡或下坡前进的情况下根据频繁的变速来保持制动器的接合。

本揭示涉及1999年5月18日提交的日本专利申请No.11-137691中所含的主题，该专利作为一个整体特意援引在此供参考。

Claims (8)

1.一种用于一变速器的变速器控制装置，所述变速器包括：

一行星齿轮组，包括第一、第二和第三这三个齿轮，所述第一齿轮与一输入有旋转驱动力的输入件相连结，所述第二齿轮与一输出件相连结，所述第三齿轮通过一单向离合器与一旋转件相连结；

一使所述旋转件与一静止件彼此接合和脱离的制动器，以获得所述制动器的接合和脱离；以及

一使所述输入件与所述输出件彼此接合和脱离的离合器，以获得所述离合器的接合和脱离，因而所述变速器包括一由所述制动器的接合和所述离合器的脱离获得的第一速段以及一由所述离合器的接合获得的第二速段，所述控制装置包括：

一用于预测所述第一速段与所述第二速段之间变速的变速预测装置；以及

一用于控制所述制动器的制动器控制装置，当所述变速预测装置预测到变速时，所述制动器控制装置使所述制动器在所述离合器操作之前接合。

2.如权利要求1所述的变速器控制装置，其特征在于，当所述变速预测装置预测到从第二速段到第一速段的变速时，所述制动器控制装置使所述制动器在所述离合器脱离之前接合。

3.如权利要求1所述的变速器控制装置，其特征在于，所述变速预测装置根据车速和油门开度预测变速。

4.如权利要求1所述的变速器控制装置，其特征在于，所述变速预测装置根据发动机转速预测变速。

5.如权利要求1所述的变速器控制装置，其特征在于，所述制动器控制装置是一磁性粒子式电磁制动器，它在一设置在所述静止件上的励磁线圈被通电时通过控制通电量将所述旋转件固定于所述静止件上。

6.如权利要求1所述的变速器控制装置，其特征在于，它还包括：

一用于判断为所述输入件供给驱动力的一发动机的高负荷状态的高负荷判断装置，

其中，所述制动器控制装置优先控制所述制动器而在所述高负荷判断装置判断出所述发动机处于高负荷状态时防止所述制动器脱离。

7.如权利要求6所述的变速器控制装置，其特征在于，在所述制动器的脱离过程中，所述制动器控制装置发挥控制而使所述制动器在所述高负荷判断装置判断出所述发动机处于高负荷状态时接合。

8.如权利要求1所述的变速器控制装置，其特征在于，所述行星齿轮包括多个行星齿轮组。

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