專利名稱:半自動機械傳動控制及控制方法
本專利申請為1984年7月23日提交的英國專利申請NO.8418749的部分繼續(xù)申請，並根據(jù)該申請要求優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及一種包括一個人工操縱的變速選擇器、用于半自動機械傳動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)和控制方法，用以自動控制車輛上傳動齒輪比的變化，車輛駕駛員或操作員只需進行剩下的少量控制操作。具體地說本發(fā)明涉及一種用于自動實施供駕駛員選擇的傳動比變化的自動確定和自動顯示，還能用于除了從停車狀態(tài)起動車輛外的車輛主離合器全部自動控制的半自動機械傳動的控制系統(tǒng)和控制方法。更具體地說，本發(fā)明還涉及一種當車輛處于靜止狀態(tài)、主離合器手動脫開和駕駛員的腳不踏在油門踏板上時，若要變速進入傳動空擋，則可以實現(xiàn)單次向下變速的這樣一種控制半自動機械傳動的方法。
用于像重型卡車和(或)大型客車之類的重型車輛和小型汽車的全自動傳動系統(tǒng)需要感受油門開度或位置、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和類似參數(shù)，然后按照這些參數(shù)自動改變車輛的變速裝置。上述全自動傳動系統(tǒng)為眾所周知的先有技術(shù)。在這類全自動變速齒輪傳動裝置中，采用高壓流體使一個或幾個構(gòu)件與另一些構(gòu)件摩擦嚙合，達到某一所選擇的齒輪比;或者采用電子和(或)氣動邏輯線路及操縱機構(gòu)使機械，也就是非摩擦，離合器嚙合或脫開而達所希望的齒輪比。這類傳動裝置的例子可參閱美國專利NO.3，961，546、NO.4，081，065和NO.4，361，060。在此，作為參考論及這些專利公開的內(nèi)容。
此類全自動變速齒輪傳動裝置可能貴得令人難以接受，特別是對那些特大型重型車輛將貴得難以大量出售。此外，這種采用高壓流體和(或)扭矩變換器的變速齒輪傳動裝置，其輸入軸和輸出軸間耗費的功率過大，因而效率顯得較低。再者，許多車輛的操作員，特別是因為他們可以看見和(或)了解前方道路和(或)所載貨物的情況，所以他們預(yù)意根據(jù)情況選擇齒輪比。許多重型車輛往往需要在有限的場地低速進行精確的調(diào)動，但是那些全自動傳動裝置只能在給定低速下工作。在這種情況下，如果發(fā)動機的燃料計量裝置出現(xiàn)在任何車輛系統(tǒng)都會經(jīng)常發(fā)生的臨時故障，那么操作員要用全自動傳動裝置進行車輛的精確調(diào)動將會遇到困難，特別是對那些未設(shè)置人工操縱的離合器控制踏板的全自動傳動裝置來說，尤其困難，除非操作員同時用左腳來控制車輛制動器。
如果采用半自動機械傳動裝置就可以把上述缺點減少到最低程度。在這種半自動裝置中，可在若干齒輪比間自動變換;可以允許駕駛員選擇改變某一特定齒輪比的時機，確定是否需要選下一個向上變速比或向下變速比，或者跳過一個或幾個變速比進行變速;還可以選擇使車輛的主離合器在低速下打滑(也就是不完全嚙合)的時機。此外，半自動控制系統(tǒng)還可以阻止駕駛員選擇的過大變速比，也就是向上變速的嚙合，因為這將引起發(fā)動機的轉(zhuǎn)速下降到慢車轉(zhuǎn)速以下(也就是會引起發(fā)動機低速下)的失速和(或)過應(yīng)力;還可以阻止過小的變速比(也就是向下變速)下的嚙合，因為這將引起發(fā)動機的超速。應(yīng)該注意，采用人工操縱機械傳動裝置時，雖然可以通過調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速來防止發(fā)動機加速到發(fā)動機限速，但是由于不恰當?shù)南蛳伦兯偃匀豢赡馨l(fā)生發(fā)動機超速。這種半自動傳動控制的例子可參閱1985年6月16日提交的美國專利申請NO.755，628(1986年2月5日公布的歐洲專利申請NO.85305072.2，即EP-A-0170465)。
如果駕駛員或操作員在下列情況下要變速進入空檔，即車輛處于靜止狀態(tài);要求駕駛員識別當前嚙合的傳動比;計算從當前嚙合的傳動比向下變速到空檔的檔數(shù);然后在向下變速方向扳動選擇器操縱桿上述次數(shù);那末上述半自動機械傳動控制確實提供了一種非常合乎要求的半自動控制裝置，使控制裝置得到了改進。
按照本發(fā)明的控制裝置和控制方法的規(guī)定，可以把過去本領(lǐng)域技術(shù)的主自動機械傳動控制的缺點減少到最低程度或完全消除。如果車輛處于靜止狀態(tài)，主離合器手動脫開和駕駛員的腳不踏在油門踏板上，則利用本發(fā)明的控制裝置和控制方法在向下變速方向扳動操縱桿一次就可以實現(xiàn)向下變速進入空檔。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種新的、經(jīng)過改進的、用于控制半自動機械傳動的方法。采用這種方法，可以自動確定從某一給定齒輪比向上或向下允許的變速;自動顯示這些允許的變速;在車輛操作員人工操縱選擇器操縱桿后就能自動實施允許的齒輪比的變化;如果操作員要求自動變速進入空檔，只需扳動選擇器操縱桿一次即可。
參閱本發(fā)明的下述最佳實施例及有關(guān)附圖，本發(fā)明的上述目的和其他目的及優(yōu)點將變得更為明顯。
圖1為本發(fā)明的半自動機械變速傳動系統(tǒng)的原理圖。
圖2為本發(fā)明半自動傳動控制系統(tǒng)的原理圖。
圖3A為駕駛員的人工操縱變速控制和顯示裝置的透視圖。
圖3B為圖3A所示顯示裝置的局部放大圖。
圖4為半自動傳動控制的邏輯和電子線路的原理方塊圖。
圖5為復(fù)合向上變速的變速邏輯流程圖。
圖6為只用于向上變速的分離器變速的變速邏輯流程圖。
圖7為只用于向下變速的分離器變速的變速邏輯流程圖。
圖8為復(fù)合向下變速的變速邏輯原理圖。
圖9為以流程圖表示的本發(fā)明控制方法的原理圖。
圖10為本發(fā)明的油門位置傳感器組件的放大原理圖。
在本發(fā)明的最佳實施例說明中，為簡化敘述將使用一些專用術(shù)語，但並非想對這些術(shù)語作什么限制?！跋蛏稀?、“向下”、“向右”和“向左”這四個術(shù)語是相對于參考位置的扳動方向?！跋騼?nèi)”和“向外”這兩個術(shù)語分別指靠近或離開所述裝置的幾何中心或所論部件。以上這些術(shù)語也用于由上述術(shù)語派生出來的術(shù)語或具有類似含意的術(shù)語。
“簡單傳動”是指操作員可以選擇各種單個減速齒輪所實行的某種變速傳動。“復(fù)合傳動”是指通過主傳動部分和與之串聯(lián)的副傳動部分進行的某種變速傳動。此時，可以把所選擇的主傳動部分的減速齒輪與所選擇的副傳動部分的減速齒輪組合起來。文中所用的術(shù)語“分隔器型復(fù)合傳動”是指利用副傳動部分提供若干可選用的變速檔次，以便將主傳動部所選擇的齒輪比再進一步細分。通常，在分隔器型復(fù)合傳動時，主傳動部分的變速檔次分隔較大，可由副傳動部分再將這些檔次細分。下文所用的術(shù)語“向上變速”是指從低速齒輪比向高速齒輪比變速;“向下變速”是指從高速齒輪比向低速齒輪比變速。下文中所謂“低速齒輪”和(或)“第一組齒輪”都是指最低向前車速下傳動所用的齒輪比，也就是說，所用的這一組齒輪相對于傳動輸入軸具有最大減速比。
變速的“選擇的方向”是指由某一特定的齒輪比選擇單個或多個向上或向下變速。齒輪間的“替換”是指所給定的兩個齒輪比間可選擇的齒輪比的數(shù)目。例如，可分別由齒輪比一和二從四速或五速分別向下變速到三速或第三齒輪比。
術(shù)語“分塊傳動”或“分塊傳動裝置”是指某一變速齒輪的固定嚙合傳動或傳動裝置。此時，將若干可軸向移動的齒輪中所選擇的某個齒輪從空檔軸向移動到嚙合位置時傳動軸將不會轉(zhuǎn)動，並由一個能回彈的非摩擦離合器和一個同步環(huán)阻止此類嚙合，直止非摩擦離合器的構(gòu)件基本上同步旋轉(zhuǎn)。這種同步狀態(tài)可以通過手動和(或)自動操縱傳動輸入和(或)輸出軸來達到，以完成同步狀態(tài)間的過渡。但是，這種同步狀態(tài)通常不能由足以引起某一離合器構(gòu)件和有關(guān)裝置與另一離合器構(gòu)件一起旋轉(zhuǎn)所選擇的若干離合器構(gòu)件的摩擦接觸來實現(xiàn)。
在美國專利NO.3，799，002、NO.3，924，484、NO.4，192，196和NO.4，440，037中介紹了分塊傳動和(或)分塊傳動裝置。作為參考，在此論及上述這些專利公開的內(nèi)容。
本發(fā)明原則上可用于任何類型的機械變速齒輪傳動的半自動控制，並能向電氣-電動控制裝置提供輸出信號及從電氣-電動控制裝置接受指令信號。然而，本發(fā)明的半自動控制系統(tǒng)特別適用于分塊與分隔器型副傳動串聯(lián)的非同步、無分塊的主傳動的分隔器型復(fù)合傳動。在先有技術(shù)中，已掌握了上述傳動方式，並稱之為“半分塊”傳動。這一技術(shù)在1983年2月9日公布的歐洲專利申請NO.82303582.2(EP-A-0071353)和1984年9月5日公布的歐洲專利申請NO.83307061.8(EP-A-0117342)中已有說明和圖例。作為參考，在此論及上述出版物公開的內(nèi)容。
與本專利密切相關(guān)的半自傳動系統(tǒng)在1986年2月2日公布的歐洲專利申請NO.85305072.2(EP-A-0170465)中已有說明和圖例。作為參考，在此論及該出版物中公開的內(nèi)容。
現(xiàn)參閱圖1，傳感器22感受由駕駛員操縱的油門24的位置，並向中央處理機38輸出油門24位置的信號;中央處理機38還接受來自傳感器28的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和(或)來自傳感器32的輸入軸轉(zhuǎn)速信號、來自傳感器36的傳動輸出軸轉(zhuǎn)速信號和駕駛員的齒輪變速桿或稱“操縱桿”的正向或負向操作等信號。關(guān)于齒輪變速桿，下文還將詳細介紹。因此，如果離合器16的嚙合沒有打滑，那么發(fā)動機轉(zhuǎn)速就反映了傳動輸入軸的轉(zhuǎn)速，反之亦然;而傳動輸出軸的轉(zhuǎn)速則反映了車速。
像油門位置傳感器組件22之類的裝置，用以感受駕駛員所踩油門踏板24或類似機構(gòu)的位置，並輸出一個與油門所處位置相應(yīng)的，或至少能反映油門所處位置的信號，這類裝置稱為“燃料遙控”系統(tǒng)。在以前的技術(shù)中，已掌握了這類裝置，在美國專利NO.4，250，845、NO.4，305，359、NO.4，319，658和NO.4，461，254中有圖例說明。作為參考，在此論及上述專利公開的內(nèi)容。
為了控制像前述美國專利NO.4，551，805、NO.4，361，060和NO.4，081，005中所介紹的車輛的半自動機械傳動(SAMT)，向中央處理機，或稱控制裝置38提供一個反映駕駛員所踩油門位置的精確信號是十分重要的。油門所處的位置通常用相對于油門全開開度的百分數(shù)來表示，在慢車位置則為0%;油門全開或油門開度最大為166%。這是一個受傳感器組件22的油門桿22B控制的參數(shù);此參數(shù)向控制裝置38提供一個稱為“油門要求電位器”(THD)輸入信號的信號。
為了更靈敏地控制半自動機械傳動(SAMT)系統(tǒng)10和(或)為了至少提供油門位置傳感器組件22的局部富余量，又增設(shè)了兩個傳感器;一個為“油門踏板安全開關(guān)”(THPS)22A，另一個為“行駛制動開關(guān)”(RTDS)22C(見圖10)。開關(guān)22A和22C分別向控制裝置38送出THPS和RTDS輸入信號。
油門踏板安全開關(guān)22A送出一個THPS信號，此信號表示駕駛員的腳在油門踏板上的位置，並要求此時的燃料供應(yīng)量應(yīng)大于發(fā)動機慢車狀態(tài)所需的燃料供應(yīng)量。行駛制動開關(guān)22C送出一個表明此時欲達發(fā)動機最高性能的RTDS輸入信號。通常稱之為“自動跳合”信號。當傳感器移到總行程的5%的慢車擋塊處時，開關(guān)22A閉合。在總行程的95%處經(jīng)過機構(gòu)中的制動器44后，關(guān)開22C閉合。
美國專利NO.4，361，060公開了圖1和圖2所示傳動系統(tǒng)10的控制邏輯圖、諸傳感器和操縱機構(gòu)，將它作為參考在此論及該專利公開的內(nèi)容。中央處理機38接收各種輸入信號，按預(yù)定的邏輯規(guī)則處理這些信號，並向用以控制排氣制動器17和(或)輸入軸制動器18的氣動和(或)電氣操縱機械發(fā)出指令信號，以達到快速向上變速;向自動燃料控制裝置發(fā)出指令信號，以便“暫時增加”向發(fā)動機的燃料供應(yīng)以達到向下變速所需的快速同步旋轉(zhuǎn);通過操作器30控制離合器;並通過傳動操作器34改變傳動比。同時，中央處理機38還向顯示裝置2發(fā)出指令信號。后文還將詳細介紹顯示裝置2。半自動傳動系統(tǒng)10通常還設(shè)有一個由腳操縱的離合器控制踏板3，它只用于從靜止狀態(tài)起動發(fā)動機和(或)低速調(diào)動車輛的場合?？刂蒲b置38接收來自人工操縱的離合器控制踏板3的位置信號和車輛制動器4的動作信號。半自動機械傳動系統(tǒng)10還應(yīng)配有電源和(或)氣源(圖中未示出)。
文中所用的術(shù)語“暫時增加”是指暫時增加向發(fā)動機14的燃料供應(yīng)量;而術(shù)語“暫時減少”是指暫時減少向發(fā)動機14的燃料供應(yīng)量。“暫時增加”和“暫時減少”這兩個術(shù)語通常與自動控制器38發(fā)出的向發(fā)動機增加和減少燃料供應(yīng)量的命令有關(guān)，而與駕駛員所選定的人工操縱的油門踏板24的位置無關(guān)。
由圖3A可見，中央控制機38裝在一個箱體38A內(nèi)，箱體上設(shè)有顯示板2;顯示板上有一個向上變速指示器顯示2′，一個向下變速指示器顯示2″和一個當前嚙合的傳動比指示器顯示2
;箱體上裝有變速選擇桿1，倒車選擇按鈕1A;中央控制機電子線路則設(shè)在箱體內(nèi)。
參閱圖3B可見，顯示器2包括向上變速指示器顯示2′、向下變速指示器顯示2″和當前嚙合的傳動比指示器顯示2
。如圖所示，當前嚙合的傳動比指示器顯示2
現(xiàn)在正顯示“6”，表示車輛的傳動系統(tǒng)嚙合于第六組齒輪。此時，向上變速指示器顯示2′示出了三條線。根據(jù)所感受到的諸如發(fā)動機轉(zhuǎn)速或輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速之類的參數(shù)，又按預(yù)定的邏輯規(guī)則或程序所顯示的這三條線表示可以連續(xù)向上變速的最大擋數(shù)為三。在目前這個示例中，這三條線表示允許向上變速一擋、兩擋或三擋。因此，駕駛員可以選擇向七速、八速或9速變速。此時，向上變速指示器顯示2″顯示兩條線。根據(jù)所感受的參數(shù)，並經(jīng)預(yù)定的邏輯規(guī)則或程序的處理而顯示的這兩條線表示可以連續(xù)向下變速的最大擋數(shù)為二。在此例中，顯示2″中的兩條線表示變速機構(gòu)可以向下變速到四速或五速。
簡單地說，假定車速基本不變，主離合器完全嚙合;然后根據(jù)發(fā)動機所允許的最大和最小轉(zhuǎn)速的給定范圍;比較向上變速或向下變速時可能達到的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，便可確定向上或向下變速的可能性。中央處理機不會發(fā)出實施不可能達到的變速比的指令信號。中央處理機將根據(jù)操作員所選擇的變速比執(zhí)行最接近的、允許的變速比的變化。例如，假定圖3B中的顯示裝置2所示的狀態(tài)，如果操作員選擇向下變速至第三組齒輪，由于這是不允許的，所以中央處理機38不會去執(zhí)行這一向下變速。然而，在本最佳實施例中，中央處理機將發(fā)出從第六組齒輪向下變速兩擋至第四組齒輪的指令輸出信號。不僅不執(zhí)行不允許的變速比變化，而且通常早已由顯示裝置2告知駕駛員這樣的變速比是不可能達到的，也不應(yīng)該選擇這樣的變速比。
顯示裝置2向操作員提供了那些允許的向上和向下變速的信息，也提供了那些不允許的向上和向下變速的信息。如果駕駛員沒有注意到顯示裝置2的提示，那么即使系統(tǒng)可以實現(xiàn)機械牙嵌式離合器構(gòu)件的同步，中央處理機38也不會發(fā)出那些不允許的變速指令。
如果向上變速指示器顯示2′未示出任何信息，則表示不能再進行向上變速，此時駕駛員正以最經(jīng)濟的發(fā)動機轉(zhuǎn)速駕駛車輛。相反，如果向下變速指示器顯示2″未示出任何信息，亦即未顯示任何水平線，則表示此時不允許再向下變速，在系統(tǒng)當前嚙合的齒輪比下，車輛具有最大扭矩、最好的加速性或最佳爬坡能力。不需操作員通過人工操縱機械離合器踏板3來人工操縱主離合器16的嚙合和(或)脫開，就能改變齒輪比。像常規(guī)的車輛離合器的使用那樣，人工操縱機械離合器通常只用于從靜止狀態(tài)的起動、倒車或在倉庫內(nèi)進行車輛調(diào)動等場合。
為改變傳動裝置12，駕駛員從圖2和圖3A所示位置向前(用于向上變速)和向后(用于向下變速)扳動操縱桿1。為達到向上變速一擋，也就是改變到第七組齒輪，操作員將向前扳動操縱桿1一次，此后操縱桿1會回到空擋或中心位置。如果如圖所示嚙合于第六組齒輪，操作員連續(xù)快速向前扳動操縱桿1三次，每向前扳動一次操縱桿1都讓它再回到原中心位置，實際上操作員已跳過了兩組齒輪，直接跳合到九速(也就是未嚙合七速和八速齒輪組)。因此，使用本發(fā)明的半自動控制裝置?？梢詫崿F(xiàn)多擋或跳擋變速。由于油門和離合器的自動控制及輸入軸和(或)發(fā)動機的制動，所以能自動而快速地實現(xiàn)主離合器16的脫開和所選擇的牙嵌式離合器構(gòu)件的同步與所選的齒輪比結(jié)合起來。此控制系統(tǒng)是半自動的，至于向上或向下變速的時機及向上或向下變速多少擋齒輪比，還需由駕駛員自行處理;此系統(tǒng)也不能用來配合齒輪操縱桿、油門踏板和離合器的動作。一旦駕駛員選擇了某一允許的齒輪比，就可以暫時開大油開度達到向下變速所需的同步，或者暫時減小油門達到向上變速所需的同步。所有這些動作都是由中央處理機38替駕駛員自動完成的。只有從靜止狀態(tài)的空擋才能進行倒車操作，這時從當前的空擋嚙合位置向后扳動操縱桿1就能到達倒車擋。為了防止疏忽而從“向下變速”轉(zhuǎn)換到倒車擋，可以加設(shè)一個倒車按鈕1A。如果在空擋位置欲進行倒車操作時，那么在中央處理理解向后扳動操縱桿1這一動作之前，必需先按下倒車按鈕1A。
將同時涉及主傳動裝置和副傳動裝置的向上變速和(或)向下變速，也就是復(fù)合變速的操作與只涉及副傳動裝置的變速的操作同樣簡單。在那些設(shè)有多種倒車齒輪比的傳動裝置中，可以向后扳動操縱桿向下變速進入較低倒車齒輪比，也可以向前扳動操縱桿向上變速進入較高倒車齒輪比。當然，在這種情況下應(yīng)在變速操縱桿的末端裝一個任何類型的搬動開關(guān)來代替倒車按鈕1A。
也就是說，上述說明可以理解為可以設(shè)置一根能在給定方向前后移動以選擇前進和倒車操作、又能在橫向移動以選擇單擋或多擋向上和向下變速操作的操縱桿來代替圖1所示的操縱桿。美國專利NO.4，442，730中公開了此類操縱桿，在此作為參考論及該專利公開的內(nèi)容。
本發(fā)明的半自動控制系統(tǒng)的另一個重要而有益的特征是每當車輛從大于某預(yù)定參考速度的狀態(tài)變?yōu)橥耆＼嚑顟B(tài)(區(qū)別某行駛狀態(tài)和某慢速行駛狀態(tài))，人工操縱腳踏板3使離合器16脫開，而操作員的腳仍踩在油門上(表示仍想繼續(xù)行駛)時，只要在向下變速方向扳動操縱桿1一次，控制裝置將自動把傳動裝置12改變到預(yù)先選定的起動齒輪上，最佳地嚙合在允許的最高起動齒輪比，這一過程可能跳過了好幾擋中間齒輪比。例如，在某一有十二種向前車速的傳動裝置中，允許的最高起動齒輪比可能是第三組齒輪。在向下變速方向變速方向再扳動一次操縱桿，則將使傳動裝置改變到第二組齒輪而適于較快的起動或爬坡等。不論是在靜止狀態(tài)還是在行進狀態(tài)，操作員都可以從那些允許的齒輪比中選擇某一齒輪比。人工操縱離合器僅在準備停車時用于脫開傳動裝置，並用于防止發(fā)動機失速及以任一允許的起動齒輪比從靜止狀態(tài)起動的場合。如果在半自動變速期間駕駛員人工操縱離合器，那么將中止正進行的齒輪比的改變，只有人工操縱離合器重新使齒輪嚙合，才能繼續(xù)進行齒輪比的改變。
作為一種可選擇的功能，如果在諸如躲避道路上的障礙物等的緊急情況下，駕駛員不需脫開人工操縱離合器就可使車輛停止下來，因為這時傳動系統(tǒng)感受到了極低的行車速度，離合器16自動脫開。這種自動脫開離合器的措施可以防止發(fā)動機的失速，因而能繼續(xù)駕駛，並保持發(fā)動機動力驅(qū)動下的其他功能。為了使車輛重新行進，操作員應(yīng)人工操縱脫開離合器16，並在向下變速方向扳動齒輪操縱桿1以選擇最高允許的起動齒輪比。
作為更好的方案，傳動裝置12最好是一種至少有五擋，甚至有九擋或更多擋可選擇的向前行車齒輪比的多擋傳動裝置。在以前的技術(shù)中，已經(jīng)掌握了具有十二擋向前行車速度的分隔器型傳動裝置12的構(gòu)造和傳動裝置12的副傳動裝置中所用的分塊牙嵌式離合器構(gòu)件的構(gòu)造。參閱上述的美國專利NO.3，799，002、NO.3，921，469、NO.3，924，848、NO.4，194，410和NO.4，440，037和已公布的歐洲專利申請EP-A-0071353及EP-A-0117342可以詳細地看到這些結(jié)構(gòu)。
下面行一步說明確定本發(fā)明的允許齒輪比過程的典型工作過程和改變控制系統(tǒng)齒輪比的工作過程。
半自動傳動裝置的功能和組件有改變齒輪比的選擇開關(guān)或操縱桿1、顯示板2、控制裝置38、轉(zhuǎn)速傳感器32和36、發(fā)動機燃料控制裝置26、油門和離合器傳感器22和3(用以感受駕駛員踩壓踏板的程度)、變速、離合器和制動器的電子-氣動控制裝置(要使用發(fā)動機管路的真空裝置，如果需要可增設(shè)真空伺服-隨動裝置)、輸入軸制動器17和(或)18及它們的操縱機構(gòu)、控制電纜和離合器操縱器30。
操縱桿1、顯示板2和中央控制裝置38這三項用以輸入駕駛員的變速要求，向駕駛員指示他當前嚙合的齒輪組，還告訴駕駛員從靜止狀態(tài)，根據(jù)所感受的發(fā)動機和車輛的狀態(tài)為進行單擋或跳擋變速他可選擇的其他齒輪組。扳動齒輪操縱桿1一次或若干次，就可進行變速;向前扳動用于向上變速，向后扳動用于向下變速。由彈簧裝置使齒輪操縱桿1回到其原來的垂直位置。每扳動操縱桿1一次，就執(zhí)行一次變速控制。
發(fā)動機由燃料控制裝置26控制，控制裝置有兩個電磁閥，分別用于增加和減少向發(fā)動機的燃料供應(yīng)量。用于減少燃料供應(yīng)量的電磁閥既用于向下變速減小扭矩，也用于向上變速。如果不想由駕駛員憑感覺進行控制的話，可以加一個用于電磁閥的背對背雙向氣動活塞來控制伺服泵。上述這些裝置將根據(jù)來自電子線路的信號進行動作。由此系統(tǒng)還能夠適應(yīng)油門的遙控及發(fā)動機的全電子管理。
為了使系統(tǒng)能正確地工作，必需鑒別離合器充分合上的程度和油門的開度，可以設(shè)置若干開關(guān)(微動開關(guān))，根據(jù)駕駛員的幾個踏板的位置來感受離合器充分合上的程度和初始加速器動作的情況。
包括電子-氣動(EP)管路在內(nèi)的傳動裝置操縱器34最好分成兩個部分。第一部分用于前齒輪箱的操作，另一部分用于后齒輪箱的操作。電子-氣動管路是由電磁閥控制的一套管路，並與帶有若干變速活塞的氣缸相連。
操縱器34中還有一個包括空氣活塞的變速裝置，空氣活塞則根據(jù)電子控制裝置38發(fā)出的信號，由適當?shù)碾娮?氣動活門的伺服動作來移動。
駕駛員能夠得到的指令如下車輛處于靜止狀態(tài)、當前的空氣壓力、手動制動器合上、離合器脫開和慢車狀態(tài)的加速。在顯示裝置上還會示出空擋信息。駕駛員向前扳動齒輪操縱桿一次，則預(yù)置車輛傳動裝置于最低傳動比的狀態(tài)。至此，還未合上任何齒輪。準備踩下離合器踏板，微動開關(guān)動作到一定程度。
隨著第一組齒輪的嚙合，在松開手動制動器時松開離合器踏板，並打開油門，車輛準備行進，隨后進行正常的加速。在所希望的轉(zhuǎn)速下，駕駛員可以向前扳動齒輪操縱桿一次，選擇下一個最高齒輪比。在零速下，車輛處于靜止狀態(tài)時扳動操縱桿一次將使齒輪箱從其所處的狀態(tài)回到起動齒輪。
用以觀察的指示裝置將示出適當?shù)凝X輪比，而不需駕駛員從前方路面分散他的注意力。包括中央處理機38在內(nèi)的電子線路板接收駕駛員扳動齒輪操縱桿時所發(fā)出的指令和來自齒輪箱輸入和輸出的轉(zhuǎn)速信號，並向電子-氣動管路、變速裝置、向上變速慣性制動器、發(fā)動機和離合器控制裝置發(fā)出指令信號，從而完成半自動變速。
對發(fā)動機的控制在兩部分進行。電子線路將考察傳動輸入和輸出軸轉(zhuǎn)速間的狀況;如果可以向上變速，則油門、離合器和向上變速制動器的控制將自動實施，並達到同步和使第二組齒輪嚙合。隨著第二組齒輪的嚙合，將松開向上變速制動器(如果需要，可以提前松開)，離合器和發(fā)動機控制裝置則恢復(fù)原狀。由于這一切都是自動進行的，所以這一過程進行得非常快，幾乎覺察不到行車特性有什么下降，並且車輛幾乎不可能從行進狀態(tài)過渡到非行進狀態(tài)。油門的操縱也是在駕駛員的一閃念之間進行的。只要情況允許，這一程序可以通過齒輪箱反復(fù)進行，直至達到最高速齒輪比。
如果車輛載荷和路面情況不佳，需要降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車輛行車速度，則需向下變速。在任何時候都可以要求向下變速。然而，只有在發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍足以達到同步狀態(tài)時，才能完成這種向下變速。假定當前的有關(guān)狀態(tài)允許進行向下變速，那么可能發(fā)生下列程序之一。所采用的程序取決由究竟是僅改變后齒輪箱的簡單變速，還是同時涉及前、后齒輪箱的組合變速。
分隔型變速-僅改變副傳動裝置根據(jù)只有后齒輪箱變速的信號，只需選擇后齒輪箱中的齒輪，並開始進行“油門暫時減小”(燃料泵趨于適應(yīng)慢車狀態(tài))程序，以有足夠時間使扭矩減小並允許脫開齒輪。離合器也將脫開，然后再合上。“油門暫時減小”程序結(jié)束，開始“油門暫時開大”時期(燃料泵趨于全開)。在檢查同步狀況時分離器機構(gòu)動作，使較低速的齒輪嚙合，“油門暫時開大”期結(jié)束，油門恢復(fù)到駕駛員所要求的狀態(tài)。
復(fù)合變速-同時改變主、副傳動裝置對于同時涉及主、副兩個傳動裝置的復(fù)合變速，其工作程序只是程度上的差別。一直到第一次脫開離合器(包括第一次脫開離合器)以前的程序都是相同的，此后按下列程序進行在離合器仍然脫開的適當時間內(nèi)，在前齒輪箱中選擇空擋。然后再合上離合器，斷開“油門暫時減小”信號，開始“油門暫時開大”。在檢查同步狀況時，“油門暫時開大”期結(jié)束，再經(jīng)過適當時間延遲期后，前齒輪箱中的齒輪便嚙合。
以上這些程序示于圖5至圖8的各流程圖中。
完成上述流程圖的電子線路電子線路用于控制變速箱、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、離合器和慣性離合器等操縱器的氣動控制管路，也用于阻止不允許的齒輪比變換及顯示當前可用的變速齒輪組。電子線路所接收的輸入信號有齒輪操縱桿指令信號、輸入軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速、油門邊界位置和離合器踏腳板位置(是否踏下)等。圖4以方塊圖形式示出了這些電子線路。首先測定實際路面行車速度信號的頻率，並產(chǎn)生代表所有齒輪下可用最高轉(zhuǎn)速的各自裝定二進位數(shù)，亦即，對于第一組齒輪的可用最高轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生二進位數(shù)1，直達第十一組齒輪的可用最高轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生二進位數(shù)11。
實際路面行車速度的二進位數(shù)還要加上二進位數(shù)3，然后把此相加后的二進位數(shù)和實際行車速度的二進位數(shù)分別送到兩個二進位數(shù)比較器。這兩個比較器的其他輸入信號來自當前實際嚙合的齒輪。送到每個比較器的其他輸入信號反映了所記錄的嚙合齒輪比，連同各自裝定的最高轉(zhuǎn)速的二進位數(shù)一起送出。這樣做的結(jié)果將產(chǎn)生一個在任一實際路面速度下的可用齒輪組的“窗口”。如果“所要求的”齒輪組超出了“窗口”范圍，則由下文的介紹可以得知，門線路將使這種選擇成為無效?，F(xiàn)舉兩個例子在零實際車速下，可用的齒輪組為第一、第二和第三組齒輪;在第二組齒輪的最高實際車速下，可用的齒輪組為第三、第四和第五組齒輪。
當前(或?qū)嶋H)所選的齒輪的二進位數(shù)來自一個雙向4位計數(shù)器。向上變速指令使計數(shù)器增數(shù)，向下變速指令使計數(shù)器減數(shù)。如果“所要求的”齒輪組超出了窗口的范圍。輸入門線路則處于關(guān)閉狀態(tài)。如果所作的選擇是由于向下變速的速度太低，那么車輛將向下變速到最高允許的齒輪組。
每次向上變速都以油門暫時減小(TD)開始，每次向下變速都會引起油門暫時開大(TB)。這種過程一直延續(xù)到發(fā)動機與路面行車速度同步，然后分別中止TD或TB過程，並選擇下一組齒輪。由上述流程圖也可以看到這一工作過程。
因此，可以看到，雖然在此最佳實施例中工作過程涉及了扭矩，但是齒輪變換與扭矩無關(guān)。只要變速的起始和最終轉(zhuǎn)速合適及當前嚙合的齒輪和可能選擇的齒輪比合適，便可以進行上述變速。
應(yīng)該強調(diào)指出，與全自動傳動裝置相比，此半自動傳動裝置可以讓駕駛員根據(jù)情況自行控制和處理，特別是在低速行駛及前方地形和路面條件較差的情況下，更具優(yōu)越性。除了從靜止狀態(tài)起動車輛或調(diào)動車輛外，駕駛員在需要改變齒輪比時，不需操縱油門和離合器。由控制裝置38可以方便地達到巡航控制和受控制的最高路面車速。在油門進行變速工作期間，駕駛員在腳上只感覺到很小的反饋。由于變速過程進行得非常迅速，所以在暫短的變速期間所顯示的允許變速的條件(例如，向上變速時跳過兩擋齒輪比)不會發(fā)生變化，車速也沒有明顯的下降。在作出某一判斷錯誤但允許及可以實施的變速后，正常的同步齒輪或非同步機械變速齒輪不能防止發(fā)動機的高速空轉(zhuǎn)，或在慢車轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
如圖9所示，本發(fā)明還有一個特征，即如果操作員使車輛速度下降到某一參考值(通常為停車或幾乎停車狀態(tài)的值)以下，那么由踏板3人工操作使主離合器16脫開，把腳離開油門踏板24(也就是THPS＝0)，然后在向下變速方向扳動操縱桿1一次，控制系統(tǒng)將把上述一系列操作理解為要求自動選擇並使傳動裝置嚙合于空擋。
采用上述操作步驟，也就是停車、人工操縱脫開主離合器、腳離開油門踏板(腳可能仍踩在由傳感器4感受的制動器上)，在要求進入空擋的正常情況下，車輛操作員可以容易地要求自動選擇及使傳動裝置嚙合于空擋;而不嚙合于預(yù)定的起動齒輪。
雖然上文介紹的本發(fā)明的最佳實施例中具有某種程度的特殊性，但是只要不偏離下文權(quán)利要求
所述的原則和范圍，還可以作各種形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.控制半自動機械變速齒輪傳動系統(tǒng)(10)的方法包括一個人工操縱油門控制裝置(24)；一臺由油門控制的發(fā)動機(14)；一個多擋變速齒輪機械傳動裝置(12)；一個介于發(fā)動機和傳動裝置之間的摩擦主離合器(16)；一個人工操縱主離合器控制裝置(3)；一個人工操縱變速選擇操縱桿(1)，此桿可以相對于中心位置在第一方向扳動以選擇向上變速，還可以相對于所述中心位置在第二方向扳動以選擇向下變速，從而改變當前嚙合的齒輪比；一個中央處理機(38)，用于接收傳動裝置輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)速信號、行車速度信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、所述變速選擇桿的操作信號，也用于按照預(yù)定邏輯規(guī)則處理上述信號，以便向包括一個離合器操縱器(30)、一個油門控制操縱器(26)和一個傳動裝置操縱器(34)的非人工操縱的受控操作器發(fā)出輸出指令信號，所述中央處理機感受所述人工操縱變速選擇操縱桿的扳動方向、在預(yù)定時間內(nèi)相對于所述中心位置扳動的次數(shù)等操作信號，按第一種操作方式，假定在某給穩(wěn)方向相對于所述變速選擇操縱桿的中心位置每重復(fù)扳動一次則表示操作員在所述方向要選擇某一齒輪比變換，那么所述中央處理機可以確定由操作員選擇的從當嚙合的齒輪比直接進行變速的傳動齒輪比，所述控制方法具有下列特征所述系統(tǒng)有一個裝置22A，用于向所述中央處理機提供表示操作員人工接通油門控制裝置的信號(THPS)和表示人工操縱脫開摩擦主離合器的信號；和按第二種操作方式，進行自動選擇齒輪比的操作時，如果車輛速度小于某預(yù)定最小車輛速度參考值，主離合器人工操縱脫開，而且未感受到駕駛員人工接通油門控制裝置，在第二個方向相對于所述中心位置扳動所述變速選擇操縱桿一次，則表示操作員要求選擇向下變速直接使傳動裝置嚙合于空擋。
2.權(quán)利要求
1所述的方法中，表示操作員人工接通油門控制裝置的信號(THPS)為表示油門控制裝置的開度大于某一最小參考值的信號。
3.權(quán)利要求
1所述的方法中，所述油門控制裝置為油門踏板(24)，而表示操作員人工接通油門控制裝置的所述信號(THPS)為表示操作員的腳正踩在油門踩板上的信號。
4.權(quán)利要求
2所述的方法中，所述油門控制裝置為油門踏板(24)，而表示操作人員人工接通油門控制裝置的所述信號(THPS)為表示操作員的腳正踩在油門踏板上的信號。
5.權(quán)利要求
1所述的方法中，所述最小行車速度的參考值是指實際上車輛完全停下來時的速度值。
6.權(quán)利要求
2所述的方法中，所述最小行車速度的參考值是指實際上車輛完全停下來時的速度值。
7.權(quán)利要求
3所述的方法中，所述最小行車速度的參考值是指實際上車輛完全停下來時的速度值。
8.權(quán)利要求
1所述的方法還包括預(yù)先確定車輛從靜止狀態(tài)起動時所用的最高傳動齒輪比，並指定為最高允許的起動齒輪比;感受車輛從某預(yù)定速度到實際停車的過程;和根據(jù)所感受的變速選擇操縱桿在向下變速方向扳動一次、人工操縱脫開主離合器和操作員人工接通油門控制裝置，將使所述傳動裝置自動變速到最高允許的起動齒輪比。
9.權(quán)利要求
2所述的方法還包括確定車輛從靜止狀態(tài)起動時所用的最高傳動齒輪比，並指定為最高允許的起動齒輪比;感受車輛從某預(yù)定速度到實際停車的過程;和根據(jù)所感受的變速選擇操縱桿在向下變速方向扳動一次、人工操縱脫開主離合器和操作員人工接通油門控制裝置，將使所述傳動裝置自動變速到最高允許的起動齒輪比。
10.權(quán)利要求
5所述的方法還包括確定車輛從靜止狀態(tài)起動時所用的最高傳動齒輪比，並指定為最高允許的起動齒輪比;感受車輛從某預(yù)定速度到實際停車的過程;和根據(jù)所感受的變速選擇操縱桿在向下變速方向扳動一次、人工操縱脫開主離合器和操作員人工接通油門控制裝置，將使所述傳動裝置自動變速到最高允許的起動齒輪比。
11.用于半自動機械變速傳動系統(tǒng)(10)的控制系統(tǒng)包括一個人工操縱油門控制裝置(24);一臺由油門控制的發(fā)動機(14);一個多擋變速齒輪機械傳動裝置(12);一個介于發(fā)動機和傳動裝置之間的摩擦主離合器(16);一個人工操縱主離合器控制裝置(3);一個人工操縱變速選擇操縱桿(1)，此桿可以相對于中心位置在第一方向扳動以選擇向上變速，還可以相對于所述中心位置在第二方向扳動以選擇向下變速，從而改變當前嚙合的齒輪比;一個中央處理機(38)，用于接收傳動裝置輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)速信號、行車速度信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、所述變速選擇桿的操作信號，也用于按照預(yù)定邏輯規(guī)則處理上述信號，以便向包括一個離合器操縱器(30)、一個油門控制操縱器(24)和一個傳動裝置操縱器(34)的非人工操縱的受控操縱器發(fā)出輸出指令信號，所述中央處理機感受所述人工操縱變速選擇操縱桿相對于所述中心位置的扳動方向，按第一種操作方式，假定在某給定方向相對于所述變速選擇操縱桿的中心位置，每扳動一次則表示操作員在所述方向要選擇某一齒輪比變換，那么所述中央處理機可以確定由操作員選擇的從當前嚙合的齒輪比進行變速的傳動齒輪比;所述控制系統(tǒng)具有下列特征有一裝置22A，用于向所述中央處理機提供表示操作員人工接通油門控制裝置的信號(THPS)，還有一個裝置用于向所述中央處理機提供表示人工操縱脫開摩擦離合器的信號;和按第二種操作方式，進行自動選擇齒輪比的操作時，如果車輛速度小于某預(yù)定最小車輛速度參考值，主離合器人工操縱脫開，而且未感受到駕駛員人工接通油門控制裝置，在第二個方向相對于所述中心位置扳動所述變速選擇操縱桿一次，則表示操作員要求選擇向下變速直接使傳動裝置嚙合于空擋。
12.權(quán)利要求
11所述的控制系統(tǒng)中，表示操作員人工接通油門控制裝置的信號(THPS)為表示油門控制裝置的開度大于某一最小參考值的信號。
13.權(quán)利要求
11所述的控制系統(tǒng)中，所述油門控制裝置為油門踏板(24)，而表示操作員人工接通油門控制裝置的所述信號(THPS)為表示操作員的腳正踩在油門踏板上的信號。
14.權(quán)利要求
12所述的控制系統(tǒng)中，所述油門控制裝置為油門踏板(24)，而表示操作員人工接通油門控制裝置的所述信號(THPS)為表示操作員的腳正踩在油門踏板上的信號。
15.權(quán)利要求
11所述的控制系統(tǒng)中，所述最小行車速度的參考值是指實際上車輛完全停下來時的速度值。
16.權(quán)利要求
12所述的控制系統(tǒng)中，所述最小行車速度的參考值是指實際上車輛完全停下來時的速度值。
17.權(quán)利要求
11所述的控制系統(tǒng)中，所述控制手段還包括用于下列各方面的邏輯規(guī)則預(yù)先確定車輛從靜止狀態(tài)起動時所用的最高傳動齒輪比，並指定為最高允許的起動齒輪比;感受車輛從某預(yù)定速度到實際停車的過程;和根據(jù)所感受的變速選擇操縱桿在向下變速方向扳動一次、人工操縱脫開主離合器和操作員人工接通油門控制裝置，將使所述傳動裝置自動變速到最高允許的起動齒輪比。
18.權(quán)利要求
1的方法中，所述系統(tǒng)包括一個裝置(4)，用以提供表示實施車輛制動的信號，此外，按所述第二種操作方式時，還要求感受實施車輛制動的操作。
19.權(quán)利要求
8所述的方法中，系統(tǒng)包括一個裝置(4)，用以提供表示實施車輛制動的信號，此外，按所述第二種操作方式時，還要求感受實施車輛制動的操作。
20.權(quán)利要求
11所述的控制系統(tǒng)還包括一個裝置(4)，用以提供表示實施車輛制動的信號，此外，按所述第二種操作方式時，還要求感受實施車輛制動的操作。
專利摘要
本發(fā)明提供一種用于半自動機械傳動系統(tǒng)(10)的控制系統(tǒng)和控制方法，采用此系統(tǒng)和方法在某些預(yù)定條件下，駕駛員只要扳動變速操縱桿(1)一次，就可以直接向下變速進入傳動裝置的空擋。
文檔編號B60W50/02GK87107465SQ87107465
公開日1988年9月28日 申請日期1987年12月14日
發(fā)明者邁克爾·威廉姆·當克利, 約翰·E·斯塔英頓 申請人:伊頓公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan