專利名稱：無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置及其換擋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車用變速驅(qū)動控制領(lǐng)域，尤其是一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置及其換擋控制方法。
背景技術(shù)：
目前，汽車用變速驅(qū)動裝置(下稱變速器)分為手動變速器、自動變速器兩大類。手動變速器(下稱MT)采用多組圓柱齒輪實現(xiàn)多個檔位，一組齒輪實現(xiàn)一個檔位， 通過手動操作離合器和變速器中的撥叉，撥叉帶動齒輪副的結(jié)合和分離實現(xiàn)檔位的切換， 其存在的問題是MT由人進行操縱，增加了駕駛員的勞動強度，換檔的駕駛性取決于駕駛員的操作，受結(jié)構(gòu)上的制約，無法實現(xiàn)無動力中斷換檔功能。自動變速器又分為液力自動變速器(下稱AT)、機械無級式(下稱CVT)、自動機械式(下稱AMT)、雙離合器式(下稱DCT)等。AT是使用液力變矩器(或液力耦合器)代替離合器，用行星齒輪變速器代替普通圓柱齒輪，變速器控制單元(下稱TCU)根據(jù)當(dāng)前車輛行駛工況，通過控制變速器中電磁閥動作實現(xiàn)檔位切換。CVT同樣是使用液力變矩器(或液力耦合器)代替離合器，用主、從動輪和金屬帶組成傳動副，TCU根據(jù)當(dāng)前車輛行駛工況，通過控制主、從動輪帶槽寬度的變化使金屬帶在主、從動輪上的工作半徑連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)檔位切換。AMT是在傳統(tǒng)的手動變速器上加裝一套選換檔和離合器控制控制機構(gòu)，TCU根據(jù)當(dāng)前車輛行駛工況，自動控制離合器和選換檔機構(gòu)實現(xiàn)檔位切換。DCT是在MT以及AMT的基礎(chǔ)上演變而來的，使用兩個離合器分別連接車輛動力源與變速傳動部分的兩根輸入軸， 變速傳動部分由多組圓柱齒輪副組成，車輛行駛中，一組離合器結(jié)合，此根輸入軸上的一組齒輪副進行變速傳動，TCU根據(jù)當(dāng)前車輛行駛工況，判斷需要檔位切換時，控制另外一組離合器結(jié)合好將要切換的檔位，并開始結(jié)合離合器，原先結(jié)合的離合器打開，從而實現(xiàn)檔位切換。通過對自動變速器的分析可以看出，在AT方案中，雖然液力變矩器(或液力耦合器)能夠吸收傳動系的振動，但在控制上無法實現(xiàn)無動力中斷換檔；CVT可在控制上實現(xiàn)無動力中斷換檔，但液力部件增加了能量損失，同時關(guān)鍵零部件掌握在少數(shù)幾個廠商手中； AMT方案受結(jié)構(gòu)上的制約，無法實現(xiàn)無動力中斷換檔；DCT雖然可以縮短換檔時間，但是在換檔過程中還是有動力中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、方法簡便、安全可靠的無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置及其換擋控制方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置，包括電機、輸入軸、傳動軸、第一離合器Cl、第二離合器C2、第三離合器C3、第一制動器Bi、第二制動器B2、行星排傳動機構(gòu)和差速器，第一離合器Cl、第二離合器C2、第三離合器C3、第一制動器Bl和第二制動器B2安裝在變速器殼體內(nèi)，行星排傳動機構(gòu)由行星架、大太陽輪、小太陽輪、差速器、大太陽輪的行星輪和小太陽輪的行星輪，電機El與輸入軸相連接，輸入軸和傳動軸通過齒輪副與大太陽輪的行星輪嚙合在一起，第一離合器Cl用于連接輸入軸與小太陽輪，第二離合器C2用于連接輸入軸與大太陽輪，第三離合器C3用于連接輸入軸與行星架，第一制動器Bl用于連接行星架與變速器殼體以鎖死行星架，第二制動器B2用于連接大太陽輪與變速器殼體以鎖死大太陽輪，差速器安裝在傳動軸上。一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置的換擋控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)通過油門踏板信號和當(dāng)前行駛工況判斷是否需要切換檔位；(2)根據(jù)油門踏板開度和當(dāng)前車速計算出駕駛員期望扭矩及作用在換擋元件上的扭矩；(3)控制電機El扭矩用以抵消換檔時換檔元件打開時扭矩的變化，同時利用電機 El轉(zhuǎn)速的變化實現(xiàn)檔位的切換，當(dāng)達到下個期望檔位的轉(zhuǎn)速時，期望檔位的換檔元件開始結(jié)合，直至換檔元件的扭矩在電機El扭矩為零的時候與發(fā)動機扭矩和車輛扭矩達到平衡。而且，所述步驟( 計算駕駛員期望扭矩的方法是通過油門踏板開度、車速和扭矩組成的三維表查表得出。而且，所述步驟(3)電機El扭矩、電機El轉(zhuǎn)速是根據(jù)等效杠桿法計算得到。而且，所述步驟C3)檔位切換包括以下過程一擋換二擋過程控制第二制動器B2嚙合，第一離合器Cl嚙合，動力通過輸入軸分別經(jīng)過第一離合器Cl和第二制動器B2進行傳遞至齒圈，通過電機El提供抵消反方向的力使行星架鎖死大太陽輪，將大太陽輪的負(fù)轉(zhuǎn)速提高至第二制動器B2，該第二制動器B2速度為0，提高齒圈的輸出轉(zhuǎn)速；二擋換三擋過程控制第一離合器Cl嚙合，第二離合器C2嚙合，動力通過輸入軸再由第一離合器Cl和第二離合器C2將轉(zhuǎn)速分別傳遞給小太陽輪和大太陽輪，通過電機El 抵消反方向的力，將大太陽輪的轉(zhuǎn)速提高到第二離合器C2的轉(zhuǎn)速，使大太陽輪與小太陽輪速度相同，提高齒圈的輸出轉(zhuǎn)速；三擋換四擋過程控制第一離合器Cl嚙合，第三離合器C3嚙合，動力通過輸入軸再由第一離合器Cl和第三離合器C3將轉(zhuǎn)速分別傳遞給小太陽輪和行星架，通過電機El提高大太陽輪轉(zhuǎn)速，從而提高齒圈輸出轉(zhuǎn)速；四擋換五擋過程控制第二離合器C2嚙合，第三離合器C3嚙合，動力通過輸入軸傳遞給大太陽輪和行星架傳遞，第三離合器C3嚙合，通過電機El將大太陽輪的轉(zhuǎn)速降到第二離合器C2的速度以抵消行星架的反方向轉(zhuǎn)速，從而提高齒圈的轉(zhuǎn)速；五擋換六擋過程控制第二制動器B2嚙合，第三離合器C3嚙合，繼續(xù)通過電機El 將大太陽輪的轉(zhuǎn)速降低至第二制動器B2的速度，通過小太陽輪帶動行星輪帶動齒圈，第三離合器C3嚙合，行星架與第三離合器C3轉(zhuǎn)速相同，通過電機El提供給齒圈的轉(zhuǎn)速抵消行星架的反方向轉(zhuǎn)速，從而繼續(xù)將齒圈的轉(zhuǎn)速提高。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明設(shè)計合理，通過電機與三個離合器、兩個制動器等執(zhí)行元件的配合，使車輛始終處于扭矩驅(qū)動狀態(tài)下，并且通過電機El轉(zhuǎn)速的變化驅(qū)動檔位的變化，從而實現(xiàn)無級且無動力中斷的檔位切換功能，提高了工作效率，具有方法簡單、安全可靠等特點。


圖1是本發(fā)明的連接示意圖；圖2是電機扭矩和轉(zhuǎn)速計算所依據(jù)的等效杠桿示意圖；圖3是檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明實施例做進一步詳述一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置，如圖1所示，包括電機E1、輸入軸8、傳動軸9、第一離合器Cl、第二離合器C2、第三離合器C3、第一制動器Bi、第二制動器B2、行星排傳動機構(gòu)和差速器3，行星排傳動機構(gòu)由行星架6、大太陽輪5、小太陽輪4、差速器3、大太陽輪的行星輪1和小太陽輪的行星輪2構(gòu)成，第一離合器Cl、第二離合器C2、第三離合器 C3、第一制動器Bl和第二制動器B2安裝在變速器殼體7內(nèi)。電機El與輸入軸相連接，輸入軸和傳動軸通過齒輪副與大太陽輪的行星輪嚙合在一起，第一離合器Cl用于連接輸入軸與小太陽輪，第二離合器C2用于連接輸入軸與大太陽輪，第三離合器C3用于連接輸入軸與行星架，第一制動器Bl用于連接行星架與變速器殼體，以鎖死行星架，第二制動器B2用于連接大太陽輪與變速器殼體，以鎖死大太陽輪，差速器安裝在傳動軸上。一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置的換擋控制方法，是通過電機El使車輛始終在扭矩驅(qū)動狀態(tài)下，并且通過電機El轉(zhuǎn)速的變化驅(qū)動檔位的變化，從而實現(xiàn)無級且無動力中斷的檔位切換功能。該換擋控制方法包括如下步驟1、通過油門踏板信號和當(dāng)前行駛工況判斷是否需要切換檔位在本步驟中，油門踏板信號是通過油門踏板下面的位置傳感器進行采集并識別駕駛員的駕駛意圖；當(dāng)前行駛工況是結(jié)合當(dāng)前油門開度和車輛加速度，識別車輛的行駛阻力， 比如上坡或下坡或平路。2、根據(jù)油門踏板開度和當(dāng)前車速計算出駕駛員期望扭矩及作用在換擋元件上的扭矩在本步驟中，通過油門踏板開度、車速和扭矩組成的三維表查表得出期望扭矩，再經(jīng)過一系列溫度、磨損量修正，結(jié)合車輛行駛狀態(tài)計算出作用在換檔元件上的扭矩。3、控制電機El發(fā)出扭矩用以抵消換檔時換檔元件打開時扭矩的變化，同時利用電機El轉(zhuǎn)速的變化實現(xiàn)檔位的切換，當(dāng)達到下個期望檔位的轉(zhuǎn)速時，期望檔位的換檔元件開始結(jié)合，直至換檔元件的扭矩在電機El扭矩為零的時候與發(fā)動機扭矩和車輛扭矩達到平衡。在本步驟中，電機El扭矩和轉(zhuǎn)速根據(jù)等效杠桿法計算得出，如圖2所示，圖中的四條豎線分別代表了大太陽輪、小太陽輪、輸出軸、行星架的轉(zhuǎn)速，第二制動器B2-B1點得轉(zhuǎn)速為0。各個檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)為執(zhí)行元件(第一離合器Cl、 第二離合器C2、第三離合器C3、第一制動器Bi、第二制動器B2)，縱坐標(biāo)為檔位(R、l、2、3、4、 5、6、P)，黑色部分即表示在該檔位時嚙合的執(zhí)行元件。該步驟的檔位切換控制過程包括一擋工作過程控制第一制動器Bl嚙合，第一離合器Cl嚙合。Bl速度為0，因此
6大太陽輪的行星輪公轉(zhuǎn)速度及行星架速度都為0，第一離合器Cl嚙合，動力通過輸入軸傳遞到第一離合器Cl，再通過傳動軸傳遞到小太陽輪的行星輪，從而帶動齒圈，并通過差速器傳遞至車輪。一擋換二擋過程控制第二制動器B2嚙合，第一離合器Cl嚙合。第二制動器B2 速度為0，Bl打開，動力通過輸入軸分別經(jīng)過第一離合器Cl和第二制動器B2進行傳遞至齒圈。小太陽輪與第一離合器Cl速度相同，通過電機El提供可以抵消反方向的力使行星架鎖死大太陽輪，將大太陽輪的負(fù)轉(zhuǎn)速提高至第二制動器B2，該第二制動器B2速度為0，提高齒圈的輸出轉(zhuǎn)速。二擋換三擋過程控制第一離合器Cl嚙合，第二離合器C2嚙合。動力通過輸入軸再由第一離合器Cl和第二離合器C2將轉(zhuǎn)速分別傳遞給小太陽輪和大太陽輪，通過電機El 抵消反方向的力，將大太陽輪的轉(zhuǎn)速提高到第二離合器C2的轉(zhuǎn)速，使大太陽輪與小太陽輪速度相同，提高齒圈的輸出轉(zhuǎn)速。三擋換四擋過程控制第一離合器Cl嚙合，第三離合器C3嚙合。動力通過輸入軸再由第一離合器Cl和第三離合器C3將轉(zhuǎn)速分別傳遞給小太陽輪和行星架，通過電機El提高大太陽輪轉(zhuǎn)速從而提高齒圈輸出轉(zhuǎn)速。四擋換五擋過程控制第二離合器C2嚙合，第三離合器C3嚙合。動力通過輸入軸傳遞給大太陽輪和行星架傳遞，第三離合器C3嚙合，通過電機El將大太陽輪的轉(zhuǎn)速降到第二離合器C2的速度以抵消行星架的反方向轉(zhuǎn)速，從而提高齒圈的轉(zhuǎn)速。五擋換六擋過程控制第二制動器B2嚙合，第三離合器C3嚙合。繼續(xù)通過電機 El將大太陽輪的轉(zhuǎn)速降低至第二制動器B2的速度(即轉(zhuǎn)速為0)，通過小太陽輪帶動行星輪帶動齒圈，第三離合器C3嚙合，行星架與第三離合器C3轉(zhuǎn)速相同，通過電機El提供給齒圈的轉(zhuǎn)速抵消行星架的反方向轉(zhuǎn)速，從而繼續(xù)將齒圈的轉(zhuǎn)速提高。從上述說明可以看出，由于在換擋過程中，電機El介入使車輛始終在扭矩驅(qū)動狀態(tài)下，并且，通過電機El轉(zhuǎn)速的變化驅(qū)動檔位的變化，從而實現(xiàn)無級的、無動力中斷的檔位切換。需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置，其特征在于包括電機、輸入軸、傳動軸、第一離合器Cl、第二離合器C2、第三離合器C3、第一制動器Bi、第二制動器B2、行星排傳動機構(gòu)和差速器，第一離合器Cl、第二離合器C2、第三離合器C3、第一制動器Bl和第二制動器B2安裝在變速器殼體內(nèi)，行星排傳動機構(gòu)由行星架、大太陽輪、小太陽輪、差速器、大太陽輪的行星輪和小太陽輪的行星輪，電機El與輸入軸相連接，輸入軸和傳動軸通過齒輪副與大太陽輪的行星輪嚙合在一起，第一離合器Cl用于連接輸入軸與小太陽輪，第二離合器C2用于連接輸入軸與大太陽輪，第三離合器C3用于連接輸入軸與行星架，第一制動器Bl用于連接行星架與變速器殼體以鎖死行星架，第二制動器B2用于連接大太陽輪與變速器殼體以鎖死大太陽輪，差速器安裝在傳動軸上。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置的換擋控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)通過油門踏板信號和當(dāng)前行駛工況判斷是否需要切換檔位；(2)根據(jù)油門踏板開度和當(dāng)前車速計算出駕駛員期望扭矩及作用在換擋元件上的扭矩；(3)控制電機El扭矩用以抵消換檔時換檔元件打開時扭矩的變化，同時利用電機El轉(zhuǎn)速的變化實現(xiàn)檔位的切換，當(dāng)達到下個期望檔位的轉(zhuǎn)速時，期望檔位的換檔元件開始結(jié)合，直至換檔元件的扭矩在電機El扭矩為零的時候與發(fā)動機扭矩和車輛扭矩達到平衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的換擋控制方法，其特征在于所述步驟(2)計算駕駛員期望扭矩的方法是通過油門踏板開度、車速和扭矩組成的三維表查表得出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的換擋控制方法，其特征在于所述步驟(3)電機El扭矩、電機El轉(zhuǎn)速是根據(jù)等效杠桿法計算得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的換擋控制方法，其特征在于所述步驟(3)檔位切換包括以下過程一擋換二擋過程控制第二制動器B2嚙合，第一離合器Cl嚙合，動力通過輸入軸分別經(jīng)過第一離合器Cl和第二制動器B2進行傳遞至齒圈，通過電機El提供抵消反方向的力使行星架鎖死大太陽輪，將大太陽輪的負(fù)轉(zhuǎn)速提高至第二制動器B2，該第二制動器B2速度為.0，提高齒圈的輸出轉(zhuǎn)速；二擋換三擋過程控制第一離合器Cl嚙合，第二離合器C2嚙合，動力通過輸入軸再由第一離合器Cl和第二離合器C2將轉(zhuǎn)速分別傳遞給小太陽輪和大太陽輪，通過電機El抵消反方向的力，將大太陽輪的轉(zhuǎn)速提高到第二離合器C2的轉(zhuǎn)速，使大太陽輪與小太陽輪速度相同，提高齒圈的輸出轉(zhuǎn)速；三擋換四擋過程控制第一離合器Cl嚙合，第三離合器C3嚙合，動力通過輸入軸再由第一離合器Cl和第三離合器C3將轉(zhuǎn)速分別傳遞給小太陽輪和行星架，通過電機El提高大太陽輪轉(zhuǎn)速，從而提高齒圈輸出轉(zhuǎn)速；四擋換五擋過程控制第二離合器C2嚙合，第三離合器C3嚙合，動力通過輸入軸傳遞給大太陽輪和行星架傳遞，第三離合器C3嚙合，通過電機El將大太陽輪的轉(zhuǎn)速降到第二離合器C2的速度以抵消行星架的反方向轉(zhuǎn)速，從而提高齒圈的轉(zhuǎn)速；五擋換六擋過程控制第二制動器B2嚙合，第三離合器C3嚙合，繼續(xù)通過電機El將大太陽輪的轉(zhuǎn)速降低至第二制動器B2的速度，通過小太陽輪帶動行星輪帶動齒圈，第三離合器C3嚙合，行星架與第三離合器C3轉(zhuǎn)速相同，通過電機El提供給齒圈的轉(zhuǎn)速抵消行星架的反方向轉(zhuǎn)速，從而繼續(xù)將齒圈的轉(zhuǎn)速提高。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無動力中斷換檔的自動變速驅(qū)動裝置及其換擋控制方法，該裝置包括電機、輸入軸、傳動軸、三個離合器、二個制動器、行星排傳動機構(gòu)和差速器，電機E1與輸入軸相連接，輸入軸和傳動軸通過齒輪副與行星排傳動機構(gòu)和差速器相連接，該換擋控制方法包括(1)判斷是否需要切換檔位；(2)計算出駕駛員期望扭矩及作用在換擋元件上的扭矩；(3)控制電機E1扭矩用以抵消換檔時換檔元件打開時扭矩的變化，同時利用電機E1轉(zhuǎn)速的變化實現(xiàn)檔位的切換。本發(fā)明設(shè)計合理，通過電機使車輛始終處于扭矩驅(qū)動狀態(tài)下并通過電機E1轉(zhuǎn)速的變化驅(qū)動檔位的變化，從而實現(xiàn)無級且無動力中斷的檔位切換功能，提高了工作效率，具有方法簡單、安全可靠等特點。
文檔編號F16H61/68GK102562968SQ201210038899
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者仁杰, 啜韋偉, 王玉寶, 問偉舟 申請人:天津同步動力科技有限公司