CN1091416C

CN1091416C - 汽车自动变速方法及装置

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Publication number: CN1091416C
Application number: CN98105008A
Authority: CN
Inventors: 倪高松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: CN1207350A

Abstract

一种汽车自动变速方法及装置，其特征在于机械变速器(20)的最高档换档元件为摩擦离合器(C)，最高档以下各档换档元件均为牙嵌式离合器，换档时，电子控制装置控制摩擦离合器(C)的动扭矩，在当前档牙嵌式离合器的零扭矩窗分离当前档牙嵌式离合器，以及在同步转速范围(OS·GR_T-K＜IS＜OS·GR_T+K)接合目标档牙嵌式离合器。本发明克服了自动液力变速器结构复杂、成本高，自动机械变速器非动力换档的缺点，不仅结构简单、成本低，而且性能好。

Description

汽车自动变速方法及装置

本发明涉及汽车自动变速器，特别是电控机械式自动变速器(Electro-MechanicalAutomatic Transmission)的改进。

在现有汽车自动变速器中，应用最早、最普遍，技术上最成熟的是液力自动变速器(Automatic Transmission)，该自动变速器由液力变扭器、行星齿轮变速器、液压或电液控制系统组成，其所有各档均采用摩擦离合器、制动器或单向离合器换档，并且实现了动力换档(换档过程中动力传动不中断的换档)，因而性能好，不足之处在于结构复杂，制造成本高，燃油经济性差。近十几年来，由于电子控制技术特别是微机控制技术的飞速发展，在传统同步器式手动变速器基础上采用电子控制技术实现的电控机械式自动变速器，由于具有结构简单，制造成本低，燃油经济性好，易于维修等优点而开始得到了应用。有关电控机械式自动变速器的先有技术详见US4,361,060、US4,595,986、US4,614,126、US4,648,290、US4,676,115、US4,784,019、US4,874,881、US4,899,607、US5,050,427、US5,136,987以及中国专利申请94116010.6等，其中与本发明最相近的是US4,361,060所述的电控机械式自动变速器，该自动变速器包括一个由油门控制的发动机、一个机械式变速器、一个可操纵将发动机与变速器相连的离合器(主离合器)、一个同步装置和一个电子控制系统，其中机械式变速器具有一个输入轴和一个与汽车驱动轴相连的输出轴，在输入轴和输出轴之间，具有若干可选择由牙嵌式离合器接合的前进档或倒退档常啮合齿轮副；同步装置包括一个位于变速器输入轴和变速器壳体之间，工作时使输入轴转速降低的减速同步制动器和一个位于变速器一档(最低速前进档)从动齿轮和变速器输出轴之间，工作时使输入轴转速升高的加速同步离合器；电子控制系统包括一个电子控制装置、一个油门执行装置、一个变速器换档执行装置、一个油门位置传感器、一个发动机转速传感器、一个变速器输入转速传感器、一个变速器输出转速(车速)传感器和一个档位传感器。电子控制装置按预定程序实时采集和处理传感器送来的油门位置信号、发动机转速信号、变速器输入、输出转速信号以及档位信号，并根据处理结果向油门执行装置、变速器换档执行装置、主离合器以及同步装置发出控制信号，实现汽车自动起步行驶、变速器自动换档等功能。该自动变速器在传统同步器式手动变速器的基础上取消了所有档位的同步器(有同步环的同步牙嵌式离合器)，代之以无同步环的牙嵌式离合器(易啮合套或滑移齿轮)，通过电子同步解决换档冲击问题，达到了进一步简化结构，降低制造成本以及提高可靠性和使用寿命的目的，但是其制造成本仍然较高，技术难度大，特别是在性能方面与自动液力变速器相比还具有一定的差距。这些不足主要是由于其同传统手动变速器一样为非动力换档造成的。其非动力换档控制过程是：首先控制油门执行装置减小或关闭发动机油门，在主离合器即将反向传递动力时控制主离合器分离，切断发动机与变速器的联系，再控制变速器换档执行装置将变速器从当前档换入空档，然后控制减速同步制动器或加速同步离合器，降低或升高变速器输入转速，使该转速达到同步转速范围(此时目标档牙嵌式离合器的主、从动部分基本同步)，再控制变速器换档执行装置将变速器换入目标档，最后控制油门执行装置恢复油门位置(驾驶员通过油门踏板控制的位置)，并且在发动机转速上升至与变速器输入轴转速大致相等时控制主离合器接合。从上述非动力换档过程可以看到：(1)换档过程中变速器中断了发动机的动力传递，即汽车失去了驱动力，因此降低了汽车的加速性能；(2)换档过程中汽车驱动力的中断使汽车行驶的平顺性较差；(3)发动机在换档前从较高转速降至较低转速，动能的减少转化成了摩擦损失，在换档后要从较低转速升到较高转速，动能的提高需要额外消耗燃油，因此降低了汽车行驶的燃油经济性；(4)换档过程动作多，使换档经历的时间较长，亦即汽车驱动力中断的时间较长，进一步降低了汽车的加速性能，或者为了缩短换档时间，需要增大执行部件的功率，致使制造成本较高；(5)汽车起步和变速器换档都要依靠主离合器打滑工作才能完成，使主离合器工作频繁，降低了主离合器的使用寿命；(6)换档过程需要一个专门的油门执行装置控制操发动机，该执行装置需要电子控制装置提供驱动控制信号，增加了电子控制装置的复杂性，这些均使制造成本较高；(7)由于主离合器兼有非动力换档切断发动机动力的功能，使得主离合器使汽车起步的功能必须采用电子控制实现，众所周知，该控制(至少要求汽车起步平稳并保证发动机在各种情况下不熄火)是电控机械式自动变速器的一个难点；(8)由于主离合器的起步控制采用电子控制，当电子控制装置失效时，汽车将不能起步行驶，降低了汽车行驶的可靠性。其次，该自动变速器为了实现牙嵌式离合器的无冲击换档或为了将换档冲击控制在可以接受的范围内，专门增加了一个结构比较复杂的同步装置，并且所进行的转速同步控制由于牙嵌式离合器的从动部分随变速器输出轴转动，该输出轴通过汽车驱动轴与汽车差速器或驱动轮相连，转动惯量很大，主动部分随输入轴转动，输入轴由于随其转动的齿轮部件较多，转动惯量也较大而具有较高的精度要求，这些进一步增加了该自动变速器的技术难度和制造成本。

本发明的目的是提供一种利用牙嵌式离合器实现动力换档，因而结构更简单、制造成本更低，性能更好，并且技术难度较低的汽车自动变速方法及装置。

本发明是这样实现的：

一种汽车自动变速方法，该汽车包括一个由油门控制的发动机E、一个机械式变速器20、一个位于发动机与机械式变速器之间的主离合器10和一个电子控制系统，其中机械式变速器具有一个输入轴和一个与汽车驱动轴相连的输出轴，在输入轴和输出轴之间，具有若干前进档或倒退档常啮合齿轮副；电子控制系统包括一个电子控制装置、一个变速器换档执行装置、一个油门位置传感器、一个发动机转速传感器、一个变速器输入转速传感器、一个变速器输出转速(车速)传感器和一个档位传感器，该自动变速方法的特征在于机械式变速器的最高(速)档采用摩擦离合器C换档，最高档以下各档均采用牙嵌式离合器换档，换档时电子控制装置控制摩擦离合器C的动扭矩，在所述动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，与机械式变速器的输入扭矩M_I大致相等时分离当前档牙嵌式离合器，随后在变速器输入转速降低或升高到同步转速范围时接合目标档牙嵌式离合器。

机械式变速器20的最高档以下各档最好通过一个公共的单向离合器F输入或输出扭矩。

电子控制装置可以按下述步骤分离当前档牙嵌式离合器：

(1)采集发动机E的状态参数，按预先确定的发动机的扭矩输出特性，求出当前发动机的输出扭矩M_E；

(2)采集主离合器10的状态参数，按预先确定的主离合器的扭矩特性，求出其当前传递给机械式变速器20的输入扭矩M_I；

(3)按预先确定的摩擦离合器C的动扭矩控制特性求出控制目标值，该目标值使摩擦离合器C的动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，等于当前机械式变速器的输入扭矩M_I；

(4)按求出的控制目标值控制摩擦离合器C，并且在控制进入稳态时给当前档牙嵌式离合器一个分离力，该分离力至少能够克服由控制精度决定的当前档牙嵌式离合器传递的接近于零的扭矩所产生的最大摩擦阻力。

电子控制装置还可以按下述步骤分离当前档牙嵌式离合器：

(1)预先给当前档牙嵌式离合器一个分离力，该分离力仅能克服当前档牙嵌式离合器传递的接近于零的某一预定扭矩所产生的最大摩擦阻力；

(2)至少在当前档牙嵌式离合器传递的扭矩小于预定扭矩期间，控制摩擦离合器(C)的动扭矩增长速度，使该期间所经历的时间大于牙嵌式离合器的分离时间。

一种汽车自动变速装置，包括一个由油门控制的发动机E、一个机械式变速器20、一个位于发动机与机械式变速器之间的主离合器10和一个电子控制系统，其中机械式变速器具有一个输入轴和一个与汽车驱动轴相连的输出轴，在输入轴和输出轴之间，具有若干前进档或倒退档常啮合齿轮副；电子控制系统包括一个电子控制装置、一个变速器换档执行装置、一个油门位置传感器、一个发动机转速传感器、一个变速器输入转速传感器、一个变速器输出转速(车速)传感器和一个档位传感器，本发明的特征在于机械式变速器的最高(速)档采用摩擦离合器C换档，最高档以下各档均采用牙嵌式离合器换档，换档时电子控制装置控制摩擦离合器C的动扭矩，在所述动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，与机械式变速器的输入扭矩M_I大致相等时分离当前档牙嵌式离合器，随后在变速器输入转速降低或升高到同步转速范围时接合目标档牙嵌式离合器。

机械式变速器20可以由前置主变速器和后置副变速器组成，主变速器最高档的从动齿轮直接或通过摩擦离合器C与副变速器的输出轴相连，最高档以下各档的从动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与主变速器的输出轴相连，该主变速器的输出轴则直接与副变速器的输入轴或输入端相连。

机械式变速器20最好包括一个单向离合器F，该单向离合器位于最高档以下各档的公共输入端或输出端。

包括单向离合器F的机械式变速器20可以是这样一种结构，其输出轴由第一和第二输出轴组成，第一和第二输出轴同轴，二者通过单向离合器F相连，并且最高档的从动齿轮直接或通过摩擦离合器C与第二输出轴相连，最高档以下各档的从动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与第一输出轴相连。

包括单向离合器F的机械式变速器20也可以是这样一种结构，其最高档的主动齿轮直接或通过摩擦离合器C与主离合器10或发动机E相连，最高档以下各档的主动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与变速器输入轴相连，该输入轴则通过单向离合器F与主离合器10相连。

包括单向离合器F的机械式变速器20也可以是这样一种结构，它包括一对常啮合齿轮副(23，27)，该齿轮副的主动齿轮23固定在发动机曲轴上，从动齿轮27安装在变速器输入轴上，通过主离合器10和单向离合器F与该输入轴相连，此外，从动齿轮27还通过摩擦离合器C与最高档的主动齿轮相连，而最高档以下各档的主动齿轮则直接或通过牙嵌式离合器与变速器输入轴相连。

包括单向离合器F的机械式变速器20还可以是这样一种结构，它由前置主变速器和后置副变速器组成，主变速器最高档的从动齿轮直接或通过摩擦离合器C与副变速器的输出轴相连，最高档以下各档的从动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与主变速器的输出轴相连，该主变速器的输出轴则通过单向离合器F与副变速器的输入轴或输入端相连。

上述机械式变速器20最好还包括一个由电子控制装置控制操纵的锁止离合器C_L，该锁止离合器与单向离合器F并联在一起。

对于单向离合器F位于最高档以下各档公共输入端的机械式变速器20，其锁止离合器C_L最好位于发动机与变速器输入轴之间。

主离合器10可以是一个离心式离合器、液力偶合器或液力变扭器。

摩擦离合器C可以是一个电磁离合器。

本发明利用牙嵌式离合器实现了动力换档，因而具有下述优点：

(1)换档过程中变速器未中断发动机的动力传递，即汽车在换档过程中仍然具有驱动力，因此提高了汽车的加速性能；

(2)换档过程中汽车的驱动力未中断，并且除换至最高档外，由于换档过程中摩擦离合器C始终处于打滑状态，不经历从打滑到静止的过程，避免了扭矩扰动，因此提高了汽车行驶的平顺性；

(3)发动机在换档过程中仍然供油，其转速由摩擦离合器C控制，在升档或降档换档过程中其转速基本上是直接下降或上升到同步转速范围，避免了其转速不必要的下降或下降过多所造成的损失，即使在升档换档过程中必要的下降，其动能的减少也部分地转化(通过摩擦离合器C的动扭矩)成了对汽车的驱动力，因此提高了汽车行驶的燃油经济性；

(4)由于换档过程中不需要减小或关闭发动机油门，也不需要分离或接合主离合器，因此换档过程经历的时间较短，有利于提高汽车的加速性能，从另一个角度说，换档执行部件的功率可以较小，因此制造成本较低；

(5)由于变速器换档不再需要主离合器工作，主离合器的功能仅限于使汽车起步以及防止发动机在汽车起步或制动时熄火，工作不再那样频繁，提高了主离合器的使用寿命，另一方面，主离合器可采用离心式离合器、液力偶合器或变扭器，避免了采用电子控制，不仅降低了的技术难度，降低了制造成本，而且提高了汽车起步的性能和可靠性；

(6)由于换档过程中不需要减小或关闭发动机油门，避免了采用专门的油门执行装置，降低了电子控制装置的复杂性，因此降低了制造成本。

其次，本发明控制转速同步实现牙嵌式离合器的无冲击换档，是通过控制摩擦离合器C实现的，而摩擦离合器C是最高档的换档元件，也就是说避免了采用专门的同步装置，进一步降低了制造成本。

此外，本发明由于采用单向离合器还具有下述优点：

①接合摩擦离合器C后，在其动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，增加至大于或等于机械式变速器的输入扭矩M_I，即发动机动力从最高档以下各档完全转移至最高档传递时，单向离合器能及时地切断最高档以下各档传动部件与变速器输入端或输出端的联系，避免牙嵌式离合器反向传递动力，一方面降低了摩擦离合器C的控制要求，另一方面可以保证当前档牙嵌式离合器在其传递扭矩减为零时分离，所需的分离力较小，还可以保证目标档牙嵌式离合器接合后不会传递冲击扭矩，进一步改善了汽车行驶的平顺性；

②最高档和次最高档之间的换档可不进行接合或分离牙嵌式离合器的操作，仅进行接合或分离摩擦离合器C的操作即可，控制操作更加简单，换档时间更短。这一点特别重要，因为变速器在最高档和次最高档之间的换档最为频繁；

③动力换档时，单向离合器自动切断最高档以下各档传动部件与变速器输入端或输出端的联系，使牙嵌式离合器的主动或从动部分仅为一根转动惯量很小的轴，大大降低了转速同步的控制精度要求，特别是对于发动机功率较小的汽车，例如摩托车，转速同步控制精度要求降低到无须控制的程度，只要在同步转速以下，分离当前档牙嵌式离合器后可以立即接合目标档牙嵌式离合器，其所产生的换档冲击足够小，因此不仅降低了实现的技术难度，而且进一步降低了制造成本；

④不需要分离主离合器，也不需要将变速器换入空档，只要驾驶员放松油门踏板，就可使汽车进入滑行，提高了汽车行驶的燃油经济性，而且在滑行过程中，可以直接控制牙嵌式离合器换档，避免在加速瞬间进行换档操作，从而显著地减少牙嵌式离合器和摩擦离合器C的换档次数，延长其使用寿命，当滑行结束后加速时，由于加速之前不须进行换档(从空档换入某档)操作，可以立即进行加速，加速反应时间短，有利于行驶安全。

汽车在减速行驶过程中，特别是下长坡需要利用发动机制动时，需要接合锁止离合器将单向离合器锁止，从而使制造成本有所增加，但是从上述分析可以看到，成本的增加在一定程度上被其带来的更多的优点以及导致的其它部位的成本的降低所补偿了。

综上所述，本发明利用牙嵌式离合器实现动力换档，不仅结构简单、制造成本低，而且性能好，易于实现。

图1是本发明用于发动机前置后驱动汽车的机械式变速器20的一个结构布置图。

图2是本发明用于重型汽车的机械式变速器20的一个结构布置图。

图3是本发明用于发动机前置前驱动汽车的机械式变速器20的一个结构布置图。

图4是本发明用于发动机前置后驱动汽车的机械式变速器20的另一个结构布置图。

图5是本发明用于重型汽车的机械式变速器20的另一个结构布置图。

图6是本发明用于发动机前置前驱动汽车的机械式变速器20的另一个结构布置图。

图7是本发明用于发动机前置前驱动汽车的机械式变速器20和主离合器10的结构布置图。

图8是本发明用于摩托车的机械式变速器20的一个结构布置图。

图9是本发明的电子控制装置控制图1、图2或图3所示机械式变速器20动力换档的一个程序流程图。

图10是本发明的电子控制装置控制图4、图5、图6或图7所示机械式变速器20动力换档的一个程序流程图。

图11是本发明的电子控制装置控制图7所示摩托车用机械式变速器20动力换档的一个程序流程图。

图12是电子控制装置控制图1或图4所示机械式变速器20在最高档以下各档之间升档换档时，有关扭矩和转速的变化过程。

图13是电子控制装置控制图1或图4所示机械式变速器20在最高档以下各档之间降档换档时，有关扭矩和转速的变化过程。

如图1，机械式变速器20具有一个输入轴16、一个中间轴17和一个输出轴18，输出轴与输入轴同轴，中间轴与输入轴平行，输入轴通过主离合器10与发动机E相连，在输入轴与中间轴之间布置有一个各档公共常啮合齿轮副(24，25)，在中间轴与输出轴之间布置有前进档常啮合齿轮副(31，32、33，34、37，38和21，22)和倒档主、从动齿轮(26，28)，其中最高档常啮合齿轮副(21，22)位于最后端，在最高档从动齿轮22与输出轴之间布置有一个摩擦离合器C，在最高档以下各档的从动齿轮与输出轴之间均布置有牙嵌式离合器(41，42)。

如图2，机械式变速器20由一个前置主变速器和一个后置副变速器组成，前置主变速器除摩擦离合器C外，其余与图1所示结构相同，后置副变速器具有一个太阳外齿轮45、太阳内齿轮46和若干个安装在行星架48上分别与太阳外齿轮45和太阳内齿轮46啮合的行星齿轮47，其中太阳外齿轮45安装在主变速器的输出轴上；行星架48与副变速器的输出轴19相连；太阳内齿轮46通过牙嵌式离合器43与输出轴19或变速箱体49相连。摩擦离合器C通过行星架48将最高档从动齿轮22与输出轴19相连。

如图3，机械式变速器20具有两各相互平行的输入轴16和输出轴18，输入轴16通过主离合器10与发动机E相连，输出轴通过其前端的输出齿轮29与汽车差速器或驱动轴相连，在输入轴和输出轴之间布置有前进档常啮合齿轮副(31，32、33，34、35，36、37，38和21，22)和倒档主、从动齿轮(26，28)，其中最高档常啮合齿轮副(21，22)位于最后端，在最高档主动齿轮21和输入轴之间布置有一个摩擦离合器C，在最高档以下各档主动齿轮与输入轴或从动齿轮与输出轴之间布置有牙嵌式离合器(41，42)。

如图4，机械式变速器20与图1所示结构基本相同，不同之处在于其输出轴由第一输出轴18和第二输出轴19组成，并且在第一输出轴与第二输出轴之间布置有一个单向离合器F，此外，摩擦离合器C布置在最高档从动齿轮22与第二输出轴之间。

如图5，机械式变速器20与图2所示结构基本相同，不同之处在于其主变速器的输出轴18与副变速器的输入部件即太阳外齿轮45之间布置有一个单向离合器F。

如图6，机械式变速器20与图3所示结构基本相同，不同之处在于其输出轴由一个空心输出轴18和一个实心输出轴19组成，其中实心输出轴从空心输出轴之中穿过，二者在后端通过单向离合器F相连，前进档和倒档从动齿轮均安装在空心输出轴上，输出齿轮29安装在实心输出轴前端，摩擦离合器C则安装在实心输出轴后端，位于最高档从动齿轮22与实心输出轴之间。

如图7，机械式变速器20具有两个相互平行的输入轴16和输出轴18，输入轴依次通过单向离合器F和主离合器10与发动机E相连，输出轴通过其前端的输出齿轮29与汽车差速器或驱动轴相连，在输入轴和输出轴之间布置有前进档常啮合齿轮副(31，32、33，34、35，36、37，38和21，22)和倒档主、从动齿轮(26，28)，其中最高档常啮合齿轮副(21，22)位于最前端，在最高档主动齿轮21和主离合器10之间布置有一个摩擦离合器C，在最高档以下各档主动齿轮与输入轴或从动齿轮与输出轴之间布置有牙嵌式离合器(41，42)；主离合器10是一个具有锁止离合器C_L的液力变扭器或液力偶合器，其泵轮P与发动机E相连，涡轮T与单向离合器F和摩擦离合器C相连，锁止离合器C_L布置于泵轮和机械式变速器20的输入轴16之间。

如图8，机械式变速器20具有一个箱体44和一个右箱盖49，箱体44与发动机E的曲轴箱连为一体，在其中布置有与发动机E的曲轴15平行的输入轴16和输出轴19，在输入轴和输出轴之间布置有若干前进档常啮合齿轮副，其中输入轴伸入右箱盖之中，其上通过轴承安装有从动齿轮27，该从动齿轮通过主离合器10和单向离合器F与输入轴相连，与固定在曲轴15右端的主动齿轮23常啮合；输出轴的左端伸出箱体左端，其上固定有输出齿轮29；最高档常啮合齿轮副(21，22)位于箱体右端，采用摩擦离合器C换档，该摩擦离合器C位于右箱盖中的输入轴上，一端与从动齿轮27相连，另一端通过空心轴套39与主动齿轮21相连；最高档以下各档(图中未示出其常啮合齿轮副)采用滑移齿轮或牙嵌式离合器(图中未示出)换档，牙嵌式离合器布置在输入轴或输出轴上。

图9、图10和图11所示程序流程图中，延时T的取值至少应等于转速控制的调整时间，即从控制输入转速IS开始，到该转速稳定在控制要求的同步转速范围内所经历的时间，以确保接合目标档牙嵌式离合器时输入转速IS处于同步转速范围内，即OS·GR_T-K＜IS＜OS·GR_T+K或OS·GR_T-K＜IS＜OS·GR_T-Y(OS为变速器输出转速，GR_T为目标档传动比，K为目标档牙嵌式离合器容许接合的最大转速差值)。X是考虑分离牙嵌式离合器时，输入转速低于OS·GR_T或OS·GR_P(GR_P为当前档传动比)不要过多，以免换档时转速波动过大，其值越小越好，但受转速控制精度所限不能取得过小。Y是为确保接合目标档牙嵌式离合器时无冲击或冲击足够小选取的，取Y值为转速最大检测误差累积值：设输入转速IS和输出转速OS的检测误差均为5r/min，GR_T为4，则Y＝5+5×4＝25r/min。控制摩托车动力换档时，由于发动机功率较小，使机械式变速器20的尺寸较小，接合牙嵌式离合器容许的不同步转速很大，分离当前档牙嵌式离合器后输入转速IS就处于同步转速范围，因此，不需要进行转速同步控制，在分离当前档牙嵌式离合器后立即接合目标档牙嵌式离合器。

有关K的具体取值可由试验确定，也可参考其它公知技术选取，目的是要保证接合目标档牙嵌式离合器时所产生的冲击在可以接受的范围内。

图12或13中，M_P为当前档传递给变速器输出轴的扭矩，M_T为目标档传递给变速器输出轴的扭矩，M_C为摩擦离合器C的动扭矩，M_O为变速器输出扭矩，并且

t₀时刻：开始换档，摩擦离合器C得到接合信号；

t₁时刻：摩擦离合器C开始接合，其动扭矩M_C＝0；

t₂时刻：开始分离当前档牙嵌式离合器；

t₃时刻：当前档牙嵌式离合器分离完毕；

t₄时刻：开始接合目标档牙嵌式离合器；

t₅时刻：目标档牙嵌式离合器接合完毕，开始分离摩擦离合器C；

t₆时刻：摩擦离合器C分离完毕，动力换档结束。

由于换档过程经历的时间较短，汽车的质量较大，输出转速0S在换档过程中基本不变。

为了作图方便，有关变量随时间增大、减小或基本不变的关系用直线表示，不一定表示线性变化关系。

下面以电子控制装置控制图7所示机械式变速器20为例，对本发明作进一步说明。

用于控制图7所示机械式变速器20的电子控制装置包括一个电子控制单元，该单元与

一个用于检测发动机油门开度的油门位置传感器；

一个用于检测涡轮T的转速，即机械式变速器20的输入转速IS的输入转速传感器；

一个用于检测输出轴18的转速，即机械式变速器20的输出转速OS的输出转速传感器；

一个用于检测牙嵌式离合器的接合位置，即变速器档位位置的档位传感器；

一个用于驾驶员选择变速器换档功能的功能选择装置；

一个用于操纵牙嵌式离合器的第一换档执行机构；

一个用于操纵摩擦离合器C的第二换档执行机构，以及

一个用于操纵锁止离合器C_L的锁止执行机构相连。

电子控制单元可以是单片机控制系统，按照预定程序检测并处理上述传感器的信息，以及控制第一、第二换档执行机构和锁止执行机构动作。

油门位置传感器可以是检测发动机节气阀行程的位移传感器，也可以是检测发动机进气歧管真空度的压力传感器，其输出的模拟量信号经A/D转换器转换后送给电子控制单元。

转速传感器可以是直流发电机式的模拟量传感器，也可以是电感、电涡流式的数字量传感器，转轴转动一转，输出若干个脉冲信号，经整形电路整形后送给电子控制单元。

功能选择装置可以由几个按键开关组成，也可以是一个多位开关，至少具有空档位、倒档位和前进档自动换档位。

第一、第二换档执行机构和锁止执行机构可以是液压执行机构，也可以是电动执行机构，由于使用了液力变扭器或偶合器，最好采用液压执行机构，以便与液力变扭器或偶合器共用一套液压系统。

当驾驶员选择空档或倒档功能时，电子控制单元检测变速器输出转速OS和油门开度，计算出车速，然后判断。当车速接近于零，例如5km/h以下，并且油门开度为零时，电子控制单元执行选择的功能，将机械式变速器换入空档或倒档。

电子控制单元控制换空档操作过程是，先将锁止离合器C_L分离，然后将当前档(包括倒档)牙嵌式离合器置于分离位置(第一换档执行机构保证任何时候只能接合一个档位的牙嵌式离合器)。由于车速接近于零，此时摩擦离合器C已经置于分离位置。

电子控制单元控制换倒档操作过程是，如果变速器处于前进档，先按换空档操作过程将变速器换入空档，然后将倒档牙嵌式离合器接合或者将倒档中间齿轮(图中未示)移至与倒档主、从动齿轮(26，28)啮合位置。

一般来说，驾驶员应在变速器空档时起动发动机，以防止起动发动机时由于将油门踩下较大而误驱动汽车前进或倒车。为了确保安全，最好在发动机的点火电路里布置一个位置开关，该开关安装在第一换档执行装置中，只有在变速器处于空档时才能接通点火电路。

在发动机起动后，需要使汽车起步行驶或倒车时，可选择自动换档或倒车功能。

当选择自动换档功能时，电子控制单元将变速器置于一档，驾驶员踩下油门踏板，由于液力变扭器或偶合器，汽车将平稳起步行驶。

电子控制单元将变速器置于一档或倒档前，如果变速器输入转速较高，则不会动作，直到变速器输入转速降低到某一安全值以下。当然，可以设置一个制动位置传感器，如果驾驶员在选择前进档或倒档功能时踩下了制动踏板，则电子控制单元可以先通过接合摩擦离合器C将变速器输入转速降低至安全值以下，然后再将变速器置于一档或倒档。

在汽车行驶过程中，电子控制单元通常根据油门开度和车速(由输出转速OS换算得到)这两个参数制订的换档规律决定换档时刻。当发动机转速高于相应油门开度对应的发动机空载转速时，表明汽车处于发动机制动状态，此时若要换档，应在锁止离合器C_L分离的情况下直接控制第一换档执行机构换档，换档后根据需要接合锁止离合器C_L。如果是换至最高档，应分离所有各档的牙嵌式离合器，接合摩擦离合器C，否则摩擦离合器C应处于分离状态，仅保持一个档位的牙嵌式离合器处于接合状态。当发动机转速低于相应油门开度对应的发动机空载转速时，表明汽车处于加速行驶状态，换档按前述动力换档过程进行。具体到本实施例，可先将锁止离合器C_L分离，再接合摩擦离合器C，控制摩擦离合器C的动扭矩，在变速器输入转速达到OS·GR_P-X＜IS＜OS·GR_P-Y时分离当前档牙嵌式离合器，然后在变速器输入转速达到OS·GR_T-K＜IS＜OS·GR_T-Y时接合目标档牙嵌式离合器，最后分离摩擦离合器C，再接合锁止离合器C_L。如果是从某一较低档换至最高档，则在分离当前档牙嵌式离合器后，彻底摩擦离合器C，使其停止打滑。如果是从最高档换至某一较低档，则首先是分离摩擦离合器C，控制摩擦离合器C的动扭矩，在变速器输入转速达到上述同步转速范围后接合目标档牙嵌式离合器，再彻底分离摩擦离合器C，然后再接合锁止离合器C_L。

Claims

1、一种汽车自动变速方法，该汽车包括一个由油门控制的发动机(E)、一个机械式变速器(20)、一个位于发动机与机械式变速器之间的主离合器(10)和一个电子控制系统，其中机械式变速器具有一个输入轴和一个与汽车驱动轴相连的输出轴，在输入轴和输出轴之间，具有若干前进档或倒退档常啮合齿轮副；电子控制系统包括一个电子控制装置、一个变速器换档执行装置、一个油门位置传感器、一个发动机转速传感器、一个变速器输入转速传感器、一个变速器输出转速(车速)传感器和一个档位传感器，本发明的特征在于机械式变速器的最高(速)档采用摩擦离合器(C)换档，最高档以下各档均采用牙嵌式离合器换档，换档时电子控制装置控制摩擦离合器(C)的动扭矩，在所述动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，与机械式变速器的输入扭矩M_I大致相等时分离当前档牙嵌式离合器，随后在变速器输入转速降低或升高到同步转速范围时接合目标档牙嵌式离合器。

2、根据权利要求1所述的汽车自动变速方法，其特征在于机械式变速器(20)的最高档以下各档通过一个公共的单向离合器(F)输入或输出扭矩。

3、根据权利要求1或2所述的汽车自动变速方法，其特征在于电子控制装置按下述步骤分离当前档牙嵌式离合器：

(1)采集发动机(E)的状态参数，按预先确定的发动机的扭矩输出特性，求出当前发动机的输出扭矩M_E；

(2)采集主离合器(10)的状态参数，按预先确定的主离合器的扭矩特性，求出其当前传递给机械式变速器(20)的输入扭矩M_I；

(3)按预先确定的摩擦离合器(C)的动扭矩控制特性求出控制目标值，该目标值使摩擦离合器(C)的动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，等于当前机械式变速器的输入扭矩M_I；

(4)按求出的控制目标值控制摩擦离合器(C)，并且在控制进入稳态时给当前档牙嵌式离合器一个分离力，该分离力至少能够克服由控制精度决定的当前档牙嵌式离合器传递的接近于零的扭矩所产生的最大摩擦阻力。

4、根据权利要求1或2所述的汽车自动变速方法，其特征在于电子控制装置按下述步骤分离当前档牙嵌式离合器：

5、一种汽车自动变速装置，包括一个由油门控制的发动机(E)、一个机械式变速器(20)、一个位于发动机与机械式变速器之间的主离合器(10)和一个电子控制系统，其中机械式变速器具有一个输入轴和一个与汽车驱动轴相连的输出轴，在输入轴和输出轴之间，具有若干前进档或倒退档常啮合齿轮副；电子控制系统包括一个电子控制装置、一个变速器换档执行装置、一个油门位置传感器、一个发动机转速传感器、一个变速器输入转速传感器、一个变速器输出转速(车速)传感器和一个档位传感器，本发明的特征在于机械式变速器的最高(速)档采用摩擦离合器(C)换档，最高档以下各档均采用牙嵌式离合器换档，换档时电子控制装置控制摩擦离合器(C)的动扭矩，在所述动扭矩折算至机械式变速器输入端的值M_CI，与机械式变速器的输入扭矩M_I大致相等时分离当前档牙嵌式离合器，随后在变速器输入转速降低或升高到同步转速范围时接合目标档牙嵌式离合器。

6、根据权利要求5所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)由前置主变速器和后置副变速器组成，主变速器最高档的从动齿轮直接或通过摩擦离合器(C)与副变速器的输出轴相连，最高档以下各档的从动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与主变速器的输出轴相连，该主变速器的输出轴则直接与副变速器的输入轴或输入端相连。

7、根据权利要求5所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)包括一个单向离合器(F)，该单向离合器位于最高档以下各档的公共输入端或输出端。

8、根据权利要求7所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)的输出轴由第一和第二输出轴组成，第一和第二输出轴同轴，二者通过单向离合器(F)相连，并且最高档的从动齿轮直接或通过摩擦离合器(C)与第二输出轴相连，最高档以下各档的从动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与第一输出轴相连。

9、根据权利要求7所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)最高档的主动齿轮直接或通过摩擦离合器(C)与主离合器(10)或发动机(E)相连，最高档以下各档的主动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与变速器输入轴相连，该输入轴则通过单向离合器(F)与主离合器(10)相连。

10、根据权利要求7所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)包括一对常啮合齿轮副(23，27)，该齿轮副的主动齿轮(23)固定在发动机曲轴上，从动齿轮(27)安装在变速器输入轴上，通过主离合器(10)和单向离合器(F)与该输入轴相连，此外，从动齿轮(27)还通过摩擦离合器(C)与最高档的主动齿轮相连，而最高档以下各档的主动齿轮则直接或通过牙嵌式离合器与变速器输入轴相连。

11、根据权利要求7所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)由前置主变速器和后置副变速器组成，主变速器最高档的从动齿轮直接或通过摩擦离合器(C)与副变速器的输出轴相连，最高档以下各档的从动齿轮直接或通过牙嵌式离合器与主变速器的输出轴相连，该主变速器的输出轴则通过单向离合器(F)与副变速器的输入轴或输入端相连。

12、根据权利要求7～11所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)包括一个由电子控制装置控制操纵的锁止离合器(C_L)，该锁止离合器与单向离合器(F)并联在一起。

13、根据权利要求9所述的汽车自动变速装置，其特征在于机械式变速器(20)包括一个由电子控制装置控制操纵的锁止离合器(C_L)，该锁止离合器位于发动机与变速器输入轴之间。

14、根据权利要求5～11或13所述的汽车自动变速装置，其特征在于主离合器(10)为离心式离合器、液力偶合器或液力变扭器。

15、根据权利要求12所述的汽车自动变速装置，其特征在于主离合器(10)为离心式离合器、液力偶合器或液力变扭器。

16、根据权利要求5～11或13所述的汽车自动变速装置，其特征在于摩擦离合器(C)是一个电磁离合器。

17、根据权利要求12所述的汽车自动变速装置，其特征在于摩擦离合器(C)是一个电磁离合器。

18、根据权利要求14所述的汽车自动变速装置，其特征在于摩擦离合器(C)是一个电磁离合器。

19、根据权利要求15所述的汽车自动变速装置，其特征在于摩擦离合器(C)是一个电磁离合器。