跳跃换挡选择控制系统和方法

专利名称：跳跃换挡选择控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及自动变速系统的的控制系统和方法，包括用于自动控制改变车辆的变速器齿轮传动比的手动操作换档选择器，使得车辆驾驶员或操作者具有某些剩余的控制措施。具体地说，本发明涉及包括自动执行可允许的驾驶员选择变速器传动比换档的半自动控制机械改变齿轮变速器的控制系统和方法。更具体地说，本发明涉及控制半自动机械变速器的系统和方法，其中第一期间的挂高速档或挂低速档方向或选择位置的变速选择杆或其它选择装置的运动和保持被解释为操作者要求在该方向的单个换档，以及至少更长的第二期间的挂高速档或挂低速档方向或选择位置的变速杆或其它选择装置的运动和保持被解释为操作者要求在该方向的直接跳跃换档。
在现有技术中已知的载重车辆(比如载重卡车和/或客车)和汽车的全自动变速器系统包括用于检测油门开度或位置、车辆速度、发动机速度等的传感器，并且该系统根据传感器的输出自动对车辆变速器换档。这种全自动齿轮变换变速器包括这样的变速器，其中用加压的流体使一个或多个部件磨擦地与其它部件啮合或与基底啮合，得到所选择的齿轮传动比，以及自动机械变速器采用电子、液压和/或气压的逻辑部件和执行机构使机械(即刚性的)离合器结合或脱离，得到所要求的齿轮变速比。这种变速器可以参看美国专利No.3,961,546；4,081,065；4,361,060；5,050,079和5,109,729，这些专利公开的内容在此作为参考。
对许多车辆而言，车辆驾驶员喜欢控制选择齿轮传动比，特别是因为他们能够看到和/或了解到前面道路的特征和/或正在行进的道路的特征。
这是通过提供半自动机械变速器控制实现的，其中在多个齿轮传动比之间进行自动改变，同时通常允许驾驶员进行选择，改变特定的齿轮传动比，以及是选择即时的连续加速传动比还是减速传动比，或通过重复选择跳跃一个或多个传动比。这种半自动变速器的例子可以参看美国专利No.4,648,290；4,800,360；4,930,081；5,385,515和5,406,861，这些专利公开的内容在此作为参考。
虽然上述半自动机械变速器控制确实提供了非常需要的半自动控制，但是这种控制仍在被改进之中。通过变速选择杆的重复脉动或运动选择直接单个换档或跳跃换档具有很大的优点，但是计算所需运动的数目和计算进行所需运动的数目是很重的负担。这在可能具有9、10、12、13、16或18个前进档传动比的载重车辆的现代机械变速器中是需要特别注意的。这种多速机械变速器的例子可以参看美国专利No.4,648,290；4,735,109；4,754,665和5,390,561，这些专利公开的内容在此作为参考。
通过提供一种控制和控制方法，已经最大限度地克服了现有技术的半自动机械变速器控制的缺点，该控制方法将变速选择器保持在一个给定的位移方向，使变速器保持在当前啮合的传动比，并且通过允许的可啮合传动比以给定的方向滚动显示，当将变速选择杆释放到中央位置时，将从当前啮合传动比直接变到当前显示传动比。这种类型的系统可以参看美国专利No.5,385,515；5,406,861和5,416,700，这些专利公开的内容在此作为参考。
根据本发明，提供了一种上述类型的半自动机械变速器系统的控制系统和方法，它将挂高速档或挂低速档中的至少一种的扩展选择解释为驾驶员要求在所选择的换档方向上直接跳跃换档。
本发明的这一目的和其它目的以及优点通过阅读结合附图对优选实施例的详细描述可以看得很清楚。


图1是本发明的半自动机械变换齿轮变速器系统的示意图。
图2是驾驶员手动换档控制的透视图。
图2A是最佳显示的放大图。
图2B是另一选择装置的放大图。
图2C是再一选择装置的放大图。
图4A和4B是本发明的另一实施例的控制系统/方法的流程图。
为了方便，在以下的描述中采用了一些术语，它们只是为了参考的目的，而不是为了进行限制。词“向上”、“向下”、“向右”和“向左”是指进行参考的图中的方向。词“向内”、和“向外”分别是指向着装置和部件的几何中心的方向和离开该中心的方向。上述意义适用于具有类似含义的、从中派生出来的词汇。
术语“简单变速器”用来指改变速度的装置，其中操作者可以选择许多单种齿轮减速中的一种。术语“组合式变速器”用来指具有串联连接的主变速部分和辅助变速部分的变速器，从而通过进一步选择辅助变速器部分中的齿轮减速，可以组合主变速器部分中的被选择的齿轮减速。此处所用的术语“小速比副组合式变速器”是指这样一种组合式变速器，其中辅助变速器用来提供各种可选择的级，以便再分主变速器部分中的齿轮传动比。在小速比副组合式变速器中，主变速器部分一般具有相对宽的级，这些级再由辅助部分细分。此处所用术语“范围型组合式变速器”是指具有与主变速器部分的传动比级相比，相对大的级的辅助部分的组合式变速器。此处所用的术语“挂高速档”是指从较低速齿轮传动比换档到较高速齿轮传动比。此处所用术语“挂低速档”是指从较高速齿轮传动比换档到较低速齿轮传动比。此处所用术语“低速齿轮”、“低齿轮”和/或“第一齿轮”是指在变速器或变速器部分中用于最低前进档速度操作的齿轮传动比(即具有相对于变速器的输入轴的最高减速比的齿轮组)。
换档的“选择方向”是指从特定的齿轮传动比或选择单个或多个挂高速档或选择挂低速档。传动比之间的“替换”是指两个给定的传动比之间的可选择的传动比数；例如在“挂低速档”方向，由分别从第四和第五速度得到的一个和二个传动比来代替第三速度或齿轮传动比。
本发明原则上用于控制任何类型的机械式改变齿轮变速器，适合用于向各种电的、电子的、机械的和/或流体控制部分和/或检测装置提供输出信号以及从这些装置接收命令信号。然而，本发明的控制系统特别有利地适用于这样一种类型的组合式变速器，该变速器具有与小速比副组合式变速器、范围型和/或组合的小速比副组合式变速器/范围型中的至少一个辅助部分相串联连接的非同步主变速器部分。这种变速器在现有技术中是已知的，并在上述美国专利No.4,735,109；4,648,290；4,754,665和5,390,561中描述和示出了。这种变速器系统可以通过常规的磨擦离合器、变扭器或其它方便的动力耦联装置耦联到一个动力单元。
参照图1，有关发动机的信息从发动机控制单元EUC26传到处理单元38。信息交换可以在符合SAE J1922，SAE J1939，ISO 11898或其它可用标准的电子数据链路上进行。处理单元38还可以从适当的传感器接收关于发动机速度或变速器输入轴速度的输入信息，从传感器36接收变速器输出轴速度，以及接收驾驶员的齿轮变速杆或“控制杆”1的挂高速档或挂低速档的执行信息，这在下面将更详细地予以说明。应理解，特别是离合器16是非打滑啮合时，变速器输出轴速度表示车辆地面速度，发动机速度表示变速器输入轴速度，同时变速器输出轴速度表示车辆速度。
本发明同样适用于发动机的控制是通过机械方法实现的系统。这种适合的油门位置传感器和油门踏板或“燃料遥控”或“电操纵”系统在现有技术中是已知的，并在美国专利No.4,250,845；4,305,359；4,319,658和4,461,254中描述和示出了，这些专利公开的内容在此作为参考。
在上述美国专利No.4,361,060；4,648,290；4,930,081和4,930,078中揭示了如图1所示的变速器系统10的逻辑电路、传感器和执行机构。具体地说，处理单元38接收输入信息，并根据预定的逻辑规则对这些信息进行处理，向气动和/或电执行机构提供命令输出信号，控制输入轴制动器18以便迅速挂高速档，以及进行发动机燃料控制或控制发动机26，以便“blip(意义见以下说明)”或“dip(意义见以下说明)”发动机14，和/或控制排气制动器17，以便分别在挂低速档或挂高速档之前迅速达到同步转动，通过操作部分30进行离合器控制，并通过变速器操作部分34进行传动比换档。变速器操作部分34也可以是“X-Y”型的，如美国专利No.4,873,881和4,899,607所描述的那样，这些专利公开的内容在此作为参考。
处理单元还向显示器2输送命令输出信号，这在下面予以更详细的描述。半自动变速器系统10还可以包括典型的脚蹋离合器控制器3，用于从静止到起动和/或低速爬行操作情况。处理单元38接收表示人工控制的离合器控制器3的位置的信号和车辆制动器4的执行情况的信号。另外，也可以不用离合器踏板，离合器的操作可以在处理单元38的控制下实现完全自动化。半自动机械变速器系统10还包括电源和/或气动动力源(未示出)。
该处理单元可以是美国专利No.4,595,986中所示的类型，并且可包括错误检测部分，该类型的所允许的逻辑单元示于美国专利No.4,849,899；4,899,279和4,945,484。
此处所用的术语“blip”是指暂时向发动机14增加输送燃料，而术语“dip”是指瞬时向发动机14减少输送燃料。这些术语通常与油门踏板的操作者选择位置无关，命令发动机燃料控制单元或ECU 26分别向发动机增加和减少输送燃料。
处理单元38可以位于单个盒子中，或事实上可以分布在车辆的许多地方，其中一个可以位于变速器箱中，而另一个可以在驾驶室中或驾驶室附近。处理单元38将于图2A所示类型的显示器相连。
选择器装置可以是选择器杆或按钮或跳动式小开关或任何其它适合的装置或装置组合。这些杆或其它装置已经安装在车辆的驾驶室仪表板上，但更方便地是以与其它已知的转向柱开关相同的方式安装在转向柱上。选择器装置可以作为一对或多对按钮(参见图2B)安装，或作为一个跳动式小开关(参见图2C)安装在转向盘上。这种按钮可以与用于无线电或其它音响系统的已知的遥控器在尺寸、形状和操作方法上类似。
参照图2A，显示器2包括挂高速档显示器42，挂低速档显示器44和当前啮合齿轮传动比显示部分40。如图所示，当前啮合齿轮传动比显示部分40当前显示“6”，表示车辆变速器正以第六齿轮操作。挂高速档显示器部分42具有三个发光的箭头，表示根据检测的输入参数所允许的连续挂高速档的最大数目，这些输入参数是根据预定的逻辑规则或程序处理过的检测的发动机或输入轴速度和检测的输出轴速度。在当前情况，有三个点亮的箭头，表示允许挂一档、两档或三档高速档。因此，驾驶员可以选择实现或七个、八个或九个速度的所允许的换档。挂低速档显示器部分44具有两个发光的箭头，表示根据检测的参数所允许的连续挂低速档的最大数目，这些输入参数是根据预定的逻辑规则或程序处理过的。在当前情况，显示器部分44有两个点亮的箭头，表示允许变速器挂低速档到或第五或第四齿轮。
处理单元38将不发布执行所选择的但是不允许的传动比改变的命令信号。处理单元将进行最接近由操作者选择的所允许的传动比改变。例如，假定如图2A所示显示器2表示的情况是操作者选择挂低速档到第三齿轮，由于这是不允许的，所以处理单元38将不执行挂低速档。然而，在优选实施例中，处理单元38将发布命令输出信号，从第六齿轮两次挂低速档到第四齿轮。不仅拒绝不允许的传动比改变，而且驾驶员通常已经被显示器2提醒，不能企图选择该传动比。
显示器2向操作者提供哪些挂高速档和哪些挂低速档是允许的，哪些挂高速档和哪些挂低速档是不允许的。如果驾驶员不注意警告，那么处理单元38将产生不允许的换档命令，即使系统可以得到机械爪式离合器部件的同步配合。
对换档变速器12而言，驾驶员从图2所示的位置向前(挂高速档)或向后(挂低速档)移动杆1。为了选择单一挂高速档(即换档到第七齿轮)，操作者将向前移动杆1一次，然后该杆在偏斜力的影响下将返回到中间位置。如果在所示的第六齿轮的情况下操作者从非位移的位置向前快速连续移动三次杆，然后允许其返回到静止位置，那么事实上他将跳过两个齿轮，并且几乎立即得到直接到达第九速度的跳跃换档(即第七和第八速度将不被啮合)。由于自动油门和离合器控制和输入轴和/或发动机的制动，自动和迅速地脱离主离合器16，并且使得有关的所选择的爪式离合器部件与所选择的齿轮变速比协调。控制系统是半自动的，驾驶员必须判断何时挂高速档，何时挂低速档，以及挂高速档或挂低速档有多少齿轮传动比，使齿轮杆、油门踏板和离合器执行协调。一旦驾驶员已经选择了一个允许的齿轮传动比，那么油门加油(blip)，得到在挂低速档期间的必需的同步，或者油门减少加油(dip)，得到在挂高速档期间的必需的同步，所有这些都是由驾驶员通过与发动机燃料控制部分或ECU 26相连的处理单元38自动完成的。
仅仅从中间静止位置就可得到倒档操作模式，然后从当前啮合的中间位置向后移动控制杆1。为了避免不当心从“挂低速档”进入倒档，可以提供倒档按钮1A，必须在要求换档操作时，在操作单元说明处于中间位置的控制杆1向后运动之前，按下该按钮。也可以采用其它避免将齿轮倒档的不当心操作的方法。一个例子是采用位于变速杆端部的任何类型的跳动式小开关或按钮，以代替允许换档按钮1A。
包括主和辅助部分(即组合式变速器)的挂高速档和/或挂低速档对驾驶员来说与仅包括辅助部分(即小速比副组合式变速器)一样简单。在那些提供多种倒档齿轮传动比的变速器中，通过按所示方向向后和向前移动控制杆，可以将变速器挂低速档到较低的倒档传动比，和将变速器挂高速档到较高的倒档传动比。
杆1的单一的移动或脉动是这样一种运动，即杆或者沿挂高速档的方向或者沿挂低速档的方向从中央或非位移/非选择位置移动到位移或选择位置。如果控制杆1在比一段预定的时间长的期间(例如大于0.5至1.0秒，或大于1或2秒)保持在位移或选择位置，那么采用另外的控制逻辑。
如前所述，车辆运动时，12至16种前进档变速器可以具有六种或更多种允许的可啮合传动比。车辆运动时，18种前进档变速器可以具有七种或更多种允许的可啮合传动比。而通过选择杆1的一系列可重复变速杆运动，可以非常有利地选择直接跳跃换档，而计算所需运动的数目和计算进行所需运动的数目是很重的负担。
根据本发明，如图3A、3B和3C所示，如果操作者将变速选择杆1或其它选择装置保持在一个选择位置，以便在比一个基准时间长的时间(例如1或2秒)为换档选择一个给定的换档方向，那么将执行操作的跳跃换档模式。
在操作的跳跃换档模式中，变速器将执行一个预定数目变速比的直接跳跃换档。例如，如果在六个齿轮中，并且如果在比一段基准时间长的时间杆1移动到和保持在挂高速档方向，假定预定跳跃两个传动比，那么变速器系统将从第六齿轮自动执行直接跳跃换档，到达第八齿轮。
通过这一简单移动和将控制杆保持在给定方向(即挂高速档或挂低速档方向)的选择位置的过程，车辆操作者可以要求在该方向进行直接跳跃换档。
本发明的另一个实施例示于图4A和4B。该实施例中，在比一段基准时间长的时间将控制杆保持在换档选择位置之后释放选择器，也将导致在该选择方向的直接跳跃。
虽然上面在一定程度上描述了本发明，但是应懂得，在不脱离权利要求书限定的本发明的精神和范围的前提下，可作各种修改。
权利要求
1.一种控制自动机械改变齿轮变速器系统(10)的方法，该系统包括多种速度、改变齿轮机械变速器(12)和用于选择挂高速档和挂低速档的人工操作换档选择装置(1)，用于接收包括表示所述换档选择装置的操作的输入信息的处理单元(38)，并根据预定的逻辑规则对这些输入信息进行处理，以便确定当前啮合的和允许啮合的齿轮传动比，并向包括变速器操作部分(34)的非人工控制操作部分发布命令输出信号，所述处理单元检测所述人工换档选择装置的操作，包括选择挂高速档或挂低速档以及选择操作的持续时间，所述方法的特征在于确定由操作者选择的变速器齿轮传动比，以便直接从当前啮合的传动比直接换档到该传动比，假定在比一个基准时间短的时间操作所述变速选择装置，选择挂高速档或挂低速档，表示在所述换档方向操作者选择改变一个传动比；以及假定在比所述基准时间长的时间操作所述变速选择装置，选择挂高速档或挂低速档中的至少一种方式，表示在所选择的换档方向操作者选择直接跳跃换档。
2.权利要求1的方法，进一步包括自动实现可允许的操作者选择换档。
3.权利要求1或2的方法，其中所述跳跃换档是从所述当前啮合传动比算起的两种传动比的一种换档。
4.权利要求1或2的方法，其中所述跳跃换档是从所述当前啮合传动比算起的至少两种传动比的一种换档。
5.权利要求1、2、3或4的方法，其中所述一段基准时间在1秒至2秒的范围内。
6.权利要求1、2、3或4的方法，其中所述一段基准时间在0.5秒至1.0秒的范围内。
7.一种控制自动机械改变齿轮变速器系统(10)的系统，系统(10)包括多种速度、改变齿轮机械变速器(12)和用于选择挂高速档和挂低速档的人工操作换档选择装置(1)，用于接收包括表示所述换档选择装置的操作的输入信息的处理单元(38)，并根据预定的逻辑规则对这些输入信息进行处理，以便确定当前啮合的和允许啮合的齿轮传动比，并向包括变速器操作部分(34)的非人工控制操作部分发布命令输出信号，所述处理单元检测所述人工换档选择装置的操作，包括选择挂高速档或挂低速档中的一种换档以及选择操作的持续时间，所述逻辑规则对确定以下步骤是有效的规则，即确定由操作者选择的变速器齿轮传动比，以便直接从当前啮合的传动比直接换档到该传动比，假定在比一个基准时间短的时间在给定方向选择一种换档，表示在所述方向操作者选择改变一个传动比；所述系统的特征在于所述逻辑规则包括这样的规则，即假定在比所述基准时间长的时间选择所述挂高速档和挂低速档方向的至少一种方式，表示在所述方向操作者选择直接跳跃换档。
8.权利要求7的系统，进一步包括自动实现可允许的操作者选择换档。
9.权利要求7或8的系统，其中所述跳跃换档是从所述当前啮合传动比算起的两种传动比的一种换档。
10.权利要求7或8的系统，其中所述跳跃换档是从所述当前啮合传动比算起的至少两种传动比的一种换档。
11.权利要求7、8或9的系统，其中所述一段基准时间在1秒至2秒的范围内。
12.权利要求7、8或9的系统，其中所述一段基准时间在0.5秒至1.0秒的范围内。
全文摘要
本发明提供了一种自动机械变速器系统(10)的控制系统和方法，允许操作者要求在挂高速挡或挂低速挡方向的至少一个方向直接跳跃换挡，直接换挡到所选择的传动比。在比基准时间(REF)长的一段时间，例如1秒或2秒，把控制杆(1)保持在一个位移位置，将启动跳跃换挡过程。
文档编号F16H59/02GK1157229SQ9611245
公开日1997年8月20日 申请日期1996年10月18日 优先权日1995年10月18日
发明者P·M·福勒, A·施塔西克, R·S·韦勒 申请人:易通公司