用于控制自动的多级变速器的方法

专利名称：用于控制自动的多级变速器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制自动的多级变速器的方法，此多级变速器在机动车的传
动系内在输入侧通过至少一个可控制的磨擦离合器或流体动力学上的变扭器与构成为内燃机的驱动电动机相连，且在输出侧通过车轴驱动装置与驱动轴的可驱动的车轮相连，其中在机动车停车、驱动电动机运行且传动系打开的情况下，借助多级变速器的换挡可阻止或至少限制机动车的滚动。
背景技术：
上述类型的自动的多级变速器应理解为自动的变速器、自动的双离合变速器或行星齿轮-自动变速器。自动变速箱也应落入自动的多级变速器的概念中，自动变速箱的传动比自身可无级地变化，但其中换向变速器(Umschaltgetriebe)使得变速器从动轴的旋转方向转向成为可能，并且其中通过适应地控制传动比改变机构也使得在程序技术方面预先给定的传动比级之间进行切换成为可能。 设计成中间轴式的自动的变速器通常以其输入轴通过唯一可控制的、即自动可接合或可脱离的磨擦离合器(例如可被动闭合的单片或多片干式离合器，或可主动闭合的膜片式离合器)与驱动电动机相连，其中磨擦离合器既满足了起动元件的功能，也满足了换挡离合器的功能。在由两个分别具有输入轴的分变速器组成的自动的双离合变速器中，两个输入轴分别通过可控制的磨擦离合器与驱动电动机相连。相反，行星齿轮-自动变速器通常以其输入轴通过构成起动元件的流体动力学上的变扭器与驱动电动机相连。但是，多级变速器与起动元件的其它组合也是可能的，例如自动的变速器与接在它前面的流体动力学上的变扭器的组合，或行星齿轮-自动变速器与接在它前面的磨擦离合器的组合。
在机动车中，它的传动系包含多级变速器与起动元件的这种组合，在驱动电动机运转时和在传动系打开时，即在多级变速器处于其中间位置时和/或起动元件打开时，总来说来存在着这样的危险，即机动车的相应于挂入的挡位或相应于当前的路面坡度不按驾驶员期望地滚动，这既使机动车乘客，也使其它的交通参与者处于危险的状况中。
因此例如可能的是，机动车配备了自动的多级变速器和可被动闭合的磨擦离合器，在驱动电动机运转、磨擦离合器打开以及挡位挂入时，在离合器控制上出现缺陷的情况下，由于磨擦离合器基于故障的闭合机动车可能会自动地起动。为了避免这一点，例如在DE 199 26 697A1中提出一种装置和方法，按所述方法和装置在机动车不动、驱动电动机运转、磨擦离合器打开且挡位挂入时，如果机动车的关于预定的时间段延续、未准备行驶的状态被识别到，则把多级变速器切换到其中间位置，即退出挂入的挡位。 在按DE 102 58 834 Al的类似方法中，在原理上构造相同的传动系中设置为规定，在机动车不动、驱动电动机运转、磨擦离合器打开且挡位挂入时，如果机动车车门的关于在预定的时间段中延续伸的打开开启状态被识别到，则把多级变速器切换到中间位置。因此，由于离合器控制的故障或由于错误地操作了行驾驶操作元件(尤其是加速踏板)而使磨擦离合器关闭闭合，这样所引起的不期望的机动车起动就可避免。
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而由此由于存在的上坡路或下坡路，无法阻止机动车的不期望的滚动。因此在传动系打开时，为了稳固地固定机动车，必须通过驾驶员挂入或足够紧地拉紧驻车制动装置。但如果驻车制动装置没有挂入或没有足够紧地拉紧，例如因为驾驶员低估了当前的上坡路，且因而没有挂入或没有足够紧地拉紧驻车制动系统，或由于驾驶员或其它乘客不小心松开了驻车制动装置，则机动车会不受控制地滚下坡去。如果驾驶员在这种情况下位于驾驶位中并注意到了此滚动，则他虽然可以通过操作行车制动装置或通过操作换挡操作元件而挂入挡位或必要时通过操作加速踏板，来阻止不受控制的滚动。但这要求驾驶员必须处在驾驶位上，且驾驶员需要很高的反应能力，这并不总是有保障的。

发明内容
基于此背景，本发明的目的是，说明一种用于控制上述类型的自动的多级变速器
的方法，借助此方法能以简单的方式、尤其在没有设备方面额外的成本的情况下来阻止或
至少限制机动车在上述条件下的不受控制的滚动，以便提高交通的安全性。 在下述情况下，即多级变速器在输入侧通过至少一个可控制的磨擦离合器与驱动
电动机相连，结合权利要求1前序部分所述的特征，所述目的的解决方案在于，在多级变速
器切换到它的中间位置上时激活安全功能，在安全功能中能以传感器检测对换挡操作元
件、加速踏板和制动踏板的操作以及当前的滚动速度，并且在安全功能中，当行驶操作元件
(换挡操作元件、加速踏板和制动踏板)未被操作时，在超过事先确定的临界速度时，可在
必要时打开磨擦离合器，挂入起动挡并且闭合磨擦离合器。 在下述情况下，即多级变速器在输入侧通过流体动力学上的变扭器与驱动电动机相连，结合权利要求2前序部分所述的特征，此目的的解决方案在于，在多级变速器切换到它的中间位置上时激活安全功能，在安全功能中能以传感器检测对换挡操作元件、加速踏板和制动踏板的操作以及当前的滚动速度，并且在安全功能中，当行驶操作元件(换挡操作元件、加速踏板和制动踏板)未被操作时，在超过了事先确定的临界速度时，挂入起动挡。 按本发明的方法的有利且符合目的的构造方案及改进方案是从属权利要求的内容，其中由于在起动元件的构造方式方面具有两个不同的主权利要求，需注意引用关系。
相应地，本发明以具有自动的多级变速器的机动车为出发点，多级变速器在机动车的传动系内在输入侧通过至少一个可控制的磨擦离合器或流体动力学上的变扭器与构成为内燃机的驱动电动机相连，且在输出侧通过车轴驱动装置与驱动轴的可驱动车轮相连。按本发明，在机动车停车、驱动电动机运行且传动系至少通过切换到中间位置的多级变速器打开的情况下，通过必要时打开起动元件、挂入起动挡和必要时闭合起动元件，可自动地(即无需驾驶员的行动)阻止或至少限制机动车的滚动，因此可明显地提高机动车的交通安全性。如果起动元件构成为可主动闭合的磨擦离合器(例如膜片式离合器)或构成为流体动力学上的变扭器，则在此不需要打开此起动元件。相反，只有当起动元件构成为流体动力学上的变扭器，才不需要闭合起动元件。 通过挂入起动挡及必要时闭合起动元件来闭合传动系，并因此通过处于中间位置的驱动电动机的制动作用，来阻止机动车的不受控制的滚动。按本发明的方法能以简单的方式应用在现代的、本身设有相应传感装置的机动车上，且不需要额外的在设备方面成本。
5因此，除了用来检测换挡操作元件(如行驶控制器或变速杆)、加速踏板和制动踏板的操作而设置的传感器外，为实施此方法，在现代机动车中仅需要在多级变速器的输出轴上的本来就有的车轮转速传感器或转速传感器，用来检测当前的滚动速度。 作为待挂入的起动挡，可不依赖于滚动方向地挂入与临界速度相匹配的用于向前行驶的起动挡。如果机动车向前滚动，则驱动电动机通过挂入前进挡而处于惯性滑行(Schubbetrieb)中，即机动车的滚动通过驱动电动机的牵引力矩而得到制动。随后机动车是减速还是继续加速，依赖于牵引力矩与下坡力之间的关系。相反如果机动车朝后滚动，则在下坡力足够小的情况下，驱动电动机的空转力矩可使机动车的滚动方向掉转。相反，如果没有采取适当的措施来阻止，更高的下坡力可能会导致驱动电动机的停止，于是因此通过不动的驱动电动机可能会阻止机动车继续溜车。 但还可替代的是，附加地可地获由传感器感测当前的滚动方向，并挂入在滚动方向的方向上作用且与临界速度相匹配的起动挡。在这种情况下，一方面可避免驱动电动机的在负载技术方面通常不利的停止，并简化在滚动方向上必要的起动，例如可由驾驶员通过相应地操作行驶控制器或变速杆和/或加速踏板来触发此起动。 如果起动元件构成为磨擦离合器，符合目的的是，在传动系闭合后机动车实现减
速时，即在滚动速度降低时，优选在低于事先规定的最小速度或低于驱动电动机的事先规
定的最小转速时，磨擦离合器再次打开。因此可避免驱动电动机的停止，从而驱动电动机的
准备运行状态以及与之相关的、部分与安全性相关的附加功能得以保持。如果驾驶员没有
及时介入，则可通过挂入起动挡来多次重复滚动和制动，因此可得到滚动速度一种锯齿状
的轮廓，这可激起迄今仍无动作的机动车乘客的注意力，并最终促使他们介入。 在磨擦离合器的打开状态下，起动挡至少暂时地保持挂入。然而在磨擦离合器打
开后，为了建立传动系在功能上打开的准备运行状态，并尤其在可被动闭合的磨擦离合器
中避免由故障引起的滚动，有利的是，起动挡最迟在实现机动车停车时退出。 相反，如果起动元件构成为流体动力学上的变扭器，符合目的的是，在传动系闭合
后机动车实现减速时，在低于事先规定的最小速度或低于驱动电动机的事先规定的最小转
速时，只退出挂入的起动挡。 在传动系闭合后机动车进行加速时，即在滚动速度继续上升时，在达到或超过事先规定的最大速度或驱动电动机的事先规定的最大转速时，为避免驱动电动机的超速，可挂高一个挡位。于是因此，驱动电动机的在驱动轴的车轮上作用的制动力虽然会降低，但避免驱动电动机的故障或损坏。 在本发明自身的理念中这样来理解，即相应于多级变速器的构造方式和起动元件的构造方式来实施加挡过程，即在自动的变速器中，在换挡之前打开磨擦离合器，在换挡之后闭合磨擦离合器；而在自动的双离合变速器中，首先在另外的分变速器中挂入较高的挡位，然后时间相交地打开配属于已挂入的起动挡的分变速器的磨擦离合器，并闭合配属于较高挡位的分变速器的磨擦离合器，最后退出起动挡。 但为了避免加挡，在传动系闭合后机动车继续进行加速时，还可设置为，在达到或超过驱动电动机的事先规定的最大转速或事先规定的最大速度时，可自动地操作机动车的制动器(例如行车制动器或驻车制动器)。为了自动地进行机动车制动器的操作，当然还需要额外的外力装置，例如制动压力泵、制动压力控制阀或制动伺服电机。
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机动车制动器的制动力矩可这样来调节，即机动车的滚动速度保持恒定，或机动车的滚动速度一直降低，直到实现机动车停车。 如果在安全功能激活的过程中，操作至少一个驾驶操作元件，如变速杆、行驶控制
器、加速踏板或制动踏板，则安全功能终止，并转换到正常的起动或行驶模式中。 如果起动元件构成为磨擦离合器，则还可附加地设置为，在安全功能终止之前，至
少在操作换挡操作元件和/或操作制动踏板时，打开磨擦离合器。因为对换挡元件(如行
驶控制器或变速杆)和制动踏板的操作可预期随后进行的在起动和行驶模式中的换挡，所
以其可通过提前打开磨擦离合器而加速进行。相反，在操作加速踏板时，原则上可在挂入的
挡位中实现随后的继续行驶，所以磨擦离合器在这种情况下可符合目的地首先保持闭合。


为了阐明本发明，在描述中附上了图表。其中 图1在划分成三部分的流程图中示出了按本发明的方法的优选方案，该方案用于具有自动的变速器和构成为磨擦离合器的起动元件的传动系；以及 图2在划分成三部分的流程图中示出了按本发明的方法的优选方案，该方案用于具有行星齿轮_自动变速器和构成为流体动力学上的变扭器的起动元件的传动系。
具体实施例方式
按照图1中的划分成三部分的流程图，它适用于这样的传动系，即该传动系具有构成为自动的变速器的多级变速器和构成为可被动闭合的磨擦离合器的起动元件，按图1A在正常的起动和行驶模式中在步骤S1*至S3*中检验机动车是否停车，即例如通过车轮转速感应器或设置在多级变速器的输出轴上的转速感应器检测的滚动速度vK。n是否小于规定的最小速度vmin ;驱动电动机是否在运转，即由电动机控制器提供的或由设置在曲轴上的转速感应器检测的电机转速nM是否大于规定的最小转速nmin ;是否没有挡位挂入多级变速器中，即当前挂入的挡位&是否相应于变速器的中间挡位或中间位置N。
如果这三个条件中的一个不满足，则运行中的起动和行驶模式就无变化地继续进行。但如果这三个条件都满足了，即在机动车停车且驱动电动机运行的情况下，传动系通过切换到中间位置上的多级变速器打开，则按本发明启动安全功能，此安全功能用来避免或限制机动车的不期望的滚动。 在按图1A的流程图继续进行时，在图IB中在安全功能内在步骤SI中检验，是否操作了加速踏板，即加速踏板是否从它的静止位置xFP = 0中偏转出来。如果感测到加速踏板的操作，则安全功能直接终止，并返回到正常的起动和行驶模式。 否则，在随后的步骤S2中检验，是否操作了换挡操作元件(例如行驶控制器或变
速杆，即换挡操作元件是否从它的中间位置xSBE = 0中偏转出来。如果感知到换挡操作元
件的操作，则在必要时(即如果挂入了挡位，此挡位在步骤S4中被检验)，使磨擦离合器脱
开，然后使安全功能终止，并返回到正常的起动和行驶模式(见图ic)。 否则，在跟在S2后面的步骤S3中检验，是否操作了制动踏板，即制动踏板是否将
要或已从它的静止位置xBP = 0中偏转出来。如果感测到制动踏板的操作，则像上面一样使
安全功能终止，必要时也可以打开磨擦离合器之后再终止，并返回到正常的起动和行驶模式。 因此，可这样来解释换挡操作元件、加速踏板或制动踏板的操作，即驾驶员位于驾 驶位上且机动车处于驾驶员的控制之下，因此机动车不发生驾驶员未注意和不期望的滚 动，或可通过驾驶员的适应反应来阻止滚动。 但如果不存在上述行驶操作元件的操作，则在步骤S6中检验，机动车是否在自动 地滚动，即是否存在高于规定的临界速度、r的滚动速度vK。u。如果情况不是这样，即滚动 速度还等于或接近零，则折回到步骤Sl之前(见图1A)。否则，先在步骤7中检验，多 级变速器是否还继续处在它的中间位置= N)上，这在第一次执行功能环路时无疑是这 种情况，但在再次执行此功能环路时由于可能挂入的挡拉而不再一定能满足。
在按图IB的流程图继续进行时，在图1C中在多级变速器还处在它的中间位置 =N)上时，在随后的步骤S8至S10中使磨擦离合器脱开(& = 0)，挂入与临界速度^^及 (必要时也与)滚动方向相匹配的起动挡GAnf = GAnf)，并再次使磨擦离合器接合(xK = l)，而在挂上挡位(Gi^N)时只有在这种状态下强制打开的磨擦离合器借助步骤S10进行 接合。在挂入起动挡时，通过磨擦离合器的接合，可刹住在空转运行的驱动电动机的牵引力 矩的作用下进行滚动的机动车，并因此明显地减少由不受控制的滚动所引起的危险。
紧接着，在步骤Sl 1中检验，驱动电动机是否存在着停止的危险，即电机转速nM是 否低于规定的最小转速n^。如果挂入的起动挡在滚动方向上作用，且驱动电动机在驱动轴 的车轮上作用的牵引力矩大于下坡力，则会出现这种情况，因此机动车可如期望的那样被 刹住。但如果挂入的挡位逆着滚动方向作用，且下坡力大于驱动电动机在驱动轴的车轮上 作用的牵引力矩，则也会出现这种情况，因此滚动虽然能被刹住，但却不能掉转滚动方向。 在这两种情况下，驱动电动机存在着停止的危险，这在负载技术方面是不利的。为了避免 这一点，在这种情况下在步骤S12中要脱开磨擦离合器，并随后折回到步骤Sl之前(见图 1A)。 否则，在步骤S13中检验，驱动电动机是否存在着超速的危险，其中电机转速nM大 于或等于规定的最大转速rv,。如果挂入的挡位在滚动方向上作用，且驱动电动机的传递到 驱动轴的车轮上的牵引力矩小于下坡力，则会出现这种情况，因此机动车即使被刹住了也 会继续加速下坡。为了在这种情况下阻止驱动电动机的超速以及与之相关的故障或损坏， 在步骤S14至S16中脱开磨擦离合器，并挂高一个挡位，并在折回步骤Sl之前再次接合磨 擦离合器。否则，直接折回到步骤S1(见图1A)。 只不存在或没有感测到换挡操作元件(例如行驶控制器或变速杆)、加速踏板或 制动踏板的操作，就重复地执行步骤Sl至S16，其中依赖于滚动速度和上述的控制流程，可 能存在多级变速器的"挂入的中间位置"= N)或"挂入的挡位"# N)这样的状况， 以及磨擦离合器的"脱开"(xK = 0)或"接合"(xK = 1)这样的状况。 按图2中的划分成三部分的流程图所示的方法变动方案，该流程图用于这样的传 动系，即传动系具有构成为行星齿轮_自动变速器的多级变速器以及构成为流体动力学上 的变扭器的起动元件，所述方法变动方案只在构造方式方面与前述的方法变动方案不同。 因此由于变扭器，位于离开安全功能之前的步骤S4(在图2B中)和步骤S5(在图2C中) 可省略，以及位于步骤S9中的起动挡挂入(图2C中)之前和之后的步骤S8和S10也可省 略。步骤S12中由构造方式决定要退出起动挡，来代替磨擦离合器的脱开，并省略接在步骤
8S15中的加挡之前和之后的步骤S14和S16。 通过按本发明的安全功能，虽然由于现有的下坡路不能把滚动的机动车固定地保 持在它所在位置，但能使所述滚动减速，使得驾驶员能及时地反应，既使他暂时离开了驾驶 位。因此该由滚动引起的危险相对于不受控制的滚动明显被减少。此外，这种方法不需要 设备方面的额外的费用，而是动用本来就有的元件，如转速传感器、换挡控制器和离合器控制器。附图标记列表
^Anf起动挡Gi挂入的挡位Gi+i下一个更高的挡位N中间挡、变速器的中间位nM电机转速最大转速nmin最小转速S1-S16方法步骤Sl*-S3*方法步骤vGr临界速度最大速度Vmin最小速度滚动速度XBP制动踏板的偏转XFP加速踏板的偏转xK磨擦离合器的脱开率XSBE换挡操作元件的偏转
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权利要求
用于控制自动的多级变速器的方法，所述多级变速器在机动车的传动系内在输入侧通过至少一个可控的磨擦离合器与构成为内燃机的驱动电动机相连，且在输出侧通过车轴驱动装置与驱动轴的可驱动车轮相连，其中在机动车停车、驱动电动机运行且传动系打开的情况下，借助所述多级变速器的换挡阻止或至少限制所述机动车的滚动，其特征在于，在多级变速器切换至所述多级变速器的中间位置上(Gi＝N)时激活安全功能，在所述安全功能中以传感器检测对换挡操作元件、加速踏板和制动踏板的操作以及当前的滚动速度，并且在所述安全功能中当行驶操作元件未被操作(换挡操作元件xSBE＝0，加速踏板xFP＝0，制动踏板xBP＝0)时，在超过事先确定的临界速度时(vRoll＞vGr)，在必要时打开所述磨擦离合器(xk＝0)，挂入起动挡(Gi＝GAnf)并且闭合所述磨擦离合器(xk＝1)。
2. 用于控制自动的多级变速器的方法，所述多级变速器在机动车的传动系内在输入侧 通过流体动力学上的变扭器与构成为内燃机的驱动电动机相连，且在输出侧通过车轴驱动 装置与驱动轴的可驱动车轮相连，其中在机动车停车、驱动电动机运行且传动系打开的情 况下，借助所述多级变速器的换挡阻止或至少限制所述机动车的滚动，其特征在于，在多级 变速器切换至所述多级变速器的中间位置上= N)时激活安全功能，在所述安全功能中 以传感器检测对换挡操作元件、加速踏板和制动踏板的操作以及当前的滚动速度，并且在 所述安全功能中当行驶操作元件未被操作(换挡操作元件xSBE = 0，加速踏板xFP = 0，制动 踏板Xbp = 0)时，在超过事先确定的临界速度(Vltoll > 时，挂入起动挡= Gtof)。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，不依赖于滚动方向地挂入与所述临界速 度相匹配的用于向前行驶的起动挡(GAnf)。
4. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，附加地以传感器检测当前的滚动方向， 并挂入在所述滚动方向的方向上作用的且与所述临界速度相匹配的起动挡(Gtof)。
5. 按权利要求1、3或4之至少一项所述的方法，其特征在于，在所述机动车随后减速的 情况下，在低于事先规定的最小速度(vK。n < vmin)或低于所述驱动电动机的事先规定的最 小转速(nM < nmin)时，所述磨擦离合器再次打开(xk = 0)。
6. 按权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述磨擦离合器打开后，所述挂入的起动 挡(GAnf)最迟在实现机动车停车时退出= N)。
7. 按权利要求2、3或4之至少一项所述的方法，其特征在于，在所述机动车随后减速的 情况下，在低于事先规定的最小速度(vK。n < vmin)或低于所述驱动电动机的事先规定的最 小转速(nM < n迈in)时，退出所述挂入的起动挡& = N)。
8. 按权利要求1至7之至少一项所述的方法，其特征在于，在所述机动车进行随后的进 一步加速时，在达到或超过事先规定的最大速度(vK。u > vmax)或达到或超过所述驱动电动 机的事先规定的最大转速(nM > nmax)时，挂高一个挡位= Gi+1)。
9. 按权利要求1至7之至少一项所述的方法，其特征在于，在所述机动车进行随后的进 一步加速时，在达到或超过事先规定的最大速度(vK。u > vmax)或达到或超过所述驱动电动 机的事先规定的最大转速(nM > nmax)时，自动地进行机动车制动器的操作。
10. 按权利要求9所述的方法，其特征在于，调节所述机动车制动器的制动力矩，使得 所述机动车的滚动速度保持恒定。
11. 按权利要求9所述的方法，其特征在于，调节所述机动车制动器的所述制动力矩， 使得所述机动车的所述滚动速度一直降低，直到实现机动车停车。
12. 按权利要求1至11之至少一项所述的方法，其特征在于，在对至少一个行驶操作元 件进行操作之后(换挡操作元件xSBE > 0，加速踏板xFP > 0，制动踏板xBP > 0)，所述安全 功能终止，并转换到正常的起动或行驶模式中。
13. 按权利要求1和12之至少一项所述的方法，其特征在于，在所述安全功能终止之 前，至少在操作换挡操作元件(xSBE > 0)和/或操作制动踏板(xBP > 0)时，打开所述磨擦 离合器(xk = 0)。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制自动的多级变速器的方法，多级变速器在机动车的传动系内在输入侧通过至少一个可控制的磨擦离合器或流体动力学上的变扭器与构成为内燃机的驱动电动机相连，且在输出侧通过车轴驱动装置与驱动轴的可驱动车轮相连，其中在机动车停车、驱动电动机运行且传动系打开的情况下，借助多级变速器的换挡可阻止或至少限制机动车的滚动。为了避免机动车不受控制的滚动，在多级变速器切换到中间位置上(Gi＝N)时激活安全功能，在安全功能中能以传感器检测对换挡操作元件、加速踏板和制动踏板的操作以及当前的滚动速度，并且在安全功能中当行驶操作元件未被操作(换挡操作元件XSBE＝0，加速踏板XFP＝0，制动踏板XBP＝0)时，在超过了事先确定的临界速度时(vRoll＞vGr)，可在必要时打开磨擦离合器(xk＝0)，并挂入起动挡(Gi＝GAnf)并且闭合磨擦离合器(xk＝1)。
文档编号B60W30/18GK101778750SQ200880100484
公开日2010年7月14日 申请日期2008年7月4日 优先权日2007年8月2日
发明者雷纳·佩措尔德 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司