专利名称：用于控制和调节构造为中间轴式变速器的自动变速器的变速器制动器的方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1前序部分，用于控制和调节构造为中间轴式变速器的自动变速器的变速器制动器的方法。
一般已知的是手动或自动变速器通常具有输入轴、与输入轴同轴的输出轴和中间轴。档位数与变速器轴上的齿轮副对应，在此在变速器轴上固定的固定齿轮总是与至少一个在另一个变速器轴上布置的空套齿轮啮合。
在换档过程中，通常空套齿轮之一通过形状配合作用的联结装置与其变速器轴连接，其中联结装置传递全部的驱动扭矩。为能够利用简单的、节省空间的并且易于换档的机构传递大的驱动力矩，最好使用形状配合的离合器。但在换档过程中，借助单独的换档离合器和起动离合器中断发动机的牵引力。
为使变速器能够简单地、容易地、无冲击地、快速地并且低噪音地换档，要换档的联结装置零件在相互咬合之前，必须具有几乎相同的转速。为此设置了同步装置，在牵引力中断期间，该同步装置使换档离合器和起动离合器与各要换档的联结装置之间的传动系驱动端零件减速或加速到由车辆速度和目标档位的变速器速比预先确定的速度。从低档向高档换档时，通过该同步装置使变速器的驱动端零件减速，而在往回换档过程中则使驱动端零件加速。
通常的同步装置具有用于该加速过程或减速过程的摩擦锥体形的摩擦离合器。所述摩擦离合器不必传递全部的驱动力矩，而是仅做同步功，该同步功由变速器驱动端零件旋转质量的惯性力矩以及由摩擦决定的阻力矩产生。因此，摩擦离合器可以相应地做得尺寸较小。
通常，为形状配合的联结装置中的每一个都配备了一个同步装置。但也可能这样，即一个中心同步装置承担多个或全部形状配合的联结装置的同步功。
为使车辆驾驶员从与换档过程相关的机械换档过程和联结过程解脱出来，在自动变速器情况下，该换档过程和联结过程由可辅助操作的调整装置进行，其中调整装置由控制装置和调节装置操纵。为此，一个这种控制装置或调节装置从车辆传感器数据中获知关于各换档过程的驾驶员期望，并基于该期望借助储存的控制程序和调节程序控制和调节变速器内的换档过程。
在这种自动变速器情况下，同步过程例如可由此控制和调节，即在往回换档时，通过提高发动机转速来提高变速器输入轴或中间轴转速，而在换高档时，对该变速器驱动侧轴进行制动。为实施这种制动过程，中心同步的变速器通常具有一个与中间轴机械联结的变速器制动器。这种变速器制动器可电动、液压或者也还可气动操纵，在此后面的操纵形式通常用在商用汽车的变速器内。
从DE 196 52 916 A1中获知一种带有可液压或气动操纵的变速器制动器的自动变速器，在后面的情况下可作用于中间轴。为此，根据希望的换档类型和检测到的行驶条件用微处理器控制压力介质控制阀。
如果例如预先选择了较高的档位并且必须对中间轴进行制动以便同步，则微处理器以预先选择的传动比和借助传感器检测到的变速器输出转速为出发点，计算中间轴的期望转速(同步转速)，当达到该同步转速时，目标档位的空套齿轮可与该轴机械联结。
但由于通常难以调节的气压以及其它变化的环境条件，变速器制动器的制动功率要经受严重的波动。为达到要求的转速窗口，即预先给定的变速器输入轴或由该输入轴驱动的中间轴的实际转速与具体换档过程的期望转速的最大距离，根据该现有技术，额外还要获知变速器制动器的制动梯度，并且微处理器在控制变速器制动器时还要考虑该制动梯度。为此微处理器操纵控制阀，以达到上述预先给定的期望值并从而达到同步转速以接合相关空套齿轮上的联结装置。
遗憾的是同步转速对于换档过程来说不是固定的数值，而是还取决于车道的坡度，因为在换档过程中，当起动离合器和换档离合器打开并且上坡的情况下，会导致车辆加速度为负值并从而导致变速器输出转速下降，而在下坡时并且未操作车辆脚制动器情况下，会导致车辆加速度为正值。到目前为止，根据现有技术，在变速器制动器的控制方法和调节方法中未考虑该影响，因为其工作方式确切地说是不完善的。
本发明的任务在于进一步改善对变速器制动器的控制和调节。
独立权利要求的特征给出了该任务的解决方案，而从属权利要求给出了本发明的有利改进方案和设计方案。
相应地，本发明涉及控制和调节构造为中间轴式变速器的自动变速器的变速器制动器，其中所述自动变速器包括一个变速器输入轴，至少一个由变速器输入轴驱动的中间轴和一个变速器输出轴。变速器输入轴可通过起动离合器和换档离合器而与发动机的驱动轴连接，而变速器输出轴通过至少一个差速器与通向车轮的驱动轴按照驱动技术连接。在变速器输入轴上、在中间轴上和/或在变速器输出轴上，可旋转地支承有空套齿轮和抗扭布置有固定齿轮，这些齿轮至少成对地相互齿轮啮合。此外，这种变速器还具有形状配合的联结装置，在换档时，空套齿轮可借助联结装置通常相互交替地与其变速器轴抗扭连接。
此外，这种变速器备有变速器制动器，并与至少用于该变速器制动器的控制器按照信号技术连接。借助变速器制动器，至少一个中间轴在换高档时可以这样制动，使得其转速在接合时刻与同步转速相符，或者以预定距离接近同步转速。在此，为控制和调节变速器制动器，要考虑中间轴转速或变速器输入轴转速的制动梯度以及变速器输出轴转速。
为改善变速器换高档过程，根据本发明，除了上述用于控制和调节变速器制动器的数值以外，还要分析变速器输出轴转速的梯度。通过这种做法，变速器输出轴转速和目标档位的传动比一起与中间轴转速建立关系，并且比以前的做法更好地考虑了环境和/或行驶距离对换档过程的影响。因而在变速器制动器的控制和调节中可包含特别在换档过程中出现的变速器输出轴转速的快速变化因素。
此外，在根据本发明方法的一个有利设计方案中，从变速器输入轴转速或者中间轴转速的梯度和变速器输出轴转速的梯度计算出总梯度。该总梯度可用于计算在达到同步时刻时的变速器制动器的脱开时刻。因此，即使在变速器制动摩擦系数变化并且输出转速梯度变化的情况下，也可为可靠的、快速的并且平稳的换档过程确定脱开时刻。
借助单个附图
推导并解释作为根据本发明的控制和调节方法的基础的数理关系以及由此导出的方程式。在该附图中，示出了在往回换档过程中，在到达同步时刻ts之前和之后的变速器输入轴或者中间轴的期望-转速nSoll和实际-转速nIst的转速曲线。在此同步时刻定义为变速器输入轴转速或者中间轴转速的期望曲线和实际曲线在该图中相交的时刻。因为变速器输入轴通常通过固定齿轮啮合驱动变速器的中间轴，所以变速器输入轴和中间轴的转速相互成比例，因此用变速器输入轴转速还是用中间轴转速进行控制和调节变速器制动器是没有区别的。
虽然在根据本发明方法情况下，涉及在换高档时对变速器轴进行制动，但是作为基础的关系在变速器过程中也可借助该示图进行理解。
相应地，在时刻ti，对于变速器输入轴或者中间轴的期望-转速nSoll和实际转速nIst之间的转速差Δni为Δni＝nSoll-nIst(公式1)以及对于上面引入的转速总梯度n·=Δni-Δni-1tp]]>(公式2)其中tp是预先选择的采样时间或者程序循环时间。
相应地，变速器输入轴或者中间轴的期望-转速nSoll和实际转速nIst之间的转速差Δn在同步时刻IS之前对于往回换档Δni＞0，而其对于换高档nSoll＜nIstΔni＜0。
相应地，转速总梯度在往回换档时的 的值为|Δni|<|Δni-1|⇒n·<0]]>(公式3)并且在换高档时为|-Δni|<|-Δni-1|⇒n·>0]]>(公式4)与此相反，在同步时刻IS之后的时间间隔II内，对于往回换档，转速关系适用公式Δni＜0(nSoll＜nIst) (公式5)并且对于换高档，转速关系适用公式Δni＞0 (公式6)因此，在同步时刻IS之后的时间间隔II内，转速总梯度 在往回换档时的值为
|-Δni|<|-Δni-1|⇒n·<0]]>(公式7)并且在换高档时为|Δni|<|Δni-1|⇒n·>0]]>(公式8)同步时刻IS由变速器输入轴或者中间轴的期望-转速nSoll和实际转速nIst之间的转速差Δni和转速总梯度 的商计算得到，因此对于同步时刻tS=Δnn·]]>(公式9)对于控制仪器和调节仪器的程序设计，转速总梯度 在时间离散步长i上的变形为ΔniΔni-1=tSitSi-1⇒n·=ΔnitSi=Δni-1tSi-1]]>(公式10)其中tSi是从时刻ti到同步时刻tS的时间间隔。
利用公式(公式2)对公式(公式10)进行变形，导出公式tp=rSi-tSi-1=Δnin·-Δni-1n·=Δni-Δni-1n·]]>(公式11)变化成转速总梯度 的公式n·=Δni-Δni-1tp]]>(公式12)其中对于具体的编程设计，程序循环时间tp最好设置为10ms。在这种情况下，转速总梯度 用tp＝10ms正规化，这对应值tp＝1，或者在重叠计算情况下，用tp＝20ms正规化，这导致值tp＝2。
此外，从时刻ti到时刻tS的时间间隔tSi由公式tSi=Δnin·=k*tp]]>(公式13)给出，其中k是直到同步时刻tS的程序循环次数。
这里在这种控制程序流程中，具体的实施步骤最好按照下面的次序a.形成在时刻ti的期望-转速和实际-转速之间的转速差ΔniΔn＝(nSoll-nIst)(公式14)b.用程序循环时间tp＝20ms重叠计算转速总梯度n·=Δni-Δni-22]]>(公式15)c.为下一次计算过程暂时存储转速差Δni-2＝Δni-1(公式16)Δni-1＝Δni(公式17)d.计算直到达到同步时刻tS的时间间隔以及为此必需的程序循环tSi=Δnin·→k*tp]]>(公式18)e.操纵变速器制动器直到同步时刻tS或者到达预先确定的与该同步时刻tS的距离。
附图标记n 转速nSoll在换档过程中，中间轴或者变速器输入轴的期望转速nIst在换档过程中，中间轴或者变速器输入轴的实际转速ni在时刻ti的转速Δni在时刻ti期望转速和实际转速之间的转速差t 时间ti时刻tp程序-循环时间tS期望转速曲线和实际转速曲线相交的时刻(同步时刻)tSi从时刻ti到同步时刻tS的时间 转速总梯度
权利要求
1.用于控制和调节构造为中间轴式变速器的自动变速器的变速器制动器的方法，所述自动变速器包括一个变速器输入轴，至少一个由变速器输入轴驱动的中间轴和一个变速器输出轴，其中在变速器输入轴上、在中间轴上和/或在变速器输出轴上，可旋转地支承有空套齿轮并且/或者抗扭布置有固定齿轮，这些齿轮至少成对地相互齿轮啮合，其中空套齿轮可借助联结装置与其变速器轴抗扭连接以进行换档，所述自动变速器速还带有变速器制动器和用于控制和调节至少该变速器制动器的控制器，借助这些装置中间轴在换高档时被制动，使其转速在接合时刻与同步转速相符，或者与同步转速接近预定的距离，其中为控制和调节变速器制动器，考虑了中间轴转速或变速器输入轴转速的制动梯度以及变速器输出轴转速，其特征在于，为控制和调节变速器制动器，额外分析变速器输出轴转速的梯度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，从变速器输入轴转速或者中间轴转速的梯度和变速器输出轴转速的梯度计算出总梯度。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，转速总梯度 用公式(公式19)算出，其中tp是程序循环时间，Δni是在时刻ti中间轴或者变速器输入轴的期望转速和实际转速之间的转速差。
4.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，从转速总梯度 求得变速器制动器的脱开时刻以达到同步转速。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，直到达到同步转速的脱开间隔可用公式tSi=Δnin.=k*tp]]>(公式20)计算，其中k是程序循环次数。
6.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，操纵变速器制动器的控制器和调节器的程序流程具有下面的步骤a.形成在时刻ti的期望转速和实际转速之间的转速差ΔniΔn＝(nSoll-nIst)(公式21)b.重叠计算转速总梯度n.=Δni-Δni-22]]>(公式22)c.为下一次计算过程暂时存储转速差Δni-2＝Δni-1(公式23)Δni-1＝Δni(公式24)d.计算直到同步时刻的时间间隔并计算程序循环次数tSi=Δnin.→k*tp]]>(公式25)e.操纵变速器制动器，直到达到同步时刻ts或者到达与该同步时刻ts预先确定的距离。
全文摘要
本发明涉及用于控制和调节构造为中间轴式变速器的自动变速器的变速器制动器的方法，在换高档时，可用该变速器制动器降低变速器中间轴的转速，使得转速在接合时刻与同步转速相符，或者以预定的距离接近同步转速。为控制和调节变速器制动器，考虑了中间轴转速或变速器输入轴转速的制动梯度以及变速器输出轴转速。为改善换高档过程，为控制和调节变速器制动器，另外估计出变速器输出轴转速的梯度。
文档编号F16H61/04GK1748098SQ200480003744
公开日2006年3月15日 申请日期2004年1月31日 优先权日2003年2月8日
发明者马里奥·施泰因博恩, 鲁道夫·卡尔特霍夫, 弗尔克尔·巴赫曼, 鲁珀特·克拉默 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司