专利名称：向递减操作方式转换的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于部分自动机械传动系统的容错逻辑系统，该部分自动机械传动系统具有在至少一个主传动部分传动比位置上的自动分段换挡。
部分自动的车辆传动系统要求在低档位上手动换挡，而在高档位上自动换挡控制，这样技术在已有技术中是公知的，可以参见专利号US4722248；4850236；5038627；5393276；5393277和5498195，其中所公开的内容结合于此作为参考。
分段和组合区段及分段式车辆的传动需要手动分段换挡，这样技术在已有技术中是公知的，可以参见专利号US3799002；4754665；4974468；5000060；5370013和5390561，其中所公开的内容结合于此作为参考。有自动分段换挡的传动系统在已有技术中是公知的，可以参见专利号US5435212；其中所公开的内容结合于此作为参考。
用于自动机械传动系统的容错及平顺过渡到位(limp-home)的程序在已有技术中是公知的，可以参见专利号US5109721；和5157607，其中所公开的内容结合于此作为参考。
根据本发明，提供了一种用于自动机械传动系统中新的及改进的控制系统/方法，该自动机械传动系统仅在一定传动比上有自动分段换挡，而在另外的传动比上是手动分段换挡，并且提供一种改进的操纵容错递减模式。
通过提供一逻辑来完成上述功能，即使错误对自动分段换档有不利的影响，该逻辑也可使得自动分段换档机构以通用的接合分段传动比方式来保持接合，直到检测到无手动作用为止，此时分段机械被返回到手动控制状态。
因此，本发明的目的是提供一种新的及改进的操纵容错递减模式，用于具有手动及自动控制分段换挡的部分自动机械传动系统中。
本发明的此目的和其他目的以及优点结合附图，通过阅读对所示最佳实施例的描述将变得更加清楚明了。
图1和1A为一典型分段式或分段-区段组合式变速传动装置的剖视图2为图1和1A的变速传动装置的手动换挡模式及传动比梯级的示意图；图3为具有手动与自动分段换挡并利用本发明的控制系统的部分自动机械变速系统的示意图；图4为用于图3系统中控制阀总成的阀状态表；图5类似于图2，为图3变速传动系统的换挡模式及传动比梯级的示意图；图6为图3系统的分离确认逻辑的曲线图；图7是以流程图表形式表示的本发明操纵逻辑容错递减模式示意图。
图1，1A和2示出了采用本发明控制系统的典型的分段-区段组合式机械变速传动装置10。
装置10具有与一辅助传动部分14串联在一起的一主传动部分12，所述辅助传动部分14具有即可为区段亦可分段式的传动机构。一般来说，装置10置于一单个的多部件壳体16内，并且□包括一输入轴18，该输入轴18通过有选择地分离而通常为接合的主摩擦离合器由原动机(如一柴油机)来驱动。
主传动部分12中，输入轴18带有一输入齿轮20，用于驱动至少一根中间轴总成22。最好如现有技术中所公知的那样以及美国专利3,105,395和3,335,616所描述的那样，所述专利公开的内容结合于此作为参考，输入齿轮20同时以基本相同的转速驱动许多基本相同的主部分中间轴总成。所述每个主传动部分中间轴总成均包括一由轴承26和28支承于壳体16内的主部分中间轴24，及固定其上的中间轴齿轮30，32，34，和36。多个主部分驱动或主轴齿轮40，42，和44围绕所述传动装置的主轴46，并且在某一时刻可选择地由滑动接合套48和50而与主轴46接合，以便一起转动，正如现有技术中已公知的那样。接合套48还被用来使输入齿轮20与主轴46相接合，以便在输入轴18与主轴46之间提供直接驱动。最好每一主传动部分的主轴齿轮均围绕着主轴46，两者处于常啮合状态，并且由相应的中间轴齿轮组可移动地支承，这种装配结构及由此带来的特殊优点在下述的美国专利3,105,395和3,335,616中予以详述。一般来说，接合套48和50由相应的换挡拨叉或换挡叉52和54使其轴向定位，所述换挡拨叉与换挡杆壳体总成56相配合，如美国专利4,920,815和5,000,060所示的结构。在最佳实施例中，接合套48和50是公知的非同步双动爪式接合器。
主传动部分的主轴齿轮44为倒档齿轮，并借助于传统的中间空转齿轮57(见图1A)与中间轴齿轮38常啮合。主传动部分的中间轴齿轮32带有动力取出装置及类似装置。爪式接合器48和50为三位置接合器，在此，它们可位于一对中的轴向不可移动如图所示的非接合位置，或者位于向右的全接合位置，或者位于向左的全接合位置。
辅助传动部分14与主传动部分12串联于一起，且为3-配置，4-速分段/区段组合式，如前述的美国专利4,754,665所示。主轴46延伸到辅助传动部分14，并且被止推定位于输出轴58的内端，该输出轴58从传动装置的后端伸出。
在最佳实施例中，辅助传动部分14具有多根基本相同的副中间轴总成60(见图1A)，每一总成具有由轴承64和66支承于壳体16内的副中间轴62，并固接有三个辅助传动部分的副中间轴齿轮68，70和72，以便一起转动。副中间轴齿轮68支承辅助传动部分的分段齿轮74并与其常啮合。副中间轴齿轮70支承辅助传动部分的分段/区段齿轮76并与其常啮合，该齿轮76在其邻近主轴46的同轴内端的端部围绕着输出轴58。副中间轴齿轮72支承辅助传动部分的区段齿轮78并与其常啮合，该齿轮78围绕着输出轴58。为此，副中间轴齿轮68与分段齿轮74构成第一齿轮配置，副中间轴齿轮70与分段/区段齿轮76构成第二齿轮配置，而副中间轴齿轮72与区段齿轮78构成分段/区段组合式辅助传动部分14的第三配置或齿轮组。
滑动2-位置爪式接合套80用来使分段齿轮74或者分段/区段齿轮76有选择地与主轴46接合，同时，一2-位置同步接合组件82用来使分段/区段齿轮76或者区段齿轮78有选择地与输出轴58接合。
所述分段爪式接合套80是一2-位置接合套总成，该总成可相对于主轴46有选择地定位于分别使齿轮76或齿轮74啮合的极右或极左位置。所述分段爪式接合套80借助于由2-位置活塞致动器控制的换挡拨叉84沿轴向定位，所述致动器86通常可由驾驶员选择开关如换挡手柄上的按钮或类似物如现有技术已知的那样来操纵。2-位置同步(区段)接合组件82也为一2-位置接合器，该接合器可相对于输出轴58有选择地定位于相应的极右或极左位置，用以接合齿轮78或者76。接合组件82借助于由2-位置活塞机构90操纵的换挡拨叉88定位，所述活塞机构90的致动以及控制在此前的美国专利4,974,468中详述。
如图1-2所示那样，借助于有选择地使上述分段接合套80与区段接合器82沿轴向定位于各自相应的向前与向后的轴向位置，可以得到主轴相对于输出轴转动的四个不同的传动比。为此，辅助传动部分14是一可在其输入(主轴46)输出(输出轴58)之间提供4种可选择速度或传动比的区段与分段组合式3-配置辅助部分。主传动部分12提供一倒档和三个可能的供选择的前进速度。然而，可选择的所述主传动部分的前进档传动比之一，即与主轴齿轮42有关的低档传动比不能用于高速区段。因此，变速传动装置10较适当地设计为“(2+1)×(2×2)”型，根据低档传动比分段的需要以及实际情况，该装置10提供九个或者十个可供选择的速度。
接合器82(区段接合器)应当是一种同步接合器，而双作用接合套80(所述分段接合套)无需同步式的。变速传动装置10的手动变速换挡模式图示于图2中。沿垂直方向分支表示分段变速换挡，而沿水平方向从H型模式图的3/4和5/6分支到7/8和9/10分支表示从所述变速传动装置10的低速区段至高速区段的变速换挡。如上所述，手动分段换挡以通常的方式借助于车辆驾驶员致动的分段按钮或类似件〔一般置于变速杆手柄处〕来实现，而区段接合换挡总成的操作是对变速杆在所述变速换挡模式图中间与极右分支之间移动的响应，如图2所示。这种通用类型的区段变速换挡装置在现有技术中是已知的，并且可以参照下述的美国专利3,429,202；4,455,883；4,561,325和4,663,725，所述诸美国专利公开的内容结合于此作为参考。手动操纵分段-区段致动器在现有技术中是已知的，并且可以参照下述的美国专利5,193,410；5,199,314和5,329,826，所述诸美国专利公开的内容结合于此作为参考。
利用本发明控制系统的车用部分自动机械变速系统92示于图3中。该系统92在低速档传动比(第一档至第八档)为需要手动换挡式，而在两高速档之一的手动初始选择之后于高速档〔第九与第十档〕提供自动换挡，正如前述美国专利4,722,248；4,850,236；5,038,027和5,393,276。用于系统92部分自动操纵的换挡模式图示于图5中。
该系统包括一分段控制阀总成94和通过主摩擦离合器98驱动变速传动装置10的输入轴18的原动机(例如柴油机96)。变速传动装置10包括带变速手柄102的变速杆100，该变速杆同用于手动变速的主传动部分12和辅助传动部分14的区段接合器82相配合。
具有一选择杆或者按钮的手动操纵分段阀104通常设置于所述变速手柄上，或者两者成一整体，用以手动变换所述分段接合套80。分段阀104为一2-位置，3-通道手动操纵阀，可有效地使第一伺服管路108相应地连于排放〔“Ex”〕或伺服压力，以便手动选择或较高档或较低档的分段传动比。伺服压力可等于气源压力〔“S”〕或者为一较低值。在典型的车载气动系统中，气源应被滤清并调节为60-80帕〔psi〕。
所述第一伺服管路108可以流体经本发明的控制阀总成94顺序连于一第二伺服管路110。该第二伺服管路110有效作用于一2位置，3-通道伺服阀112，该阀112起作用以便正常地排气或者有选择地对分段活塞/气缸致动总成86的控制腔114加压。所述腔114受到不等面积活塞118较大面积的面116的作用，该活塞118具有常处于加压腔122内的气源压力作用的较小面积的面120。如已知的那样，可采用一弹簧来代替或者与较小面积的活塞面120相结合以向右推压活塞118，如图3所示。
如可以理解的那样，当伺服管路110被排放时，伺服阀112将连通控制腔114以便排放，并且作用于较小面积面120的气源压力使换挡拨叉84移动分段接合套80啮合分段的低档位传动比，当伺服管路110被加压时，阀112相对于使控制腔114加压的一位置偏移一距离，使活塞118向左移动致使分段接合套80啮合分段的高档位传动比。
除在伺服管路108和110之间顺序插入控制阀总成94之外，上述各部件的结构以及功能等同于用来使图1，1A和2所示手动变速传动装置换挡的各个部件。
为使系统92能部分自动地操作，最好设置有一基于微处理器的控制器124，用以接收输入信号126并根据预定的逻辑规则处理该信号126，以便对系统的诸致动器发出指令输出信号128，所述致动器如发动机燃油控制130和电磁驱动器以及错误检测单元132。这种形式的诸控制器可以参照美国专利4,361,060和4,595,986，它们所公开的内容引用于此作为参考。用于控制器124的程序储存在可用于计算机的存储介质上如软盘，硬盘驱动器，只读光盘(CD-rom)，磁带或者其他外部或内部存储介质。
设置有用于检测发动机速度(ES)和/或输入轴转速(IS)以及输出轴转速(OS)的传感器，还有检测发动机燃油供给THL和电磁阀错误SF的传感器，所述的诸传感器向控制器124提供所需的诸输入信号。随着离合器98的接合，可以假定输入轴的转速等于发动机的转速。
正如已知的那样，发动机96可具有一内置控制器96A和/或借助于符合SAE J-1922，SAE J-1939，ISO 11898或类似规定类型的电子数据传输线连于控制器124。控制器124的全部或者一部分可由与发动机控制器96A相配合的硬件和/或软件来确定。由一传感器提供信号(GR)，该信号表示所接合的传动比或者可计算出的传动比，并且由输入轴转速或发动机转速除以输出轴转速的商(GR＝((IS或ES)/OS±偏差)来确认。
本发明的控制阀总成94按顺序插入标准的手动分段换挡选择阀104与标准的伺服阀112/分段致动器86之间，并且根据来自控制器124的指令输出信号动作。该总成94包括根据来自控制器的指令输出信号按序动作的一第一2-位置，3-通道电磁控制阀134和一第二2-位置，3-通道电磁控制阀136，一电磁驱动器以及错误检测单元132。
所述阀134具有一连于伺服管路108的入口138和两个出口140(连于阀136的一个入口142)和144(接排气)。阀134具有一第一正常或非执行位置，在此位置，入口138与出口140连通因此也就与阀136的入口142连通，同时阀134的出口144关闭。阀134还具有一第二或者使第一电磁阀S#1通电的致动位置，在此位置，出口140在出口144处连通排气而入口138关闭。
所述阀136具有两个入口142(连于阀134的入口140)和146(连于加压流体源)以及连于控制伺服阀112的第二伺服管路110出口148。阀136具有一第一正常或非执行位置，在此位置，入口142与出口148连通而源自流体源的入口146关闭，阀136还具有一使第二电磁阀S#2通电的第二致动位置，在此位置，入口142关闭而流体源在入口146处连通出口148和伺服管路110。
图4中示出电磁操纵阀动作的阀状态表。
借助于检测变速杆的状态GR而不是AUTO(见图5)控制器124检测一手动分段操作模式。在此模式(即1-8档位的传动比)中，命令驱动电磁阀使两个电磁阀断电，而阀134和36将处于其非执行位置。伺服管路108经阀134和136与伺服管路110连通，而致动器86将处于选择阀104的手动控制之下。
AUTO或非-AUTO模式状态可由位置传感器或者依据预定的逻辑规则处理ES和OS信号来检测。
在检测到手动换档变换至AUTO位置时，所述控制器将使电磁驱动器132给第一电磁阀S#1通电，从而产生一种纯自动分段情形，同时阀134移至其第二位置，在此位置由手动选择阀104控制的伺服管路108在入口138处关闭，由此出口140与伺服阀112的顺序连接被关闭。由于阀134处于其所述第二或者致动位置，手动选择阀104不会对伺服阀112或者分段致动器86的控制起作用。
在当前实施例中，第九和第十档均为AUTO模式下的传动比，而第八档为“上报(欲换入)”的传动比。一种换挡或者意图变换为AUTO模式在下述之一情形下予以确认(1)传动比为所述上报传动比，并且(2)车速超过一第一参考值(REFI)，此后(3)变换到空档；或者(1)车速超过所述第一参考值，并且(2)传动比为AUTO模式的传动比之一。
所述第一参考值(REFI)是一输出轴转速，在此期望从所述上报档位手动换入高档而出现通常情况下的大约为最小输出轴转速，此转速下期望出现从所述上报档位手动换入高档。
在AUTO模式操作时，手动控制104被旁通，并且根据由输出轴转速OS和/或其他传感参数确定的车速，所述控制124将自动检测是否需要从第九档自动换高档至第十档或者从第十档自动换低档至第九档，并将控制发动机的燃油供给以及所述第二电磁控制阀136，以便执行相同的功能。由于使阀134致动并且阀136处于其正常或者非执行位置，伺服管路110在阀134的口144处被排气，而伺服阀112使活塞/气缸总成86的控制腔114排气，使所述活塞沿分段低档传动比方向推动所述分段接合套。由于所述第二电磁控制阀136被致动，不论阀134的位置如何，伺服管路110均经入口146和阀136的出口148与流体源连通，而伺服阀112将使控制腔114加压，从而使活塞118沿分段高档传动比方向推动所述分段接合套。每当阀136接通，阀134即不起作用以减少热量的产生。
此外为使所述分段接合套在AUTO模式适当地定位，控制器124将使发动机适当地供给燃料以便脱开现有的分段传动比，并使之同步以接合目标分段传动比。随着检测第八-第九变换高档而进入AUTO模式，将使发动机同步以适应主离合器和分段接合套接合的需要。
在本实例中，AUTO模式的连续操作在下述之一情形下予以确认(1)经确认的传动比是一AUTO模式下的传动比(即第九档或第十档)，并且(2)车速超过所述第一参考值(OS*GR上报≥从所述上报档位手动换入期望高档的转速RPM(每分钟转数))；或者一AUTO模式的换挡变速(第九当-第十档，第十档-第九档)正在进行。
当检测到来自AUTO模式的变速换挡已经进行，控制器124启动电磁驱动器132使两电磁阀不起作用从而使分段控制返回到驾驶员。在本实例中，一非AUTO模式条件在下述之一情形下予以确认(1)AUTO模式的变速换挡未处于进行中，并且(2)车速低于一第二参考值(REF2)，此后(3)换入空挡；或者(1)AUTO变速换挡正在进行，并且(2)给定时间段之后，一AUTO模式传动比的接合不能被确认；或者一非AUTO模式传动比的接合被确认。
首先，紧接前述实例包括一AUTO模式以外的换低档，而第二实例包括在AUTO模式变速换挡过程中明显由驾驶员变换到主传动部分的空挡。
为一目标传动比的接合提供同步条件的过程中，设定发动机的一转速等于真实的同步转速(ES＝OS*GRT)加上或者减去约等于30-50RPM(转/分钟)的调整值X。为此，交替地将发动机的转速设定为(ES＝(OS+X)*GRT)以及(ES＝(OS-X)*GRT)。
为了确认接合/未接合，在一时间段内将比值ES/OS与已知的传动比相比较加上或者减去一给定的百分比Y(例如0.5-1.5％)。因此，作为实例，在一时间段如果ES/OS＝GR*(1±Y％)那么则确认接合的GR为真实。调整值X和百分比(偏差)Y这样选取即ES＝(OS+X)*GRT或者ES＝(OS-X)*GRT则ES/OS≠GR*(1±Y％)。
正如前述共同待批的美国专利申请申请号08/649,829中所描述的上述内容允许利用转速信号，以便不会出现由于发动机同步错误读取的情况下确认已接合的状况和空档状况。
为了确认(所述上报传动比或者AUTO描述传动比之一的)分离，ES/OS的商与正要分离档位的数值相比较，加上或者减去一正要分离档位的调整值，该调整值可超过用来确认接合的所述档位调整值的数值。例如，所述正要分离档位的调整值可等于1.5％，而正要接合档位的调整值可等于1％。
此外，用于确认分离的档位调整值可以设定为在正要分离档位同步的正侧大于负侧，以使空挡的错误显示减至最小。仍处于接合档位的转速间隔在所述同步的正侧由于较高的驱动扭矩(所述发动机驱动的车辆当其滑行而驱动发动机时趋向于产生较负扭矩大的正扭矩值。)而趋向于增高。如果较大的正分离档位调整值和较小的负分离档位调整值可以防止在所述正侧由不适当的油门操作引起错误的空挡显示，同时仍可在上述负方向(在此方向大多数的变速换挡得以确认)提供快速的空挡确认。
在最佳实施例中，计算出的传动比，ES/OS和一扩展的调整值域相比较，并且如果其继续保持于该值域之外将只确认为分离。在本实例中(见图6)，所述计算出的传动比必须落入从[接合的GR*(1-(40*因子*周期*负分离档位调整值))]到[接合的GR*(1+(40*因子*周期*正分离档位调整值))]的范围之外，在此，每当其为真实时因子按1增加，而当其为非真实时，因子则减小(以1值减至最小)。当该因子达到或者超过一等于(同步分离时间/周期)的值时确认分离。在最佳实施例中，所述负分离档位调整值＝1％，正分离档位调整值＝1.5％，而(40*因子*周期)的最大值＝6。
该覆盖固定调整值区间(现有技术)的“扩展的调整值域”的优点在于可使分离的确认较快地开始(利用相对较小的初始调整值域)，同时提供对空挡的错误确认的较好防护(利用相对较大，确认前的全扩展值域)。如果计算出的传动比在分离确认过程中落回到所述值域，该值域将减至下一较小的值(或者至最小值域)，而所述计算出的传动比落在该值域以外则分离过程将继续。这种立即设置成覆盖该最小调整值域的“缩小值域”带来的优点在于，即使某一点数据落入该扩展的调整值域之内，它也可保证快速确认真实的分离，并防止随着由大的扭矩跳动而出现的瞬时转速间隔产生错误的空档确认。
当电源出现故障时，电磁阀将返回其打开位置，管路108和110流体连通，并允许手动选择所有十个前进档传动比。所述电磁驱动器在一个或者两个电磁阀处检测出故障状态，控制器将使两电磁阀再次断电，使两个阀134和136处于其打开位置，并且允许手动选择所有十个前进档传动比。
为此控制阀总成94提供即允许手动又允许自动的分段变速换挡的控制，提供适当的中断模式并作为四种附加流体连通〔管路108至口138，管路110至口148，压力源S至口146以及排气EX至口144)于通常用于手动分段控制所需的模式。
正如在此所使用的，“主传动部分”传动比位置包括1/2，2/3，3/4，5/6，7/8和9/10(A)传动比位置，并且区段部分作为手动变速主传动部分的一部分。
在电磁操纵失灵事故中，在分段致动器中，在提供有指示发动机和/或输出轴转速的信号(OS)或类似的该装置中，最佳递减模式的操作如同整个手动10速分段式变速器一样，正如图1和图2。
当处于AUTO模式时，根据检测的致动器或电磁速度传感器故障或其它类似情况，该变速器仍被保持在其通常的已接合的分段传动比，直至主传动部分空档能被确认为止，然后该分段阀总成94返回到手动控制。直至系统确定致动器已手动换挡至空档，该控制原理才由接合分段传动比到可能的分段空档。尽管该系统可以以大范围的梯级的5速(即，仅1-3-5-7-9或2-4-6-8-10可得到)，直到空转被确认为止，但这将保证了有意性的空转条件。
为此，可以理解，已经提供了一种改进的组合式变速传动直至以及变速控制装置。
尽管已经较详细地描述了本发明，然而应当明了对最佳实施例的说明只是举例，在不脱离此后所附权利要求的实质和范围内可以作出各种改变以及细节的变化。
权利要求
1.一种用于控制机械变速传动系统的方法，包括一分段式机械变速传动系统，其上有由可控供油的发动机驱动的输入轴，一输出轴，一手动换挡的主传动部分和一有分段传动部分致动器的分段传动部分，所述的分段传动部分致动器在手动换挡模式下响应手动供给命令信号，而在操作自动模式下，响应控制器供给命令信号，来控制所述的分段传动部分换挡，所述的方法包括检测输入信号的值，包括所指的输入轴和输出轴转速的信号，以决定系统故障的存在；根据检测的自动操作模式下的系统故障，保存分段传动部分致动器条件，直至检测出一主传动部分的空转条件时为止，根据检测的主传动部分空转条件，使所述的分段致动器仅由所述的手动供给命令信号来控制。
2.如权利要求1的方法，其特征在于在所述的自动操作模式下的所述的系统操作仅在一特定的主传动部分传动比上。
3.如权利要求1的方法，其特征在于在所述的分段传动部分致动器包括至少一个响应于所述的手动施加的控制信号的电磁控制阀。
4.一种用于控制自动机械变速传动系统的机构，包括一分段式机械变速传动系统，其上有由可控供油的发动机驱动的输入轴，一输出轴，一手动换挡的主传动部分和一有分段传动部分致动器的分段传动部分，所述的分段传动部分致动器在手动换挡模式下响应手动供给命令信号，而在操作自动模式下，响应控制器供给命令信号，来控制所述的分段传动部分换挡，所述的机构包括有效地检测输入信号值的逻辑元件，包括所指的输入轴和输出轴转速的信号，以决定系统故障的存在；根据检测的自动操作模式下的系统故障，逻辑元件有效地保存分段传动部分致动器条件，直至检测出一主传动部分的空转条件时为止，根据检测的主传动部分空转条件，使所述的分段致动器仅由所述的手动供给命令信号来控制。
5.如权利要求4的机构，其特征在于在所述的自动操作模式下的所述的系统操作仅在一特定的主传动部分传动比上。
6.如权利要求4的机构，其特征在于所述的分段部分致动器包括至少一个响应于手动施加的控制信号的电磁控制阀。
全文摘要
一种用于部分自动机械变速传动系统(92)的操作递减模式(图7),该系统(92)有一分段式变速传动装置(10),其中分段传动部分(14)仅在一定传动比(第9/第10)上自动换档,根据当在此自动分段换档模式下检测到的一定的系统故障,保存该分段传动部分,即,直到主传动部分空转能被确认为止,此时该分段传动部分在整个传动比上返回到手动控制中。
文档编号F16H63/44GK1198515SQ9810642
公开日1998年11月11日 申请日期1998年2月5日 优先权日1997年2月5日
发明者J·A·斯特拜, D·P·雅内克 申请人:易通公司