车辆和控制滚动接合的方法
【专利摘要】本发明提供了一种车辆和控制滚动接合的方法。当车辆驾驶员在车辆正在向前运动时选择倒挡时，变速器控制器应用变速器中的摩擦换挡元件来创建部分绑定的条件以使车辆减速。一旦车辆减速到阈值速度以下，控制器便接合可选择的单向制动器并释放一些摩擦换挡元件，以接合倒挡传动比。
【专利说明】
车辆和控制滾动接合的方法
技术领域
[0001] 本公开设及自动变速器控制领域。更具体地，本公开设及接合可控的单向离合器 W建立反方向动力流路径的方法。
【背景技术】
[0002] 许多车辆在包括前进和倒车运动两者的宽的车速范围内被使用。但是，某些类型 的发动机只能够在窄的转速范围内有效地运转。因此，经常采用能够W多种传动比有效地 传递动力的变速器。变速器传动比是输入轴转速与输出轴转速之比。当车辆处于低速时，变 速器通常W高传动比运转，从而使发动机扭矩倍增W提高加速性能。在高车速下，W低传动 比运转变速器允许发动机转速与安静、节省燃料的巡航关联。通常，变速器包括在驾驶员选 择倒挡时接合的至少一个负的传动比。
[0003] 许多自动变速器实现多个不同的离散传动比，其中，每个传动比通过接合摩擦换 挡元件和/或其它换挡元件的特定子集来建立。换挡元件可包括将两个旋转元件彼此结合 的装置(通常称为离合器)和将旋转元件结合到固定元件的装置(通常称为制动器）。为了从 一种传动比切换到另一种传动比，一个换挡元件(称为即将分离元件)释放，另一个换挡元 件(称为即将接合元件)接合。某些类型的换挡元件(例如，爪式离合器)在接合过程中不能 吸收能量。在即将接合元件是运种类型的换挡元件时，将要结合的轴在接合之前必须处于 几乎相同的转速。
[0004] 当车辆静止时，即使在非常高的传动比下，齿轮箱输入也是静止的。由于内燃发动 机在零曲轴转速时不能产生扭矩，所W起步装置是必要的W允许发动机旋转并将扭矩传递 至齿轮箱输入。许多自动变速器利用具有由发动机曲轴驱动的累轮和驱动齿轮箱输入轴的 满轮的变矩器。每当累轮旋转得比满轮快时，扭矩便从累轮传递至满轮。当满轮旋转得比累 轮快时，扭矩沿相反的方向传递。
【发明内容】
[0005] -种变速器包括输入轴、输出轴、可切换的装置、多个摩擦换挡元件和控制器。所 述变速器还可包括变矩器。所述可切换的装置被构造为：在锁止-锁止状态和锁止-自由状 态之间切换，其中，在锁止-锁止状态下，两个部件结合，在锁止-自由状态下，允许所述部件 之间仅沿一个方向相对旋转。多个摩擦换挡元件能够W其中两个的组合接合，W建立多个 动力流路径，所述多个动力流路径包括至少一个倒挡动力流路径。通过接合倒挡摩擦换挡 元件并将可切换的装置置于锁止-锁止状态来建立倒挡动力流路径。所述控制器被配置为： 通过至少部分地接合两个摩擦换挡元件来对在可切换的装置超越的情况下切换至倒挡作 出响应，W在输出轴上施加负扭矩而使车辆减速。在一些实施例中，所述控制器还可至少部 分地接合第=摩擦换挡元件，第=摩擦换挡元件可W是倒挡摩擦换挡元件。所述控制器还 可被配置为:在输出轴减速到阔值转速W下之后，将可切换的装置切换至锁止-锁止状态。
[0006] -种控制变速器的方法包括:通过至少部分地接合至少=个摩擦换挡元件来对切 换至倒挡作出响应，W在变速器输出轴和满轮轴上施加负扭矩，然后，命令可切换的单向制 动器阻止内部轴的旋转。在命令可切换的单向制动器改变状态之后，所述方法还可包括:释 放除了一个摩擦换挡元件W外的所有的摩擦换挡元件W建立倒挡动力流路径。
[0007]根据本发明，提供一种控制变速器的方法，包括:响应于换挡杆移动至倒挡同时可 选择的单向制动器超越，至少部分地接合至少=个摩擦换挡元件W在变速器输出轴上施加 负扭矩；W及响应于输出轴转速下降至小于阔值，命令可选择的单向制动器阻止内部轴沿 两个方向的旋转。
[000引根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:释放除了一个摩擦换挡元件W外的 所有的摩擦换挡元件，W在输入轴和输出轴之间建立倒挡动力流路径。
[0009] 根据本发明的一个实施例，至少部分地接合至少=个摩擦换挡元件也在输入轴上 施加负扭矩。
[0010] 根据本发明，提供一种控制变速器的方法，包括:响应于换挡杆移动至倒挡同时可 选择的单向制动器超越，至少部分地接合摩擦元件的组合W在输出轴和满轮轴两者上施加 负扭矩；响应于输出轴转速下降至小于阔值，命令可选择的单向制动器沿两个方向保持住 内部轴。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述摩擦元件的组合包括倒挡换挡元件。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:释放除了倒挡换挡元件W外的所有 的摩擦换挡元件，W在满轮轴和输出轴之间建立倒挡动力流路径。
【附图说明】
[0013] 图1是车辆动力传动系统的示意图。
[0014] 图2是齿轮箱布置的示意图。
[0015] 图3是车辆正在向前运动时接合图2的齿轮箱布置的倒挡的第一种方法的流程图。
[0016] 图4是示出了在执行图3的方法的过程中，车辆加速度和车速的曲线图。
[0017] 图5是车辆正在向前运动时接合图2的齿轮箱布置的倒挡的第二种方法的流程图。
[0018] 图6是示出了在执行图5的方法的过程中，车辆加速度和车速的曲线图。
【具体实施方式】
[0019] 在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例，其它实 施例可W采用多种替代形式。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征W显示特定部 件的细节。因此，此处公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术 人员W多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一
【附图说明】和描述的多个特征可W与一个或更多个其它附图中说明的特征组合W产生未明 确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本 公开的教导一致的特征的多种组合和变型可W期望用于特定应用或实施方式。
[0020] 图1中示意性地示出了前轮驱动(FWD)车辆的动力传动系统。机械连接由实线指 示，信号由虚线指示。动力通过内燃发动机10提供。变矩器12包括由发动机曲轴驱动的累轮 W及满轮。满轮固定到齿轮箱14的输入轴。变矩器还包括将累轮选择性地连接至满轮的旁 通离合器。当旁通离合器接合时，扭矩通过旁通离合器传递。当旁通离合器分离时，扭矩在 累轮和满轮之间液力地传递。齿轮箱14包括多个行星齿轮组和换挡元件，多个行星齿轮组 和换挡元件互相连接，W通过换挡元件选择性地接合而建立多个动力流路径，每个动力流 路径具有不同的传动比。动力从齿轮箱14的输出元件传递至差速器16。动力可通过晒合齿 轮的方式传递或通过链的方式传递。该传递还可W W固定的主减速比使扭矩倍增并使转速 降低。差速器将动力分配至左前车轮18和右前车轮20,在车辆转弯时允许轻微的转速差异。 变矩器、齿轮箱和差速器可统称为驱动桥22或横向变速器。后轮驱动车辆的动力传动系统 具有类似的部件，但是，发动机、变矩器、齿轮箱和差速器沿车辆的中屯、线定位并驱动后车 轮。本发明适用于前轮驱动动力传动系统构造和后轮驱动动力传动系统构造两者。
[0021] 发动机和齿轮箱对来自控制器24的命令作出响应。控制器向齿轮箱14发送信号W 应用特定的换挡元件。控制器向发动机10发送指示产生多少扭矩的信号。控制器24从各种 传感器(包括换挡杆26和加速踏板28)接收信号。驾驶员在几个位置之间移动换挡杆26W指 示期望的行驶方向。D位置指示期望向前运动。R位置指示期望向后运动。N位置指示期望空 挡。P位置指示期望接合驻车挡。运里，术语换挡杆用来表示意在指示运些选择的任何用户 界面元件(例如，包括安装到控制台的杆、安装到方向盘的杆或触摸屏）。控制器24可被实现 为例如单个微处理器或多个通信的微处理器。
[0022] 图2中示出了齿轮箱14的示例性的布置。齿轮箱14包括由变矩器满轮驱动的输入 轴30、输出元件32和固定到车辆结构的变速器壳体34。除了输入轴和输出轴W外的轴可被 称为内部轴。第一简单行星齿轮组包括中屯、齿轮42、环形齿轮44和齿轮架46，齿轮架46固定 地结合到输出元件32并支撑多个行星齿轮48，多个行星齿轮48中的每者与中屯、齿轮42和环 形齿轮44两者晒合。第二简单行星齿轮组包括固定地结合到输入轴30的中屯、齿轮52、环形 齿轮54和齿轮架56，齿轮架56固定地结合到环形齿轮44并支撑多个行星齿轮58，多个行星 齿轮58中的每者与中屯、齿轮52和环形齿轮54两者晒合。第=行星齿轮组包括固定地结合到 环形齿轮54并支撑多个阶梯行星齿轮64的齿轮架62。每个阶梯行星齿轮包括与中屯、齿轮67 和环形齿轮66两者晒合的一组轮齿W及与中屯、齿轮68晒合的较小直径的第二组轮齿。
[0023] 齿轮箱14还包括一组液压致动的摩擦换挡元件70、72、74、76、78和80。摩擦换挡元 件可处于分离状态、部分接合状态或完全接合状态。在分离状态，选择性地结合的元件是W 不同的转速自由旋转的，而几乎不传递扭矩。在部分接合状态，扭矩在W不同的转速旋转的 元件之间传递。传递的扭矩的量等于换挡元件的扭矩容量。在完全接合状态下，元件被约束 成作为一个单元旋转(或不旋转）。只要扭矩容量超过保持元件作为一个单元旋转所需要的 扭矩，换挡元件便保持在完全接合状态。齿轮架62和环形齿轮54通过离合器70选择性地结 合到输入轴30。中屯、齿轮67通过离合器72选择性地结合到输入轴30,并通过制动器74选择 性地保持不旋转。中屯、齿轮68通过制动器76选择性地保持不旋转，并通过离合器78选择性 地结合到齿轮架62和环形齿轮54。中屯、齿轮42通过制动器80选择性地保持不旋转。
[0024] 可选择的单向制动器（S0WB)82被主动地控制为处于两种状态中的一种。在锁止-锁止状态（lock-lock state) ,SOWB 82保持齿轮架62和环形齿轮54沿两个方向均不旋转。 在锁止-自由状态（lock-free state) ,SOWB 82被动地阻止齿轮架62和环形齿轮54沿反向 旋转，但是允许齿轮架62和环形齿轮54沿正向旋转。正向被定义为在变速器正将来自发动 机的动力传递至车轮时，输入轴30的旋转方向。与摩擦换挡元件不同，SOWB不具有能够在具 有相对转速的元件之间传递扭矩的部分接合状态。因此，在存在相对旋转的情况下，从锁 止-自由状态至锁止-锁止状态的转变造成元件转速的突变，导致在变速器输出处产生高的 短时扭矩。运种扭矩的脉动的大小依赖于转速改变的元件的惯性W及至输出元件的扭矩传 递路径。在极端情况下，部件会损坏。
[0025] 如表1中所示，齿轮箱14的换挡元件W两个的组合接合来建立九个前进挡传动比 动力流路径和一个倒挡传动比动力流路径。（当SOWB正在传递扭矩而不是超越时，认为SOWB 接合。）注意：SOWB 82仅在倒挡动力流路径的情况下处于锁止-锁止状态。SOWB 82在所有的 前进挡动力流路径的情况下均处于锁止-自由状态。在一挡动力流路径中，每当动力从输入 轴30传递到输出轴32时，SOWB便传递扭矩。由于SOWB 82超越，所W在SOWB 82处于锁止-自 由状态下时，运个动力流路径不能从输出32向输入30传递动力。（一些变速器在处于一挡时 可实现SOWB 82处于锁止-锁止状态的操作模式W提供发动机制动。）单向制动器的使用简 化了对可选择的装置是即将分离的元件的升挡的控制。运对于从一挡换到二挡来说是最有 价值的，因为由不精确控制所产生的任何扭矩扰动均通过扭矩比而被放大。在一些传动布 置中，该装置可W是可选择的单向离合器，在一种状态下，可选择的单向离合器允许两个旋 转轴之间仅沿着一个方向相对旋转，在另一种状态下，可选择的单向离合器将运两个旋转 轴结合。
[0026] 表 1 rn〇97i
[0028] 当换挡杆26从前进挡位置移动到倒挡位置时，控制器24需要命令摩擦离合器72接 合，命令SOWB 82进入锁止-锁止状态，并释放所有其它的摩擦换挡元件，W便为倒挡建立动 力流路径。当车辆在一挡动力流路径已经建立(制动器80接合)的情况下静止时，在SOWB 82 上没有相对转速，因此，转变是直接进行的。具体地讲，由于输出32是静止的，因此齿轮架46 也静止。由于制动器80正保持中屯、齿轮42静止，所W环形齿轮44和齿轮架56也将静止。由于 变矩器累轮正至少W发动机怠速转速旋转，所W只要满轮正比累轮旋转得慢并且离合器70 和72两者均释放，累轮便将向中屯、齿轮52施加正扭矩。在齿轮架56静止的情况下，中屯、齿轮 52上的运个正扭矩将趋向于迫使环形齿轮54和齿轮架62沿反方向旋转。然而，SOWB 82限制 环形齿轮54和齿轮架62反向旋转。即使在车辆正慢速向前运动时，SOWB 82也将接合。然而， 如果输出32的转速超过发动机转速除W-挡传动比，那么SOWB将超越。
[0029] 如果在SOWB 82超越时驾驶员将换挡杆26移动至倒挡位置，那么控制器必须确保 齿轮架62在SOWB切换至锁止-锁止状态之前停止或者几乎停止。否则，齿轮架62的突然减速 将导致干扰车辆乘员的扭矩脉冲，甚至会造成变速器部件失效。由于变速器处于高于一挡 的前进挡，或者由于车速高得足W使SOWB在一挡超越，SOWB 82可能会超越。控制器会使制 动器80除外的所有摩擦换挡元件简单地分离，并等待车速充分下降而允许SOWB 82切换至 锁止-锁止状态。然而，驾驶员在将换挡杆移动至倒挡不久之后就期望负扭矩，并且如果车 辆长时间不响应驾驶员将会不满意。
[0030] 图3是管理倒挡接合的过程的流程图，即使在车辆最初向前运动时，该过程也能避 免长时间延迟。图4示出了在执行图3的方法时，作为时间的函数的车辆速度和加速度。所述 方法始于90处，在90处，换挡杆26处于前进挡位置并且变速器换挡元件接合W建立前进挡 传动比中的一个。响应于驾驶员将换挡杆26移动到倒挡位置，所述方法进行到92。如果在92 处SOWB 82没有超越，那么控制进行到94，在94处，SOWB 82的状态被切换至锁止-锁止状态。 控制器可利用齿轮架62上的转速传感器或者通过基于其它转速传感器计算齿轮架62的转 速来确定SOWB 82是否超越。在96处，释放制动器80。同时，在97处，接合离合器72。（运假设 变速器之前处于一挡，通常运将是SOWB 82任何时候均不超越的情况）。一旦运些接合和分 离已经完成，变速器便处于接合倒挡的最终状态98。
[0031] 如果在92处确定SOWB 82超越，那么控制器采取积极的行动来使车辆减速。在100 处，控制器使离合器72和78接合并释放所有其它的摩擦元件。接合离合器72使变速器为倒 挡的最终接合做准备。接合离合器78将齿轮架62、中屯、齿轮67和中屯、齿轮68结合到输出元 件32。在离合器78接合的情况下，制动器74和76两者均用于使车辆减速。在102处，制动器74 和76中的一者或两者部分地接合W使车辆减速。如图4中的时间A之前所示，目的是控制速 度曲线，使得车辆平稳地达到零速。运通过利用速度测量值作为闭环反馈信号来实现。运继 续下去直到输出转速降到如在104处确定的阔值W下为止。所述阔值被选择为使得在多个 摩擦元件接合的情况下，由将S0WB82切换到锁止-锁止状态产生的任何扭矩脉冲均是可接 受的。在106处，S0WB82的状态被切换至锁止-锁止状态。运在车辆处于非常接近零的稳定速 度下(在图4中的A和B之间）发生。在108处，换挡元件74、76和78均释放，在98处，将变速器置 于倒挡。（制动器74和76已经处于非常接近零的扭矩容量。）一旦处于倒挡，车辆便开始向后 加速，如图4中时间B之后示出的。理想地，在A和B之间的时间尽可能短，从而操纵使车辆乘 员感觉像是连续的减速。
[0032] 图5是管理倒挡接合的供选择的过程的流程图，即使在车辆最初向前运动时，该过 程也能避免长时间延迟。图6示出了在执行图5的方法时，作为时间的函数的车辆速度和加 速度。与图3的方法类似，该方法始于90处，在90处，换挡杆26处于前进挡位置并且变速器换 挡元件接合W建立前进挡传动比中的一个，响应于驾驶员将换挡杆26移动到倒挡位置，所 述方法进行到92。如果在92处SOWB 82没有超越，那么W与图3的方法相同的方式完成向倒 挡的转变。如果在92处确定SOWB 82超越，所述方法则不同。与图3的方法类似，控制器采取 积极的行动来使车辆减速。在110处，控制器使离合器78接合并释放所有其它的摩擦元件， 包括离合器72。在离合器78接合的情况下，制动器74和76两者均用于使车辆减速。在102' 处，制动器74和76中的一者或两者部分地接合W使车辆减速。运个步骤与图3的方法中的 102的区别仅在于目标速度曲线稍微不同。如图6中时间A之前所示，目的是控制速度曲线， 使得车辆平稳地达到低的正速度。运继续下去直到输出转速降到如在104'处确定的阔值W 下为止。运个步骤与图3的方法中的104的区别在于阔值不是接近零。由于离合器72不接合， 因此满轮转速趋向于发动机转速。在112处，换挡元件74、76和78释放，制动器80部分地接 合。在车辆慢速（由此，齿轮架46慢速)的情况下，部分地接合制动器80趋向于使环形齿轮44 和齿轮架56变慢。在满轮和中屯、齿轮52接近发动机转速旋转时，使齿轮架56变慢造成环形 齿轮54和齿轮架62减速，直到SOWB 82接合W防止其反向旋转为止。当在114处检测到SOWB 82接合时，SOWB 82的状态在94处改变，如图6中的A和B之间所示。然后，接合倒挡并且车辆 开始向后加速，如图6中时间B之后示出的。理想地，在A和B之间的时间尽可能短，从而操纵 使车辆乘员感觉像是连续的减速。
[0033]虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着运些实施例描述了权利要求包含 的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解不脱离本公 开的精神和范围可W作出各种改变。如上所述，可W组合多个实施例的特征W形成本发明 可能没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期 望特性来说提供了优点或相较于其它实施例或现有技术实施方式更为优选，但是本领域普 通技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可W对一 个或多个特征或特性妥协。因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其它实施例或 现有技术实施方式不令人满意也未超出本公开的范围，并且运些实施例可W期望用于特定 应用。
【主权项】
1. 一种变速器，包括： 输入轴和输出轴； 可切换的装置，被构造为:在锁止-锁止状态下，将两个变速器部件结合，在锁止-自由 状态下，允许两个变速器部件之间仅沿一个方向相对旋转； 多个摩擦换挡元件，能够以其中两个的不同组合接合，以在可切换的装置处于锁止-自 由状态的情况下，在输入轴和输出轴之间建立多个前进动力流路径，所述多个摩擦换挡元 件包括倒挡换挡元件，所述倒挡换挡元件能够接合以在可切换的装置处于锁止-锁止状态 的情况下，在输入轴和输出轴之间建立倒挡动力流路径，所述多个摩擦换挡元件包括第一 换挡元件和第二换挡元件，第一换挡元件和第二换挡元件能够组合地接合以保持输出轴不 旋转；以及 控制器，被配置为:通过至少部分地接合第一换挡元件和第二换挡元件来对在可切换 的装置超越的同时切换至倒挡的命令作出响应，以在输出轴上施加负扭矩。2. 根据权利要求1所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：响应于输出轴的转速 下降到阈值以下，将可切换的装置从锁止-自由状态切换至锁止-锁止状态。3. 根据权利要求1所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为:在响应于切换至倒挡 的命令至少部分地接合第一换挡元件和第二换挡元件的同时，至少部分地接合所述多个摩 擦换挡元件中的第三换挡元件。4. 根据权利要求3所述的变速器，其中，第三换挡元件是倒挡换挡元件。5. 根据权利要求4所述的变速器，其中，所述控制器还被配置为：响应于输出轴的转速 下降到阈值以下，将可切换的装置从锁止-自由状态切换至锁止-锁止状态，然后释放第一 换挡元件和第二换挡元件。6. 根据权利要求1所述的变速器，还包括变矩器，所述变矩器具有适于被结合到发动机 的栗轮和结合到输入轴的涡轮。7. 根据权利要求6所述的变速器，其中，部分地接合第一换挡元件和第二换挡元件在输 入轴上施加负扭矩。8. 根据权利要求1所述的变速器，其中，所述倒挡换挡元件是离合器。9. 根据权利要求1所述的变速器，其中，第一换挡元件是制动器。10. 根据权利要求1所述的变速器，其中，所述可切换的装置是可选择的单向制动器。
【文档编号】F16H59/02GK105822755SQ201610051980
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】卡尔·M·容布卢斯, 克里斯多夫·马库斯·威廉姆斯, 库尔特·霍华德·尼克尔森
【申请人】福特全球技术公司