[发明专利]汽车自动变速方法及装置

说明书

本发明涉及汽车自动变速器，特别是电控机械式自动变速器(Electro-MechanicalAutomatic Transmission)的改进。

在现有汽车自动变速器中，应用最早、最普遍，技术上最成熟的是液力自动变速器(Automatic Transmission)，该自动变速器由液力变扭器、行星齿轮变速器、液压或电液控制系统组成，其所有各档均采用摩擦离合器、制动器或单向离合器换档，并且实现了动力换档(换档过程中动力传动不中断的换档)，因而性能好，不足之处在于结构复杂，制造成本高，燃油经济性差。近十几年来，由于电子控制技术特别是微机控制技术的飞速发展，在传统同步器式手动变速器基础上采用电子控制技术实现的电控机械式自动变速器，由于具有结构简单，制造成本低，燃油经济性好，易于维修等优点而开始得到了应用。有关电控机械式自动变速器的先有技术详见US4,361,060、US4,595,986、US4,614,126、US4,648,290、US4,676,115、US4,784,019、US4,874,881、US4,899,607、US5,050,427、US5,136,987以及中国专利申请94116010.6等，其中与本发明最相近的是US4,361,060所述的电控机械式自动变速器，该自动变速器包括一个由油门控制的发动机、一个机械式变速器、一个可操纵将发动机与变速器相连的离合器(主离合器)、一个同步装置和一个电子控制系统，其中机械式变速器具有一个输入轴和一个与汽车驱动轴相连的输出轴，在输入轴和输出轴之间，具有若干可选择由牙嵌式离合器接合的前进档或倒退档常啮合齿轮副；同步装置包括一个位于变速器输入轴和变速器壳体之间，工作时使输入轴转速降低的减速同步制动器和一个位于变速器一档(最低速前进档)从动齿轮和变速器输出轴之间，工作时使输入轴转速升高的加速同步离合器；电子控制系统包括一个电子控制装置、一个油门执行装置、一个变速器换档执行装置、一个油门位置传感器、一个发动机转速传感器、一个变速器输入转速传感器、一个变速器输出转速(车速)传感器和一个档位传感器。电子控制装置按预定程序实时采集和处理传感器送来的油门位置信号、发动机转速信号、变速器输入、输出转速信号以及档位信号，并根据处理结果向油门执行装置、变速器换档执行装置、主离合器以及同步装置发出控制信号，实现汽车自动起步行驶、变速器自动换档等功能。该自动变速器在传统同步器式手动变速器的基础上取消了所有档位的同步器(有同步环的同步牙嵌式离合器)，代之以无同步环的牙嵌式离合器(易啮合套或滑移齿轮)，通过电子同步解决换档冲击问题，达到了进一步简化结构，降低制造成本以及提高可靠性和使用寿命的目的，但是其制造成本仍然较高，技术难度大，特别是在性能方面与自动液力变速器相比还具有一定的差距。这些不足主要是由于其同传统手动变速器一样为非动力换档造成的。其非动力换档控制过程是：首先控制油门执行装置减小或关闭发动机油门，在主离合器即将反向传递动力时控制主离合器分离，切断发动机与变速器的联系，再控制变速器换档执行装置将变速器从当前档换入空档，然后控制减速同步制动器或加速同步离合器，降低或升高变速器输入转速，使该转速达到同步转速范围(此时目标档牙嵌式离合器的主、从动部分基本同步)，再控制变速器换档执行装置将变速器换入目标档，最后控制油门执行装置恢复油门位置(驾驶员通过油门踏板控制的位置)，并且在发动机转速上升至与变速器输入轴转速大致相等时控制主离合器接合。从上述非动力换档过程可以看到：(1)换档过程中变速器中断了发动机的动力传递，即汽车失去了驱动力，因此降低了汽车的加速性能；(2)换档过程中汽车驱动力的中断使汽车行驶的平顺性较差；(3)发动机在换档前从较高转速降至较低转速，动能的减少转化成了摩擦损失，在换档后要从较低转速升到较高转速，动能的提高需要额外消耗燃油，因此降低了汽车行驶的燃油经济性；(4)换档过程动作多，使换档经历的时间较长，亦即汽车驱动力中断的时间较长，进一步降低了汽车的加速性能，或者为了缩短换档时间，需要增大执行部件的功率，致使制造成本较高；(5)汽车起步和变速器换档都要依靠主离合器打滑工作才能完成，使主离合器工作频繁，降低了主离合器的使用寿命；(6)换档过程需要一个专门的油门执行装置控制操发动机，该执行装置需要电子控制装置提供驱动控制信号，增加了电子控制装置的复杂性，这些均使制造成本较高；(7)由于主离合器兼有非动力换档切断发动机动力的功能，使得主离合器使汽车起步的功能必须采用电子控制实现，众所周知，该控制(至少要求汽车起步平稳并保证发动机在各种情况下不熄火)是电控机械式自动变速器的一个难点；(8)由于主离合器的起步控制采用电子控制，当电子控制装置失效时，汽车将不能起步行驶，降低了汽车行驶的可靠性。其次，该自动变速器为了实现牙嵌式离合器的无冲击换档或为了将换档冲击控制在可以接受的范围内，专门增加了一个结构比较复杂的同步装置，并且所进行的转速同步控制由于牙嵌式离合器的从动部分随变速器输出轴转动，该输出轴通过汽车驱动轴与汽车差速器或驱动轮相连，转动惯量很大，主动部分随输入轴转动，输入轴由于随其转动的齿轮部件较多，转动惯量也较大而具有较高的精度要求，这些进一步增加了该自动变速器的技术难度和制造成本。