本申请是一个根据35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C. §119(e)(i)要求享受按照35U.S.C.§111(b)、于1998年1月20日提 交的临时申请60/071,803的申请日。

本申请涉及如下共同未决的申请，这些申请全部转让给了EATON公司， 也即本申请的受让人：

1995年11月17日提交的系列号No.08/560,458名为“发动机换档 控制”(ENGINE SHIFT CONTROL)

1997年8月7日提交的系列号No.08/902,603名为“半自动杆式换 档机械变速器系统”(PARTIALLY AUTOMATED,LEVER-SHIFTED MECHANICAL TRANSMISSION SYSTEM)

1997年12月15日提交的系列号No.08/990,678名为“辅助杆式换 档变速器”(ASSITED LAVER-SHIFTED TRANSMISSION)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,089名为“范围转换控制” (RANGE SHIFT CONTROL)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,093名为“适应性换高档 的爪式接合套接合控制”(ADAPTIVE UPSHIFT JAW CLUTCH ENGAGEMENT CONTROL)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,092名为“控制器辅助的 手动换档变速器中用于完成换档的发动机燃油控制”(ENGINE FUEL CONTROL FOR COMPLETING SHIFTS IN CONTROL FOR COMPLETING SHIFTS IN CONTROLLER-ASSISTED,MANUALLY SHIFTED TRANSMISSION)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,095名为“动态范围转换 激励”(DYNAMIC RANGE SHIFT ACTUATION)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,091名为“用于辅助手动 分级换档型变速器系统的爪式接合套接合控制”(JAW CLUTCH ENGAGEMENT CONTROL FOR ASSISTED,MANUALLY SHIFTED,SPLITTER-TYPE TRANSMISION SYSTEM)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,090名为“适应性空档感 测”(ADAPTIVE NEUTRAL SENSING)

1998年4月1日邮寄的系列号No.09/053,181名为“适应性分级换 档促动器的接合力控制”(ADAPTIVE SPLITTER ACTUATOR ENGAGEMENT FORCE CONTROL)

本发明涉及一种备有发动机控制器的全自动或半自动车用变速器系 统，这种控制器用于响应命令信号来控制发动机输出扭矩(即发动机飞轮 扭矩)；本发明尤其涉及一种自动车用变速器系统，该系统在车辆变速器 处于以较高速比起步的情况下，可限制发动机输出扭矩，以防止或限制对 车辆动力部件的损坏。

范围转换、分级换档和/或范围转换/分级换档相结合的组合式手动换 档机械变速器在重型车辆中广泛使用，并在现有技术中公知，如可参见美 国专利说明书No.4,754,665；5,272,929；5,370,013和5,390,561； 5,546,823；5,609,062及5,642,643，其公开的内容在此作为参考。这 些变速器一般包括一个通过手动换档杆直接或远程换档的主变速器，一个 或多个与主变速器串联的副变速器。副变速器大多由响应一个或多个主开 关手动操作的随动促动器来换档，通常用气力、液力、机械和/或电力来 操纵。用于这些系统的换档控制可参见美国专利说明书No.4,455,883； 4,550,627；4,899,607；4,920,815；4,974,468；5,000,060；5,272,931； 5,281,902；5,222,404和5,350,561，其公开的内容在此作为参考。

在现有技术中公知这样的全自动或半自动变速器系统：一个基于微处 理器的电控单元(ECU)接收指示各种系统操作状况的输入信号，并根据 逻辑规则处理这些信号，给一个或多个系统促动器发出命令输出信号；可 参见美国专利说明书No.4,361,060；4,593,580；4,595,986；4,850,236； 5,435,212；5,582,069；5,582,558；5,620,392；5,651,292和5,679,096； 5,682,790，其公开的内容在此作为参考。

如果驾驶员试图在高速比(即输入轴与输出轴转速的数值比较小)啮 合时使车辆起步，备有机械变速器的现有技术车辆传动系容易受到过度磨 损和/或损坏。虽然在高速比啮合时，可通过加大油门使发动机转速和输 出扭矩增加来实现车辆起步，但可能导致主离合器打滑与传动系部件的过 度磨损和/或损坏。

本发明的最佳实施方式涉及一个计算机辅助的机械组合式变速器系 统，其中主变速器利用手动控制的换档杆来换档、发动机使用燃油和/或 副变速器通过至少部分由电控单元(ECU)控制的促动器来换挡以加强换 档。ECU利用感测到的和/或计算出的指示系统运行参数的输入，通过控 制发动机供油和/或操纵范围转换和/或分级换档促动器来辅助换档，所述 系统运行参数如：对分级换档开关和/或范围转换开关的操作，换档杆的 位置和/或其位置变化率，啮合速比，发动机转速，输出轴转速，离合器 状态和/或油门踏板位置。

按照本发明，通过为全自动或半自动车用变速器系统提供一种控制系 统/方法，可最小化或克服现有技术的不足，所述控制系统/方法将感测指 示在高速比啮合时起步车辆的意图的操作状况，并在感测到这些状况时， 限制发动机输出扭矩。这将防止车辆传动系的过度磨损和/或损坏或使之 最小，将告知操作者起步时使用了不当的速比，并阻止驾驶员在这些状态 下试图使车辆起步。

因此，本发明的一个目的是提供ECU辅助，来改善备有通过手动操作 换档杆换档的主变速器的机械组合式变速器换档。

另一个目的是提供一种全自动或半自动车用机械变速器系统，其中在 起步状态下，如果变速器啮合在一个非起步速比上，其发动机输出扭矩会 受到限制，以防止车辆传动系的过度磨损和/或损坏。

通过阅读如下对最佳实施方式及附图的说明，可以了解本发明的种种 目标和优势。

图1是一个ECU辅助的组合式机械变速器系统的示意性说明，其有利 地使用了本发明的发动机输出扭矩限制控制。

图2是图1所示变速器的换档模式和典型数值比的图表说明。

图3是图1组合式机械变速器结构的示意性说明。

图4是与图1变速器系统一起使用的三位分级换档促动器的示意性说 明。

图5A和5B是用于图1所示系统的换档轴位置传感器机构的示意性说 明。

图6是本发明的流程图描述。

一个尤其适合于使用本发明的发动机输出扭矩限制控制的计算机辅助 (即基于微处理器的，控制器辅助的)车用组合式机械变速器系统10， 可参见图1-5B。

系统10是重型车辆如传统的牵引车/半挂车的牵引机普遍使用的类 型，包括一个一般为柴油机的发动机12，一个位于离合器壳内的主摩擦 离合器14，一个多档组合式变速器16和一个驱动桥总成(图中未示)。 变速器16包括输出轴20，其通过万向节24连接并驱动车辆传动轴22， 以驱动驱动桥总成。变速器16位于变速器壳内，而换档杆总成30的换档 座直接安装在变速器壳上。此系统同样适用于远程安装的换档杆，如驾驶 室位于发动机上方类型的车辆所采用的那样。

图2示出了一个辅助手动换档的换档模式，用于通过手动操作换档杆 来换档的范围转换和分级换档相结合的组合式变速器。简单来说，换档杆 31可在边-边或XBX方向移动，以选择一个或一些特定速比或一些速比来 啮合，也可前后或在YBY方向移动，以选择性地啮合和脱开各种速比。换 档模式可包括自动范围转换特征与自动选择和/或执行分级换档，这在现 有技术中公知。使用此类型换档机构和换档模式的手动变速器在现有技术 中公知，详情可参见前面提过的美国专利说明书No.5,000,060和 5,390,561。

这些变速器的前三个或前四个速比(即一、二、三和/或四档)通常认 为是可接受的起步速比，而其余速比则不是，这在现有技术中公知，并可 参见美国专利说明书No.5,416,700；5,678,453和5,385,515，其公开 的内容在此作为参考。不可接受的或者说不合适的起步速比是指：车辆以 那些变速器速比起步时，可能导致车辆传动轴装置过度磨损和/或损坏。

换档杆总成30一般包括一个换档爪或类似结构(未示)，向下延伸入 换档机构32，如一个多轨换档滑杆的壳总成或一个单换档轴总成，这在 现有技术中公知，前面提过的美国专利说明书No.4,455,883；4,550,627； 4,920,815和5,272,931也有说明。

在自动范围转换特征中，当换档杆在换档模式的中间臂(3/4-5/6) 与右手臂(7/8-9/10)之间的过渡区移动时，它将越过一个AR点，这 将激励一个机械或电力的范围转换开关或被位置传感器感测到，从而实现 自动执行范围转换。

由主变速器16A和副变速器16B串联组成的变速器16的换档，通过 车用变速器系统10来半自动地执行/辅助，图例说明见图1-5B。主变 速器16A包括输入轴26，它通过主离合器14可操作地联到车辆发动机12 的驱动轴或曲轴28，而副变速器16B的输出轴20通常通过传动轴24可 操作地联到车辆驱动轮。副变速器16B为分级换档类型，最好是范围转换 和分级换档相结合的类型，如美国专利说明书No.4,754,665和5,390,561 中所述。

变速器16可用的变速比可通过手动定位换档杆31来手动选择，根据 主变速器16A啮合到特定的理想的变速比所规定的换档模式来定位换档 杆。

系统可包括传感器30(用于感测发动机转速(ES))、32(用于感测输 入轴转速(IS))和34(用于感测输出轴转速(OS))，并提供指示这些转 速的信号。众所周知，离合器14接合(即无滑转)且变速器以一已知速 比啮合时，ES=IS=OS*GR(见美国专利说明书No.4,361,060)。因 此，如果离合器14接合，发动机转速和输入轴转速可认为相等。

发动机12是电控的，包括一个通过电子数据链(DL)通讯的电子控制 器36，其中电子数据链运作在如SAE J-1922,SAE J-1939,ISO 11898 或类似的工业标准协议下。油门位置(反应操作者的要求)是一个选择换 档点和用于其他控制逻辑的理想参数。可提供一个分立的油门位置传感器 38，或从数据链中感测油门位置(THL)。总发动机扭矩(TEG)和基本发动 机摩擦扭矩(TBEF)也可从数据链中获得。

电控的发动机如柴油机，可通过控制使得发动机扭矩被限制为一个所 选值，这在现有技术中公知，并可参见美国专利说明书No.5,509,867和 即将授权的共同未决的美国专利系列号No.08/560,458。虽然输出扭矩 或飞轮扭矩是控制的理想参数，但相关值(如SAE J-1939所定义的“实 际发动机百分比扭矩”值)也可作为控制参数(见美国专利说明书No. 5,582,069和5,509,867)。

手动离合器踏板40控制着主离合器14，且传感器42提供指示离合器 接合或脱开状态的信号(CL)。如果发动机转速和输入轴转速都可获得， 比较这两个信号也可确定离合器状态。包括范围转换促动器和分级换档促 动器46的副变速器促动器44，根据电控单元(ECU)48的命令输出信号， 来操作范围转换接合套和分级换档接合套。换档杆31有一个带有分级换 档选择器开关52的旋钮50，通过选择器开关可感测驾驶员开始分级换档 的意图。

系统10可包括驾驶员显示单元54，该单元包括一个六位换档模式的 图示，其中每个可发光显示元56,58,60,62,64和66代表了每个可选 择的啮合位置。更有利的是，每半个换档模式显示元(如58A和58B)都 可独自发光，这种显示可告知驾驶员已啮合速比的换档杆和分级换档位 置。

本系统包括一个控制单元或ECU48，最好是美国专利说明书No. 4,595,986；4,361,065和5,335,566阐述的基于微处理器的控制单元类 型，其公开的内容在此作为参考；该控制单元用于接收输入信号68，根 据预设逻辑规则来处理输入信号，并给系统促动器如分级换档促动器46、 发动机控制器36、范围转换促动器和/或显示单元54等发出命令输出信 号70。可采用一个分立的系统控制器，或者也可采用通过电子数据链通 讯的发动机控制器ECU36。

如美国专利说明书No.5,651,292(其公开的内容在此作为参考)和 共同未决的美国专利申请系列号No.08/597,304(转让给了本申请的受 让人)所示，分级换档促动器46最好是一个三位装置，以能够选择和维 持分级换档变速器的空档。作为另一种选择，当分级换档接合套处于中间 非啮合位置时，可通过减少分级促动器的能量输入来获得Apseudo≌分级 空档。

图3示意性说明了有10个前进档的范围转换和分级换档相结合类型的 变速器16的结构。这种通用类型的变速器公开于前面提过的美国专利说 明书No.5,000,060；5,370,013和5,390,561。

变速器16包括主变速器16A和副变速器16B，两者都位于变速器壳内； 壳包括一个可根据离合器壳来限定的前端壁16C，和一个后端壁16D，但 没有中间壁(在本特定实施例中)。

输入轴26支撑固定于其上的输入齿轮76一起旋转，并限定一个向后 的开孔，输出轴20渐细的延伸部分在其中被导向。在该开孔或者说盲孔 中，可装上非摩擦轴衬或类似零件。输入轴26的后端通过轴承78支承于 前端壁16C上，而输出轴20的后端通过轴承总成80支承于后端壁16D上。

装有第二轴接合套84和86的第二轴82和第二轴分级接合套88的形 式是：一个带有外花键的外表面及用于通过输出轴20的轴向延伸通孔的 普通管状体。换档拨叉90和92分别用于离合接合套84和86(见图5A)。 第二轴82可相对于输入轴26及输出轴20独立旋转，更有利的是，第二 轴可相对于26和20产生有限的径向运动。

主变速器16A包括两个基本相同的主变速器中间轴总成94，各包含装 有中间轴齿轮98、100、102、104和106的主变速器中间轴96。齿轮付98、 100、102、104和106分别与输入轴齿轮76、第二轴齿轮108及110和一 个惰轮(图中未示)常啮合，惰轮与倒档第二轴齿轮112啮合。

主变速器中间轴96向后延伸至副变速器，其后端直接或间接支承于变 速器壳的后端壁16D内。

变速器16的副变速器16B包括两个基本相同的副中间轴总成114，各 包含一根副中间轴116，其上带有可一起旋转的副中间轴齿轮118，120 和122。副中间轴齿轮付118、120和122分别与分级换档齿轮124、分级 换档/范围转换齿轮126和范围转换齿轮128常啮合。分级换档接合套88 固定于第二轴82上，用于选择性地离合齿轮124或126；而带有同步器 的范围转换接合套130固定于输出轴20上，用于选择性地离合齿轮126 或128。

副中间轴116通常为管状，限定一个通孔以容纳主变速器中间轴96的 向后延伸部分。装有轴承或轴衬，使副中间轴116可旋转地支承于主变速 器中间轴96上。

分级换档爪式接合套88是一个双面、无同步器的接合套总成，可被选 择性地置于最右边或最左边以使齿轮126或124分别和第二轴82接合， 或者被置于使齿轮124或126都不和第二轴接合的中间位置。分级换档爪 式接合套88由一个三位促动器控制的换档拨叉98来轴向定位；所述促动 器如活塞促动器，可响应驾驶员的选择开关，如换档旋钮上的按钮或类似 结构，这在现有技术中公知，并响应来自ECU48的控制信号(见美国专利 说明书No.5,661,998)。带同步器的两位范围转换接合套总成130是一 个两位接合套，可被选择性地定位在其最右或最左的位置，以选择性地使 齿轮128或126分别与输出轴20接合。接合套总成130的位置由一个两 位活塞装置操纵的换档拨叉(图中未示)来移动。上述两个活塞促动器可 用功能等价的促动器来替换，如循环球式机构、斜面球式机构等。

通过选择性地轴向定位分级换档接合套88和范围转换接合套130于其 前后轴向位置，可提供四种不同的第二轴旋转与输出轴旋转的比率。因此， 副变速器16B是一个范围转换和分级换档相结合类型的三层副变速器，可 在输入(第二轴82)和输出(输出轴20)间提供四种可选速度比或驱动 速比。主变速器16A提供一个倒档和三个潜在可选的前进档。然而，可选 的主变速器前进速比中的一个速比，即与第二轴齿轮110相关的低速速比 中的一个速比，并不在高档范围使用。因此，可准确地指出变速器16是 一种“(2+1)×(2×2)”类型的变速器，其根据低速比分级的需求性和 实用性，能提供九或十种可选前进档。

通过响应车辆操作者激励的分级换档按钮52或类似机构、通常是位于 换档杆旋钮上的一个按钮，来实现变速器16的分级换档，而范围转换接 合套换档总成的操作则自动响应换档杆在换档模式中臂与右臂间的移动， 如图2所示。作为另一种选择，分级换档也可是自动的(见美国专利说明 书No.5,435,212)。这种通用类型的范围转换装置在现有技术中公知， 并可参见前面提过的美国专利说明书No.3,429,202；4,455,883； 4,561,325和4,663,725。

虽然以一个无中间壁的组合式变速器为实施例来阐述本发明，但本发 明同样适用于前面提过的美国专利说明书No.4,754,665；5,193,410和 5,368,145中说明的变速器类型。

换档杆31或由其控制的换档机构32的位置可通过一个位置感测装置 来感测。多种位置感测总成在现有技术中公知，首选类型的说明见即将授 权的美国系列号No.08/695,052，其转让给了本申请的受让人，在这儿 参考了其公开内容。这种类型的传感器将提供指示实际啮合速比的信号， 或至少指出变速器处于高档还是低档范围。

参考图5A和5B，换档机构32是一个备有轴162的单换档轴装置160， 其中轴162可旋转以响应换档杆31的X-X方向运动，也可轴向移动以 响应换档杆31的Y-Y方向运动。前面提过的美国专利说明书No. 4,920,815详细描述了这种类型的机构。

换档轴162带有用于实现换档轴选择性轴向运动的主变速器换档拨叉 90和92，及一个用于容纳换档爪或类似机构的换档块构件。一对线圈166 和168提供一对信号(可用于全体速比)，以指示轴162的轴向和周向位 置，并以此指示换档杆31相对图2所示换档模式的位置。更有利的是， 位置变化率(dGR/dt)也可以被确定并用来改善系统10的换档。

举例来说，参考图2，如果换档杆位置能被感测，就没有必要在AR点 设置一个固定开关或类似机构来感测要求的在低档范围和高档范围间的换 档启动。此外，因为不再需要物理开关了，发出范围转换指令的换档模式 位置可变动到如点180、182或184，以改善各种操作状况下的系统性能。

如在一至四档时，不太可能换入高档范围，就可把自动范围转换开始 点移至位置184(从预期的换档杆路径上移开)，以防止无意识的促动范 围转换。如处于发动机高转速的第六档，有可能换入高档范围，把自动范 围转换开始点移至位置180将能够更快地开始范围转换。

根据本发明，只要当前车辆操作状况没有指出他/她的油门踏板操作将 禁止爪式接合套以当前目标速比接合，则操作者可以控制发动机的供油。 如果包括操作者对油门踏板的设定在内的操作状况指出操作者将完成分级 换档至目标速比，发动机将依据操作者的油门设定来供油。反之，发动机 将自动供油。如果分级换档副变速器确能象首选情形那样在主变速器之前 啮合，操作者将保持对发动机供油的完全控制，通过啮合主变速器来完成 换档。

主变速器16A的啮合状态即接合或空档是系统10的一个重要控制参 数。举例来说，如果感测到主变速器处于空档，将命令分级换档全力啮合， 而不顾是否同步。而如果主变速器啮合、分级换挡处于空档，系统则在感 测到基本同步后才啮合分级换档，然后如需要的话，可启动自动燃油控制。 当然，防止或尽量减少主变速器空档和/或啮合状态的错误确定是很重要 的。

参考图2，距离弯曲部分200有一定垂直位移的第一个窄带202和第 二个宽带204被用来确定主变速器是否处于空档。如果主变速器未被确认 处于空档，空档确认带将是窄带202。这将在声明主变速器处于空档状态 之前确认主变速器16A真正处于空档。如果主变速器16A被确认处于空档， 空档确认带将是宽带204。这保证了仅仅是空档过头或主变速器爪式接合 套倾斜不会被错误地认为是主变速器处于啮合状态。

感测到换档杆位于点206将总认为主变速器处于空档，而感测到换档 杆位于点208将总认为主变速器处于啮合。然而，如果感测到换档杆位于 点210，这将不会导致先前对空档或啮合状态的确定发生变化。

除主变速器16A当前的啮合或空档状态之外或包含其在内的车辆操作 状况可用来改变空档感测带的宽度。

根据本发明的控制装置/系统，如果操作者试图在变速器啮合于不合适 的起步速比如七、八、九或十档时使车辆起步，控制器48将促使发动机 控制器36给发动机供油，以把最大输出扭矩限制到一个确定值。这个值 可随特定速比而改变，也可对全部不合适速比都固定不变。例如，扭矩可 限制在最大输出扭矩的30％或40％。

这将使车辆传动系的过度磨损和/或损坏减到最小，将阻止车辆在这些 情况下试图起步，并告知操作者选择了不合适的起步速比。

在一个较简单的系统中，当通过AR感测机构或范围转换开关或范围选 择器感测到变速器处于高档范围，在车速很低(即输出轴转速低于约 80RPM)时，就会开始进行扭矩限制。作为另一种选择，特定啮合速比也 可通过换档杆位置传感器166和168来感测，且发动机输出扭矩可限制为 一个固定值或一个随感测的啮合速比而变化的值。在另一实施例中，可确 定或估计车辆的总重(见美国专利说明书No.5,487,005和5,490,063， 在这儿参考了其公开内容)，并可用其函数来确定起步速比的合适程度。

由此可见，本发明给出了一个新的、改进的控制系统/方法，其提供一 个自动变速器系统，将尽可能减少或防止传动系由于啮合在不当起步速比 时试图起步车辆而造成的损坏。

虽然较具体地描述了本发明，但应该理解：只是通过例子描述了最佳 实施方式，在不超出后附的权利要求书所确定的精神实质及范围的情况 下，对本发明可以在形式和细节方面作出多种变动。