CN101617148B - 用于使车辆传动系运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使车辆的传动系运行的方法、传动系和具有这种传动系的车辆，所述传动系具有下述***，所述***至少包括内燃机、马达离合器、电机、一组或者多组结构形式的用于换挡的带有同步和/或者非同步的换挡件的变速器、主传动以及用于控制换挡过程的所分配的控制装置。为利用这种***对功能可能性进行扩展，电机在变速器中的换挡过程中作为同步装置、同步助力机构或者至少作为换挡助力机构使用，其中，考虑传动轴的转动方向变换。

Description

用于使车辆传动系运行的方法

技术领域

本发明涉及一种用于使车辆传动系运行的方法、传动系以及具有这种传动系的车辆。

背景技术

在车辆，特别是汽车的传动系上使用电机已经公知。它们可以满足多种功能，例如像作为混合动力***中的驱动机组、全轮驱动的辅助驱动、用于实现倒挡的挡位驱动、内燃机的启动机、启动辅助结构、电动减速器、用于润滑和冷却油供给的泵驱动装置或者余热利用装置中的发电机。此外公知电机也用于变速器中的同步，以便可以至少部分取消具有摩擦件的常用同步装置，这样节省制造成本和结构空间、缩短换挡时间和改善换挡舒适性。

DE 10 2005 007 966 A1公开了汽车的这种传动系及其运行的方法。在该文献中，在力传动链方向上的传动系***中设置有电动马达，该传动系***由内燃机-马达离合器-电动马达-输入轴-变速器/变速器-主传动组成，电动马达此外可以用于变速器内换挡的同步，其中，电动马达例如在马达离合器打开和变速器处于空挡位置情况下，在切换各个所选择的目标挡之前，在传动轴与各个所要切换的挡位齿轮之间产生同步转速。该文献此外提到，在非同步的多组变速器中，同步可以借助电动马达通过多次反复产生同步转速来实施。但在该文献中没有找到对此的进一步说明。

此外公知电动机用于双离合器变速器。在本申请人未在先公开的DE 10 2006 036 758.8中介绍了一种在中间轴结构形式中的自动双离合器变速器，自动双离合器变速器具有：两个变速器输入轴，为所述变速器输入轴分别分配一组挡位齿轮组和启动件；以及构成为非同步挡位离合器的换挡件。两个实施为双离合器单元的启动件构成为爪齿结构中的非同步的马达离合器。它们在变速器侧分别与所分配的输入轴连接和在传动侧可交替地与内燃机的曲轴连接。为两个输入轴要么分别分配一个电动机，所述电动机的转子通过小齿轮与各自挡组最高挡位的固定轮啮合，要么分配一个共用电机，所述电机可交替与挡位齿轮作用连接。

电机起到启动和同步装置的作用。启动过程中，在接入启动挡的挡位离合器后，车辆借助电动机首先这种程度加速度，直至在达到驱动轴的同步转速时可以接入相关的马达离合器。挡位切换时首先在打开目标挡的马达离合器情况下使目标挡的输入轴借助所分配的电动机这种程度加速，直至在达到同步转速的情况下可以接入目标挡的挡位离合器，为此电动机暂时承担增加的负载，直至脱开原始挡的马达离合器，摘下原始挡以及驱动马达借助控制装置控制到新的同步转速，从而然后可以接入目标挡的马达离合器。此外，借助至少一个电机，倒挡可以通过调转电动机的转子转动方向与用于前进启动档的齿轮组作用连接地来实现。

DE 101 33 695 A1公开了另一种双离合器变速器，其中至少一个变速器输入轴可与电机连接。换挡过程期间，为了进行同步，变速器输入轴可以借助电机加速或者特别是在减到最低挡位时可以减速。在此，电动机与存在的同步装置共同作用。

所提到的文献公开了电机在车辆传动系中多种多样的应用可能性，特别是用于传统变速器和双离合器变速器中的同步，并且这些应用可能性能够全面完成它们所基于的任务。缺点是专业人员从中没有或者至少仅不足够地找到对电机在成问题的和/或者比较复杂的换挡过程中应用方法的提示。

发明内容

在这种背景下本发明的目的在于，提供一种使车辆中传动系运行的方法并这样进一步构成为此使用的传动系，使分配给传动系的电机的功能可能性特别是为了在换挡过程期间的同步得到改进和扩展。

本发明基于这种认识，即一方面变速器中会出现传动轴的非常规的转动方向变换，所述非常规的转动方向变换能够使换挡过程不可能进行或者至少变得困难或延迟，而另一方面，电机在传动系内可以通过在两个转动方向上的相应控制进行运行，从而利用该电机同样可以影响该传动轴和/或者与其作用连接的其他传动轴的转动方向，由此才可以在确定的运行状况下进行所要求的换挡或者至少可以改善同步换挡。

据此本发明从一种用于使车辆的传动系运行的方法出发，传动系具有下述***，所述***至少包括内燃机、马达离合器、电机、一组或者多组结构形式的用于换挡的带有同步和/或者非同步的换挡件的变速器、主传动以及用于控制换挡过程的所分配的控制装置。

为了解决所提出的任务，本发明设置为，即电机在变速器中的换挡过程中作为同步装置、同步助力机构或者至少作为换挡助力机构使用，其中，考虑传动轴的转动方向变换；如果第一传动轴沿不希望的方向转动，则令第二传动轴沿同样的不希望的方向转动，从而第二传动轴与第一传动轴同步。

本发明此外从一种车辆的传动系出发，至少包括内燃机、马达离合器、电机、一组或者多组结构形式的用于换挡的带有同步和/或者非同步的换挡件的变速器、主传动以及用于控制换挡过程的所分配的控制装置。此外在这种传动系中依据本发明设置为，电机在换挡过程期间在一个或者多个传动轴的转动方向变换时可以作为同步装置、同步助力机构或者至少作为换挡助力机构相应地受控制并可与各自由于转动方向变换而要被加载的传动轴通过所设置的力配合的连接装置作用连接。

该传动系特别有效地适用于在与此相关的车辆上实施依据本发明的方法。

通过该方法具有优点地为在具有电机的车辆传动系中的变速器内换挡提供一种功能扩展。该方法原则上适用于单组或者多组结构形式的所有类型的变速器，该种变速器具有单离合器或者双离合器和一个或者多个以适当方式可通过控制装置控制的电机，所述电机具有马达功能以及需要时具有发电机功能。

在该方法的一种特别有利的应用中设置为，在变速器输出轴的由车辆与所选择的挡位方向或者说行驶方向相反的不希望的滚动引起的转动方向变换情况下，首先至少另一个将要与变速器输出轴相互关联的以本来的转动方向运转的传动轴的转动方向借助电机与变速器输出轴的转动方向相协调。

这种情景在越野车应用中相当频繁地出现，即车辆在大坡度上前行以及溜车，而变速器在换挡过程中处于空挡位置，其中，与驱动轮连接的变速器输出轴变换其转动方向。启动过程的类似情景，特别是在重型商用车中的启动过程类似情景在本申请人未在先公开的DE 102006 030 157.9中也有所介绍。

在具有同步装置的变速器上，变速器输出轴的转动方向变换会使挡位的接入变得困难，其中，至少导致相关的同步部件负荷增加。在无同步装置的变速器中，所要切换的挡位齿轮更有可能根本不同步并不可能接入所选择的目标挡。后果是车辆首先必须停车，以便随后导入启动过程或重新启动过程。

在所认识到的这种本身非常规的运行状态中，相反电机利用依据本发明的方法可以在最短的时间内同样调转以本来方向运转的所要相互关联的轴的转动方向，由此可以使具有同步部件的变速器中产生对部件有益的同步。车辆紧接着可以通过闭合马达离合器而被拦截(abgefangen)并且车辆的行驶方向在内燃机暂时的转速下降的情况下调转到所选择的方向上，至少只要与此同时出现的离合器负荷保持在允许的范围内的情况下就发生上述情况。特别是在无同步部件的变速器上，电机才可以按照这种方式在这种情况下切换挡位，而车辆无需减速至停驶。

此外，电机可以特别具有优点地用于多组变速器中的同步，例如在具有前置快速挡组、中间主挡组和后置区域挡组的三组变速器中使用，并在转动方向变换的情况下为了调转以本来方向运转的轴的转动方向而受控制。这种三个变速器组的基本结构-无电机-例如由本申请人未在先公开的DE 10 2006 024 370.6有所公开。

在此，变速器的同步利用挡组中的电机比较迅速地进行，从而整体上可以达到非常短的换挡时间并甚至可以取消所有挡组内传统的同步装置，从而特别是起到节省成本和结构空间的作用。原则上也可以仅构成无同步件的一个或者两个挡组或者在完全同步的变速器中，电机作为附加的同步助力机构接通，例如借助电动机相应的通流和转子转动方向使要与变速器输出轴相互关联的轴在非常规的转动方向变换的情况下进行转动方向调转。

在最简单的情况下，为此设置有顺序的换挡过程，其中首先负载降低随着打开马达离合器和摘下原始挡而进行，随后各挡组分别断开，借助电机同步并重新接通，以及最后挂入目标挡随着闭合马达离合器和负载增加而进行，其中，

在三组变速器中具体实施以下步骤：

-负载降低随着打开马达离合器和摘下原始挡而进行，

-断开快速挡组，

-快速挡组同步，

-接通快速挡组，

-断开主挡组，

-主挡组同步，

-接通主挡组，

-断开区域挡组，

-区域挡组同步，

-接通区域挡组，以及

-挂入目标挡随着闭合马达离合器和负载增加而进行。

各自分变速器的接通和断开是指其传动技术上连接到共用的传动系内或从共用的传动系中脱离。

因为在这种多组变速器中的换挡中在挡位变换的情况下挡组内部的换挡方向可以不同，也就是说，一个或者多个挡组内可以进行减挡，而一个或者多个其他挡组内则可以进行加挡，所以为以特别短的换挡时间取得有效的换挡过程，特别具有优点的是按照预先确定的标准进行并且马达离合器、所要切换的电动/液压/气动换挡件和电机能够通过变速器控制装置相应被控制。

作为与此相关的最佳换挡过程的适应标准可以设置为：

-传动轴借助电机所要实施的转动方向调转的数目，

-各个借助电机所要同步的转速范围的大小，

-各自转速跃变的大小，

-各自转速跃变的方向，以及

-转速水平本身。

据此换挡过程具有优点地这样实施，使转动方向调转尽可能少地进行，并且/或者电机的同步范围尽可能小，并且/或者尽可能大地下降的转速跃变首先被同步，也就是说，加挡的挡组优先被同步和接通，并且/或者同步在尽可能低的转速水平时实施。

此外，可以设置为，在确定的同步情况下，马达离合器有选择地完全或部分闭合，或者完全或部分保持闭合，由此可以提高换挡舒适性。这一点特别是在加挡的情况下具有优点，其中，内燃机通过经由滑动或闭合的马达离合器的力/摩擦配合的连接同时同步。

为进一步改进换挡时间，多组变速器的挡组的在换挡过程中相互跟随的接通和断开阶段有选择地彼此分离或者在时间上交叉进行。

在这种变速器内的换挡过程中，所要切换的齿轮会出现齿搭齿部位。因此为避免对变速器内力传动链的不利影响和提高换挡安全性，在出现齿搭齿部位的情况下以适当的方式继续换挡，也就是说，在多组变速器的相关挡组内，电机继续地或变化地这样被控制和运行，直至相应的齿轮正常啮合并消除各自的齿搭齿部位。

概括地说，通过本发明，在单组或者多组变速器换挡时行驶期间意外向前或者向后溜车的情况下，或者在至少一个传动轴变换其转动方向时挂入启动挡的启动过程中，最好通过利用电机实现的在本来方向上运转的轴的转动方向调转达到特别保护变速器的行驶运行以及提高的换挡安全性，其中，换挡过程借助迅速同步仅需相比而言非常短的换挡时间，从而车辆可以在换挡期间或者直接在换挡之后借助马达离合器或启动离合器被拦截。

具体实施方式

下面以无同步装置(或者至少具有一个非同步的主挡组)的多组变速器为例对该方法进行说明，例如像本申请人公开的“ZF-AS Tronic”系列结构中的12挡变速器，该12挡变速器具有在中间轴结构形式中的前置的2挡的快速挡组(GV)和3挡的中间主挡组(HP)以及在行星齿轮结构形式中的后置的2挡的区域挡组(GP)。这种变速器及其工作原理以及传动系内可作为电动马达和发电机运行的电机的***为专业人员所公知。因此在这里取消对变速器的详细说明并仅详细介绍利用传动轴的转动方向变换的关于依据本发明的方法示例性的换挡过程。

为此，假设换挡过程从作为原始挡的第6前进挡向作为目标挡的第7前进挡进行。在此，为主挡组(HG)和快速挡组(GV)形成减挡并为区域挡组(GP)形成加挡。

据此从第6挡向第7挡的挡位变换可以在考虑上述标准的情况下例如按照下列三种模式进行，其中，以所要加挡的区域挡组开始并且相邻的接通和断开阶段具有优点地可以交叉进行：

I.换挡过程：

1.负载降低随着打开马达离合器而进行，

2.区域挡组GP：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于加挡而下降，

iii.接通，

3.主挡组HG：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于减挡而上升，

iii.接通，

4.快速挡组GV：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于减挡而上升，

iii.接通，

5.马达离合器闭合并且负载增加，内燃机的转速由于动力接合暂时下降。

II.换挡过程：

1.负载降低随着打开发动机离合器而进行，

2.区域挡组GP：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于加挡而下降，

iii.接通，

3.主挡组HG：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于减挡而上升，

4.马达离合器部分闭合，内燃机的转速下降并被同步，

5.主挡组：

i.接通，

6.快速挡组GV：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于减挡而上升，

iii.接通，

7.马达离合器继续闭合(Restschlieβen)和负载增加。

III.换挡过程：

1.负载降低随着打开马达离合器而进行，

2.区域挡组GP：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于加挡而下降，

iii.接通，

3.主挡组HG：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于减挡而上升，

iii.接通，

4.快速挡组GV：

i.断开，

ii.同步，电动机的转速由于减挡而上升，

5.马达离合器部分闭合，内燃机的转速下降并被同步，

6.快速挡组：

i.接通

7.马达离合器继续闭合并且负载增加。

Claims (9)

1.一种用于使车辆的传动系运行的方法，所述传动系具有一***，该***至少包括内燃机、马达离合器、电机、一组或者多组结构形式的用于换挡的带有同步和/或者非同步的换挡件的变速器、主传动以及用于控制换挡过程的所分配的控制装置，

其特征在于，在所述变速器的换挡过程中使用所述电机作为同步装置、同步助力机构或者至少作为换挡助力机构，

其中，传动轴的转动方向变换得到考虑，并且

在变速器输出轴的由所述车辆与所选择的挡位方向相反的不希望的滚动所引起的转动方向变换情况下，首先至少另一个将要与变速器输出轴相互关联的以本来的转动方向运转的传动轴借助所述电机与所述变速器输出轴的所述转动方向相协调。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述电机使本来以相同转动方向运转的、要相互关联的传动轴的转动方向相协调。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有至少部分非同步的换挡件的多组变速器中，在考虑到传动轴转动方向变换的情况下在控制换挡过程中使用所述电机作为用于使各挡组同步的同步装置。

4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在具有非同步换挡件的多组变速器中以顺序的换挡过程实施挡位变换，其中，首先随着打开所述马达离合器和摘下原始挡而进行负载降低，随后各组分别断开，借助电机同步并重新接通，并且最后随着闭合所述马达离合器和负载增加而进行挂入目标挡。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，在具有前置快速挡组、中间主挡组和后置区域挡组的三组变速器中，采用以下步骤实施换挡：

a)随着打开所述马达离合器和摘下原始挡而降低负载，

b)断开快速挡组，

c)同步快速挡组，

d)接通快速挡组，

e)断开主挡组，

f)同步主挡组，

g)接通主挡组，

h)断开区域挡组，

i)同步区域挡组，

j)接通区域挡组，以及

k)随着闭合所述马达离合器和负载增加而挂入目标挡。

6.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在挡组内部的挡位变换的情况下加减挡能够有选择地进行的多组变速器中，为确定这些挡组时间最小化的换挡和同步过程而单个地或者以组合方式考虑下列标准：

a)传动轴借助所述电机所要实施的转动方向调转的数目，

b)各个借助所述电机所要同步的转速范围的大小，

c)各自转速跃变的大小，

d)各自转速跃变的方向，以及

e)转速水平本身。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在预先确定同步的情况下，所述马达离合器有选择地完全或部分闭合，或者完全或部分保持闭合。

8.按权利要求3所述的方法，其特征在于，多组变速器的挡组的在换挡过程中相互跟随的接通和断开阶段有选择地彼此分离或者在时间上交叉进行。

9.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在出现齿搭齿部位的情况下继续换挡，其中，在所述多组变速器的相关的挡组内所述电机继续地或变化地这样被控制和运行，直至相应的齿轮正常啮合并消除各自的齿搭齿部位。