CN101103219A - 用于控制自动变速器换挡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制作为区域组变速器(1)构成的自动变速器换挡的方法，该自动变速器具有一个多级主变速器(HG)以及一个区域组(BNG)，其中区域换挡随着变速级的变换既在主变速器(HG)内也在区域组(BNG)内进行，以及其中为加速换挡过程而按下列顺序进行换挡步骤：降低发动机转矩并打开启动及换挡离合器(K)，输出区域组(BNG)此前的变速级，同步区域组(BNG)的新变速级，输出主变速器(HG)此前的变速级，输入区域组(BNG)的新变速级，同步主变速器(HG)的新变速级，输入主变速器(HG)的新变速级以及闭合启动及换挡离合器(K)以及提高发动机转矩，其中，同步新变速级各自通过对主变速器(HG)输入轴(W1)的外力控制作用进行。

Description

用于控制自动变速器换挡的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制作为区域组变速器构成的自动变速器换挡的方法，该自动变速器具有一个多级主变速器，其输入端可通过一个可控制的启动及换挡离合器与发动机连接并具有一个与其输入轴连接的变速器制动器，该自动变速器还具有一个在驱动技术上设置在主变速器后面的至少两级的区域组，其中，区域换挡随着变速级的变换既在主变速器内也在区域组内进行。
背景技术
特别是对于在如LKW和客车这种商用车上的使用来说，需要高分配和窄变速分级的变速器。为能够以合理的成本以及尽可能小的重量和结构空间需求实现由此产生的大量变速器挡位，通常使用所谓的区域组变速器，这种变速器由一个多级主变速器和一个其后置大多两级区域组组成。
主变速器本身在此方面具有2-3相当小的分配并大多以中间轴结构作为圆柱齿轮变速器构成。主变速器的换挡离合器可以同步或者异步实现，也就是作为摩擦环同步离合器或者作为牙嵌离合器构成。主变速器的换挡，也就是变速级的变换，原则上可以手动或者自动进行。但目前从主变速器的自动换挡出发，为此该变速器也具有一个与相关输入轴连接的变速器制动器，例如DE 102 10 177 A1中所公开的那样。
而区域组则具有约2.5-5范围内相当大的分配。由此产生5-15的总变速器分配，并在主变速器四个变速级以及区域组的两个变速级(一个慢挡位组的L变速级和一个快挡位组的S变速级)情况下产生总计8个变速级。总变速器的小或慢挡位级通过主变速器的变速级在输入区域组的L变速级情况下形成，而大或快挡位级通过主变速器的同一变速级在输入区域组的S变速级情况下形成。
区域组例如作为单式行星齿轮组构成，其太阳轮与总变速器的输入轴和其行星架与输出轴连接。在这样构成的区域组中，L变速级通过内齿圈在变速器外壳上的止动和S变速级通过内齿圈与行星架的连接换挡。但作为对此的选择，区域组也可以作为中间轴结构的圆柱齿轮变速器构成。
在区域换挡时，无论是在主变速器上还是在后置的区域组上均各自进行变速级的变换。在区域变换加挡时，区域组上从L变速级加挡换入S变速级，而在主变速器上则从大多以直接挡位方式构成的最大变速级减挡换入最小的变速级。在区域变换减挡时相反在区域组上从S变速级减挡换入L变速级和在主变速器上从最小的变速级加挡换入最大的变速级。与此不同的是，在区域换挡时一个变速级也可以在主变速器内部跳挡。因为手动很难实现主变速器和区域组的几乎同时换挡，所以公知的区域组变速器的区域组通常在使用同步换挡离合器的情况下自动换挡。
区域换挡的时间过程可与各自的设定目标相应不同切换。通常在区域换挡时在打开启动及换挡离合器后首先输出主变速器此前的变速级，此后输出区域组此前的变速级，然后使区域组的新变速级同步并接着输入，此后使主变速器的新变速级同步并接着输入并最后重新闭合启动及换挡离合器。
在这种例如也由DE 197 54 726 A1公开的换挡过程中，各自的输入轴和与其连接的变速器部件各自通过减速或者加速同步的惯性矩以及因此所需的换挡力降到最低程度。然而其缺点是，这种换挡过程的加速特别是在区域组内部只能明显增加制造开支。因此，为加速换挡过程在区域组上必须具有同步装置，如用于区域组输入轴减速的变速器制动器和用于加速的辅助驱动装置，但该装置出于位置和成本原因只能对特种车辆考虑。
在依据DE 100 36 511 A1和DE 101 52 857 A1的另一种换挡过程中，各自在主变速器换挡之前输出区域组此前的变速级并在主变速器换挡之后使区域组的新变速级同步和输入。由此虽然在通过相应控制发动机闭合启动及换挡离合器的情况下实现主变速器的同步，但后置区域组的同步却因此由于转速差较大和与区域组输入轴连接的惯性矩较高而不利地变得困难和滞后。
发明内容
在这种背景下本发明的目的在于，提供一种用于控制开头所述类型的自动变速器换挡的方法，利用该方法可以在无需大量制造开支的情况下比以往可能的方法更加迅速地进行区域换挡。
该目的通过主权利要求的特征得以实现，而该方法具有优点的构成在从属权利要求2-9中予以说明。
本发明基于这种认识，即在一种由一个自动主变速器和一个后置的同样自动的区域组组成的区域组变速器中，在闭合主变速器，也就是在输入主变速器变速级的情况下，用于主变速器同步的外力控制的装置具有优点地也可以用于后置区域组的同步。
因此为依据本发明进行换挡过程的加速，按下列顺序进行区域换挡的换挡步骤：
-  降低转矩并打开启动及换挡离合器，
-  输出区域组此前的变速级，
-  同步区域组的新变速级，
-  输出主变速器此前的变速级，
-  输入区域组的新变速级，
-  同步主变速器的新变速级，
-  输入主变速器新变速级，以及
-  闭合启动及换挡离合器以及提高发动机转矩，
其中，新变速级的同步各自通过对主变速器输入轴外力控制的作用进行。在区域变换加挡时，区域组新变速级的同步通过至少部分闭合变速器制动器使主变速器的输入轴减速进行。
因此具有优点地达到在无任何附加部件的情况下使区域组自动同步或支持区域组的同步并因此加速，由此缩短整个换挡过程。依据本发明的方法在区域组上使用同步换挡离合器的情况下，为此用于减少该换挡离合器的尺寸并因此结构更加紧凑和降低成本。但作为对此的选择，依据本发明的方法也可以在区域组上使用异步的换挡离合器。
相应地在区域变换加挡时，区域组新变速级的同步通过至少部分闭合变速器制动器使主变速器的输入轴减速进行，该制动器通常用于在主变速器内部的加挡时新变速级的同步。
在区域组上使用同步换挡离合器的情况下，借助变速器制动器在区域变换内部区域组加挡时，可以首先以区域组的输入轴减速直至接近同步转速的方式进行粗调同步，并随后借助区域组换挡离合器的同步装置进行微调同步。由此明显加速换挡过程。另一方面，换挡离合器的同步装置可以在其使用条件下如已经提到的那样也减小尺寸。
而在区域组上使用异步换挡离合器的情况下，总的同步则可以借助主变速器的变速器制动器，通过区域组的输入轴减速直至达到同步转速的方式进行或者可通过换挡离合器搭接的小转速差的方式进行。
在区域组的新变速级同步后，变速器制动器为实现无负荷地输出主变速器此前的变速级并无负荷地输入区域组新的变速级，依据目的在输出主变速器此前的变速级之前完全打开。
在区域变换加挡时，主变速器新变速级后面的同步然后以公知的方式通过至少部分闭合启动及换挡离合器使主变速器的输入轴加速进行。
在区域变换减挡时，以类似的方式区域组新变速级的同步借助发动机通过至少部分闭合启动及换挡离合器使主变速器的输入轴加速进行，该离合器也可以用于在主变速器内部减挡时主变速器新变速级的同步。
在区域组上使用同步换挡离合器的情况下，可以首先借助启动及换挡离合器以区域组的输入轴加速直至接近同步转速的方式进行粗调同步，并随后为搭接其余的转速差借助区域组换挡离合器的同步装置进行微调同步。
而在区域组上使用异步换挡离合器的情况下，依据目的总同步则以区域组的输入轴加速直至达到同步转速或可通过换挡离合器搭接的小转速差的方式进行。
在区域组的新变速级同步后，为实现无负荷地输出主变速器此前的变速级并无负荷地输入区域组的新变速级，启动及换挡离合器依据目的在输出主变速器此前的变速级之前完全打开。
在区域变换减挡时，主变速器新变速级随后的同步以公知的方式通过至少部分闭合为此具有的变速器制动器使主变速器的输入轴减速进行。
附图说明
下面借助三个附图的两个实施例对依据本发明的方法进行说明。
其中：
图1示出依据方法工作的区域组变速器的示意结构；
图2示出依据本发明区域变换加挡的转速分布；以及
图3示出依据本发明区域变换减挡的转速分布。
具体实施方式
图1的自动变速器作为区域组变速器1构成，具有一个主变速器HG和一个后置的区域组BNG。主变速器HG利用其输入轴W1通过一个可控制的启动及换挡离合器K与一个作为活塞式内燃机构成的发动机M连接。此外，主变速器HG在其输入轴W1上具有一个变速器制动器B。
主变速器HG现在作为中间轴结构的四级圆柱齿轮变速器构成并除了输入轴W1外还具有一个中间轴W2、一个输出轴W3以及两个设置在输入轴上的换挡离合器K1、K2。三个齿轮对2a、2b；3a、3b；4a、4b各自利用一个浮动轮2a、3a、4a设置在输入轴W1上并利用各自一个固定轮2b、3b、4b设置在中间轴W2上。其中第一齿轮对2a、2b具有＞1的大速比，第二齿轮对3a、3b具有＞1的中速比和第三齿轮对4a、4b具有＞1的小速比。第四齿轮对5a、5b由一个与中间轴W2连接的固定轮5b以及一个与输出轴W3连接的固定轮5a组成并在中间轴W2与输出轴W3之间具有＞1的速比。
换挡离合器K1、K2除了各自相邻的齿轮不与输入轴W1连接的空挡位置外，各自具有两个换挡位置。在第一换挡离合器K1的换挡位置S1上，第一齿轮对2a、2b的浮动轮2a与输入轴W1抗扭连接并因此输入主变速器HG的第一变速级S1。力线在这种情况下从输入轴W1通过第一齿轮对2a、2b、中间轴W2和第四齿轮对5a、5b进入输出轴W3。
在第一换挡离合器K1的换挡位置S2上，第二齿轮对3a、3b的浮动轮3a与输入轴W1抗扭连接，从而然后输入主变速器HG的第二变速级S2和力线通过第二齿轮对3a、3b产生。
以相同的方式，在第二换挡离合器K2的换挡位置S3上输入主变速器HG的第三变速级S3，而且力线从输入轴W1通过第三齿轮对4a、4b、中间轴W2和第四齿轮对5a、5b进入输出轴W3。
而在第二换挡离合器K2的换挡位置S4上，输入轴W1则直接与输出轴W3连接，由此形成速比i＝1的主变速器HG的第四变速级S4。
通过变速器制动器B，主变速器HG的输入轴W1可以相对于变速器外壳10制动，该外壳在主变速器HG内部自动加挡时用于相关换挡离合器K1、K2的同步或支持同步。
后置区域组BNG现在作为单式行星齿轮组构成，具有一个太阳轮6、一个携带多个行星齿轮8的行星架7和一个内齿圈9。太阳轮6与区域组BNG的输入轴W3固定连接，区域组则与主变速器HG的输出轴W3刚性连接并因此在图1中与其相同标注。行星架7与区域组BNG的输出轴W4固定连接。内齿圈9与第三换挡离合器K3的运动部件抗扭连接，该离合器除了空挡位置外，还具有换挡位置L(用于慢组)和S(用于快组)，在所述空挡位置内齿圈9不与其他部件连接。
在换挡离合器K3的换挡位置L上，内齿圈9通过一个相应的离合器部件相对于变速器外壳10抗扭止动。由此由太阳轮6传动的行星齿轮8在固定内齿圈9的内啮合齿上滚动。因此行星架7和与其连接的输出轴W4以约1∶2.5～1∶5的速比慢于输入轴W3旋转。输入轴W3与输出轴W4之间的有效速比因此处于i＝2.5～i＝5的范围内并在下面举例假设为i＝3.5。
在换挡离合器K3的换挡位置S上，内齿圈9相反与输出轴W4和与该轴连接的行星架7抗扭连接，从而行星齿轮8相对于内齿圈9连锁和整个行星齿轮组固定以太阳轮6的转速旋转。输入轴W3与输出轴W4之间的有效速比然后为i＝1。
下面在图1区域组变速器的基础上，借助图2的曲线图详细介绍区域变换加挡依据本发明的过程并借助图3的曲线图详细介绍区域变换减挡依据本发明的过程。
区域变换加挡包括在区域组BNG内部的加挡，现在是从变速级L到变速级S，还包括在主变速器HG内部的减挡，现在是从第四变速级S4到第一变速级S1。图2现在对于该换挡过程的时间段示出变速器轴W1、W3和W4的转速n在时间t上的分布。换挡过程的起始位置是相关汽车的加速阶段。因此变速器轴W1、W3和W4的转速n上升。在此方面，主变速器HG的输入轴W1和区域组BNG的输入轴W3同样快速旋转，因为主变速器HG上输入的旧变速级S4为速比i＝1的直接变速级。
两个变速器轴W1和W3以系数3.5高于区域组BNG输出轴W4的转速旋转，因为在该区域组中变速级L以假设的速比i＝3.5输入。因为输入轴W1的转速由于闭合启动及换挡离合器K等于发动机M的发动机转速而达到预先规定的上限值，所以必须加挡。
区域变换加挡在时间点t0开始，打开启动及换挡离合器K并同时降低发动机M的发动机转矩。此后直接将区域组BNG的变速级L通过第三换挡离合器K3的换挡而在时间点t1输出到空档位置内。在时间点t1与t2之间，区域组BNG的新变速级S通过至少闭合变速器制动器B使主变速器HG的输入轴W1减速而同步。随着在第三换挡离合器K3上达到同步转速或者预先规定的小转速差，在时间点t2，主变速器HG的旧变速级S4通过第二换挡离合器K2的换挡输出到空档位置内。
随后在时间点t3，区域组BNG的新变速级S无负荷地通过第三换挡离合器K3的换挡输入换挡位置S。在时间点t2与t3之间，变速器制动器B重新完全打开。随后在时间点t3与t4之间，主变速器HG的新变速级S1借助发动机M通过至少部分闭合启动及换挡离合器K进行同步。随着在第一换挡离合器K1上达到同步转速或者预先规定的小转速差，在时间点t4，主变速器HG的新变速级S1通过第一换挡离合器K1的换挡输入换挡位置S1。随后在时间点t5，启动及换挡离合器K完全闭合，由此换挡过程结束。
从时间点t3起，区域组的输入轴W3和输出轴W4的转速相同，因为两个变速器轴W3、W4通过第三换挡离合器K3的换挡位置S实际上相互连接。从时间点t4起，主变速器HG的输入轴W1与变速器轴W3、W4之间存在与主变速器第一变速级S1的速比相应的转速比，该速比现在例如假设为i＝2.5。从主变速器HG输入轴W1的转速分布中还可以看出，该轴首先在时间点t1与t2之间与区域组BNG的输入轴W3共同制动，以便后面在时间点t3与t4之间再单独加速。但这种缺陷由此更多地得到补偿，即为区域组BNG的同步无需单独的附加部件，而且整个换挡过程通过依据本发明的方法明显加速进行。
而区域变换减挡则包括区域组BNG内部的减挡，现在是从变速级S到变速级L，以及包括主变速器HG内部的加挡，现在是从第一变速级S1到第四变速级S4。图3与图2类似，对于该换挡过程的时间段示出变速器轴W1、W3和W4的转速n在时间t上的分布。换挡过程的起始位置是相关汽车的减速阶段。因此变速器轴W1、W3和W4的转速n下降。在此方面，区域组BNG的输入轴W3和输出轴W4同样快速旋转，因为区域组上输入的此前变速级S为速比i＝1的直接变速级。主变速器HG的输入轴W1比变速器轴W3和W4旋转快2.5倍，因为在主变速器HG中第一变速级S1以速比i＝2.5输入。输入轴W1的转速由于闭合的启动及换挡离合器K而等于发动机M的发动机转速，因为输入轴W1的转速达到预先规定的下限值，所以必须减挡。
区域变换减挡在时间点t0开始，打开启动及换挡离合器K并同时降低发动机M的发动机转矩。此后直接将区域组BNG此前的变速级S通过第三换挡离合器K3的换挡而在时间点t1输出到空档位置内。在时间点t1与t2之间，区域组BNG的新变速级L利用发动机M通过至少闭合的启动及换挡离合器K使主变速器HG的输入轴W1加速而同步。随着在第三换挡离合器K3上达到同步转速或者预先规定的小转速差，在时间点t2，主变速器HG此前的变速级S1通过第一换挡离合器K2的换挡输出到空档位置内。随后在时间点t3，区域组BNG的新变速级L无负荷地通过第三换挡离合器K3的换挡输入换挡位置L。在时间点t2与t3之间，启动及换挡离合器K重新完全打开。
随后在时间点t3与t4之间，主变速器HG的新变速级S4通过至少部分闭合变速器制动器B进行同步。随着在第二换挡离合器K2上达到同步转速或者预先规定的小转速差，在时间点t4，主变速器HG的新变速级S4通过第二换挡离合器K2的换挡输人换挡位置S4。在时间点t4与t5之间，变速器制动器B完全打开，然后启动及换挡离合器K在时间点t5重新闭合，由此换挡过程结束。
从时间点t4起，主变速器HG的输入轴W1和区域组BNG的输入轴W3的转速相同，因为两个变速器轴通过第二换挡离合器K2的换挡位置S4直接相互连接。从时间点t4起，为此在变速器轴W1、W3与区域组BNG的输出轴W4之间存在区域组BNG变速级S的速比相应现在为i＝3.5的转速比。
从主变速器HG输入轴W1的转速分布中还可以看出，该轴首先在时间点t1与t2之间与区域组BNG的输入轴W3共同制动，以便后面在时间点t3与t4之间再单独加速。但这种缺陷相对并不重要并且是值得的，因为换挡过程通过外力控制的同步整体上显著加速并为此无需单独的附加部件。
附图标记
1   区域组变速器
2a  (第一齿轮对的)浮动轮
2b  (第一齿轮对的)固定轮
3a  (第二齿轮对的)浮动轮
3b  (第二齿轮对的)固定轮
4a  (第三齿轮对的)浮动轮
4b  (第三齿轮对的)固定轮
5a  (第四齿轮对的)固定轮
5b  (第四齿轮对的)固定轮
6   太阳轮
7   行星架
8   行星齿轮
9   内齿圈
10  变速器外壳
B   变速器制动器
BNG (后置)区域组
HG  主变速器
K   启动及换挡离合器
K1  (HG的)第一换挡离合器
K2  (HG的)第二换挡离合器
K3  (HG的)第三换挡离合器
L   (K3的)挡位，(BNG的)变速级
M   发动机
n   转速
S   (K3的)挡位，(BNG的)变速级
S1  (K1的)挡位，(BNG的)第一变速级
S2  (K1的)挡位，(BNG的)第二变速级
S3  (K2的)挡位，(BNG的)第三变速级
S4  (K2的)挡位，(BNG的)第四变速级
t   时间
t0  (换挡过程的)时间点
t1  (换挡过程的)时间点
t2  (换挡过程的)时间点
t3  (换挡过程的)时间点
t4  (换挡过程的)时间点
t5  (换挡过程的)时间点
W1  (HG的)输入轴
W2  (HG的)中间轴
W3  (HG的)输出轴，(BNG的)输入轴
W4  (BNG的)输出轴

Claims (9)

1.用于控制作为区域组变速器(1)构成的自动变速器换挡的方法，该变速器具有一个多级主变速器(HG)，其输入端可通过一个可控制的启动及换挡离合器(K)与发动机(M)连接并具有一个与其输入轴(W1)连接的变速器制动器(B)，该变速器还具有一个在驱动技术上设置在主变速器(HG)后面的至少两级的区域组(BNG)，其中，区域换挡随着变速级的变换既在主变速器(HG)内也在区域组(BNG)内进行，以及其中为加速换挡过程而按下列顺序进行换挡步骤：
-降低发动机转矩并打开启动及换挡离合器(K)，
-输出区域组(BNG)此前的变速级，
-同步区域组(BNG)的新变速级，
-输出主变速器(HG)此前的变速级，
-输入区域组(BNG)的新变速级，
-同步主变速器(HG)的新变速级，
-输入主变速器(HG)新变速级，以及
-闭合启动及换挡离合器(K)以及提高发动机转矩，
其中，新变速级的同步各自通过对主变速器(HG)输入轴(W1)的外力控制作用而进行。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在区域变换加挡时，区域组(BNG)新变速级(S)的同步通过至少部分闭合变速器制动器(B)使主变速器(HG)的输入轴(W1)减速而进行。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在区域组(BNG)上使用同步换挡离合器(K3)的情况下，首先借助主变速器(HG)的变速器制动器(B)以区域组(BNG)的输入轴(W3)减速至接近同步转速的方式进行粗调同步，并随后借助区域组(BNG)换挡离合器(K3)的同步装置进行微调同步。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在区域组(BNG)上使用异步换挡离合器(K3)的情况下，借助主变速器(HG)的变速器制动器(B)，以区域组(BNG)的输入轴(W3)减速直至达到同步转速的方式或者以可通过换挡离合器(K3)搭接的小转速差的方式进行总同步。
5.按权利要求2-4之一所述的方法，其特征在于，变速器制动器(B)在输出主变速器(HG)此前的变速级(S4)之前完全打开。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在区域变换减挡时，区域组(BNG)新变速级(L)的同步借助发动机(M)通过至少部分闭合启动及换挡离合器(K)使主变速器(HG)的输入轴(W1)加速而进行。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在区域组(BNG)上使用同步换挡离合器(K3)的情况下，首先借助启动及换挡离合器(K)以区域组(BNG)的输入轴(W3)加速至接近同步转速的方式进行粗调同步，并随后借助区域组换挡离合器(K3)的同步装置进行微调同步。
8.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在区域组(BNG)上使用异步换挡离合器(K3)的情况下，借助启动及换挡离合器主(K)，以区域组(BNG)的输入轴(W3)加速直至达到同步转速的方式或者以可通过换挡离合器(K3)搭接的小转速差的方式进行总同步。
9.按权利要求6-8之一所述的方法，其特征在于，启动及换挡离合器(K)在输出主变速器(HG)此前的变速级(S1)之前完全打开。
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