CN102015400B - 输入轴速度和发动机速度同步的动力传动系 - Google Patents

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Abstract

一种动力传动系，该动力传动系包括：原动机；变速器；输入轴，该输入轴适于在原动机与变速器之间传递扭矩；输出轴，该输出轴适于在变速器与驱动系之间传递扭矩；以及主离合器，该主离合器位于原动机与输入轴之间，该离合器能在脱离位置与接合位置之间移动，在所述脱离位置，该离合器不在原动机与输入轴之间传递扭矩，而在所述接合位置，该离合器适于在原动机与输入轴之间传递扭矩。电机布置成利用输入轴和输出轴中的至少一个来传递扭矩，并且，控制器被设置用于控制该电机，以在所述离合器从脱离位置移动到接合位置时使所述输入轴以处于原动机的运行范围内的转速旋转。

Description

输入轴速度和发动机速度同步的动力传动系
技术领域
本发明总体涉及一种例如在车辆中使用的动力传动系，更具体地涉及如下一种动力传动系：该动力传动系具有用于将发动机速度和位于该发动机与传动系之间的输入轴速度进行同步的布置结构。
背景技术
在许多车辆应用中希望使用手自一体变速器，特别是因为手自一体变速器在趋向于简化驾驶操作的同时仍为驾驶员提供大量的、在自动变速器中不能实现的控制。带有手自一体变速器的重载卡车通常并非由原始设备制造商提供给例如建筑行业，在这些行业中，车辆可能在导致其在换档时迅速失速的环境中行驶。带有自动变速器的车辆可能在换档期间失速，因为来自对车轮进行驱动的发动机的扭矩必须中断，以脱离一个档位并接合所选中的下一个档位。
手自一体变速器通过如下方式换档：首先，通过减少给发动机的燃料并断开主要分离离合器或主离合器来使发动机向传动系传递的扭矩中断。接下来，变速器使换档接合离合器移动到空档位置。该主要分离离合器短暂闭合，以将传动轴的速度同步，从而将换档离合器移动到希望的传动档位。然后，该主要分离离合器闭合且发动机重新开始向传动系提供扭矩。
手自一体变速器换档时的过大的道路速度损失可能导致变速器连接到发动机运行范围之外(这里指低于怠速速度或高于发动机限速)的档位或导致变速器重新计算合适的运行档位且接合此档位。这种重新计算和档位接合增加了不向车轮提供发动机扭矩的时间。连接到发动机运行范围之外的档位或者过多中断向传动系提供发动机扭矩可能导致发动机停机、发动机超速和/或车辆停止。在换档期间发动机的迅速失速可能在如下情况下发生：例如存在松软、砂质、雪地或泥浆的平路，其倾斜度通常超过百分之十的非常陡的已铺设或未开发坡道，以及在铲雪期间。因此，预计会处于这些情况下的车辆通常未设有手自一体变速器。
希望提供一种动力传动系，它能够最小化发动机停机的可能性，或最小化由于试图在输入轴以处于发动机运行范围之外的速度旋转时使位于发动机与输入轴之间的离合器接合而造成损坏的可能性。也希望便于在例如趋向于在换档操作期间发生明显失速的专业车辆应用中使用手自一体变速器和手动变速器。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种动力传动系包括：原动机；变速器；输入轴，该输入轴适于在原动机与变速器之间传递扭矩；输出轴，该输出轴适于在变速器与驱动系之间传递扭矩；以及主离合器，该主离合器位于原动机和输入轴之间，该离合器能在脱离位置与接合位置之间移动，在所述脱离位置，该离合器不在原动机与输入轴之间传递扭矩，而在所述接合位置，该离合器适于在原动机与输入轴之间传递扭矩。电机布置成利用输入轴和输出轴中的至少一个来传递扭矩，并且，控制器被设置用于控制该电机，以在所述离合器从脱离位置移动到接合位置时使所述输入轴以处于原动机的运行范围内的转速旋转。
根据本发明的另一方面，用于在变速器内换档的方法包括：使位于变速器的输入轴与原动机之间的主离合器脱离；在主离合器脱离的同时，在变速器内换档；在该手动变速器内换档之后，使位于原动机与所述输入轴之间的主离合器接合；以及，在换档之后但在接合所述主离合器之前，控制所述输入轴的转速，使得该输入轴的转速在原动机的运行范围内。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细描述，将很好地理解本发明的特征和优点，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1A至图1D示意性地示出了动力传动系内的换档操作的各个阶段；并且
图2A至图2C示意性地示出了动力传动系内的部件的各种布置结构。
具体实施方式
在图1A至图1D中示出了根据本发明一实施例的用于车辆21的动力传动系。该动力传动系包括：诸如内燃机(例如柴油机)的原动机23、变速器25、和输入轴27，该输入轴27适于在所述原动机与变速器之间传递扭矩。除非另外指出，原动机23将被称为发动机，当应当理解，本发明不限于原动机是发动机的实施例。输出轴29适于在变速器25与驱动系31之间传递扭矩。变速器25通常是手自一体变速器或手动变速器。图中示出了六速变速器25，然而，应认识到的是，本发明适合于具有其他多种速度的变速器，例如在许多常规的专业车辆中使用的十二速变速器。
主离合器33设置在发动机23与输入轴27之间。主离合器33能在如图1B和图1C可见的脱离位置与如图1A和图1D可见的接合位置之间移动，在所述脱离位置，该主离合器不在发动机23与输入轴27之间传递扭矩，而在所述接合位置，该主离合器适于在发动机23与输入轴27之间传递扭矩。
电机35布置成利用输入轴27和输出轴29中的至少一个来传递扭矩。如图2A至图2C可见，该电机可包括：布置成仅利用输入轴27来传递扭矩的电机35(图2A)、布置成仅利用输出轴29来传递扭矩的电机35(图2B)、或布置成利用输入轴和输出轴二者来传递扭矩的电机35a和35b(图2C)。
如图2A至图2C可见，控制器37被设置用于控制电机35，以在主离合器33从脱离位置移动到接合位置时使输入轴27以位于发动机23的运行范围内的转速旋转。当发动机23是柴油机时，它通常将具有大约650rpm至2100rpm的运行范围，其中650rpm是怠速转速，低于该怠速转速，发动机有停机的倾向，而2100rpm是这样一种转速：高于该转速，则发动机易于受到损害。当然，对于不同发动机来说，这些值可以不同。
目前认为本发明的这些方面尤其适用于专业车辆，例如扫雪车、自卸卡车、垃圾清运卡车等，这些车辆趋向于在扭矩中断期间、例如在手动变速器或手自一体变速器的换档操作期间可能发生输入轴速度的明显改变的情况下运行。然而，还认为本发明的这些方面也适用于其他类型的车辆，例如越野卡车等。当然，对于本发明的这些方面来说，也可以存在非车辆型应用。
电机35能够作为发电机运行，以限制输入轴27的转速，和/或作为电动机运行，以增加该输入轴的转速。在此方面，从输入轴27到电机35的扭矩传递可以用于产生能够储存在诸如电池39等的能量储存装置内的电力。电池39可用于在电机35作为电动机运行时为电机35提供电力，以增加输入轴27的转速。电池39可以与控制器37通信，例如用于指示充电状态，并且可以由该控制器控制，例如通过在该电池充满时防止该电池被电动机/发电机35进一步充电。
目前考虑本发明的这些方面具有如下特定应用，其中变速器25是手自一体变速器。图1A至图1D示出了手自一体变速器25的部件。所图示的变速器25包括安装在输入轴27上的第一首组齿轮43，且第一首组齿轮43与安装在副轴47上的第二首组齿轮45啮合。输入齿轮49、51、53、55和57以基本上轴向旋转固定的方式安装在该副轴上，且分别与输出齿轮59、61、63、65和67啮合，所述输出齿轮59、61、63、65和67安装在输出轴29上，使得它们基本上轴向固定但不随该输出轴旋转。倒档输入齿轮69与惰齿轮71啮合，该惰齿轮71与安装在输出轴29上的输出齿轮73啮合。轴向可移动的离合器75、77、79和81以花键连接到输出轴29，且可移动成与和第一首组齿轮及所述输出齿轮关联的离合器部件接合和脱离。离合器75可移动成与和第一首组齿轮43及输出齿轮59关联的离合器部件接合和脱离。离合器77可移动成与和输出齿轮61及63关联的离合器部件接合和脱离。离合器79可移动成与和输出齿轮65及67关联的离合器部件接合和脱离。离合器81可移动成与输出齿轮73接合和脱离。
换档操作通常根据图1A至图1D所示的次序进行，图中示出了从第一档到第二档的换档。图1A示出了第一档接合的情况，其中，来自发动机23的扭矩通过主离合器33传递到输入轴27和第一首组齿轮43，从所述第一首组齿轮传递到所啮合的第二首组齿轮45和副轴47(第二首组齿轮45安装在该副轴47上)，并传递到安装在该副轴上的输入齿轮57，从输入齿轮57传递到安装在输出轴29上的所啮合的输出齿轮67(第一档)，经由输出齿轮67上的离合器部件传递到所述输出轴上的离合器79，且从该输出轴传递到驱动系31。
当希望换档到例如第二档时，如图1B可见，主离合器33脱离，由此中断了从发动机23到输入轴27的动力传递。如图1C可见，当主离合器33断开时，输出轴29上的离合器79可移动成与输出齿轮67的离合器部件脱离接合，且与输出齿轮65(第二档)的离合器部件接合。图1D示出：在离合器79移动成与输出齿轮65的离合器部件接合之后，主离合器33可以接合，并且，能够以第二档重新开始从发动机23到驱动系31的动力传递。将认识到的是，从第二档到第一档的换档以与从第一档到第二档的换档基本相同的方式进行，其中，离合器79从与输出齿轮65的离合器部件接合移动成与输出齿轮67的离合器部件接合。
当主离合器33脱离时，输出轴29的速度可能降低(例如当车辆上坡时或移动越过诸如雪、沙或泥等的物质时)或可能增加(例如当车辆在其下坡中加速时)。控制器37能够布置成控制所述电机35，以使输入轴27以与发动机23的转速基本相等的转速旋转，例如以与柴油机的曲轴41相等的转速旋转。因此，如果主离合器33由于一些原因而脱离，则无论是否处在换档操作期间，电机35均能够使输入轴27以与发动机23的转速基本相等的转速旋转，这可提供更平顺的驾驶感。
控制器37也可以布置成当输入轴27的转速低于发动机23的运行范围时和/或当该输入轴的转速高于发动机的运行范围时防止主离合器33接合。当控制器37检测到输入轴27的转速低于或高于发动机23的运行范围时，所述控制器能够以适当方式开始电机35的运行，以使输入轴的转速处于发动机的运行范围内。可以控制该电机35，以在控制器37控制主离合器33再次接合之前使输入轴的转速基本等于发动机23的转速，或替代地，可以控制该电机以在所述控制器控制主离合器再次接合之前使输入轴的转速处于发动机的运行范围内。
例如，车辆21可以在第一档运行而发动机23的转速处于发动机的正常运行范围内，且控制器和/或操作者可要求从第一档切换到第二档，因此将使主离合器33脱离。如果在主离合器33脱离的时段内，当变速器25换档到第二档时输入轴27的转速减慢到低于发动机的运行范围的速度(例如在车辆上坡时可能发生的情况)，则控制器37能够防止主离合器33接合，同时使变速器维持在第二档且输入轴的转速低于发动机的运行范围。通常，当变速器25处于第二档时，控制器37能够开始电机35的运行，以使输入轴27的转速升至发动机23的运行范围内，或升至等于发动机的转速。
类似地，车辆21可以在第二档运行而发动机23的转速处于发动机的正常运行范围内，且控制器和/或操作者可要求从第二档换档到第一档，因此将使主离合器33脱离。如果在主离合器33脱离的时段内，当变速器25换档到第一档时输入轴27的转速增加到高于发动机的运行范围的速度(例如当车辆下坡行驶可能发生的情况)，则控制器37能够防止主离合器33接合，同时使变速器维持在第一档且输入轴的转速高于发动机的运行范围。通常，当变速器25处于第一档时，控制器37能够开始将电机35作为发电机运行，且使输入轴的转速降低到处于发动机23的运行范围内，或降低到等于发动机的转速。
控制器37也能够布置成当主离合器33已接合且输入轴的转速接近发动机的低运行范围时，开始电机35的运行，以与发动机23相协同地驱动该输入轴27。以此方式，控制器37和电机35能有助于避免发动机停机，所述发动机停机可能发生在除了换档期间或主离合器33断开期间以外的时间内。类似地，控制器37能够布置成当主离合器33已接合且输入轴由发动机23驱动且输入轴的转速接近发动机的高运行范围时，开始将电机35作为发电机运行，以限制输入轴27的转速。以此方式，控制器37和电机35能有助于避免对于发动机的损害，所述损害可能发生在除了换档期间或主离合器33断开期间以外的时间内。
如图1A至图1D可见，用于在变速器25内换档的方法包括：使主离合器33脱离，以中断该变速器的输入轴27与发动机23之间的动力传递。在主离合器脱离的同时，在变速器25内换档，例如图1B至图1C所示，其中，当源自发动机23的动力传递中断时，离合器79从与第一输出齿轮67的离合器部件接合移动到与第二输出齿轮65的离合器部件接合。如图1D可见，在手动变速器25内换档之后，使位于发动机23与输入轴27之间的主离合器33接合。
在换档之后但在接合所述主离合器33之前，控制器37控制输入轴27的转速，使得该输入轴的转速处于发动机23的运行范围内。通常，输入轴27的转速通过电机25来控制，该电机25能够作为发电机运行，以限制输入轴27的转速，和/或该电机25能够作为电动机运行，以增加输入轴的转速。
电机35能够由控制器37控制，以使输入轴27以与发动机的曲轴41转速基本相等的转速旋转。主离合器33能够由控制器37控制，以在输入轴27的转速低于和/或高于发动机23的运行范围时防止主离合器接合。控制器37也能够在主离合器33已接合且输入轴的转速接近发动机23的低运行范围时控制电机35的运行，以与发动机23相协同地驱动所述输入轴27。控制器37也能够在主离合器33已接合且输入轴由发动机23驱动且输入轴的转速接近发动机的高运行范围时控制电机35的运行，以开始将该电机作为发电机运行，从而限制输入轴27的转速。
在本申请中，所使用的术语“大于”和“小于”或相应的符号是示例性的且可理解为包括：大于和小于、以及大于等于和小于等于。所使用的诸如“包括”等的术语是开放性的，且意图与例如“包含”等术语具有相同含义，且不排除其他结构、材料或行为的存在。类似地，所使用的诸如“能够”或“可以”等术语是开放性的，且表明结构、材料或行为不是必要的，未使用这样的术语也不表明此结构、材料或行为是关键的。在此结构、材料或行为被认为关键的程度上来说，它们是相同的。
虽然已根据优选实施例图示并描述了本发明，但应认识到，在不偏离如权利要求中阐明的本发明的情况下，可进行各种变化和改变。

Claims (21)

1.一种动力传动系，包括：
原动机；
变速器；
输入轴，所述输入轴适于在所述原动机与所述变速器之间传递扭矩；
输出轴，所述输出轴适于在所述变速器与驱动系之间传递扭矩；
离合器，所述离合器位于所述原动机与所述输入轴之间，所述离合器能在脱离位置与接合位置之间移动，在所述脱离位置，所述离合器不在所述原动机与所述输入轴之间传递扭矩，而在所述接合位置，所述离合器适于在所述原动机与所述输入轴之间传递扭矩；
电机，所述电机布置成利用所述输入轴和所述输出轴中的至少一个来传递扭矩，以及；
控制器，所述控制器用于控制所述电机，以在所述离合器从所述脱离位置移动到所述接合位置时使所述输入轴以处于所述原动机的非零运行范围内的转速旋转，
其中，所述控制器布置成：当所述输入轴的转速低于所述原动机的运行范围时，防止所述离合器接合，并且
其中，所述控制器布置成：当所述输入轴的转速高于所述原动机的运行范围时，防止所述离合器接合。
2.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述电机适于作为发电机运行，以限制所述输入轴的转速。
3.根据权利要求2所述的动力传动系，其中，所述电机适于作为电动机运行，以增加所述输入轴的转速。
4.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述电机适于作为电动机运行，以增加所述输入轴的转速。
5.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述控制器布置成：控制所述电机，以使所述输入轴以与所述原动机的曲轴转速基本相等的转速旋转。
6.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述变速器是手自一体变速器。
7.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述控制器布置成：当所述离合器已接合且所述输入轴的转速接近所述原动机的低运行范围时，开始所述电机的运行，以与所述原动机相协同地驱动所述输入轴。
8.根据权利要求7所述的动力传动系，其中，所述控制器布置成：当所述离合器已接合且所述输入轴由所述原动机驱动且所述输入轴的转速接近所述原动机的高运行范围时，开始将所述电机作为发电机运行，以限制所述输入轴的转速。
9.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述控制器布置成：当所述离合器已接合且所述输入轴由所述原动机驱动且所述输入轴的转速接近所述原动机的高运行范围时，开始将所述电机作为发电机运行，以限制所述输入轴的转速。
10.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述电机包括第一电机和第二电机，所述第一电机布置成利用所述输入轴进行扭矩传递，所述第二电机布置成利用所述输出轴进行扭矩传递。
11.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述电机包括第一电机，所述第一电机布置成在所述离合器与所述变速器之间利用所述输入轴进行扭矩传递。
12.根据权利要求1所述的动力传动系，其中，所述动力传动系用于车辆中。
13.根据权利要求12所述的动力传动系，其中，所述动力传动系用于扫雪车、或自卸卡车、或垃圾清运卡车中。
14.一种用于在动力传动系中换档的方法，包括：
使位于变速器的输入轴与原动机之间的离合器脱离；
在所述离合器脱离的同时，在所述变速器内换档；
在变速器内换档之后，使位于所述原动机与所述输入轴之间的所述离合器接合；以及
在换档之后但在接合所述离合器之前，在所述原动机旋转的同时控制所述输入轴的转速，使得所述输入轴的转速在所述原动机的运行范围内，
所述方法还包括：控制所述离合器，以在所述输入轴的转速低于所述原动机的运行范围时防止所述离合器接合，以及
控制所述离合器，以在所述输入轴的转速高于所述原动机的运行范围时防止所述离合器接合。
15.根据权利要求14所述的方法，包括：增设电机，使所述电机作为发电机运行，以限制所述输入轴的转速。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：使所述电机作为电动机运行，以增加所述输入轴的转速。
17.根据权利要求14所述的方法，包括：增设电机，使所述电机作为电动机运行，以增加所述输入轴的转速。
18.根据权利要求14所述的方法，包括：增设电机，对所述电机进行控制，以使所述输入轴以与所述原动机的曲轴转速基本相等的转速旋转。
19.根据权利要求14所述的方法，包括：增设电机，并且当所述离合器已接合且所述输入轴的转速接近所述原动机的低运行范围时，开始所述电机的运行，以与所述原动机相协同地驱动所述输入轴。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：当所述离合器已接合且所述输入轴由所述原动机驱动且所述输入轴的转速接近所述原动机的高运行范围时，开始将所述电机作为发电机运行，以限制所述输入轴的转速。
21.根据权利要求14所述的方法，包括：增设电机，并且当所述离合器已接合且所述输入轴由所述原动机驱动且所述输入轴的转速接近所述原动机的高运行范围时，开始将所述电机作为发电机运行，以限制所述输入轴的转速。
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