CN102889376A - 用于对自动化的换档变速器进行换档控制的方法 - Google Patents
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Abstract
用于对自动化的换档变速器进行换档控制的方法，变矩离合装置前置于变速器并包括：液力变矩器，其具有与构造为涡轮增压内燃机的驱动马达的传动轴连接的泵轮和与中间轴连接的涡轮；具有与中间轴传动连接的转子的缓行器；构造为自动化摩擦离合器且布置在中间轴与变速器输入轴之间的分离离合器，在牵引换档期间，变速器输入轴通过换档开始时进行的负载下降来保持尽可能无力矩。为了避免驱动马达在牵引换档结束、负载构建时的拉动力减弱而设置：输入轴上负载下降在维持由驱动马达输出的马达力矩的情况下，通过在缓行器内吸收相应高的制动力矩来造成，由缓行器吸收的制动力矩在牵引换档开始时提高到驱动马达的马达力矩上并在牵引换档结束时又降为零。
Description
技术领域
本发明涉及用于对自动化的换档变速器进行换档控制的方法，变矩离合装置（Wandlerschaltkupplung）传动技术上前置于该自动化的换档变速器，该变矩离合装置包括液力变矩器，其具有与构造为涡轮增压的内燃机的驱动马达的传动轴连接的泵轮和与中间轴连接的涡轮；此外包括具有与中间轴传动连接的转子的缓行器；以及包括构造为自动化的摩擦离合器且布置在中间轴与换档变速器的输入轴之间的分离离合器，其中，在牵引换档（牵引换高档或牵引换低档）期间，换档变速器的输入轴通过换档开始时进行的负载下降来保持尽可能无力矩。
背景技术
在车辆中越来越频繁地应用自动化的换档变速器，其中档位选择、换档过程的触发以及挂入和挂出档位自动化地、也就是说通过在变速器控制装置内的运行参数评估和所配属的调节驱动装置的操控进行。在这种换档变速器中此外经常存在的可能性是，驾驶员也可以手动触发换档，其中，这种换档通常被检查其可容许性并仅在遵守预先给定的运行极限、例如像驱动马达的预先给定的最低和最高转速的情况下被实施。
当前从一种本身公知的变速器结构类型出发，在该变速器结构类型中，换档区别于负载换档变速器、如行星齿轮自动变速器和双离合器变速器伴随牵引力中断或者说推力中断地进行。这种类型的换档变速器大多以中间轴结构方式实施并具有唯一的输入轴，该输入轴可以通过自动化的摩擦离合器、例如像可被动闭合的单片或多片干式离合器或可主动闭合的片式离合器与驱动马达的传动轴连接或者说由其分离。这种类型的摩擦离合器既用作起动元件也用作换档离合器。作为起动元件摩擦离合器在起动过程的情况下在滑差式运行中消除在驱动马达的传动轴与换档变速器的输入轴之间的转速差。同样的情形也适用于具有低的速度的行驶、爬行和机动操纵，如果为此没有提供相应高传动的爬行档位（Kriechgang）的话。作为换档离合器，摩擦离合器在换档过程开始时被完全打开，以便使得无负载地挂出已挂入的负载档位以及无负载地同步化和挂入目标档位成为可能，并随后又被完全闭合。
因为摩擦离合器在滑差式运行中的机械上的磨损和热力的负载随着增长的车辆重量并在驱动马达的提高的牵引负载的情况下大大上升，所以针对重型商用车提供了使得尽可能无磨损的起动和机动操纵成为可能的液力起动元件的各种结构类型。在城市用客车中经常与传动技术上前置的液力变矩器、例如像弗里德里西港ZF股份公司（ZFFriedrichshafen AG）的Ecomat
的结合使用行星齿轮自动变速器，而针对特别是重型商用车、例如像起重车辆和重载牵引车此外设置了带有传动技术上前置的变矩离合装置的自动化的换档变速器，例如像弗里德里西港ZF股份公司的TC-Tronic
变矩离合装置涉及设有锁止离合器的液力变矩器和后置于该压力变矩器的分离离合器，其中变矩器在打开的锁止离合器和闭合的分离离合器的情况下用作起动元件并且分离离合器在闭合的锁止离合器的情况下用作换档离合器。
变矩离合装置也可以包括带有直接或通过增速传动装置与中间轴处在传动连接中的转子的无磨损的持续制动器。这种作为所谓的初级缓行器的依赖于档位地起作用的持续制动器优选构造为液力缓行器，但它也可以构造为电磁的缓行器。例如弗里德里西港ZF股份公司的TC-Tronic
的变矩离合装置可以有选择地装备有液力缓行器，其转子与中间轴直接抗相对转动地连接。
包括自动化的换档变速器和传动技术上前置于该自动化的换档变速器的变矩离合装置的相应动力总成系统例如由DE 36 26 100C2公开，其中描述了一种控制装置或者说一种方法，利用该方法依赖于操纵或不操纵如行驶踏板、制动踏板和方向盘那样的操作元件来影响换档变速器的换档控制。
由DE 10 2007 032 946A1公开了用于控制这种类型动力总成系统的分离离合器的方法，其中分离离合器在识别出面临停车过程的情况下被提前打开进而减少行车制动器的负荷，以及其中分离离合器在识别出面临起动过程的情况下被提前闭合进而减少分离离合器的负荷。
特别是在商用车中，驱动马达经常构造为具有专用负载构建特性的涡轮增压的柴油马达。因此，涡轮增压的内燃机可以在负载下自发地、也就是以高的扭矩梯度只达到低于满载力矩的进气力矩（Saugmoment）。马达力矩的进一步提高，即使是以更小的扭矩梯度，短期地也仅在增压界限转速（Ladegrenzdrehzahl）之上是可行的，从该增压界限转速起涡轮增压器造成增压压力进而马达力矩的明显提高。由于在负载下可以自发达到的马达力矩被限制到进气力矩上，在涡轮增压的内燃机中在增压界限转速之下由此会出现一种明显的、通常称为涡轮迟滞（Turboloch）的拉动力减弱
，其特别是在通过行驶踏板偏移给出的驾驶员功率要求相应于在进气力矩之上的马达力矩时，于是非常明显。
为了避免和至少减轻不希望的涡轮迟滞，虽然公开了多种解决方案，例如像用于改善废气涡轮增压器的响应性能的可调整的涡轮叶片几何形状或用于在低马达转速的情况下提高增压压力的附加装置，如可以机械驱动的增压机、可以电驱动的附加压缩机或废气涡轮增压器的传动轴的机械的或电的驱动装置。但这些类型的装置相对复杂和昂贵，增加结构空间需求并显示了针对内燃机运行而言的提高的干扰可能性，从而经常被放弃。
本申请人的未提前公开的DE 10 2010 028 076.3中描述了用于换档控制自动化的换档变速器的方法，该方法涉及具有涡轮增压内燃机、自动化的换档变速器和布置在它们之间的具有涡轮制动器的液力起动和制动元件的动力总成系统。为了避免内燃机的换档造成的拉动力减弱，所公开的方法在牵引换档（牵引换高档或牵引换低档）时设置，所需的负载下降在维持由驱动马达输出的马达力矩的情况下，在至少部分闭合的涡轮制动器下通过在液力起动和制动元件内构建相应高的阻力力矩进行。但基于相关动力总成系统的专用结构，所公开的方法不能毫无问题地转移到当前假定的动力总成系统上。
发明内容
本发明的任务因此在于，提供开头所提到的类型的方法，用于对具有传动技术上前置的带缓行器的变矩离合装置的自动化的换档变速器进行换档控制，利用该方法在牵引换档（牵引换高档或牵引换低档）时可以避免在牵引换档结束、负载构建时出现驱动马达的拉动力减弱。
该任务结合权利要求1的前序部分的特征通过如下方式来解决，即，在输入轴上负载下降在维持由驱动马达输出的马达力矩的情况下，通过在缓行器内吸收相应高的制动力矩来造成，其中，由缓行器吸收的制动力矩在牵引换档开始时被提高到驱动马达的马达力矩上并在牵引换档结束时又被降为零。
本发明因此从一种车辆、特别是商用车出发，其动力总成系统具有构造为涡轮增压的内燃机的驱动马达和自动化的换档变速器，该自动化的换档变速器的输入轴通过带缓行器的变矩离合装置与驱动马达的传动轴连接。变矩离合装置包括具有泵轮、涡轮和导轮的液力变矩器；此外包括具有定子和转子的缓行器以及包括分离离合器。变矩器的泵轮与驱动马达的传动轴抗相对转动地连接，变矩器的涡轮与中间轴抗相对转动地连接以及能通过锁止离合器直接与泵轮连接。缓行器的转子与中间轴抗相对转动地连接，该中间轴可通过构造为自动化的摩擦离合器的分离离合器与换档变速器的输入轴连接。
在牵引换档、也就是牵引换高档或牵引换低档期间，将换档变速器的输入轴通过换档开始时进行的负载下降来保持尽可能无力矩，以便可以将已挂入的负载档位尽可能无负载地挂出和将待挂入的目标档位尽可能无负载地同步化以及挂入。
通常换档造成的负载下降通过打开分离离合器和/或通过降低由驱动马达输出的马达力矩进行，但由此在牵引换档的情况下，在换档流程结束、负载构建时会出现驱动马达的作为涡轮迟滞所公知的拉动力减弱。为了避免这种不希望的效应，负载下降按照依据本发明的方法在维持由驱动马达输出的马达力矩的情况下，通过在缓行器内吸收相应高的制动力矩进行，其中，由缓行器吸收的制动力矩在牵引换档开始时被提高到驱动马达的马达力矩上。由此，换档变速器的输入轴为了执行牵引换档尽可能无力矩，从而可以毫无问题地挂出已挂入的负载档位以及同步化和挂入目标档位。为了负载构建，将由缓行器吸收的制动力矩在牵引换档结束时又降为零。由此可在变速器输入轴上立即重新提供驱动马达的全部马达力矩，并且不出现驱动马达的称为涡轮迟滞的拉动力减弱。
如果由驱动马达输出的马达力矩高于可以由缓行器最大吸收的制动力矩，在该方法的改进方案中，将驱动马达的马达力矩降到可由缓行器吸收的制动力矩上。优选地，将驱动马达的马达力矩在这种情况下降到可由缓行器最大吸收的制动力矩上。由此保证由缓行器吸收的制动力矩可以在牵引换档开始时被提高到驱动马达的马达力矩上。驱动马达的马达力矩与可由缓行器最大吸收的制动力矩的适配也可以如下方式进行，即，始终考虑调节余量（Regelreserve）。
牵引换低档可以在所描述的方法的设计方案中这样地来实施，即，分离离合器在换档期间尽可能保持闭合，并且目标档位的同步化通过提高驱动马达的马达转速进行。基于换档变速器的这种类型的外同步化（Fremdsynchronisierung），该换档变速器可以设有不同步化的换档离合器（爪式离合器），这些爪式离合器与摩擦同步化的换档离合器相比成本更低、更节省位置和更加耐用。
与此类似，牵引换高档可以这样地来实施，即，分离离合器在换档期间尽可能保持闭合，并且到目标档位的转速的同步化通过降低驱动马达的马达转速进行。除了爪式离合器作为换档离合器的使用外，由此也可以取消并由此省去必要时存在的变速器制动器。
在前述两种换档类型中，分离离合器在各自的牵引换档期间为了阻尼内燃机的出现的扭矩峰值可以保持直至滑差界限地打开。
在牵引换低档的情况下，可以依据本方法的另外的改进方案设置：分离离合器完全被打开，目标档位的同步化借助变速器内部的同步化装置进行；并且中间轴的转速适配在闭合分离离合器之前通过提高驱动马达的马达转速进行。变速器内部的同步化装置可以以本身公知的方式通过摩擦同步化的换档离合器和/或通过与换档变速器的输入轴处在传动连接中的辅助驱动装置形成。
与此类似也可以在牵引换高档的情况下设置：分离离合器被完全打开；目标档位的同步化借助变速器内部的同步化装置进行；并且中间轴的转速适配在闭合分离离合器之前通过降低驱动马达的马达转速进行。附加于或备选于摩擦同步化的换档离合器的使用，变速器内部的同步化装置可以在这种情况下以本身公知的方式通过与换档变速器的输入轴处在传动连接中的变速器制动器形成。
在这两种最后提到的情况下，通过打开分离离合器将待加速或者说待减速的惯性矩限制在换档变速器的输入侧部分上并避免相关的换档离合器和/或辅助驱动装置或者说变速器制动器牵连缓行器和驱动马达的摩擦同步化。
为了输入轴的同步化或为了中间轴的转速适配所执行的提高马达转速可以通过短时间提高由驱动马达输出的马达力矩和/或通过短时间降低由缓行器吸收的制动力矩来产生。
同样地，为了输入轴的同步化或为了中间轴的转速适配所执行的降低马达转速可以通过短时间减少由驱动马达输出的马达力矩和/或通过短时间提高由缓行器吸收的制动力矩来产生。
在这种情况下，为了实现尽可能短的换档流程优选设置：在机组上以较低调节动态（Regeldynamik）（驱动马达或缓行器）控制地调整牵引换档的目标力矩；以及在机组上以较高调节动态（缓行器或驱动马达）调节地调整牵引换档的目标转速。当所使用的缓行器液力地起作用地构造并且其所吸收的制动力矩可以通过液压流体的填注量调整时，那么从构造为内燃机的驱动马达的较高的调节动态出发。当所使用的缓行器相反电磁地起作用地构造并且其所吸收的制动力矩可以通过激励电流的高度调整时，那么缓行器相对于构造为内燃机的驱动马达具有更高的调节动态。
为了避免变矩器的泵轮与涡轮之间的持续滑差，在这些构件之间通常布置有锁止离合器，该锁止离合器在起动过程和机动操纵过程之外被保持闭合。但为了阻尼出现的扭矩峰值可以在牵引换档的前面提到的实施中设置：将锁止离合器在各自的牵引换档期间保持至少直到滑差界限地打开，从而使得扭矩峰值在那里被降低。
附图说明
为了阐述本发明，给说明书附有带实施例的附图。其中：
图1借助自动化的换档变速器的输入轴的转速分布以及传动技术上前置于该换档变速器的变矩离合装置的驱动马达和缓行器的力矩分布示出在牵引换高档的情况下的负载下降和负载构建的依据本发明的流程；以及
图2示出具有自动化的换档变速器和传动技术上前置于自动化的变速器的带缓行器的变矩离合装置的、用于应用依据本发明的方法的动力总成系统的示意性构造。
具体实施方式
可以应用依据本发明的方法的根据图2的车辆的动力总成系统1具有构造为内燃机的带传动轴2（曲轴）的驱动马达VM、自动化的换档变速器SG和布置在它们之间的变矩离合装置WSK。该变矩离合装置WSK包括具有涡轮3、泵轮4和导轮5的液力变矩器TC；此外包括具有转子6和定子7的液力缓行器RT；以及包括构造为自动化的摩擦离合器的分离离合器K。驱动马达VM的传动轴2与变矩器TC的泵轮4抗相对转动地连接。变矩器TC的涡轮3与中间轴8抗相对转动地连接并可通过锁止离合器K0与泵轮4连接。导轮5为了支撑通过超越离合器（Freilaufkupplung）9与壳体部分10连接。缓行器RT的转子6抗相对转动地与中间轴8连接，并且缓行器RT的定子7与壳体部分10刚性地联接。这里举例地构造为片式离合器的分离离合器K布置在中间轴8与换档变速器SG的输入轴11之间。
自动化的换档变速器SG例如构建为组变速器，其包括具有四个前进档位G1、G2、G3、G4和一个倒档位R的主变速器HG、传动技术上前置于主变速器HG的具有传动比等级SL和SH的分裂副档组GV以及后置于主变速器HG的具有传动比等级BL和BH的范围选择副档组GP。主变速器HG构造为副轴变速器并具有副轴12以及主轴13。档位G1、G2、G3和R通过具有各一个抗相对转动地布置在副轴12上的固定轮和可转动支承在主轴13上的空套轮的齿轮组形成。倒档位R的齿轮组为了转动方向反转具有未示出的中间惰轮并使用如第一档位G1的齿轮组那样的相同的固定轮。变速器SG的换档、也就是挂入和挂出档位G1、G2、G3和R各选择性地通过接合和分离所配属的摩擦同步化的或非同步化的换档离合器进行，由此相关的空套轮与主轴13抗相对转动地联接或者说又松开抗相对转动的连接。
分裂副档组GV的两个传动比等级SL和SH各通过一个齿轮对形成，它们的空套轮可转动地支承在输入轴11上或者说主轴13上并且它们的固定轮抗相对转动地布置在副轴12的延长段上。这两个空套轮可以通过所配属的换档离合器交替地与输入轴11联接。分裂副档组GV的两个具有略微偏离开的传动比iGV的传动比等级SL、SH由此形成主变速器HG的两个能换档的输入恒定级。主变速器HG的第四档位G4在分裂副档组GV已换档到传动比等级SL的情况下，通过分裂副档组GV的传动比等级SH的齿轮对来形成，方式是：将传动比等级SH的空套轮与主轴13联接。在分裂副档组GV已换档到传动比等级SH的情况下，主变速器HG的第四档位G4相反构造为直接档位并通过输入轴11与主轴13经由传动比等级SH的空套轮直接联接来换档。
范围选择副档组GP构建为简单的行星齿轮组，其太阳轮与主变速器HG的主轴13抗相对转动地连接，其行星架与输出轴14抗相对转动地连接，并且其内齿圈可以通过各一个换档离合器有选择地与变速器壳体或输出轴14联接。在内齿圈与变速器壳体联接的情况下，针对慢速行驶范围获得具有传动比2.5≤iGP≤5.0的传动比等级BL，相反在内齿圈与输出轴14联接的情况下基于刚性旋转的行星齿轮组，针对快速行驶范围的传动比等级BH具有传动比iGP=1。
通过主变速器HG、分裂副档组GV和范围选择副档组GP的所有换档可能性的组合，多等级换档变速器SG由此具有总计16个前进档。
在图1的两个曲线图中图解说明了例如针对牵引换高档的换档造成的负载下降和负载构建的依据本发明的流程。为此，在图1a中示出由驱动马达VM输出的马达力矩MVM和由液力缓行器RT吸收的制动力矩MRT的时间上的分布，而在图1b中则示出换档变速器SG的输入轴转速nGE的时间上的分布。缓行器RT的制动力矩MRT的上升在图1a中适宜地采用负值示出。
随着在时间点t0上用于触发牵引换高档的换档信号的输出，在维持由驱动马达输出的马达力矩MVM的情况下，由液力缓行器RT吸收的制动力矩MRT这种程度地被提高，即，直至在时间点t1上制动力矩MRT的绝对值达到马达力矩MVM的绝对值（│MRT│=│MVM│）。由此换档变速器SG的输入轴11从时间点t1起几乎无力矩，从而随后可以将已挂入的负载档位尽可能无负载地挂出并可以将待挂入的目标档位尽可能无负载地同步化以及挂入，这在时间点t2结束。
在同步化时，换档变速器SG的输入轴11在时间点t1与t2之间要么在打开的分离离合器K的情况下通过变速器内部的同步化装置、例如像通过变速器制动器，要么在闭合的分离离合器K的情况下通过驱动马达VM，从牵引换高档开始时的起动转速nStart被制动到用于挂入目标档位的目标转速nZiel。随后的负载构建通过如下方式进行，即，由缓行器RT吸收的制动力矩MRT直至时间点t3又被下降到零。由此从时间点t3起，全部马达力矩MVM又施加在换档变速器SG的输入轴11上。
在涡轮增压的内燃机中在输出的马达力矩MVM为了负载下降所执行的降低之后会在负载构建时出现的、由驱动马达VM在负载下可自发输出的马达力矩MVM的失败，通过按照依据本发明的方法的换档控制被可靠地防止。
附图标记列表
Claims (11)
1.用于对自动化的换档变速器（SG）进行换档控制的方法，变矩离合装置（WSK）传动技术上前置于所述自动化的换档变速器，所述变矩离合装置
包括液力变矩器（TC），所述液力变矩器具有与构造为涡轮增压的内燃机的驱动马达（VM）的传动轴（2）连接的泵轮（4）和与中间轴（8）连接的涡轮（3）；
此外包括具有与所述中间轴（8）处在传动连接中的转子（6）的缓行器（RT）；
以及包括构造为自动化的摩擦离合器且布置在所述中间轴（8）与所述换档变速器（SG）的输入轴（11）之间的分离离合器（K），
其中，在牵引换档（牵引换高档或牵引换低档）期间，所述换档变速器（SG）的所述输入轴（11）通过换档开始时进行的负载下降来保持尽可能无力矩，其特征在于，在所述输入轴（11）上所述负载下降在维持由所述驱动马达（VM）输出的马达力矩（MVM）的情况下，通过在所述缓行器（RT）内吸收相应高的制动力矩（MRT）来造成，其中，由所述缓行器（RT）吸收的制动力矩（MRT）在所述牵引换档开始时（t=t0至t1）被提高到所述驱动马达（VM）的马达力矩（MVM）上（|MRT|=|MVM|）并在所述牵引换档结束时（t=t2至t3）又被降为零（MRT=0）。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在牵引换低档的情况下所述分离离合器（K）尽可能保持闭合，并且目标档位的同步化通过提高所述驱动马达（VM）的马达转速（nVM）进行。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在牵引换高档的情况下所述分离离合器（K）尽可能保持闭合，并且目标档位的同步化通过降低所述驱动马达（VM）的马达转速（nVM）进行。
4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述分离离合器（K）在所述牵引换档期间为了阻尼出现的扭矩峰值被保持直至滑差界限地打开。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在牵引换低档的情况下所述分离离合器（K）被完全打开，目标档位的同步化借助变速器内部的同步化装置进行，并且所述中间轴（8）的转速适配在闭合所述分离离合器（K）之前通过提高所述驱动马达（VM）的马达转速（nVM）进行。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在牵引换高档的情况下所述分离离合器（K）被完全打开，目标档位的同步化借助变速器内部的同步化装置进行，并且所述中间轴（8）的转速适配在闭合所述分离离合器（K）之前通过降低所述驱动马达（VM）的马达转速（nVM）进行。
7.按权利要求2或5所述的方法，其特征在于，马达转速（nVM）的提高通过短时间提高由所述驱动马达（VM）输出的马达力矩（MVM）和/或通过短时间降低由所述缓行器（RT）吸收的制动力矩（MRT）来产生。
8.按权利要求3或6所述的方法，其特征在于，马达转速（nVM）的降低通过短时间减少由所述驱动马达（VM）输出的马达力矩（MVM）和/或通过短时间提高由所述缓行器（RT）吸收的制动力矩（MRT）来产生。
9.按权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在机组上以较低调节动态（驱动马达（VM）或缓行器（RT））控制地调整所述牵引换档的目标力矩，以及在机组上以较高调节动态（缓行器（RT）或驱动马达（VM））调节地调整所述牵引换档的目标转速。
10.按权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，布置在所述变矩器（TC）的所述泵轮（4）与所述涡轮（3）之间的锁止离合器（K0）在所述牵引换档期间为了阻尼出现的扭矩峰值被保持至少直至滑差界限地打开。
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于，当由所述驱动马达（VM）输出的马达力矩（MVM）高于能由所述缓行器（RT）吸收的制动力矩（MRT）时，所述驱动马达（VM）的马达力矩（MVM）被降到一能由所述缓行器（RT）吸收的制动力矩（MRT）上。
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