CN106438995B - 一种在车辆传动系中实现换挡过程的方法 - Google Patents

一种在车辆传动系中实现换挡过程的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在车辆传动系(20)中实现换挡过程的方法，该传动系具有车辆变速器(10)，其中车辆传动系(17)的输入轴(11)通过不同挡位上的至少两个切换元件与输出轴(12)相连接，其中至少在第一扭矩阶段内从源挡到目标挡的间接换挡过程期间，从至少一个离开切换元件到至少一个进入第一切换元件的转矩传递在该第一转矩阶段(TP1)之后产生的转速阶段(SP)内实现发动机转速(nM)和目标挡的转速(n1)之间的同步，并且在转速阶段(SP)之后产生的第二转矩阶段(TP2)内实现从持续切换元件到进入的第二切换元件的转矩传递。为了在间接换挡过程中达到较短的换挡时间，因此规定，在发动机转速(nM)和目标挡的转速(n1)之间的同步在第一转矩阶段(TP1)中或者在第一转矩阶段结束时开始。

Description

一种在车辆传动系中实现换挡过程的方法
技术领域
本发明涉及一种在车辆传动系中实现换挡过程的方法，该传动系具有车辆变速器，其中车辆传动系的输入轴通过至少两个切换元件经由不同的挡位与输出轴相连接，其中至少在第一转矩阶段内从源挡到目标挡的间接换挡期间，从离开的切换元件到进入的第一切换元件的转矩传递在该第一转矩阶段之后产生的转速阶段内实现发动机转速和目标挡的转速之间的同步，并且在转速阶段之后产生的第二转矩阶段内实现从持续的切换元件到进入的第二切换元件的转矩传递。
作为进入的切换元件在此是指在源挡内被打开并且在目标挡内闭合的切换元件，这些切换元件在换挡时的至少一个转矩阶段期间被接合(即，闭合)，并且在目标挡内闭合。作为离开(ausfahren)的切换元件是指在源挡内被闭合及在目标挡内打开的切换元件，这些切换元件已经在第一转矩阶段期间或者直接在第一转矩阶段之后脱开(即，打开)。作为持续的切换元件是指在源挡内闭合的切换元件，这些切换元件在第二转矩阶段内或者在第二转矩阶段之后才脱开(即，打开)。
背景技术
现有技术已经公开的自动的变速器、例如自动变速器或者双离合器变速器、为此形成：与具体变速器结构相对应地执行直接的或者间接的换挡。直接换挡过程是例如彼此相继进行的挡位之间的换挡过程，这些挡位具有共用的切换元件A、B、C、D、E，例如换挡离合器或者制动装置。在下面示例性的换挡方阵中，例如在挡位1和2、2和3、1和3、3和4之间的换挡过程是直接的换挡过程：
Figure GDA0002414125140000011
Figure GDA0002414125140000021
在图1所示出的、现有技术的换挡变速器具有例如上面换挡方阵。
与此相反，间接换挡过程是这样的一些挡位之间的换挡过程，即这些挡位没有共用的切换元件A、B、C、D、E，也就是说在示例性的换挡方阵中，是挡位1和6、1和5、2和5、3和6之间的换挡过程。
为了实现间接的换挡过程，因此选取中间挡，并且通过该中间挡来实现换挡过程。在从3到6挡位的换挡过程中，可以选择4挡作为中间挡，因为4挡与3和6挡具有共用的切换元件(在这里称为“持续的(fortlaufend)切换元件”)。因此根据现有技术，从3挡到6挡的间接换挡过程通过作为中间挡的4挡来实现。
公开了这样的一些不同方案，这些方案试图在没有使换挡质量变差的情况下减小换挡时间。因此已经公开的是，在换挡过程期间提早装入第二进入的离合器(在示例中是换挡过程3－＞4－＞6的切换元件C)。但是尽管如此，在已知方法的间接换挡过程中的换挡时间仍然明显大于直接换挡过程的时间。
在现代变速器中，相邻各挡位不仅在增加的序列而且在减小的序列(次序)中(也就是说，例如2挡不仅与1挡，而且与3挡)形成为直接换挡过程的挡位。因此，大多仅在通过较大改变变速比的换挡时进行间接换挡过程，例如从6挡位到3挡位。在驾驶员从帆运行(Selgelbetrieb)实现所谓的降挡时，需要具有较大变速比的换挡的可能性例如很高。因此，在突然的功率要求时、在功率需求较高的换到低速挡时、或者在功率减小的换到高速挡时会出现很多间接的换挡过程。
如图2中所得知的那样，在装入第一进入切换元件的准备阶段之后，在现有技术所公开的、开始于转速同步阶段(也就是说，在推高换挡和拉回换挡时)的间接换挡过程中，出现两个转速阶段SP1、SP2和两个转矩阶段TP1、TP2，其中，在第一转速阶段SP1期间，发动机转速n通过中间挡位(例如5挡)的变速比来同步。在第一转矩阶段TP1期间，实现从源挡(在这里是6挡)到中间挡位(在这里是5挡)的转矩传递。然后，在第二转速阶段TP2中，使发动机转速与目标挡(在这里是3挡)的转速相同步。在第二转矩阶段TP2内，实现从中间挡(在这里是5挡)到目标挡(这里是3挡)的转矩传递，其中所有切换元件占据属于目标挡的位置。第二转矩阶段TP2与重建阶段RP相接。因此，总换挡顺序具有准备阶段PP、两个转速阶段SP1、SP2、两个转矩阶段TP1、TP2和(一个)重建阶段RP。实现所述间接换挡的方法例如公开在专利文献EP478945A、EP827861A、EP1578636A、US5961421A、US6009768A、DE10349220A和DE19853824A中。该公开的方法具有下面缺点，与直接换挡相比，间接换挡需要明显较多的换挡时间。
发明内容
本发明的目的在于，减小间接换挡、尤其间接的拉回换挡的换挡时间。
根据本发明其通过下面这些来实现，在目标挡的转速和发动机转速之间的同步在第一转矩阶段中或者在第一转矩阶段结束时开始。
因此，第一转速阶段可以被节省，而该第一转速阶段根据换挡零件、变速器、发动机、车辆的结构通常持续大约300ms到800ms。因此，与传统方法相比，使用本发明方法可以明显更快地实现间接换挡过程。
在本发明的优选实施例中规定，发动机转速和目标挡的转速之间的同步在第二转矩阶段中或者在第二转矩阶段结束时结束。
有利的是，在第一转矩阶段期间，持续切换元件被调整直至附着点打开。
有利地，第一转矩阶段在换挡的准备阶段之后直接开始。
为了实现特别短的换挡持续时间或者令人愉快的驾驶感觉，因此，如果在同步时，发动机转速随着时间在源挡的转速和目标挡的转速之间持续不断地变化，那么是有利的。
切换元件可以形成为换挡离合器或者制动装置。换挡离合器在这里是摩擦离合器、例如摩擦片式离合器。此外，制动装置可以由摩擦片式制动器来形成。
因此，在本发明的方法中取消了转速阶段。在本发明方法中，每个间接换挡开始于准备阶段，从而装入进入的第一离合器。与所描述的现有技术不同的是，在推高和拉回换挡时，在准备阶段之后就进行第一转矩阶段(在第一转速阶段处)。在第一转速阶段内，中间挡的切换元件是主动的。明显的是，在第一转矩阶段内，持续切换元件精确地被调整，并且刚好被引导到附着极限上或者被引导到附着极限下方。在从离开的切换元件到第一进入切换元件的转矩传递之后开始变速比的变换，从而使发动机转速适应于目标挡的转速。因为不需要使转速适应于中间挡(转速适应通过换挡的离合器来强制性地实现，至中间挡的转速同步却近乎不受控制)，因此节省了换挡时间。因此，一方面可以达到快速同步，而另一方面确保了转速同步温和地进行，因为以较小的梯度来实现使该转速接近目标转速。在转速阶段之后，换挡过程以传统的方式继续进行第二转矩阶段，从而起动目标挡的接合。之后，照常实现具有安全斜坡(Sicherheitsrampe)的重建阶段。
附图说明
在下面参照附图中所示出的非限制性实施例来详细解释本发明。
在附图中：
图1示意性地示出了实现本发明方法的车辆传动系；
图2a示出了根据现有技术的间接换挡过程期间的转速曲线；
图2b示出了根据现有技术的间接换挡过程期间的转矩曲线；
图3a示出了在使用本发明方法从高挡位到低挡位的间接换挡过程期间的转速曲线；
图3b示出了在使用本发明方法从高挡位到低挡位的间接换挡过程期间的转矩曲线；
图4a示出了在使用本发明方法从低挡位到高挡位的间接换挡过程期间的转速曲线；及
图4b示出了在使用本发明方法从低挡位到高挡位的间接换挡过程期间的转矩曲线。
具体实施方式
图1示出了布置在输入轴11和输出轴12之间的、具有汽车变速器10和变扭器13的汽车传动系20，该传动系20适合于实现本发明的方法。没有进一步示出的驱动机器、例如内燃机与输入轴11相连，而没有进一步示出的车辆输出装置与输出轴12即相连接。例如形成为自动变速器的车辆变速器10具有第一行星齿轮系14和第二行星齿轮系15、第一切换元件A、第二切换元件B、第三切换元件C、第四切换元件D和第五切换元件E，其中第二行星齿轮系15形成为拉威挪(Ravigneaux)齿轮组。在该实施例中，切换元件A、B、E形成为换挡离合器，及切换元件C、D形成为制动装置。用S1、S2和S3表示行星齿轮系的太阳轮，用P1、P2、P3表示行星齿轮系的行星齿轮；及用H1、H2表示行星齿轮系的齿圈。当然，能够实现本发明方法的其它变速器结构也是可以的。
图2－4各自示出了在间接的换挡期间转速n和转矩T对时间t的曲线。在这种情况下，在图2a、3a和4a中绘制了发动机转速nM、源挡的转速n0、中间挡的转速nZ和目标挡的转速n1。在图2b、3b和4b中，各自示出了发动机转矩TM(输入转矩－仅在图2b和4b中示出)、第一进入切换元件的转矩T1e、第二进入切换元件的转矩T2e、离开切换元件的转矩Ta和持续切换元件的转矩Tc。在图3b和4b中还各自定性地画入了输出轴12上的输出转矩T12的大致曲线。
图2a和2b各自示出了在使用现有技术公开的方法的情况下在从高挡位到低挡位、例如从6挡到3挡的换到低速挡过程的间接换挡期间转速n和转矩T对时间t的曲线，其中大约将5挡用作中间挡位。换挡在这种情况下被分成准备阶段PP、第一转速阶段SP1、第一转矩阶段TP1、第二转速阶段SP2、第二转矩阶段TP2和重建阶段RP。在准备阶段PP之前，打开两个进入切换元件(在这里为第一切换元件A和第二切换元件B)。在准备阶段PP期间，第一进入切换元件(在当前情况下，第二切换元件B)被装入，并且从完全打开的位置(对于T0)一直到达接触点Tkp(所谓的“接触点”)。在第一转速阶段SP1期间，通过中间挡位(在这里5挡)的传动比使发动机转速nM与转速nz同步。在第一转矩阶段TP1期间，实现从源挡(在这里是6挡)到中间挡(在这里是5挡)的转矩传输，其中第二进入切换元件(在这里，第二切换元件B(参见线T2e))闭合。在这个第一转矩阶段TP1中，发动机转速nM通常保持在中间挡的转速nz上，直到从源挡到中间挡的转矩传递完成为止。需要一定时间Δt的段在图2a中用X来表示。第一进入切换元件(在这里，第一切换元件A)被装入并且直到到达接触点为止(参见线T1e)。在第一转矩阶段TP1之后，在第二转速SP2中使发动机转速nM与目标挡(在这里是3挡)的转速n1同步。在第二转矩阶段TP2中，实现从中间挡(在这里是5挡)到目标挡(在这里是3挡)的转矩传递，其中所有切换元件占据属于目标挡的位置。因此，第一进入切换元件(在这里是第一切换元件A)也完全闭合，并且持续切换元件(在这里是第五切换元件E)完全打开。第二转矩阶段TP2接有重建阶段RP，在该重建阶段RP内，具有一定安全系数的、进入的第二离合器的接合力矩提高到超出发动机转矩TM。因此，整个换挡顺序具有准备阶段PP、二个转速阶段SP1、SP2、二个转矩阶段TP1、TP2和一个重建阶段RP。
图3a和3b各自示出了在使用本发明方法情况下在从高挡位到低挡位、例如从6挡位到3挡位的拖动的换到低速挡过程的间接换挡期间转速n和转矩T对时间t的曲线，其中大约将5挡用作中间挡位。换挡在这种情况下被分成准备阶段PP、第一转矩阶段TP1、转速阶段SP、第二转矩阶段TP2和重建阶段RP。在准备阶段PP之前，两个进入切换元件(在这里是第一切换元件A和第二切换元件B)被打开。在准备阶段PP期间，第二进入切换元件(在这种情况下是第二切换元件B)被装入，并且从完全打开的位置(对应于T0)被引导直到接触点Tkp(所谓的“接触点”)为止(参见线T2e)。在第一转矩阶段TP1期间，实现从源挡(在这里为6挡)到中间挡(在这里为5挡)的转矩传递，其中第二进入切换元件(在这里为第二切换元件B)闭合。第一进入切换元件(在这里为第一切换元件A)被装入并且被引导直到到达接触点Tkp为止(参见线T1e)。在第一转矩阶段TP1中，强制性地通过关闭第二进入切换元件B来实现至中间挡(5挡)的同步。在第一转矩阶段TP1之后直接地进行唯一的转速阶段SP，在该转速阶段SP中，实现了发动机转速nM与目标挡(在这里是3挡)转速n1的主要同步。在第二转矩阶段TP2中实现了从中间挡(在这里为5挡)到目标挡(在这里是3挡)的转矩传递，其中所有切换元件占据属于目标挡的位置。因此该第一进入切换元件(在这里为第一切换元件A，与线T1e相对应)完全闭合，而持续切换元件(在这里为第五切换元件E，与线Tc相对应)完全打开。
与图2a和2b所示的已知方法不同的是，目标挡转速和发动机转速之间的同步在第一转矩阶段TP1中或者在第一转矩阶段结束时已经开始，并且在转速阶段SP中继续，及最后在第二转矩阶段TP2中结束。
第二转矩阶段TP2如目前那样接有重建阶段RP，在该重建阶段RP内，具有一定安全系数的、进入的第二切换元件的接合力矩被提高到超出发动机转矩TM。因此，整个换挡顺序具有准备阶段PP、一个转速阶段SP、二个转矩阶段TP1、TP2和一个重建阶段RP。
图4a和4b各自示出了在使用本发明方法情况下在从低挡位到高挡位、例如从3挡位到6挡位的换到高速挡过程的间接换挡期间转速n和转矩T对时间t的曲线，其中大约将4挡用作中间挡位。换挡在这种情况下又被分成准备阶段PP、第一转矩阶段TP1、转速阶段SP、第二转矩阶段TP2和重建阶段RP。在准备阶段PP之前，两个进入切换元件(在这里是第三切换元件C和第五切换元件E)被打开。在准备阶段PP期间，在这里不仅第一进入切换元件，而且第二进入切换元件(在这里是第五切换元件E和第三切换元件C)被装入(填入)，并且从完全打开的位置(对应于T0)被引导直到接触点Tkp(所谓的“接触点”)为止(参见线T1e、T2e)。在第一转矩阶段TP1期间，实现从源挡(在这里为3挡)到中间挡(在这里为4挡)的转矩传递，其中第二进入切换元件(在这里为第五切换元件E)被闭合。在该第一转矩阶段TP1之后进行唯一的转速阶段SP，在该转速阶段SP中，实现了发动机转速nM与目标挡(在这里是6挡)转速n1的主要(基本)同步。在第二转矩阶段TP2中实现了从中间挡(在这里为4挡)到目标挡(在这里是6挡)的转矩传递，其中所有切换元件占据属于目标挡的位置。因此该第一进入切换元件(在这里为第三切换元件C，与线T1e相对应)完全闭合，而持续切换元件(在这里为第一切换元件A，与线Tc相对应)完全打开。
与目前为止已被公开的用来实现间接换挡的方法不同的是，也是在加速状况下换到高速挡过程期间，已经在第一转矩阶段TP1中或者在第一转矩阶段TP1结束时开始目标挡的转速和发动机转速之间的同步，并且继续到转速阶段SP，及最后在第二转矩阶段TP2结束。
第二转矩阶段TP2如目前那样接有重建阶段RP，在该重建阶段RP内，具有一定安全系数的、进入的第二切换元件的接合力矩被提高超出绝对的输入转矩TM。因此，整个换挡顺序具有准备阶段PP、一个转速阶段SP、二个转矩阶段TP1、TP2和一个重建阶段RP。
与已公开的方法相比，在本发明方法中，仅需要唯一的转速阶段SP来使发动机转速与目标挡转速相同步，因此在换挡过程期间可以节省时间。
例如，在简单拉回换挡(Zugruechschaltung)中根据现有技术通常通过离开切换元件(发动机本身加速，在这个时间内输出装置处的较小转矩可供使用，转速同步待续一定时间)首先实现了转速同步，之后才实现转矩传递，以及使转矩传动比与目标挡相对应。
在实现本发明方法的简单拉回换挡中，首先执行第一转矩阶段TP1，在该第一转矩阶段TP1中，转速仍未同步到目标挡上。当发动机转速nM超过目标挡的同步转速时(这在换挡开始时可能仍然不是这种情况)，在拉回换挡中发动机的转速变化可以仅通过简单的切换元件来进行控制。在这种情况下现在因此强制性地实现了使发动机转速同步到目标转速，并且不仅由发动机相对于由切换元件所传递的转矩的多余转矩所决定，而且通过由进入切换元件所传递的转矩所支持。发动机转速nM因此很快升高。为此额外所需要的能量由车辆的运动能量(因此，输出转矩T12的短偏移与正常的加速方向相反，参见图3b、4b)来提供。为了避免在这种情况下也许会产生的接合冲击，因此将持续切换元件引导到附着点上方或者附着点下方。如果进入切换元件为中间挡进行接合(因此转速差值是0)，那么直接在持续切换元件中形成转速差，因此为使中间挡的进入切换元件的接合减震，并且导致传动系中没有明显的振动。
本发明方法的优点在于，用来进行同步的、持续大约300ms直到800ms(根据切换元件、变速器、发动机、车辆的结构而不同)的第一转矩阶段被取消了。
传统的间接(两次)拉回换挡的总持续时间总计为例如200ms的准备阶段、500ms的第一转速阶段SP1(转速同步1)、300ms的第一转矩阶段TP1(转矩传递1)、500ms的转速阶段SP2(转速同步2)、300ms的第二转矩阶段TP2(转矩传递2)，因此合计为大约1.8秒。现在取消了第一转速阶段SP1，因此在这个例子中明显节省了500ms的时间。
本发明方法以有利的方式适合于不同类型的车辆变速器如双离合器变速器、自动变速器或者其它设置了至少两个切换元件的变速器。在双离合器变速器中，中间挡的进入切换元件和目标挡的离开切换元件由同样的离合器来形成。此外，用于中间挡的离开切换元件和用于目标挡的进入切换元件由同样的离合器形成。
通过本发明方法，可以在间接换挡过程中、尤其在间接拉回换挡时实现较短的换挡时间。本发明的方法当然也可以用在间接的推高换挡(Schub-Hochschaltung)中，但是，该推高换挡从司机看来通常对时间要求不严格。

Claims (5)

1.一种在车辆传动系(20)中实现换挡过程的方法，所述车辆传动系具有车辆变速器(10)，其中车辆传动系(17)的输入轴(11)通过不同挡位上的至少两个切换元件与输出轴(12)相连接，其中至少在第一转矩阶段(TP1)内从源挡到目标挡的间接换挡过程期间，从至少一个离开切换元件到至少一个进入第一切换元件的转矩传递在该第一转矩阶段(TP1)之后进行的转速阶段(SP)内执行发动机转速(nM)和目标挡的转速(n1)之间的同步，并且在转速阶段(SP)之后进行的第二转矩阶段(TP2)内执行从持续切换元件到进入的第二切换元件的转矩传递，其特征在于，发动机转速(nM)和目标挡的转速(n1)之间的同步在第一转矩阶段(TP1)内开始。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发动机转速(nM)和目标挡的转速(n1)之间的同步在第二转矩阶段(TP2)内或者在第二转矩阶段结束时结束。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第一转矩阶段(TP1)期间，持续切换元件被调整直到附着点或者直到附着点下方被打开。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一转矩阶段(TP1)直接在用于换挡的准备阶段(PP)之后开始。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在同步时，发动机转速(nM)随着时间在源挡(n0)的转速和目标挡的转速(n1)之间持续不断地进行改变。
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