CN107542916A - 同步换挡方法和同步换挡装置 - Google Patents

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贾雨灵
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Abstract

本发明涉及车辆换挡技术领域,公开一种同步换挡方法和同步换挡装置。所述换挡方法包括:在从高速挡切换到低速挡时,换挡结合齿件与高速结合齿件脱离,提升低速结合齿件的转速以和所述换挡结合齿件同步并结合;和/或,在从低速挡切换到高速挡时,换挡结合齿件与低速结合齿件脱离,提升所述换挡结合齿件的转速以和高速结合齿件同步并结合。由于需要使待结合的两个齿件在结合之前有转速差别较大到转速差别较小或相同的同步过程,因此,可以实现高低挡的快速柔性切换,避免在换挡过程中产生大量热,提升使用寿命。

Description

同步换挡方法和同步换挡装置
技术领域
本发明涉及车辆换挡技术领域,特别涉及一种同步换挡方法,和一种同步换挡装置。
背景技术
目前,随着车辆技术的发展,SUV的普及程度越来越高。四驱SUV按照发动机的布置形式可以分为基于横置前置前驱四驱系统和纵置前置后驱的四驱系统,基于四驱系统可分为全时四驱(Full Time Drive)、分时四驱(Part-time Drive)和适时四驱(On TimeDrive)。相应地,全时四驱可以实现前后车轮按一定扭矩比输出动力,若中央差速器具备锁止功能,可以实现前桥/后桥刚性锁止,使得车辆在极端工况下易于脱困;分时四驱的两驱/四驱控制需要人为操控,所以对驾驶员的驾驶技能要求较高;而适时四驱的两驱/四驱模式是通过车载电脑及车载传感器完成,无需人为控制,而且比较省油。
因此,上述的四驱系统中,基本装配有高低挡切换装置的分动器,这种分动器内实现高低挡(H/L)切换的同步换挡装置为同步器。例如,现有的一种结构由输入轴、太阳轮、行星轮、齿圈、太阳轮结合齿、行星轮保持架、保持架结合齿、高低挡同步器和换挡齿套等组成,高低挡同步器左右移动以与太阳轮结合齿或保持架结合齿来结合,以实现高低挡的切换。
但是,现有的这种结构,高低挡同步器左右移动以与太阳轮结合齿或保持架结合齿来结合是一种刚性结合,即H/L换挡过程属于无动力中断换挡,而这种刚性结合易导致同步器在结合过程中产生大量的热,在润滑冷却不足时,易于烧伤同步器,降低同步器的使用寿命。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种同步换挡方法,以实现高低挡的快速柔性切换,避免在换挡过程中产生大量热,提升使用寿命。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种同步换挡方法,所述换挡方法包括:在从高速挡切换到低速挡时,换挡结合齿件与高速结合齿件脱离,提升低速结合齿件的转速以和所述换挡结合齿件同步并结合;和/或,在从低速挡切换到高速挡时,换挡结合齿件与低速结合齿件脱离,提升所述换挡结合齿件的转速以和高速结合齿件同步并结合。
相对于现有技术,本发明所述的同步换挡方法中,由于需要结合的两个部件在结合之前有一个转速同步的过程,例如,在从高速挡切换到低速挡时,换挡结合齿件与低速结合齿件结合之前,先提升低速结合齿件的转速以和换挡结合齿件同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)并结合;在从低速挡切换到高速挡时,换挡结合齿件与高速结合齿件结合之前,先提升换挡结合齿件的转速以和高速结合齿件同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)并结合。这样,由于需要使待结合的两个齿件在结合之前有转速差别较大到转速差别较小或相同的同步过程,因此,可以实现高低挡的快速柔性切换,避免在换挡过程中产生大量热,提升使用寿命。
进一步地,从低速挡切换到高速挡时,在所述换挡结合齿件与所述低速结合齿件脱离之前,降低所述高速结合齿件的转速。
进一步地,从低速挡切换到高速挡时,在提升所述换挡结合齿件转速的同时,降低所述高速结合齿件的转速。
另外,通过速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差,所述速度传感器向控制单元发送监测信号,并在转速完全同步时,所述控制单元控制待结合的两个齿件结合。
另外,通过电机对待提速的齿件进行提速。
进一步地,所述待提速的齿件为各自对应的所述电机的转子。
更进一步地,从高速挡切换到低速挡时,在所述换挡结合齿件与所述高速结合齿件脱离并与所述低速结合齿件结合之前,所述换挡结合齿件对应的所述电机用于向车载电池进行充电。
在以上的方法的基础上,本发明提供一种能够实现上述方法的优选的同步换挡装置,但需要理解的是,上述方法并不仅局限于通过该优选的同步换挡装置来实现,当然,在该优选的同步换挡装置的启示下,本领域技术人员还可以通过其他的设备或装置来实现上述方法。
这样,该优选的同步换挡装置包括输入轴、行星齿轮系、高速结合齿件、低速结合齿件和作为动力输出部的换挡结合齿件,所述高速结合齿件固定设置在所述输入轴上,所述低速结合齿件通过所述行星齿轮系和所述输入轴传动连接,所述换挡结合齿件位于所述高速结合齿件和所述低速结合齿件之间,所述低速结合齿件传动连接有第一电机,以从高速挡切换到低速挡时提升所述低速结合齿件的转速,和/或,所述换挡结合齿件传动连接有第二电机,以从低速挡切换到高速挡时提升所述换挡结合齿件的转速。
如上所述的方法所描述的,第一电机可以提升低速结合齿件的转速以和换挡结合齿件的转速同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)后再结合,以实现从高速挡切换到低速挡;而第二电机可以提升换挡结合齿件的转速以和高速结合齿件同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)后再结合,以实现从低速挡切换到高速挡,这样,由于需要使待结合的两个齿件在结合之前有转速差别较大到转速差别较小或相同的同步过程,因此,可以实现高低挡的快速柔性切换,避免在换挡过程中产生大量热,提升使用寿命。
进一步地,传动连接有电机的齿件设置为各自对应的电机的转子。
进一步地,所述同步换挡装置包括速度传感器,所述速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差并用于向控制单元发送监测信号。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的同步换挡装置的一种原理结构示意图,其中,换挡结合齿件处于空挡;
图2为图1的同步换挡装置中的换挡结合齿件与高速结合齿件结合以处于高速挡的结构示意图;
图3为图1的同步换挡装置中的换挡结合齿件与低速结合齿件结合以处于低速挡的结构示意图;
图4为本发明实施例所述的同步换挡装置的另一种原理结构示意图,其中,换挡结合齿件处于空挡。
附图标记说明:
1-换挡结合齿件,2-高速结合齿件,3-低速结合齿件,4-输入轴,5-行星齿轮系,6-第一电机,7-第二电机,8-高速太阳轮,9-高速结合齿,10-换挡齿套,11-换挡结合齿,12-保持架,13-低速结合齿,14-太阳轮,15-行星轮,16-齿圈,17-高低速动力输出端,18-拨叉齿套。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了减轻或者克服现有技术中存在的缺陷,本发明提供的同步换挡方法包括:
在从高速挡切换到低速挡时,换挡结合齿件1与高速结合齿件2脱离,提升低速结合齿件3的转速以和换挡结合齿件1同步并结合;
和/或,
在从低速挡切换到高速挡时,换挡结合齿件1与低速结合齿件3脱离,提升换挡结合齿件1的转速以和高速结合齿件2同步并结合。
在该技术方案中,由于需要结合的两个部件(例如低速结合齿件3和换挡结合齿件1,或者换挡结合齿件1和高速结合齿件2)在结合之前有一个转速同步的过程,例如,在从高速挡切换到低速挡时,换挡结合齿件1与低速结合齿件3结合之前,先提升低速结合齿件3的转速以和换挡结合齿件1同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)并结合;在从低速挡切换到高速挡时,换挡结合齿件1与高速结合齿件2结合之前,先提升换挡结合齿件1的转速以和高速结合齿件2同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)并结合。这样,由于需要使待结合的两个齿件在结合之前有转速差别较大到转速差别较小或相同的同步过程,因此,可以实现高低挡的快速柔性切换,避免在换挡过程中产生大量热,提升使用寿命。
进一步地,在从低速挡切换到高速挡时,为了尽快缩短换挡结合齿件1与高速结合齿件2结合所花费的时间,优选地,在换挡结合齿件1与低速结合齿件3脱离之前,降低高速结合齿件2的转速,这样,可以缩短换挡结合齿件1同步到高速结合齿件2的转速所花费的时间,以使两者能够尽快同步并结合。
更进一步地,或者可选择地,在从低速挡切换到高速挡时,为了尽快缩短换挡结合齿件1与高速结合齿件2结合所花费的时间,在提升换挡结合齿件1转速的同时,降低高速结合齿件2的转速,这样,换挡结合齿件1提速,而高速结合齿件2降速,通过该双向的速度调整,可以更快地实现两者转速的同步,以使两者能够更快速地同步并结合。
当然,低速结合齿件3和换挡结合齿件1可以通过电机来提升,也可以通过中间传动结构和发动机传动连接,即可以利用发动机提供的一部分动力来提速。另外,低速结合齿件3和换挡结合齿件1可以分别连接有各自对应的电机,如图1所示,又或者,低速结合齿件3和换挡结合齿件1可以共用一电机,电机可以通过动力切换装置与低速结合齿件3传动连接或者与换挡结合齿件1传动连接。
另外,为了实现良好的转速同步,使得两个结合齿件之间达到稳定的良性同步结合,优选地,本发明的同步换挡方法,通过速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差,例如实时监测低速结合齿件3和换挡结合齿件1的转速,实时检测换挡结合齿件1的转速和高速结合齿件2的转速,并且速度传感器向控制单元发送监测信号,并在转速完全同步时,控制单元控制待结合的两个齿件结合。
当然,也可以设定一定的转速差范围,当速度传感器监测到转速差落入该转速差范围内时,即可向控制单元发送监测信号以实现结合。
另外,如上所述的,提速可以通过多种方式来实现,优选地,本发明的同步换挡方法中,通过电机对待提速的齿件进行提速,而电机转速可以从0到某一转速,范围大,特别适用于大速比换挡,同时,电机换挡响应灵敏,反应迅速,以实现快速同步换挡。
如上所述的,待提速的齿件即低速结合齿件3和换挡结合齿件1可以共用一电机。或者,优选地,待提速的齿件设置为各自对应的电机的转子,即低速结合齿件3和换挡结合齿件1可以分别对应有各自的电机,并且低速结合齿件3和换挡结合齿件1分别作为各自对应的电机的转子,这样,可以充分利用电机的转子来作为高低挡切换过程中的结合齿件,从而简化结构,快速准确地实现转速同步并结合。
另外,虽然换挡的时间较短,但为了充分利用电机,优选地,从高速挡切换到低速挡时,由于换挡结合齿件1与高速结合齿件2脱离并与低速结合齿件3结合之前,在高速结合齿件2提供的高速转动的惯性作用下,换挡结合齿件1是处于高速的空转状态的,因此,在换挡结合齿件1与高速结合齿件2脱离并与低速结合齿件3结合之前,换挡结合齿件1作为其对应电机的转子,可以使得换挡结合齿件1对应的电机用于向车载电池进行充电,这部分电量可以提供车辆启动时所需的点火电量。
另外,本发明还提供一种能够减轻或者克服现有技术中存在的缺陷的同步换挡装置。
首先,需要说明的是,图1和4显示了本发明的同步换挡装置的一种优选结构,这种优选结构仅用于说明该同步换挡装置,但并不对该同步换挡装置构成限定,也就是,该同步换挡装置并不限于图1和4所示的结构,本领域技术人员根据以下的技术方案和技术效果,可以对该同步换挡装置的结构进行多种变形和替换。
结合图1和4所示的结构,本发明的同步换挡装置包括输入轴4、行星齿轮系5、高速结合齿件2、低速结合齿件3和作为动力输出部的换挡结合齿件1,其中,高速结合齿件2固定设置在输入轴4上,低速结合齿件3通过行星齿轮系5和输入轴4传动连接,换挡结合齿件1位于高速结合齿件2和低速结合齿件3之间,低速结合齿件3传动连接有第一电机6,以从高速挡切换到低速挡时提升低速结合齿件3的转速,和/或,换挡结合齿件1传动连接有第二电机7,以从低速挡切换到高速挡时提升换挡结合齿件1的转速。
该技术方案中,第一电机6可以提升低速结合齿件3的转速以和换挡结合齿件1的转速同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)后再结合,以实现从高速挡切换到低速挡;而第二电机7可以提升换挡结合齿件1的转速以和高速结合齿件2同步(此处需要理解的是,这种同步可以为基本同步,即两者之间的转速差较小,或者优选地,两者之间的转速完全相同以达到完全同步的程度)后再结合,以实现从低速挡切换到高速挡,这样,由于需要使待结合的两个齿件在结合之前有转速差别较大到转速差别较小或相同的同步过程,因此,可以实现高低挡的快速柔性切换,避免在换挡过程中产生大量热,提升使用寿命。
进一步地,传动连接有电机的齿件为各自对应的电机的转子,即低速结合齿件3设置为第一电机6的转子,而换挡结合齿件1设置为第二电机7的转子,这样,可以充分利用电机的转子来作为高低挡切换过程中的结合齿件,从而简化结构,快速准确地实现转速同步并结合。
进一步地,或者可选择地,为了实现良好的转速同步,使得两个结合齿件之间达到稳定的良性同步结合,优选地,同步换挡装置包括速度传感器(未图示),速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差并用于向控制单元发送监测信号,这样,通过速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差,例如实时监测低速结合齿件3和换挡结合齿件1的转速,实时检测换挡结合齿件1的转速和高速结合齿件2的转速,并且速度传感器向控制单元发送监测信号,并在转速完全同步时,控制单元控制待结合的两个齿件结合。
当然,也可以设定一定的转速差范围,当速度传感器监测到转速差落入该转速差范围内时,即可向控制单元发送监测信号以实现结合。
以下结合图1-3详细说明同步换挡装置的一种优选结构,具体地,行星齿轮系5包括太阳轮14,行星轮15,和齿圈16,太阳轮14固定设置在输入轴4上,而行星轮15固定连接有保持架12,保持架12上形成有低速结合齿13以形成低速结合齿件3,而高速太阳轮8固定设置在输入轴4上,并且高速太阳轮8形成有高速结合齿9以形成高速结合齿件2,而换挡齿套10套装在输入轴4上并位于保持架12和高速太阳轮8之间,并能够轴向移动,同时,换挡齿套10的两侧形成有换挡结合齿11以形成换挡结合齿件1。同时,换挡齿套10和拨叉齿套18固定连接以在拨叉的作用下轴向移动,同时,换挡齿套10传动连接有高低速动力输出端17。而保持架12作为第一电机6的转子,换挡齿套10则作为第二电机7的转子。
高速结合齿9、换挡结合齿11、低速结合齿13可以为犬齿结构。
这样,如图2所示,换挡结合齿11和高速结合齿9结合以处于高速挡位。从图2所示的高速挡切换到图3所示的低速挡时,降低输入轴4的转速,换挡齿套10向左滑动,换挡结合齿11和高速结合齿9脱离,此时,换挡齿套10的转速高于保持架12的转速,不同步,不能刚性换挡,此时,第一电机6驱动保持架12,提升保持架12的转速,速度传感器监测保持架12和换挡齿套10的转速差,当两者同步时,换挡结合齿11和低速结合齿13顺利平稳结合,实现从高速挡到低速挡的柔性换挡。
如图3所示,换挡结合齿11和低速结合齿13以处于低速挡位。从图3所示的低速挡切换到图2所示的高速挡时,由于高速太阳轮8转速较高,因此,降低输入轴4的转速,换挡齿套10向右滑动,换挡结合齿11和低速结合齿13脱离,此时,换挡齿套10的转速低于高速太阳轮8的转速,不同步,不能刚性换挡,此时,第二电机7驱动换挡齿套10,提升换挡齿套10的转速,同时降低输入轴4的转速,速度传感器监测高速太阳轮8和换挡齿套10的转速差,当两者同步时,换挡结合齿11和高速结合齿9顺利平稳结合,实现从低速挡到高速挡的柔性换挡。
当然,图4的结构与图1的相比,仅在于第一电机6的设置位置不同,在图4中,第一电机6套装在保持架12上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步换挡方法,其特征在于,所述换挡方法包括:
在从高速挡切换到低速挡时,换挡结合齿件(1)与高速结合齿件(2)脱离,提升低速结合齿件(3)的转速以和所述换挡结合齿件(1)同步并结合;
和/或,
在从低速挡切换到高速挡时,换挡结合齿件(1)与低速结合齿件(3)脱离,提升所述换挡结合齿件(1)的转速以和高速结合齿件(2)同步并结合。
2.根据权利要求1所述的同步换挡方法,其特征在于,从低速挡切换到高速挡时,在所述换挡结合齿件(1)与所述低速结合齿件(3)脱离之前,降低所述高速结合齿件(2)的转速。
3.根据权利要求1或2所述的同步换挡方法,其特征在于,从低速挡切换到高速挡时,在提升所述换挡结合齿件(1)转速的同时,降低所述高速结合齿件(2)的转速。
4.根据权利要求1所述的同步换挡方法,其特征在于,通过速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差,所述速度传感器向控制单元发送监测信号,并在转速完全同步时,所述控制单元控制待结合的两个齿件结合。
5.根据权利要求1所述的同步换挡方法,其特征在于,通过电机对待提速的齿件进行提速。
6.根据权利要求5所述的同步换挡方法,其特征在于,所述待提速的齿件为各自对应的所述电机的转子。
7.根据权利要求6所述的同步换挡方法,其特征在于,从高速挡切换到低速挡时,在所述换挡结合齿件(1)与所述高速结合齿件(2)脱离并与所述低速结合齿件(3)结合之前,所述换挡结合齿件(1)对应的所述电机用于向车载电池进行充电。
8.一种同步换挡装置,包括输入轴(4)、行星齿轮系(5)、高速结合齿件(2)、低速结合齿件(3)和作为动力输出部的换挡结合齿件(1),所述高速结合齿件(2)固定设置在所述输入轴(4)上,所述低速结合齿件(3)通过所述行星齿轮系(5)和所述输入轴(4)传动连接,所述换挡结合齿件(1)位于所述高速结合齿件(2)和所述低速结合齿件(3)之间,其特征在于,所述低速结合齿件(3)传动连接有第一电机(6),以从高速挡切换到低速挡时提升所述低速结合齿件(3)的转速,和/或,
所述换挡结合齿件(1)传动连接有第二电机(7),以从低速挡切换到高速挡时提升所述换挡结合齿件(1)的转速。
9.根据权利要求8所述的同步换挡装置,其特征在于,传动连接有电机的齿件设置为各自对应的电机的转子。
10.根据权利要求8或9所述的同步换挡装置,其特征在于,所述同步换挡装置包括速度传感器,所述速度传感器实时监测待结合的两个齿件之间的转速差并用于向控制单元发送监测信号。
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