CN108223789B - 用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法，自动化的分组变速器在机动车的传动系中布置在驱动马达车桥驱动器之间并且包括多级的主变速器、两级的前置换挡组和变速器制动器能经由异步的换挡离合器使主变速器换挡，能经由同步的换挡离合器使前置换挡组换挡，且分组变速器中的包括对前置换挡组(VG)的传动比级进行至少一次切换的升挡的情况下，不仅经由对前置换挡组(VG)的同步地构造的换挡离合器的操纵而且以辅助的方式经由对变速器制动器(Br)的至少暂时并行的操纵来实现对前置换挡组(VG)的同步。依赖于当前的行驶或运行情况来实施对变速器制动器(Br)的操纵，用来辅助对前置换挡组(VG)的同步。

Description

用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法，自动化的分组变速器在机动车的传动系中布置在驱动马达与车桥驱动器之间而且包括至少一个多级的主变速器以及前置于主变速器的两级的前置换挡组和变速器制动器。此外，本发明还涉及一种被构造用于执行所述方法的控制设备以及一种相对应的计算机程序产品。
背景技术
早已公知具有多挡的主变速器和在驱动技术上接在它前方的前置换挡组以及在驱动技术上接在其后方的范围选择挡组的分组变速器，并且它们优选地用在商用车中。通过大部分情况下实施为两级的、具有小的传动比步长的、也被称为分裂挡组的前置换挡组，使主变速器的传动比级之间的传动比步长减半，从而让总体上提供的传动比级的数量翻倍。通过通常为两级的范围选择挡组，使整个变速器的变速范围明显增大，并且让总体上提供的传动比级的数量再一次翻倍。从而结合三级的主变速器(具有三个前进挡和一个后退挡)得到12挡的分组变速器(总共有十二个前进挡和最多四个后退挡)，以及结合四级的主变速器(具有四个前进挡和一个后退挡)得到16挡的分组变速器(总共有十六个前进挡和最多四个后退挡)。
相对于具有数量差不多的挡以及具有类似的挡分级和变速范围的单个变速器来说，分组变速器具有明显更加紧凑的尺寸和更小的重量。但是因为分组变速器中的许多换挡要求在多个分变速器中变换传动比级并且因此相对比较复杂，所以大部分公知的分组变速器要么构造成能半自动化换挡的或者构造成能全自动化换挡的。
例如从DE 10 2010 009 673A1公知一种用于运行具有至少一个主挡组、副挡组和中央同步单元的分组变速器的方法。这里，为了在改变变速器总传动比时缩短挡切换时间，至少暂时并行地操纵用以操纵副挡组的副挡组换挡单元和中央同步单元。中央同步单元的操纵时长能由控制和调节单元设定，其中，借助于匹配功能来实现调整操纵时长。
发明内容
在该背景下，本发明所基于的任务在于，提出一种经改善的用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法，所述方法除了换挡时间短之外也能够实现对自动化的分组变速器的部件的经优化的驱控频率。此外，还应说明一种相对应的控制设备和一种用于执行所述方法的计算机程序产品。
出于方法技术角度，该任务的解决方案基于根据本发明的方法来实现。
按照本发明，提出了一种用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法，自动化的分组变速器在机动车的传动系中布置在驱动马达与车桥驱动器之间而且包括至少一个多级的主变速器以及前置于主变速器的两级的前置换挡组和变速器制动器，其中，主变速器能经由异步的换挡离合器来换挡而且前置换挡组能经由同步的换挡离合器来换挡。主变速器的换挡离合器和前置换挡组的换挡离合器优选地分别成对地组合在共同的换挡组件中。在自动化的分组变速器中的升挡过程中，该升挡过程包括对前置换挡组的传动比级进行至少一次切换，至少暂时并行地实施前置换挡组的操纵和变速器制动器的操纵。换句话说，不仅经由对前置换挡组的同步地构造的换挡离合器的操纵而且辅助地经由对变速器制动器的至少暂时并行的操纵来实现对前置换挡组的同步。
现在，本发明包括如下技术教导：依赖于当前的行驶和运行情况地实施对变速器制动器的操纵，用以辅助对前置换挡组的同步。换句话说，只有当这由于当前的行驶和运行情况是必需的或者有益的时，才操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。因此，使操纵变速器制动器的次数保持得很少并且使变速器制动器的由此造成的磨损保持得少。变速器制动器例如可以构造为能以液压或气动方式操纵的多盘式制动器。变速器制动器也可以构造为如下电动马达，经由该电动马达，在自动化的分组变速器中的升挡过程中能将制动力矩施加到分组变速器的变速器轴上，用以辅助对前置换挡组的同步。如果变速器制动器例如经由换挡阀能以气动或液压的方式操纵地来构造，那么也可以相对应地使操纵换挡阀的次数保持得很少。除了对前置换挡组的同步之外，通过驱控变速器制动器也可以更快速地实现对主变速器的同步。
特别是在寒冷时，分组变速器的拖拽力矩剧烈地增加。由于分组变速器的拖拽力矩提高，在主变速器处在空挡位的情况下对前置换挡组的同步期间的转速降低明显比在变速器的运行温度的情况下执行的对前置换挡组的同步时的转速降低更快。因此，在这种运行情况下，对变速器制动器的驱控不会导致对前置换挡组的同步的明显的辅助，借此升挡的换挡时间也不会被缩短或者不会显著地被缩短。因而，在按照本发明的方法的变型方案中规定：如果变速器油温大于针对变速器油温的限定的界限值，那么操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。这样，如果变速器油温达到或超过例如20℃的界限值，那么可以操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。因此，在更低的变速器油温的情况下，可以避免对变速器制动器的不必要的驱控。
按照本发明的方法的另一变型方案规定：如果驱动马达的转速大于针对马达转速的限定的界限值，那么操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。这样，如果驱动马达的转速达到或超过了例如1500转/分钟的界限值，那么可以操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步，其中，接着能以短的换挡时间来实现升挡过程。而在马达转速更低的情况下，仅仅经由前置换挡组的换挡离合器的同步元件来使前置换挡组同步。
按照本发明的方法的另一变型方案规定：如果当前的行驶阻力达到或超过限定的界限值，那么操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。如果当前的行驶阻力低于限定的界限值，那么在不操纵变速器制动器的情况下可以更缓慢地实现升挡过程，因为为了达到在这种情况下所需的换挡时间，可以仅仅经由前置换挡组的换挡离合器的机械的同步元件来实现对前置换挡组的同步。而如果当前的行驶阻力达到或超过限定的界限值，那么在分组变速器的升挡过程中驱控变速器制动器，用以辅助对在升挡过程中操纵的前置换挡组的同步。由此，可以缩短对于升挡过程所需的换挡时间并且因此可以缩短在升挡过程期间出现的牵引力中断。
这里，行驶阻力尤其被理解为机动车的爬坡阻力，该爬坡阻力涉及当前的车道坡度和机动车的质量。但是，也可以涉及机动车的总行驶阻力，在总行驶阻力中，除了爬坡阻力之外，滚动阻力、空气阻力和加速阻力也是重要的。
行驶阻力的界限值例如可以在考虑车辆质量的情况下依赖于车道坡度来限定。这样，行驶阻力的限定的界限值例如可以相应于在较大的坡度，例如在3％或者更大的坡度中以满载的机动车来行驶时存出现的行驶阻力。在下坡、平面或者仅很小的，例如为1％的上坡的情况下行驶时，当前的行驶阻力即使在机动车满载时也低于行驶阻力的限定的界限值，其中，优选地在不操纵变速器制动器的情况下实现对前置换挡组的同步。
按照本发明的方法的一个变型方案规定：如果机动车在越野模式下运行，那么操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。如果激活越野模式，那么机动车在具有高行驶阻力的野外运行而且值得希望的是快速的升挡过程。因而，在这种运行情况下，在升挡时驱控变速器制动器，用来辅助对前置换挡组的同步。越野模式例如可以经由能由车辆驾驶员操作的操纵元件或者经由对机动车驶过的路段区段的车道状态的获知来激活。
按照本发明的方法的另一变型方案规定：如果当前的呈加速踏板操纵的形式的驾驶愿望达到或超过限定的界限值，那么操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。这样可以规定：例如在加速踏板操纵处于可能的最大加速踏板操纵的70％至100％的范围内时，通过驱控变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。由此实现的短的换挡时间在具有高驾驶愿望和随之而来的高的车辆加速度的行驶情况下是有利的。
按照本发明的方法的另一实施方式规定：对于是否操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步的决定来说，除了当前的行驶或运行情况也考虑预测数据。优选地，借助于预测数据以预定的方式获知行驶或运行情况，其中，应该操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步。
在一个可能的实施变型方案的范围中可以规定：例如检测行驶路段的高度、倾斜和/或坡度或者也检测各街道类型，作为将来的在机动车前面的行驶路段的路段数据。优选地，可以经由与变速器控制设备联接的导航设备或者经由另外的导航系统来实现检测。然而，其它的检测可行方案，诸如传感器或摄像机，也能被采用，以便得到在机动车前面的行驶路段的相应的数据。
如果借助于预测的路段数据获知机动车不久将不再处在街道上而是处在野外或者机动车就在很大的坡度前面，那么在到达这样被识别出的路段区段时使用如下换挡策略，其中，在升挡过程中为了同步前置组前置换挡组也驱控变速器制动器。在这些已知的情况下，具有很短的换挡时间的升挡过程是有利的。
此外，本发明还涉及一种控制设备，其被构造用于执行按照本发明的方法。控制设备包括用于执行按照本发明的方法的机构。这些机构是硬件侧的机构和软件侧的机构。硬件侧的机构是数据接口，以便与传动系的参与执行按照本发明的方法的结构组件交换数据。此外，控制设备的硬件侧的机构还是用于数据处理的处理器而且可能还有用于存储数据的存储器。软件侧的机构是用于执行按照本发明的方法的程序块。
按照本发明的解决方案也可以表现为计算机程序产品，当计算机程序产品在控制设备的处理器上运行时，它以软件方式引导处理器，用以执行所配属的作为本发明的主题的方法步骤。在该上下文中，计算机可读的介质也属于本发明的主题，在计算机可读的介质上以能获取的方式存储了在上文描述的计算程序产品。
本发明不限于并列的权利要求或者引用它们的从属权利要求的特征的所说明的组合。此外，还可以将单个特征相互组合，只要它们是从权利要求、随后对实施例的描述中或者直接从附图中导出的。权利要求通过使用附图标记对附图的参考不应限制权利要求的保护范围。
附图说明
为了阐明本发明，为说明书附上具有实施例的附图。在附图中：
图1示出了具有三级的主变速器的自动化的分组变速器的示意性结构；并且
图2示出了具有用于执行按照本发明的方法的控制设备的传动系的示意图。
具体实施方式
在图1中示出的分组变速器包括三级的主变速器HG、在驱动技术上前置于主变速器HG的前置换挡组或分裂挡组VG以及后置于主变速器HG的范围选择挡组BG。这里，分组变速器的主变速器HG实施为呈中间轴结构形式的直接挡变速器而且具有主轴W2和两个中间轴W3a和W3b，其中，第一中间轴W3a配备有能控制的变速器制动器Br。
主变速器HG三级式地构造成具有三个用于向前行驶的传动比级G1、G2、G3和一个用于向后行驶的传动比级R。传动比级G1、G2和R的空套齿轮分别以能旋转的方式支承在主轴W2上而且能经由所配属的换挡离合器来换挡。所配属的固定齿轮以抗相对转动的方式布置在中间轴W3a和W3b上。
主变速器HG的构造为直接挡的最高传动比级G3能经由直接换挡离合器SV来换挡。传动比级G3和G2的换挡离合器以及传动比级G1和R的换挡离合器分别组合在共同的换挡组件S2/3或S1/R中。主变速器HG构造成能异步换挡的。
分组变速器的前置换挡组VG两级地来构造而且同样呈中间轴结构形式来实施，其中，前置换挡组VG的两个传动比级K1、K2形成主变速器HG的两个能换挡的输入恒量(Eingangskonstante)。由于两个传动比级K1、K2的传动比之差较小，前置换挡组VG被设计成分裂挡组。第一传动比级K1的空套齿轮以能旋转的方式支承在输入轴W1上，输入轴W1经由能控制的分离离合器TK与例如构造为内燃机或电动马达的驱动马达AM连接。
第二传动比级K2的空套齿轮以能旋转的方式支承在主轴W2上。前置换挡组VG的两个传动比级K1、K2的固定齿轮分别与主变速器HG的在输入侧延长的中间轴W3a和W3b抗相对转动地布置。前置换挡组VG的同步地构造的换挡离合器组合在共同的换挡组件SV中。
分组变速器的后置于主变速器HG的范围选择挡组BG同样两级地来构造，然而是以具有简单的行星轮组的行星齿轮结构方式。太阳轮PS以抗相对转动的方式与主变速器HG的在输出侧延长的主轴W2连接。行星架PT以抗相对转动的方式与分组变速器的输出轴W4联接。齿圈PH与具有两个同步的换挡离合器的换挡组件SB连接，通过两个同步的换挡离合器能交替地实现的是，通过将齿圈PH与固定的壳体件连接使范围选择挡组BG换档到慢速行驶级L，并且通过将齿圈PH与行星架PT连接使范围选择挡组BG换档到快速行驶级S。范围选择挡组BG构造成能同步换挡的。
在此，经由分组变速器的控制设备来控制或调节对分组变速器中存在的换挡离合器的驱控，用以设定所希望的传动比级K1、K2、G3、G2、G1、R、L、S。优选地，控制设备可以构造为变速器控制设备。
现在，按照本发明的用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法规定：在自动化的分组变速器中的升挡过程中，该升挡过程包括对前置换挡组VG的传动比级K1、K2进行至少一次切换，不仅经由对前置换挡组VG的同步地构造的换挡离合器SV的操纵而且以辅助的方式经由对变速器制动器的至少暂时并行的操纵来实现对前置换挡组VG的同步。规定：依赖于当前的行驶或运行情况来实施对变速器制动器Br的操纵，用来辅助对前置换挡组VG的同步。在对前置换挡组VG的同步期间，主变速器HG优选地被换挡到空挡。
从图2得知机动车的传动系1的示意图，所述机动车涉及商用车辆，诸如载重汽车。在此，传动系1具有驱动马达，驱动马达在其输出侧可以经由置于中间的分离离合器3与自动化的换挡变速器的驱动侧联接。接着，自动化的换挡变速器于是在输出侧与商用车的对于本领域技术人员充分公知的另外的输出部件以及车辆车轮连接。
此外，机动车还包括控制系统2，在控制系统2中，多个不同的控制设备经由数据总线系统5、例如经由CAN总线系统彼此连接。此外，在数据总线系统5中设置有变速器控制设备TCU和马达控制设备ECU，在它们中，马达控制设备ECU执行对驱动马达的调节，而变速器控制设备TCU执行对自动化的分组变速器的调节，以及(可能间接地经由另外的控制设备)也执行对分离离合器3的调节。变速器控制设备TCU一方面可以与变速器双向通讯而另一方面可以与马达控制设备ECU双向通讯。经由数据总线系统5向控制设备供应与之相关的数据。控制设备能够接收和处理传感器信号而且依赖于传感器信号地给出控制信号或数据信号。
这样，变速器控制设备TCU包括处理器6和用于存储和获取参数、信号和信息的存储机构7以及计算机程序产品11，计算机程序产品被设计为可以就上述方法而言驱控变速器制动器Br来辅助对前置换挡组的同步。此外，变速器控制设备TCU具有至少一个接收接口8，接收接口8被构造为接收来自传感器和马达控制设备TCU的所有相关数据。此外，变速器控制设备TCU还具有数据处理装置9，以便处理和评估所接收的数据或所接收的数据的信息，变速器控制设备TCU还具有发送接口10，经由发送接口10可以给出用于驱控传动系部件的相应的信号。
将来自传感器以及导航装置的数据输送给变速器控制设备TCU。导航装置提供关于机动车的当前位置的环境的地形数据和关于在机动车的当前位置前面的限定的间距中的环境的地形数据。借助于卫星定位系统，诸如GPS或GLONASS可以实现对当前的车辆位置的定位。
变速器控制设备TCU借助于车辆状态数据和驾驶愿望数据来控制变速器的运行。在变速器控制设备TCU中呈计算机程序的形式来存储的换挡策略确定了各换挡反应，尤其是从当前的实际挡换挡到给定挡，或者确定了传动系1中的暂时的力锁合中断。
除了所获知的车道状态之外，所使用的行驶状态数据还可以是当前的行驶阻力、当前的车辆倾斜角、当前的车辆质量、当前的车辆速度、当前的车辆加速度、当前的马达力矩、当前的马达转速以及其它值。数据可以至少部分地通过马达控制设备ECU以及适当的传感装置来提供。
驾驶愿望数据例如可以通过操纵加速踏板或者制动踏板来发信号、以感测方式来检测并且直接或间接地传送给变速器控制设备TCU。
控制系统2也包括用于操纵自动化的变速器和分离离合器3的机构。该机构包括适当的换挡阀，经由该换挡阀可以驱控自动化的变速器或分离离合器的促动机构。所提到的机构分别包括通向各控制设备的进行数据传输的连接部4。
例如，也可以通过一个或多个电子总线系统来实现在控制设备与传动系1的部件之间的进行数据传输的连接部4。
借助操纵元件，使得车辆驾驶员能够在用于街道行驶的控制程序与用于野外行驶的控制程序之间进行手动的换挡。
现在，按照本发明的用于对自动化的分组变速器TCU进行换挡控制的方法规定：在自动化的分组变速器中的升挡过程的情况下，依赖于当前的行驶或运行情况来实施对变速器制动器Br的操纵，用来辅助对前置换挡组VG的同步。为此，由自动化的分组变速器TCU的接收接口8来接收不同的信号，诸如表明变速器油温或能从中获知变速器油温的信号、表明当前的车道坡度的信号或能从中获知当前的行驶阻力的信号、表明驱动马达的转速或能从中获知马达转速的信号、表明驾驶愿望或能从中获知驾驶员愿望的信号以及相对应的预测数据的信号。
变速器油温例如可以借助于温度传感器来确定，而驾驶愿望能经由布置在加速踏板上的位置或行程传感机构来获知，并且当前的车道坡度能经由倾斜传感器来获知。驱动马达的转速可以由马达控制设备来提供或者经由转速传感器来获知，而且预测数据可以经由导航装置来提供。
在数据处理装置9中，处理和评估所接收到的数据或所接收到的数据的信息，而且确定当前的行驶或运行情况。最后，依赖于所获知的行驶或运行情况，变速器控制设备TCU推断出是否应该驱控变速器制动器来辅助对前置换挡组VG的同步。最后，经由发送接口10，在对分组变速器的前置换挡组的同步期间给出相应的信号，用于驱控变速器制动器Br。
附图标记
AM 驱动马达
TK 分离离合器
VG 前置换挡组、分裂挡组
SV 换挡组件(VG)、直接换挡离合器
K1 (第一)传动比级(VG)
K2 (第二)传动比级(VG)
HG 主变速器
G1 (第一)传动比级(HG)
G2 (第二)传动比级(HG)
G3 (第三)传动比级(HG)
R 后退传动比级(HG)
S1/R 换挡组件(HG)
S2/3 换挡组件(HG)
BG 范围选择挡组
SB 换挡组件(BG)
L 慢速行驶级(BG)
S 快速行驶级(BG)
PH 齿圈(BG)
PS 太阳轮(BG)
PT 行星轮(BG)
W1 输入轴
W2 主轴
W3a 中间轴
W3b 中间轴
W4 输出轴
Br 变速器制动器
1 传动系
2 控制系统
3 离合器
4 连接部
5 数据总线系统
6 处理器
7 存储机构
8 接收接口
9 数据处理装置
10 发送接口
11 计算机程序产品

Claims (4)

1.一种用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法，所述自动化的分组变速器在机动车的传动系(1)中布置在驱动马达(AM)与车桥驱动器之间并且包括至少一个多级的主变速器(HG)、置于所述主变速器(HG)前的两级的前置换挡组(VG)和变速器制动器(Br)，其中，能经由异步的换挡离合器使所述主变速器(HG)换挡，并且能经由同步的换挡离合器使所述前置换挡组(VG)换挡，并且其中，在分组变速器中的包括对所述前置换挡组(VG)的传动比级(K1、K2)进行至少一次切换的升挡的情况下，不仅经由对所述前置换挡组(VG)的同步地构造的换挡离合器的操纵而且以辅助的方式经由对所述变速器制动器(Br)的并行的操纵来实现对所述前置换挡组(VG)的同步，其特征在于，依赖于当前的行驶或运行情况来实施对所述变速器制动器(Br)的操纵，用来辅助对所述前置换挡组(VG)的同步，其中，当行驶或运行情况的行驶或运行状态数据达到或超过限定的界限值时，那么操纵变速器制动器来辅助对前置换挡组的同步，而当行驶或运行状态数据没有达到或超过限定的界限值时，仅仅经由前置换挡组的换挡离合器的同步元件来使前置换挡组同步，其中，
如果变速器油温大于针对所述变速器油温的限定的界限值，操纵所述变速器制动器(Br)，用来辅助对所述前置换挡组(VG)的同步，并且/或者，
如果所述驱动马达(AM)的转速大于针对马达转速的预定的界限值，操纵所述变速器制动器(Br)，用来辅助对所述前置换挡组(VG)的同步，并且/或者，
如果当前的行驶阻力达到或超过预定的行驶阻力界限值，操纵所述变速器制动器(Br)，用来辅助对所述前置换挡组(VG)的同步，并且/或者，
如果所述机动车在越野模式下运行，操纵所述变速器制动器(Br)，用来辅助对所述前置换挡组(VG)的同步，并且/或者，
如果当前的呈加速踏板操纵的形式的驾驶员愿望达到或超过预定的界限值，即在加速踏板操纵处于可能的最大加速踏板操纵的70％至100％的范围内时，操纵所述变速器制动器(Br)，用来辅助对所述前置换挡组(VG)的同步。
2.一种自动化的分组变速器的变速器控制设备(TCU)，所述变速器控制设备被设立为用于执行根据权利要求1所述的用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法。
3.一种计算机可读的数据载体，在所述计算机可读的数据载体上存储有计算机程序产品的程序代码手段，所述程序代码手段用于在所述计算机程序产品在计算机上或者在相应的计算单元上实施时执行按照权利要求1所述的用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法。
4.一种计算机可读的数据载体，在所述计算机可读的数据载体上存储有计算机程序产品的程序代码手段，所述程序代码手段用于在所述计算机程序产品在按照权利要求2所述的变速器控制设备(TCU)上实施时执行按照权利要求1所述的用于对自动化的分组变速器进行换挡控制的方法。
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