CN112443631A - 变速器传动级切换方法、动力传动系和全轮驱动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在转速下将变速器从第一传动级切换到第二传动级的方法，其中驱动组件向变速器施加输入转速，其中变速器根据输入转速和设定的传动级输出输出转速，其中为了进行切换，减小驱动组件的转矩，其中然后将变速器从第一传动级切换到空挡位置，其中进一步执行输入转速与第二传动级的输出转速的同步，并且其中最后，当输入转速与第二传动级的输出转速同步时，将变速器从空挡位置切换到第二传动级。根据本发明的方法的突出之处在于，仅藉由驱动组件来实现同步。本发明还涉及一种对应的动力传动系以及一种全轮驱动车辆。

Description

变速器传动级切换方法、动力传动系和全轮驱动车辆

技术领域

本发明涉及一种用于在转速下将变速器从第一传动级切换到第二传动级的方法、一种对应的动力传动系以及一种对应的全轮驱动车辆。

背景技术

在现有技术中已知：为了提高用作主变速器的换挡变速器的扩展(Spreizung)，在该换挡变速器的下游连接有爪式换挡的、不同步的分动器。分动器例如可以两级地实施有被设计为道路挡位的传动级和被设计为越野挡位的减速级。

就此而言，WO 2010/006872 A1描述了一种用于控制车辆的动力传动系的方法，该动力传动系具有驱动马达、主变速器以及分动器，其中在行驶期间可以在分动器中自动化地执行切换。为此，将动力传动系与主变速器断开，变换分动器并且在主变速器中再次置入适配的挡位。这一过程必须与牵引力的中断相结合，原因在于否则不可能在分动器中切换传动级或减速级。

此外，从DE 10 2010 030 242 A1已知一种用于在车辆的动力传动系中在爪式换挡的分动器的情况下切换至少一个传动级和/或至少一个减速级的方法，该动力传动系具有驱动马达和能够切换动力的换挡变速器、尤其自动变速器。在此，分动器被切换到空挡位置或者朝向空挡进行切换，并且在同步之后在分动器中切换传动级或减速级。在同步期间，通过操控至少一个额外的换挡元件使换挡变速器暂时连接或加速，从而使换挡变速器的输出转速以与分动器中的目标传动比相乘的方式尽可能快速地与分动器的输出转速相匹配。

然而，已知的用于在行驶时切换分动器的方法是有如下缺陷的，即这些方法由于对主变速器的必要的附加操控和燃烧发动机的惯性而具有相对较长的换挡时间。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种经改进的用于在转速下将变速器从第一传动级切换到第二传动级的方法。

根据本发明，这个目的通过根据权利要求1所述的用于在转速下将变速器从第一传动级切换到第二传动级的方法来实现。本发明的有利的设计方案和改进方案自从属权利要求中得出。

本发明涉及一种用于在转速下将变速器从第一传动级切换到第二传动级的方法，其中驱动组件向变速器施加输入转速，其中变速器根据输入转速和设定的传动级来输出输出转速，其中为了进行切换，减小驱动组件的转矩，其中然后将变速器从第一传动级切换到空挡位置，其中进一步执行输入转速与第二传动级的输出转速的同步，并且其中最后，当输入转速与第二传动级的输出转速同步时，将变速器从空挡位置切换到第二传动级。根据本发明的方法突出之处在于，仅藉由驱动组件来实现同步。

因此根据本发明提出，在转速下切换具有至少两个可切换的传动级的变速器，即在操作中且不在停止状态中进行切换，其中术语“转速”、“操作”和“停止状态”涉及变速器的状态，然而并不涉及例如包括该变速器的车辆的车辆车轮的状态。在此，由驱动组件产生变速器的转速，该变速器藉由输入轴与该驱动组件在驱动方面联接，用以传递转矩和转速。在此，变速器的输入轴可以直接地与驱动组件的从动轴联接，或者可以间接地藉由一个或多个上游传动级与驱动组件的从动轴联接。变速器的输入转速对应于变速器的输入轴的转速。变速器根据所切换的传动级来改变输入转速并且再将这个输入转速藉由变速器的输出轴作为输出转速输出。同样，也改变输入转矩并且再将其经由输出轴作为输出转矩输出。在此，变速器的输出轴可以直接与车辆的车轮轴联接，或者可以间接地藉由一个或多个中间传动级与车辆的车轮轴联接。在转速下将变速器从第一传动级切换到第二传动级时，由传动级预先设定的、输入转速与输出转速的比率发生改变，从而在切换到第二传动级时必须使变速器中的要切换的元件(例如两个离合器半部)在其转速方面同步。为此，首先减小驱动组件的转矩，从而使得基本不再有转矩从驱动组件引入到变速器中。在根据本发明的方法的下一个步骤中，现在将变速器从第一传动级切换到空挡位置。在此，空挡位置表示空转，其中例如由于离合器断开，变速器既不能传递转矩，也不能传递转速。在这个空挡位置中，现在进行输入转速与新的输出转速(即与第二传动级的输出转速)的同步，其方式为：在考虑第二传动级的传动比的情况下，增大或者减小输入转速，直到该输入转速对应于该第二传动级的输出转速。在此，根据本发明，仅藉由驱动组件来实现该同步，也就是说，因此仅藉由驱动组件来实现必要时需要的输入转速的增大以及必要时需要的输入转速的减小。例如，在增大转速的意义上或者在减小转速的意义上，驱动组件可以借助于对应地定向的转矩作用于变速器的输入轴。在此，第一传动级或第二传动级是否为“较高”或“较低”的挡位级(即是否具有相对较大或相对较小的传动比)是无关紧要的。同样，第一传动级和第二传动级不必是变速器的唯一的传动级或者也不必仅是变速器中相邻的传动级。一旦在考虑第二传动级的传动比的情况下实现了输入转速与第二传动级的输出转速的同步，就切换第二传动级。

通过根据本发明仅藉由驱动组件实现同步，可以相对简单地构造变速器，这是因为例如不需要藉由摩擦来建立同步的摩擦元件。这进而降低成本并且还减轻变速器的重量，并且避免额外的磨损。此外，根据本发明的方法能够实现同步，而不对输出转速造成不利影响(这例如在藉由摩擦实现的同步中通常是常见的)。因为在藉由摩擦实现同步的情况下，输出转速还被适配成与实际要同步的输入转速有一点点差距，所以例如车辆的驾驶者通常能够以不期望的方式感知到同步过程。相比之下，根据本发明的方法可以在不影响输出转速的情况下实现同步。根据本发明，只有当完成同步时，才切换第二传动级。此外，可以有利地省去在变速器上游的其他变速器或换挡级中执行为了切换到第二传动级所需的同步。这也促使换挡时间更短，这是因为仅须操控执行切换过程的变速器。

优选地提出，在车辆的动力传动系中、尤其在商用车辆例如全轮驱动的建筑工程车辆的动力传动系中执行该方法。

此外优选的是，虽然在转速下、但在空载状态下进行切换。也就是说，变速器在进行切换时具有输入转速和输出转速，但是只要在考虑第二传动级的传动比的情况下可能不需要转矩来补偿变速器的摩擦损失或者使输入转速与第二传动级的输出转速同步，那么基本上就不传递转矩。

根据本发明的一个优选的实施方式提出，在牵引操作中或者在滑行操作中执行切换。为了进行切换，短暂地中断牵引操作或滑行操作，这是因为变速器被切换到空挡状态并且进行转速同步。然而，根据本发明的方法的换挡持续时间短到在牵引操作或者滑行操作中也可以顺利地执行该方法，即处于小于0.5s的范围内。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，电操作驱动组件。在本发明意义上，电操作的驱动组件是电动马达。由此得到如下优点，即可以相对简单且快速地进行同步，这是因为电动马达通常允许相对快速的且可非常好地调控的转速改变。此外，尤其不仅在增大转速的意义上，而且同样也在减小转速的意义上，电动马达可以提供快速的转速改变。电动马达的其他优点是：其从停止状态开始就已经可以提供非常大的转矩、噪音低并且零排放。此外，电动马达由于其效率高并且由于处于电动马达的发电机操作下的回收方案提供高的能源效率。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，借助于减速级来减小输入转速，然后向变速器施加输入转速。这尤其有利于使用相对紧凑、然而快速旋转的电动马达。这种电动马达由于其紧凑的设计方式而需要对应较小的结构空间并且具有相对较小的重量。此外，这些电动马达是更成本有效的。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，借助于多级换挡级增大或者减小输入转速，然后向变速器施加输入转速。由此得到如下优点，即可以提供输出转速和输出转矩的相对更进一步的扩展。此外，上游的多级换挡级通过切换过程在多级换挡级内就已经能够实现将输入转速置于接近藉由同步要设定的输入转速的转速范围中。由此，可以简化并且进一步加速实际的且仅由驱动组件执行的同步。

根据本发明的一个特别优选的实施方式提出，使用作为成组变速器的结合换挡级的变速器，其中换挡级用作主变速器。因此，可以有利地使用变速器来预先设定不同的变速范围(例如越野(Off-Road)、工作操作或道路行驶)，而换挡级能够实现在相应所选择的变速范围内对输出转速和输出扭矩进行分级。

变速器优选具有不多于三个的传动级、尤其不多于两个的传动级。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，将驱动组件的转矩减小到使得转矩对应于驱动组件的牵引力矩和/或减速级的牵引力矩和/或换挡级的牵引力矩以及为了进行同步所需的转矩。由此得到如下优点，即输入转速保持恒定或者仅在同步的范围内增大或减小该输入转速。然而，尤其没有转矩被传递到输出轴。因此，参与切换过程的传动元件(例如两个离合器半部)相对于彼此是无转矩的，并且能够顺利地断开或闭合。

根据本发明的另一个优选的实施方式提出，借助于换挡爪来切换变速器。换挡爪能够实现安全且可靠地传递转矩并且在制造方面是相对成本有效的。然而另一方面，由于这些换挡爪不能实现转速同步并且在转速下或在动力下不能被切换，所以根据本发明的方法在此促使实现额外的优点，即在转速下或在动力下仍然能够实现切换。

本发明还涉及一种用于全轮驱动车辆的动力传动系，该动力传动系包括被设计为电动马达的驱动组件和至少一个变速器，该至少一个变速器具有至少第一传动级、第二传动级和空挡位置。根据本发明的动力传动系的突出之处在于，动力传动系被设计成用于执行根据本发明的方法。因此，结合根据本发明的方法已经提到的优点也适用于根据本发明的动力传动系。

根据本发明的一个优选的实施方式提出，至少一个变速器被设计成分动器或车桥驱动器(Achsgetriebe)。尤其分动器或车桥驱动器通常配备有相对成本有效的换挡爪。通过根据本发明的方法，即使在转速下或在动力下也能够对这个分动器和车桥驱动器进行切换。

本发明还涉及一种全轮驱动车辆，该全轮驱动车辆包括根据本发明的动力传动系。因此，结合根据本发明的动力传动系已经提到的优点也适用于根据本发明的全轮驱动车辆。

附图说明

下面借助在附图中展示的实施方式示例性地说明本发明。

在附图中：

图1示例性且示意性地示出了根据本发明的用于全轮驱动车辆的动力传动系的一个可能的设计方式的局部，

图2示例性且示意性地示出了根据本发明的用于全轮驱动车辆的动力传动系的另一个可能的设计方式的局部，

图3示例性且示意性地示出了根据本发明的用于全轮驱动车辆的动力传动系的另一个可能的设计方式的局部，并且

图4示例性且示意性地示出了根据本发明的用于全轮驱动车辆的动力传动系的另一个可能的设计方式的局部。

相同的物体、功能单元和类似的部件贯穿附图用相同的附图标记表示。这些物体、功能单元和类似的部件在其技术特征方面实施为相同的，除非从说明书中明确地得出或隐含地得出例如其他形式。

具体实施方式

图1示例性且示意性地示出了根据本发明的用于(未在图1中展示的)全轮驱动车辆的动力传动系1的一个可能的设计方式的局部。在图1中示出的动力传动系1的局部包括被设计为电动马达2的驱动组件2和被设计为分动器3的变速器3。变速器3和驱动组件2藉由输入轴4在驱动方面相互连接。根据示例，输入轴4将变速器3和驱动组件2直接互相连接，即没有在中间连接其他传动级。因此，驱动组件2的输出转速对应于变速器3的输入转速。根据图1的实施例，根据示例被设计为分动器3的变速器3包括第一传动级3'、第二传动级3”以及空挡位置3”'。变速器3藉由输出轴5根据输入转速和设定的传动级3'、3”来输出输出转速。在转速下(即在存在输入转速的情况下)从第一传动级3'到第二传动级3”的切换过程中，现在首先减小驱动组件2到变速器3的转矩。在此，根据示例使驱动组件2的转矩减小到使得其对应于驱动组件2的牵引力矩。因此，驱动组件2的转速保持恒定。于是接下来将变速器3从第一传动级3'切换到空挡位置3”'。在变速器3处于空挡位置3”'期间，执行输入转速与第二传动级3”的输出转速的同步，其中仅藉由驱动组件2来实现同步，即藉由驱动组件2既实现输入转速的增大、也实现输入转速的减小。对此，对应地为驱动组件2或电动马达2通电，并且由此产生对应的额外的转矩。根据示例，驱动组件2的转矩现在被适配成使得其对应于驱动组件2的牵引力矩并且额外地还对应于为了进行同步所需的转矩。最后，一旦在考虑第二传动级的传动比的情况下使输入转速与第二传动级3”的输出转速同步，就将变速器3从空挡位置3”'切换到第二传动级3”。因此，完成切换过程。

图2示例性且示意性地示出了根据本发明的用于(未在图2中展示的)全轮驱动车辆的动力传动系1的另一个可能的设计方式的局部。在此，在图2中示出的动力传动系1的局部与在图1中示出的局部的不同之处在于多级换挡级6，借助于该多级换挡级可以增大或减小输入转速。因此，驱动组件2和变速器3间接地藉由换挡级6和输入轴4相互连接。根据示例，换挡级6包括三个传动级并且被容纳在电动马达2的壳体内，即，电动马达2和换挡级6具有共用的壳体并且对应地形成共同的结构组合件。由此可以实现使用作为成组变速器的结合换挡级6的变速器2，其中换挡级6可以用作主变速器。

图3示例性且示意性地示出了根据本发明的用于(未在图3中展示的)全轮驱动车辆的动力传动系1的另一个可能的设计方式的局部。在图3中示出的动力传动系1的局部包括被设计为电动马达2的驱动组件2和被设计为车桥驱动器3的变速器3。变速器3和驱动组件2藉由输入轴4在驱动方面相互连接。根据示例，输入轴4将变速器3和驱动组件2直接互相连接，即没有在中间连接其他传动级。因此，驱动组件2的输出转速对应于变速器3的输入转速。根据图3的实施例，根据示例被设计为车桥驱动器3的变速器3包括第一传动级3'、第二传动级3”以及空挡位置3”'，其中第一传动级和第二传动级被设计为行星结构方式。此外，车桥驱动器包括被设计为差速器7的减速级7，该减速级用于相对于输入转速减小输出转速。于是，变速器3藉由输出轴5根据输入转速和设定的传动级3'、3”以及减速级7来输出输出转速。在此，图3的变速器3中的切换过程遵循已经在图1的变速器3中描述的方法步骤。

图4示例性且示意性地示出了根据本发明的用于(未在图4中展示的)全轮驱动车辆的动力传动系1的另一个可能的设计方式的局部。在此，在图4中示出的动力传动系1的局部与在图3中示出的局部的不同之处在于减速级8，借助于该减速级减小输入转速，然后向变速器3施加输入转速。减速级8在此根据示例被设计为单级的行星齿轮组。此外，在图4中示出的动力传动系1的局部与在图3中示出的局部相同。

附图标记清单

1 动力传动系

2 驱动组件，电动马达

3 变速器，分动器，车桥驱动器

3' 第一传动级

3” 第二传动级

3”' 空挡位置

4 输入轴

5 输出轴

6 多级换挡级

7 差速器，减速级

8 减速级

Claims (12)

1.一种用于在转速下将变速器(3)从第一传动级(3')切换到第二传动级(3”)的方法，其中驱动组件(2)向所述变速器(3)施加输入转速，其中所述变速器(3)根据所述输入转速和设定的传动级(3'，3”)输出输出转速，其中为了进行切换，减小所述驱动组件(2)的转矩，其中然后将所述变速器(3)从第一传动级(3')切换到空挡位置(3”')，其中进一步执行所述输入转速与所述第二传动级(3”)的输出转速的同步，并且其中最后，当所述输入转速与所述第二传动级(3”)的输出转速同步时，将所述变速器(3)从所述空挡位置(3”')切换到所述第二传动级(3”)，

其特征在于，仅藉由所述驱动组件(2)来实现所述同步。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，在牵引操作中或者在滑行操作中执行所述切换。

3.根据权利要求1和2中的至少一项所述的方法，

其特征在于，电操作所述驱动组件(2)。

4.根据权利要求1至3中的至少一项所述的方法，

其特征在于，借助于减速级(8)减小所述输入转速，然后向所述变速器(3)施加所述输入转速。

5.根据权利要求1至4中的至少一项所述的方法，

其特征在于，借助于多级换挡级(6)增大或减小所述输入转速，然后向所述变速器(3)施加所述输入转速。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，使用作为成组变速器的结合所述换挡级(6)的变速器(3)，其中将所述换挡级(6)用作主变速器。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助于多级换挡级(6)增大或减小所述输入转速，然后向所述变速器(3)施加所述输入转速，将所述驱动组件(2)的转矩减小到使得所述转矩对应于所述驱动组件(2)的牵引力矩和/或所述减速级(8)的牵引力矩和/或所述换挡级(6)的牵引力矩以及为了同步所需要的转矩。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使用作为成组变速器的结合所述换挡级(6)的变速器(3)，其中将所述换挡级(6)用作主变速器。

9.根据权利要求1至8中的至少一项所述的方法，

其特征在于，借助于换挡爪切换所述变速器(3)。

10.一种用于全轮驱动车辆的动力传动系(1)，所述动力传动系包括被设计为电动马达(2)的驱动组件(2)和至少一个变速器(3)，所述至少一个变速器具有至少第一传动级(3')、第二传动级(3”)和空挡位置(3”')，

其特征在于，所述动力传动系(1)被设计成用于执行根据权利要求1至8中的至少一项所述的方法。

11.根据权利要求10所述的动力传动系(1)，

其特征在于，所述至少一个变速器(3)被设计成分动器(3)或车桥驱动器(3)。

12.一种全轮驱动车辆，所述全轮驱动车辆包括根据权利要求10和11中的至少一项所述的动力传动系(1)。

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