CN112955680A - 用于齿轮啮合的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器(4)中的换档套筒(18)进行用于齿轮啮合的运动控制以避免齿轮齿部干涉的方法和系统，其中，分级齿轮变速器(4)包括常啮合齿轮(17)和能够轴向移位的换档套筒(18)，该换档套筒(18)布置在轴上并且旋转地固定到轴(7)上，常啮合齿轮(17)布置在所述轴(7)上并且能够相对于所述轴(7)旋转。该方法有助于加快的齿轮换档速度、减少换档噪音以及改善传动可靠性。

Description

用于齿轮啮合的方法和系统

技术领域

本公开内容涉及一种用于在同步以及齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制的方法。本公开内容还涉及相应的系统。通常可以在诸如汽车等车辆的分级齿轮变速器中实施根据本公开内容的方法和系统。

尽管将针对汽车来描述本公开内容，但本公开内容不限于这种特定车辆，而是也可以被安装在其它类型的车辆中，例如小型货车、休闲车、越野车、卡车、公共汽车，等等。

背景技术

对于例如在混合动力车辆中的齿轮换档，通常使用双离合器变速器(DCT)和自动手动变速器(AMT)。DCT和AMT是分级齿轮变速器，分级齿轮变速器例如可以使用传统的机械同步系统，传统的机械同步系统例如由自动化的电动操作的、自动化的液压操作的或自动化的气动操作的换档致动器操作。可以使用一个或多个电动马达，以替换机械同步器的方式或者与机械同步器结合使用的方式，以执行所需的速度同步。

例如，高级的齿轮换档过程例如可分为以下阶段：

1、扭矩下降

2、套筒至空档

3、速度同步

4、套筒与齿轮啮合

5、扭矩提升。

驾驶员感受到的齿轮换档质量取决于各种因素，例如取决于从扭矩下降到扭矩提升的齿轮换档时间以及齿轮换档过程中产生的噪音。此外，变速器的整体可靠性和寿命对驾驶员而言也是重要的质量因素。

尽管在这一领域开展了一些活动，但仍需要进一步改进齿轮换档控制方法，以加快齿轮换档速度、降低换档噪音和提高传动可靠性。

发明内容

本章节提供了本公开内容的总体性概要，而非对其全部范围或所有特征的全面公开。

在过去的几十年里，减少排放一直是汽车工业的主要焦点。此外，近年来出台了更严格的立法，使得混合动力更受欢迎。在车辆中所引入的用于牵引的电动机(EM)大大减少了内燃机(ICE)的使用。ICE是车内噪声的主要来源之一。当ICE的使用量减少时，过去认为不重要的其他车内的噪声源变得更加重要。一个特定噪声源是齿轮换档过程中产生的噪声，特别是由换档套筒齿部和齿轮齿部之间的机械干涉和碰撞引起的噪声。此外，这种齿部的干涉和碰撞也是齿轮换档延迟完成的成因，并且会导致齿圈磨损，从而缩短变速器的使用寿命。

因此，本公开内容的目的在于提供一种齿轮换档同步和啮合控制方法，其使得齿轮换档期间换档套筒齿部和齿轮齿部之间的机械干涉和碰撞能够减少。

这一目的和其他目的至少部分地通过所附独立权利要求中限定的控制方法和系统来实现。

具体来说，根据本公开内容的第一方面，该目的至少部分地通过一种用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的方法实现，其中所述分级齿轮变速器包括常啮合齿轮以及能够轴向移位的换档套筒，所述换档套筒布置在轴上并且旋转地固定到轴上，所述常啮合齿轮布置在所述轴上并且能够相对于所述轴旋转。

该方法包括：

-接收齿轮换档指令，

-确定第一相平面轨迹，所述第一相平面轨迹定义所述换档套筒和所述齿轮之间的转速差与所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的相对位移之间的关系，其中根据所述第一相平面轨迹的所述相对位移等于当所述转速差在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移，

-确定第二相平面轨迹，所述第二相平面轨迹定义所述换档套筒和所述齿轮之间的所述转速差与所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述相对位移之间的关系，其中根据所述第二相平面轨迹的所述相对位移等于当所述转速差在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移，

-施加同步扭矩，

-控制所述同步扭矩，以对于任何转速差将检测到的所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的实际相对位移保持在所述第一相平面轨迹和所述第二相平面轨迹的边界内，从而使得所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述实际相对位移(y_sgr)达到所述目标相对位移，同时使得所述转速差在同步阶段结束时变为零。

此外，根据本公开内容的第二方面，该目的还至少部分地通过一种用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的方法来实现，其中分级齿轮变速器包括常啮合齿轮和能够轴向移位的换档套筒，换档套筒被布置在轴上并且被旋转地固定到轴上，常啮合齿轮被布置在所述轴上并且能够相对于所述轴旋转。

该方法包括：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮转速达到换档套筒转速时的状态，确定所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的目标相对位移，其中，确定该目标相对位移以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部和齿轮齿部之间发生碰撞，

-确定所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的起始相对位移，所述起始相对位移使得当从同步阶段开始到结束施加同步扭矩时，所述换档套筒和齿轮达到所述目标相对位移，同时，所述转速差在同步阶段结束时变为零，

-当所述实际相对位移达到所述起始相对位移时，开始施加所述同步扭矩。

此外，根据本公开内容的第三方面，该目的还至少部分地通过用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的控制系统来实现，其中分级齿轮变速器包括常啮合齿轮和能够轴向移动的换档套筒，换档套筒被布置在轴上并且被旋转地固定到轴上，常啮合齿轮被布置在所述轴上并且能够相对于所述轴旋转。

控制系统被配置成用于执行以下步骤：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮转速达到换档套筒转速的状态，确定所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的目标相对位移，其中确定该目标相对位移以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部和齿轮之间发生碰撞，

-确定第一相平面轨迹，所述第一相平面轨迹定义换档套筒和齿轮之间的转速差与所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的相对位移之间的关系，其中根据所述第一相平面轨迹的所述相对位移等于当所述转速差在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移，

-确定第二相平面轨迹，所述第二相平面轨迹定义所述换档套筒和所述齿轮之间的转速差与所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的相对位移之间的关系，其中根据所述第二相平面轨迹的相对位移等于当所述转速差在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移，

-施加同步扭矩，

-控制所述同步扭矩，以对于任何转速差下将所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述实际相对位移保持在所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内，从而使得所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述实际相对位移达到所述目标相对位移，同时，所述转速差在同步阶段结束时变为零。

以此方式，由于在齿轮换档过程中执行同步和齿轮啮合的过程基本上没有或者至少减少了换档套筒齿部和齿轮齿部之间的机械干涉和碰撞，因此齿轮换档过程产生的噪音更小，齿轮换档的速度更快，齿部的磨损更少。此外，该方法和系统不需要显著增加处理能力，可以在传统的电子变速器控制器中实现，通常也可使用现有的和传统的换档致动器，诸如例如机电换档致动器。

通过实施从属权利要求的一个或多个特征来实现进一步的优点。

在一种示例性实施方式中，该方法包括：通过闭环控制器控制所述同步扭矩，以将所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述实际相对位移保持在所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内。由此可以解决对于套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移的检测中的不精确性。

在一种示例性实施方式中，闭环控制器是开关控制器。这使得能够实现经济高效的执行而无需新型的同步致动器。

在另一种示例性实施方式中，确定所述第一相平面轨迹的步骤基于第一角加速度的应用，并且，确定所述第二相平面轨迹的步骤基于小于所述第一角加速度的减小的第二角加速度的应用，或者，基于从所述第一相平面轨迹和偏移导出所述第二相平面轨迹。因此，提供了两个会聚的相平面轨迹，由此当检测的套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移准确时，套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移将遵循第一相平面轨迹而没有或很少有同步扭矩的中断。

在一些示例性实施方式中，确定所述第一角加速度的步骤包括考虑取决于转速的阻力扭矩。作用在变速器中的齿轮总成上的阻力扭矩通常取决于转速，其中，阻力扭矩例如由润滑损失、密封摩擦、搅拌等引起，在确定第一角加速度时，通过考虑取决于转速的阻力扭矩，实现了更加准确的第一相平面轨迹计算，进而使得在同步过程结束时的齿轮啮合能够改进。

在另一种示例性实施方式中，在所述闭环控制器被配置成待启动时，根据所述第二相平面轨迹的所述相对位移小于或等于，在所述转速差处的所述第一相平面轨迹的所述相对位移与最大相对位移之差。由此，确保在闭环控制开始时套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移位于第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的范围内，而与所述实际相对位移的检测精度无关。

在一种示例性实施方式中，该方法包括通过执行一个或多个时间反向的计算来确定所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹，其中，所述时间反向的计算基于预定齿轮换档图从当所述转速差在同步阶段结束时变为零的时间点开始，并在预定转速差处结束，所述预定齿轮换档图中，所述相平面轨迹被存储在计算机存储器中的查找表中，以使得电子变速器控制器能够快速访问。由此，在线计算大大减少，变速器控制器的处理要求保持地相对较低。

在一种示例性实施方式中，所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹中的每一个在对应于同步阶段开始的转速差到所述转速差在同步阶段结束时变为零时的状态之间延伸，所述方法包括从所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的开始到结束操作所述闭环控制器。由此，可以在当转速差仍然较大时的早期阶段执行关于转速差的实际相对位移的潜在校正，以更好地符合第一相平面轨迹，因此能够实现短时间的延迟并因而实现快速的齿轮换档。

在另一种示例性实施方式中，该方法包括，在当所述闭环控制器被配置成开始控制所述同步扭矩时的所述转速差处，当所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述实际相对位移大于在所述转速差处的所述第一轨迹的所述相对位移时，以最大相对位移的整数倍移动所述第一轨迹和第二轨迹，从而使得所述实际相对位移位于偏移的第一轨迹和偏移的第二轨迹之间，和/或，在当所述闭环控制器被配置成开始控制所述同步扭矩的所述转速差处，当所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的所述实际相对位移小于在所述转速差处的所述第二轨迹的所述相对位移，以所述最大相对位移的整数倍移动所述第一轨迹和第二轨迹，从而使得所述实际相对位移位于偏移的第一轨迹和偏移的第二轨迹之间。由此，确保在闭环控制开始时套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移位于第一平面轨迹和第二相平面轨迹的范围内，而与所述实际相对位移的检测精度无关。

在另一种示例性实施方式中，该方法包括两个过程控制器的操作：初始开环控制器和随后的闭环控制器，其中，所述开环控制器的操作包括：只要实际相对位移不同于起始相对位移，保持所述同步扭矩为零或处于补偿扭矩水平，以及，一旦所述实际相对位移等于所述起始相对位移时，施加所述同步扭矩；并且，其中所述闭环控制器的操作包括：控制所述同步扭矩，以将所述实际相对位移保持在所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内。这样可以提供可靠、经济高效的控制方法，实现快速的齿轮换档。

在又一种示例性实施方式中，用于将所述实际相对位移保持在所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内的所述闭环控制器包括：

-施加同步扭矩并且监测所述实际相对位移和所述转速差，

-对于任何给定的转速差，如果所述实际相对位移下降到低于所述第二轨迹，则停止施加所述同步扭矩，或者仅在与阻力扭矩相反的方向上开始施加补偿扭矩，

-监测所述实际相对位移，并且对于任何给定的转速差，当所述实际相对位移等于所述第一轨迹时，再次开始施加所述同步扭矩，以及

-以相同顺序重复上述步骤，直到转速差在同步阶段结束时变为零。由此，提供了一种提供快速齿轮换档的经济高效的控制方法，该控制方法能够使用现有的同步致动器和控制单元实施。

在一种示例性实施方式中，在接收到所述齿轮换档指令时，开始基本直接地施加所述同步扭矩，其中，施加所述同步扭矩并取决于所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的当前相对位移。因此，可以进一步提高齿轮换档的速度。

在一种示例性实施方式中，该方法包括在已经经过了从所述同步阶段的开始到结束、所述换档套筒和所述齿轮之间的所述总转速差的至少5％、具体地至少25％、更具体地至少50％之后，首先启动所述闭环控制。由此，还能够处理驾驶员控制的齿轮换档。

在另一种示例性实施方式中，该方法包括对于任意的某个套筒齿部和齿轮齿部的几何形状确定所述目标相对位移、沿着与阻力扭矩相反的方向上施加于所述齿轮上的补偿扭矩以及换档套筒的轴向啮合速度，从而使得将所述套筒齿部确定为进入相邻齿轮齿部之间的空间直至达到基本上没有相互接触的最大啮合深度，并且优选地，套筒齿部的侧表面靠近相对的齿轮齿部的侧表面或者与相对的齿轮齿部的侧表面侧面接触。由此，可以提供具有较少齿轮碰撞的齿轮换档，从而降低噪音和磨损，提高齿轮换档的速度。

在一种示例性实施方式中，在当所述转速差在同步阶段结束时变为零时的时间点处的目标相对位移通过下式计算：

其中，选择补偿扭矩以满足以下标准：

因此，可以提供具有较小的齿轮碰撞的齿轮换档，从而降低噪音和磨损，提高齿轮换档的速度。

在一种示例性实施方式中，该方法包括：确定所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的起始相对位移，所述起始相对位移使得当从同步阶段开始到结束施加同步扭矩时，所述换档套筒和齿轮达到所述目标相对位移，同时所述转速差在同步阶段结束时变为零，以及，当所述实际相对位移达到所述起始相对位移时，开始施加所述同步扭矩。由此，本公开内容提供了一种直截了当并且易于实施的齿轮换档控制方法，使得能够实现具有较少齿轮碰撞、降低噪音和磨损，以及提高齿轮换档速度的齿轮换档。

当研究所附权利要求和以下描述时，本公开内容的进一步特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，可以组合本公开内容的不同特征来创建下文所述的实施例以外的实施方式，而不脱离本公开内容的范围。

附图说明

下面将参考附图更全面地描述本公开内容，附图示出了本公开内容的示例性实施例。然而，本公开内容可以以许多不同的形式来实现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例，其中：

图1a示出了根据本公开内容的车辆的侧视图，该车辆具有用于变速器的控制系统；

图1b示出了示例性传动系的示意图，该传动系上可执行根据本公开内容的控制方法；

图2示出了速度同步轨迹；

图3示出了机械同步器和齿部的代表的示例性实施例；

图4示出了套筒齿部解锁的示例性图示；

图5示出了齿部的几何形状定义和框架定义的示例性实施例；

图6示出了当在套筒和齿轮之间的相对位移超出限值时的示例性实施例；

图7示出了套筒啮合的示例性实施例；

图8示出了套筒尖端的轨迹限值的示例性实施例；

图9示出了在扭矩上升时y_sg的示例性实施例；

图10示出了齿轮啮合模型的示例性实施例；

图11示出了具有

的套筒尖端轨迹的示例性实施例；

图12示出了来自批量仿真的套筒尖端轨迹的示例性实施例；

图13示出了所选的捕获仿真结果的示例性实施例；

图14示出了来自批量仿真的齿轮啮合时间的示例性实施例；

图15示出了用于所选的批量仿真的正面接触力的示例性实施例；

图16示出了用于批量仿真的最大正面接触力的示例性实施例；

图17示出了用于批量仿真的多侧面接触的存在的示例性实施例；

图18示出了被添加到换档拨叉上的套筒齿部位置传感器的示例性实施例；

图19示出了套筒上的读取标记的示例性实施例；

图20示出了被添加到换档拨叉的惰轮爪齿位置传感器的示例性实施例；

图21示出了具有添加的齿位置传感器的同步器的示例性实施例；

图22示出了传感器输出和齿位置的示例性实施例；

图23示出了根据速度和传感器信号的爪齿位置的算法的示例性实施例；

图24示出了自ω_g＝40→0产生的结果y_g的示例性实施例；

图25示出了用于升档的传感器信号平滑器的示例性实施例；

图26示出了锯齿状传感器信号和平滑的传感器信号的示例性实施例；

图27示出了时间反向的仿真的示例性实施例；

图28示出了相平面轨迹的示例性实施例，该相平面轨迹对于ω_sg(t₀)＝-100rad/sec和

具有最大α_g；

图29示出了开环控制框图；

图30示出了用于升档的开环控制逻辑的示例性实施例；

图31示出了偏移的相平面轨迹的示例性实施例；

图32示出了应用了开环控制之后的升档速度的同步轨迹的示例性实施例；

图33示出了开环控制仿真的示例性实施例；

图34示出了两个加速度的相平面轨迹的示例性实施例；

图35示出了闭环控制器装置的示例性实施例；

图36示出了闭环控制逻辑的示例性实施例；

图37示出了闭环控制逻辑的工作原理的示例性实施例；

图38示出了偏移的相平面轨迹的示例性实施例；

图39示出了在应用了开环控制和闭环控制之后的升档速度的同步轨迹的示例性实施例；

图40示出了对于ω_sg的等待时间的示例性实施例；

图41示出了闭环控制仿真的示例性实施例；

图42a-e示出了根据另一替代实施例的各种相平面轨迹；以及

图43和44示出了时间反向计算的另外两个示例性实施例。

具体实施方式

下面将参照附图更全面地描述本公开内容，其中示出了本公开内容的示例性实施例。然而，本公开内容可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为仅限于本文所述的实施例；相反，这些实施例是为了彻底和完整的说明而提供的。在整个说明书中，相似的附图标记指相似的元件。附图不一定按比例绘制，并且为了更好地说明和解释本公开内容的示例性实施例，某些特征可以被放大。

本公开内容提出了一种基于模型的控制策略，旨在降低传统以及混动的双离合器变速箱(DCT和DCTH)以及自动手动变速箱(AMT)的齿轮换档期间的噪声和磨损。该控制策略基于爪齿位置传感器、变速器中的转速传感器，以及用于齿轮啮合的仿真模型。在齿轮换档期间，由于速度同步后在套筒齿部和惰轮爪齿之间发生的碰撞而产生噪音。除噪音外，这些碰撞也会导致换档延迟完成，并导致爪齿磨损，从而缩短变速箱的使用寿命。

用于齿轮啮合的仿真模型可以仿真这些碰撞。基于仿真模型和最优控制理论，建立了理想的爪齿位置轨迹，该爪齿位置轨迹避免了在扭矩上升前在套筒与惰轮爪齿之间的碰撞。

因此，基于传感器信息，可实施包括一个或两个过程控制器的控制策略，其中控制策略在速度同步期间控制齿轮致动器和/或电动马达，从而使得套筒齿部在扭矩上升开始之前不会与惰轮爪齿碰撞。

具体地，根据本公开内容的一些示例性实施例，该策略以这样的方式控制速度同步期间的同步扭矩，即在换档期间将爪齿位置的位置调节到理想爪齿位置轨迹。由于该控制策略基于最优控制理论，控制策略对速度同步时间的影响很小甚至极小。

这样设计的控制策略使得其易于被应用于现有的变速器控制软件中。通过在仿真模型上应用该控制策略，显示出减少了齿轮啮合过程中的碰撞。

现在参考图1a，其示出了汽车1的示例性实施例，汽车1具有利用分级齿轮变速器驱动连接到驱动轮3的推进动力源2，其中，推进动力源2例如是内燃机(ICE)和/或电动马达(EM)，分级齿轮变速器即为包括多个分立的齿轮的变速器，每个齿轮具有唯一传动比。

图1b示出了自动手动变速器ATM的传动系4的简化的双齿轮样式的示意图。传动系包括ICE 2a、离合器5、变速器6以及一组驱动轮3。根据该示例性的简化实施例的变速器具有主轴7、输入轴8、具有初始齿数比的第一常啮合齿轮9、具有目标齿数比的第二常啮合齿轮10、具有最终传动比的最终常啮合齿轮11和驱动轴12，以及经由电动马达齿轮13被驱动地连接到输入轴8的电动马达2b。

第一常啮合齿轮9包括被旋转地固定到输入轴8的齿轮14，齿轮14与布置在所述主轴7上并且相对于所述主轴7能够旋转的齿轮15常啮合，第二常啮合齿轮10包括被旋转地固定到输入轴8的齿轮16，齿轮16与布置在所述主轴7上并且相对于所述主轴7能够旋转的齿轮17常啮合。

能够轴向移位的换档套筒18被布置在主轴7上并且通过轮毂19被旋转地固定到主轴7，换档套筒18包括一组套筒齿部，套筒齿部也称为爪齿或简易爪，套筒齿部能够通过由换档致动器(未示出)提供的轴向力25轴向移动，由此啮合第一常啮合齿轮9和第二常啮合齿轮10的任一相关联的齿轮15、17的相应的齿、爪齿或简易爪，从而选择性地改变输入轴8和驱动轴12之间的总传动比。

从初始齿数比到目标齿数比的齿轮换档包含两个不同阶段。

1、速度同步

2、齿轮啮合

在速度同步期间，即将到来的惰轮17或以下简称为齿轮17的速度ω_g匹配套筒转速ω_s。如图1b所示，套筒18被旋转地连接到车轮3。如果齿轮换档很快，车辆则没有太多时间减速，因此假定车辆速度v_veh在齿轮换档期间将保持恒定。驱动轴12的角速度将为：

ω_{drive shaft}＝v_veh÷R_w (1)

其中R_w是车轮半径。根据等式1中的ω_{drive shaft}，ω_s可通过以下公式计算：

ω_s＝ω_{drive shaft}×最终传动比 (2)

假设驱动轴12具有无限的刚度，因此套筒18和车轮3之间没有扭转自由度。

在时间t₀处速度同步开始时，齿轮速度ω_g(t₀)通过以下公式计算：

ω_g(t₀)＝ω_s×(初始齿数比÷目标齿数比) (3)

然后在齿轮17上施加同步扭矩T_synch，从而使得齿轮17在同步时间t_synch处的速度等于图2中示出的等式2的ω_s，其中图2示出了速度同步轨迹。

如[1]所解释的，T_synch可由同步环和/或电动马达提供。对于升档，即将到来的惰轮17中的所得到的角加速度α_g通过以下公式计算：

α_g＝(-T_synch-T_d)÷J_g (4)

以及，对于降档，通过以下公式计算：

α_g＝(T_synch-T_d)÷J_g (5)

其中J_g是惰轮17、输入轴8和电动马达的惯量，T_d是例如变速器6内在润滑油上产生的阻力扭矩。如[1]所解释的，J_g的计算取决于同步是用同步环还是用电动马达进行的。

同步时间t_synch可通过以下公式计算：

t_synch＝|ω_sg(t₀)÷α_g| (6)

其中ω_sg(t₀)是在时间t₀处套筒和惰轮爪齿之间的相对速度，相对速度ω_sg(t₀)通过以下公式计算：

ω_sg(t₀)＝ω_s-ω_g(t₀) (7)

机械同步器和齿部的代表的示例性实施例在图3的左侧视图中示出。机械同步器的基本部件是轮毂19、换档套筒18和阻挡环20，轮毂19通过花键被旋转地固定到主轴7，换档套筒18被旋转地固定到轮毂19并且相对于轮毂19能够轴向移动，阻挡环20具有旨在与齿轮17的摩擦表面配合的摩擦表面，以用于套筒18和齿轮17的转速同步。套筒18具有被构造成能够啮合齿轮17的齿轮齿部24的套筒齿部。

如图3右侧所示，当每个部件都由自身的齿表示时，同步器的分析变得非常方便，其中图3示意性示出了套筒齿部22、阻挡环齿部23和惰轮爪齿24。

图4示出了在速度同步阶段和齿轮啮合阶段之间过渡期间在单个齿上的速度和扭矩。在速度同步阶段结束时的时间t_synch处(如图4虚线所示)，套筒18和即将到来的惰轮17之间的相对速度ω_sg(t_synch)为零。这导致T_synch变成小于指数化的扭矩T_I。

在[2]中详细解释了当通过同步器中的同步环进行速度同步时，扭矩关系的反转或“环解除阻挡”(ring unblocking)。如果速度同步是由电动马达完成的，则仍必须遵守[2]中解释的扭矩平衡关系，以避免在速度同步前解除阻挡。扭矩反转后，套筒齿部22可以将阻挡环齿部23推到一边，并向惰轮爪齿24移动以进行啮合。如图4所示，以x_synch表示如[3]所述的阻塞位置。由致动器机构施加在套筒18上的轴向力25以F_ax表示，并在[1]中进行更详细的解释，在此通过引用将其包括在本文中。

假设在齿轮啮合阶段的套管轴向速度

为常量。来自致动机构的轴向力25负责保持

致动机构被设计为具有足够的轴向力25，以便为同步器中的同步环提供夹紧扭矩。与之相比，保持不变的

所需的轴向力非常小，所以这是一个有效的假设。基于这个假设，在后续章节中将不讨论致动机构的轴向力25，而仅仅处理

速度同步结束时ω_s(t_synch)＝ω_g(t_synch)，虽然齿轮17上的同步扭矩T_synch如上节所述消失了，但当套筒18从x_synch向前移动。由于阻力扭矩始终存在于齿轮17上，在时间>t_synch时,ω_g(time＝t_synch)>ω_g(time>t_synch)。这意味着随着时间推移，套筒18和齿轮17将越来越不同步。为了补偿这种行为，沿着与T_d相反的方向ω_s在惰轮17上施加补偿扭矩T_comp。补偿扭矩T_comp可以例如由电动马达2b和/或主离合器5施加。阻力扭矩虽然取决于速度，但对于如此小的时间间隔，阻力扭矩可以被估计为常数，该值可以根据[4]中解释的方法中获得。T_comp、T_d和ω_g(t>t_synch)和ω_s之间的关系是：

ω_g(time>t_synch)为

套筒18和齿轮17的齿部的几何结构如图5的左半部分所示。由于齿上的背锥角影响脱离啮合，而在此不讨论脱离啮合，因此忽略齿上的背锥角。如图5所示，还假设套筒齿部22和齿轮爪齿24具有相同的齿宽w_dog和齿半角β。两个啮合齿之间的切向间隙为ct，该切向间隙ct是在套筒齿部22与套筒齿部的虚线轮廓所示的齿轮爪齿24啮合时测得。啮合完成的时间表示为t_end，并且t_end是在套筒18已移动了距离x_end时测得。套筒18到达x_end后可以启动扭矩提升。套筒爪22的尖端的轨迹26如图5中的实曲线所示。

由于套筒18和齿轮17在没有同步扭矩的情况下具有独立的径向移动，因此径向是从0到360度的图5的左半部分的y轴。术语“径向”在此指套筒18和齿轮17的周向。如果将径向分为由具有从x_synch到x_end的宽度和y_sgmax的高度的虚线矩形示出的多个窗口，那么：

y_sgmax＝2×w_dog+ct (9)

由此，如图5所示，套筒齿部的尖端的轨迹26在每个窗口中是相同的。通过使用这个约定，y轴可以被改变为套筒18和齿轮17之间的周向相对位移y_sg，周向相对位移y_sg的限值在0到最大周向相对位移y_sgmax之间，周向相对位移y_sg例如以毫米为单位。本文中使用的术语周向相对位移y_sg可替换地被称为径向相对位移。

由于最大周向相对位移y_sgma是两个连续齿尖之间的距离，由此如下：

y_sgmax＝2π×R_g÷n_dog (10)

其中R_g是齿轮半径或套筒半径，n_dog是爪齿22、24的数量。如图5所示，在时间t_synch处的相对位移表示为y_sg(t_synch)，在时间t_end处的相对位移表示为y_sg(t_end)，其中图5示出了齿的几何结构和框架定义。

T_comp和T_d之间的关系可用于定义在与轮齿碰撞前的任意时间点t_i∈[t_synch,t_end]处套筒尖端轨迹26的曲线。

y_sg(t_i)＝y_sg(t_synch)-R_g×0.5×{t_i ²-t_synch ²}…×(T_comp-T_d)÷J_g (11)

假设产生y_sg(t_i)∈[0,y_sgmax]，基于这样一个事实，由于t_i指晚于t_synch的时间，所以等式11中的{t_i ²-t_synch ²}项是正数，随后T_comp、T_d、y_sg(t_i)和y_sg(t_synch)之间的关系可由等式11得出：

y_sg(t_i)为

如果y_sg(t_synch)接近0或y_sgmax，y_sg(t_i)则可能会离开包含如图5所示的y_sg(t_synch)的窗口，并且y_sg(t_i)移动到上方的窗口或下方的窗口。T_comp>T_d并且y_sg(t_synch)接近0的这种情况的一个例子在图6的左半部分中示出，其示出了套筒18和齿轮17之间的相对位移超出限值。

如图6的左半部分所示，由公式11计算出的y_sg(t_i)去到相比包含y_sg(t_synch)的窗口更低的窗口中。在这一情形下，y_sg(t_i)的新值，Lim y_sg(t_i)通过以下公式计算，从而使得Limy_sg(t_i)∈[0,y_sgmax]：

得到的套筒尖端轨迹26如图6的右半部分所示。从图6左半部分的虚线圈可以看出，Lim y_sg(t_i)和y_sg(t_i)相对于惰轮爪齿24处于相同位置。

如果T_comp＝T_d，则根据等式11ω_sg(t>t_synch)＝0且等式12意味着y_sg(t_i)＝y_sg(t_synch)，套筒尖端轨迹26因此将相对于时间是笔直的。使用T_comp＝T_d，套筒齿部22从速度同步阶段结束时到齿轮啮合阶段结束时的行程如图7所示，沿向下穿过子图a到e的方向从t_synch到t_end。

由于本文的目的只是确定套筒尖端可能存在的区域，因此，在图7中不考虑因碰撞齿轮爪齿24而导致的套筒18的反弹。如果套筒18反弹，它仍将位于该区域。此外，只有与齿轮齿部的碰撞导致材料穿透时，套筒18才能离开该区域，其中，导致材料穿透的碰撞将在本公开内容后面的仿真结果中讨论。

对于图7中左边的子图，y_sg(t_synch)＝y_sgmax，在右边的子图中，y_sg(t_synch)＝0。从x_synch到x_end的宽度、从0到y_sgmax的高度的窗口27在图7a中用虚线矩形表示，并且在所有子图中反复采用该虚线矩形表示窗口27。

如图7b所示，当套筒18开始以恒定速度朝啮合方向移动时，在x_s≥x_frcnt前，套筒齿部22的前部将不会碰撞齿轮。这种移动在文中称为自由移动(free flight)。如果相对于齿轮齿部24观察套筒尖端轨迹26，则图7a和图7b中的左子图、右子图之间没有差异。但是如图7c所示，当x_s>x_frcnt时，即左子图和右子图显示套筒齿部22与齿轮齿部24的不同侧面接触时，则存在差异。如图7d所示，套筒齿部22的前部此后开始在齿轮齿部24上滑动直至x_s≤x_sdcnt。

对于x_s>x_sdcnt，套筒齿部22的前表面28将不与齿轮齿部24接触，但套筒齿部22的侧表面29能够与齿轮齿部24接触。x_frcnt和x_sdcnt之间的距离由以下计算：

x_sdcnt-x_frcnt＝w_dog÷tanβ (14)

如图7d左子图、右子图所示，当x_s＝x_sdcnt时，y_sg由y_sgsdmax和y_sgsdmin定义。如果套筒齿部22的侧表面29与爪齿24接触，y_sgsdmax和y_sgsdmin则是y_sg的限值，且通过以下公式计算：

y_sgsdmin＝w_dog (15)

y_sgsdmax＝w_dog+ct (16)

图7e示出了套筒从x_sdcnt到达x_end。当从x_sdcnt到x_end一起采集时，图7所有子图的套筒尖端轨迹26给出了在如图8所示的在齿轮啮合阶段期间套筒尖端可能存在的区域。x_synch和x_frcnt由同步器的几何结构定义，而x_end则在变速器控制软件中定义。为了绘制图8所需的其余点可使用等式10、14、15和16得出。

根据图8中阴影区域30内的套筒尖端的位置，套筒18和齿轮17之间的接触类型可以描述为正面接触、侧面接触或不接触。

如果当x_s∈[x_frcnt,x_sdcnt]时套筒尖端轨迹y_sg(t_synch,t_end)触及图8中的实线31，则这一接触是正面接触。如图7c所示，这种接触会在套筒18上产生与套筒运动方向相反的力。由此产生的接触力会在变速器中产生咔哒声和磨损。

当x_s∈(x_sdcnt,x_end]时，如果套筒尖端轨迹y_sg(t_synch,t_end)触及图8中任何一个y_sgsdmin线或y_sgsdmax线32，则接触为侧面接触。

当x_s∈(x_sdcnt,x_end]时y_sg，如果y_sg触及y_sgsdmin和y_sgsdmax 32两者，则会产生咔哒噪音。这种接触称为多侧面接触。

如果套筒尖端轨迹y_sg(t_synch,t_end)在x_s∈(x_sdcnt,x_end]时触及虚线，或者没有触及实线31或点状线32，直到扭矩上升开始前，套筒18和齿轮17之间没有接触。这种齿轮啮合不产生任何噪音或磨损，并且速度最快。

当扭矩上升开始时套筒齿部侧面29接触是不可避免的，所以在x_s＝x_end处,y_sg(t_end)将在y_sgsdmin或y_sgsdmax中的任一个上。图9示出了齿轮啮合阶段结束和扭矩上升开始之间的过渡，其中图9示出了扭矩上升时的y_sg。

在图9的左半部分，在x_s＝x_end的时间t_end处,y_sg(t_end)∈[y_sgsdmin,y_sgsdmax]。在时间>t_end处，扭矩上升开始，由于用于驱动车辆的上升扭矩方向始终与ω_s一致，如图9的右半部分所示，上升扭矩会将即将到来的惰轮17推到套筒18。所以

y_sg(time>t_end)＝y_sgsdmin (17)

如果y_sg(t_end)≠y_sgsdmin，当扭矩上升开始时，套筒爪齿22和齿轮爪齿24之间会发生碰撞。为了避免这种碰撞，

y_sg(t_end)＝y_sgsdmin (18)

另外，为了避免多侧面接触，

如果x_s∈(x_sdcnt,x_end]那么y_sg≠y_sgsdmax (19)

如果仅ω_s和ω_g的方向反转，则y_sg(t>t_end)将会＝y_sgsdmax。

指的是时间t_synch处的y_sg的值，从而使得：

得到的套筒尖端轨迹不会与惰轮爪齿的正面接触或者多侧面接触。

得到的y_sg(t_end)必须尽可能接近y_sgsdmin。

满足条件1可确保齿轮啮合最快，且无噪音和磨损。根据等式17和18，满足上述条件2可确保当扭矩上升开始时，碰撞最小。

没有正面接触意味着啮合时套筒18在与

相反的方向上不会受力，最小啮合时间t_end-t_synch可以通过以下公式计算：

在时间t_end-t_synch后，套筒18和齿轮17之间的速度差将是：

ω_s-ω_g(t_end)＝-[(T_comp-T_d)×(t_end-t_synch)÷J_g] (21)

从等式21中，T_comp-T_d的值越大，速度差越大。如[5]所述，更大的速度差会导致更严重的碰撞，因此理想的T_comp-T_d必须为零。如果不为零，则保证没有多侧面接触的允许值将在下一节中定义。

时间点t_sdcnt也可以定义为当x_s＝x_sdcnt的时间。重要的是要注意时间点t_sdcnt不表示图7d中所示的时间点，因为在图7中爪齿之间存在接触。时间t_sdcnt-t_synch是指x_s从x_synch到x_sdcnt而没有正面接触的时间，所以

没有正面接触也意味着，对于y_sg(t_end)和y_sg(t_sdcnt)，等式11可以改写成如下：

从等式23中减去等式24得到：

y_sg(t_end)-y_sg(t_sdcnt)＝-R_g×0.5×{t_end ²-t_sdcnt ²}…×(T_comp-T_d)÷J_g (25)

在等式25中，{t_end ²-t_sdcnt ²}总是正的，所以可以导出下面的T_comp、T_d、y_sg(t_end)和y_sg(t_sdcnt)之间的关系：

y_sg(t_end)为

等式26以及等式18和约束条件19能够被结合起来以定义T_comp-T_d之间的差值限值，比如，如果T_comp>T_d并且y_sg(t_end)根据等式18，然后如果y_sg(t_sdcnt)<y_sgsdmax，则当满足以下情况时能够避免多侧面接触：

等式27示出了，例如，如果y_sg(t_sd)＜＜y_sgsdmax，以此将多侧面接触的可能性可能性保持得很小，那么T_comp-T_d应该很小，或者如等式26中的第三关系所述，如果y_sg(t_sd)→y_sgsdmin，则T_comp-T_d→0。

等式27通过分母中的

项还示出了

和T_comp-T_d之间的关系。例如，如果

减小，那么根据等式20和22，t_end和t_sdcnt将增大，这会使得

项增大。在这种情况下，如果26中的不等式保持不变，那么T_comp-T_d必须减小。

对于T_comp<T_d,根据等式25中的第二条件，y_sg(t_sd)必须是<y_sg(t_end)＝y_sgsdmin，但是如图8所示，当x_s∈(x_sdcnt,x_end]时，y_sgsdmin是y_sg的最低边界。所以，如果ω_s的方向如图9所示，如果需要在扭矩上升时避免碰撞，则T_comp一定不能<T_d。

通过自等式27和等式21计算T_comp-T_d的最小值，可直接从等式23中计算得出

换句话说，该方法包括：对于任意的某个套筒齿部和齿轮齿部的几何形状，确定目标相对位移(y*_sg)、沿着与阻力扭矩(T_d)相反的方向施加在齿轮上的补偿扭矩(T_comp)、以及换档套筒的轴向啮合速度

从而使得将套筒齿部确定为进入相邻的齿轮齿部之间的空间直至达到基本上没有相互接触的最大啮合深度，并且优选地，套筒齿部的侧表面靠近相对的齿轮齿部侧表面或与相对齿轮齿部侧表面侧面接触。

术语“基本上没有相互接触”是指在达到所述最大啮合深度时，套筒齿部的侧表面和相对的齿轮齿部的侧表面之间可能存在单侧表面的接触。

此外，术语“套筒齿部的侧表面靠近相对的齿轮齿部的侧表面”是指套筒齿部优选地不位于在相邻的齿轮齿部之间的空间的中心，而是位于所述空间的一侧区域中，从而使得在扭矩上升时套筒齿部和齿轮齿部之间的机械碰撞保持在低水平。例如，套筒齿部和最接近的相对的齿轮齿部侧面之间的间隙可以小于套筒齿部和相对的齿轮齿部侧面之间最大间隙的30％、具体地小于最大间隙的15％。

具体地，当在所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零的时间(t_synch)处，目标相对位移(y*_sg)可通过以下公式计算：

其中，选择补偿扭矩(T_comp)以满足以下标准：

清楚的是，根据诸如同步器套筒的几何形状、在齿轮啮合阶段的同步器套筒的轴向速度

和阻力扭矩T_d的多个方面，在控制系统和变速器的某一实施例中，套筒齿部可以被控制成进入相邻齿轮齿部之间的空间直至达到最大啮合深度，而基本上没有相互接触的，并且也没有施加补偿扭矩Tcomp，即Tcomp＝0。

仿真模型

对上述齿轮啮合模型进行仿真验证。仿真所实施的齿部参数如下表所示。

表1

根据经验以及[5]中所解释的，将表1中的齿接触参数选定为标称值。这些参数的精确值可以通过[6]中所示的实验方法计算出来。未使用准确值的后果是导致接触力不准确，但是由于不同的y_sg(t_synch)而导致的接触力的相对大小将不变。因此，可以评估不同正面接触产生的噪声水平。使用这种方法将无法评估多侧面接触和由此产生的碰击声。但是仍然可以评估由于不同的y_sg(t_synch)而导致的多侧面接触的可能性。

图10示出了在仿真软件(LMS Imagine AMESim)中建立的齿轮啮合模型。模型在时间t_synch处的同步结束时被初始化。可以在任何y_sg(t_synch)∈[0,y_sgmax]处初始化该模型，然后得到在如图8所示的阴影区域30内绘制的套筒尖端轨迹26。

仿真结果

使用表1中给出的齿部参数，T_comp-T_d＝19Nm满足等式(27)并且

如图11中的虚线33所示，其以

示出了套筒尖端轨迹。

在图11中，x轴是从0到8mm，根据图11，为了简单起见假设x_synch为0，x_end＝8mm。使用等式21，T_comp-T_d＝19Nm将导致ω_s-ω_g(t_end)＝-2rad/sec。T_comp-T_d∈[0,19Nm)的任何值将满足等式27并且会导致ω_s-ω_g(t_end)∈(-2rad/sec,0]。如图11中的实曲线34所示，使用T_comp-T_d＝5Nm会导致ω_s-ω_g(t_end)＝-0.5rad/sec，并且会导致

为4.245mm。

图11还示出了在6mm≤x≤8mm的范围内的套筒尖端轨迹的放大图35。

在图10所示的模型上运行批处理仿真，从而使得y_sg(t_synch)对于所有仿真从1.245mm以步长0.2mm变化至7.245mm。因为批处理仿真是以T_comp-T_d＝5Nm常数运行的,

将＝4.245mm。由此产生的套筒尖端轨迹如图12所示。

在图12中，只有对于

和

的套筒尖端轨迹(用35和36表示)没有发生正面接触。示出的所有其他轨迹都显示与套筒发生正面接触。

图13示出了在图12的6mm≤x≤8mm范围内的套筒尖端轨迹的放大视图，但只包括一些选定的一批运行。可以看出由y_sg(t_synch)＝4.265mm产生的轨迹的y_sg(t_end)不符合等式18。根据上述的标准，由y_sg(t_synch)＝1.245mm和y_sg(t_synch)＝7.245mm产生的轨迹将有多侧面接触和卡嗒噪音的更高潜力。

由于T_comp>T_d，所以根据等式8，ω_g>ω_s。利用如图9所示的方向ω_g和ω_s，可以得出以下结论，由图12中的较低轨迹37形成的正面接触将更严重，这是因为在这种情况下，套筒碰撞正在接近它的惰轮17。上部轨迹38形成的正面接触使得惰轮17从套筒18移开。由于正面的力的大小定义了套筒18和齿轮17之间的摩擦力，因此通常较低的正面接触轨迹37相比较高的正面接触轨迹38具有更多的齿轮啮合时间。如图14所示，对于每个x轴上的y_sg(t_synch)，在y轴上示出得到的齿轮啮合时间。

从图14可以看出，图12中的较低轨迹37的齿轮啮合时间通常大于较高轨迹38。此外，可以得出结论，

导致最快的齿轮啮合。

图12中所允许的所选批量处理中的最大正面接触力如图15所示。从图15中可以看出，如上所述，对于y_sg(t_synch)＝1.245mm的接触力比对于y_sg(t_synch)＝7.245mm的接触力更大。此外，图15中接触力的小时间尺度和较大的值表明接触力将产生碰击声。图12所示的所有批量仿真的正面接触力的最大值在图16的y轴上示出，同时在图16的x轴上示出y_sg(t_synch)的对应值。

从图14和图16可以看出，轨迹从小于

的y_sg(t_synch)值开始给予正面接触，因此碰击声以及在

内的延迟齿轮啮合出现，但对于y_sg(t_synch)的值大于

的情况，碰击声和齿轮啮合延迟会在

后会出现。因此，这种分析可用于定义

必须在两个方向上被控制的公差水平。

对于图12中所有批量仿真，图17示出了多侧面接触的存在。在图17中的y轴上，是对与在x轴上的对应y_sg(t_synch)是否发生多于一个的多侧面接触的真/假。

从图17可以看出多侧面接触，因此，当y_sg(t_synch)远离

时，更可能发生碰击声。

从图13中y_sg(t_synch)＝7.245mm的轨迹可以看出，在

处以圆圈为标记，套筒齿部对齿轮齿部的推力很大，仿真结果因此显示约0.2mm的材料穿透。同样情况也可以在由如图12的圆圈所示的y_sg(t_synch)的其他值产生的轨迹中看到。大的侧面接触力增加了套筒和齿轮之间的摩擦，因此，如图14中圆圈标记所示的齿轮啮合时间的突然增加所示，齿轮啮合被延迟。但是与正面接触产生的延迟(约为10ms数量级)相比，由于大的侧面接触力产生的延迟(几ms数量级)更小，因此可以忽略。

根据仿真结果，可以得出结论，对于本仿真实例的具体情况，

导致最小啮合时间、零正面接触力、多侧面接触的较小概率以及y_sg(t_end)＝y_sgsdmin,，从而获得具有最小噪声和磨损的最佳换档质量。

根据预定变速器换档图，还可能考虑由变速器的流体温度变化引起的阻力扭矩Td的变化，来执行相应的仿真来识别针对计划发生的每种换档情况的最优

为了识别套筒22和齿轮爪齿24的旋转位置，必须以能够检测套筒22和惰轮爪齿24的方式来定位齿位置传感器。

对于能够轴向移动的套筒18，只要移动是换档过程的一部分，传感器就必须沿着轴向跟随。在图18所示的换档拨叉41上，增加了套筒齿部位置传感器39。

如图19所示，由于套筒齿部22是内部的，读数标记40例如可以制作于套筒18的外表面上，其中读数标记40可以与内爪齿22的位置对齐。

例如，如图20所示，用于惰轮爪齿24的传感器43可以被添加到拨叉杆42上，但传感器43的位置可能因不同变速器的概念而不同。惰轮爪齿传感器43优选地位于空间中的固定位置。图21示出了传感器、同步器、换档拨叉和杆的完整装置的示例性实施例。

如图22所示，根据一个示例性实施例，传感器产生二进制信号，即0表示无齿，1表示齿。由于该示例性实施例包括两个类似传感器，一个用于套筒齿部22，一个用于惰轮爪齿24，因此这里将示出惰轮爪齿传感器43的信号处理，套筒齿部传感器39的信号处理将是完全相同的。

如果惰轮爪齿24沿着图22所示的旋转方向移动，传感器在时间t₁和t₃处会给出上升沿，在时间t₂和t₄处会给出下降沿。如图22所示，在时间t₁处的齿位置y_g会是：

y_g(t₁)＝y_gmax-w_dog/2 (28)

其中y_gmax与y_sgmax相同，并且由等式9和10定义。同样地，在时间t₂处的齿位置会是：

y_g(t₂)＝w_dog/2 (29)

在时间t₁和时间t₂之间的y_g值可通过以下公式计算：

y_g(t∈[t₁,t₂])＝R×(∫ω_gdt+y_g(t₁)/R) (30)

如果由公式30得出的y_g不在0和y_sgmax之间，则应用等式13来使y_g处于0和y_sgmax之间。类似的，在时间t₂和t₃之间的y_g值可以通过以下公式计算：

y_g(t∈[t₂,t₃)＝R×(∫ω_gdt+y_g(t₂)/R) (31)

对于在时间t₂和t₃之间的y_g值，可以再次使用等式30。本质上在任何时间处的y_g都可以通过等式30和31中的积分来计算，这些由上升沿或下降沿触发，而由上升沿或下降沿中的另一个重新设置。

如果在图22中改变了旋转方向或ω_g的等效符号，则在时间t₁和t₃处会出现下降沿，在时间t₂和t₄处会出现上升沿。在这种情况下，必须互换积分等式30和等式31的触发器。Simulink中实现的逻辑示例如图23所示。

在图23中，表示为51的第一If-Then-Else框根据角速度符号改变积分器之间的触发条件。第二If-Then-Else框根据传感器信号的上升沿或下降沿激活积分器模块，将速度信号与各自的初始条件进行积分。图24示出了从减小的ω_g和对应的传感器信号得到的y_g，其中，图24示出从ω_g＝40→0rad/sec得到的y_g。

从图24可以看出，传感器信号上升沿和下降沿与图22和表1中的爪齿参数一致。

基于用于套筒齿部22和套筒速度ω_g的传感器信号，可在任何时间使用类似的逻辑获得套筒齿部位置y_s。基于y_s和y_g，在任何时间t_i处的套筒齿部22和惰轮爪齿24之间的实际相对位移y_sgr可通过以下公式计算：

如图24所示，所得的y_sgr将是锯齿波状的径向位移图。由于y_sgr被用于反馈控制策略中，因此最好将信号从锯齿波转换为平滑信号。图25示出了在Simulink中实施的用于升档的平滑信号的逻辑。图26示出了锯齿和由锯齿产生的平滑的传感器信号。

控制算法的目的在于使得

根据期望的性能、传感器输出质量等，控制算法可以具有各种设计。例如，根据第一示例性实施例，控制算法可以包含两个过程控制器：

1、初始开环控制器，用于确保在同步阶段开始时的套筒齿部22和齿轮齿部24之间的期望的相对位移，使得在同步阶段结束时

2、作为额外的安全措施的闭环控制器，尽管传感器的旋转位置检测存在潜在错误和/或同步阶段开始的计时不准确，闭环控制器用于确保在同步阶段结束时

可替换地，根据第二示例性实施例，控制算法可以仅包含单个初始的开环控制器，以确保在同步阶段开始时套筒齿部22和齿轮齿部24之间的期望的相对位移，使得在同步阶段结束时

传感器的相对位移检测的准确性和可靠性被认为足以允许省略闭环控制器。

另外可替换地，根据第三示例性实施例，控制算法可被设计成用于省略初始的开环控制器，并且被配置成用于在接收换档命令时立即开始同步阶段，并且随后，在套筒18和齿轮17之间的某个相对位置ω_sg处，启动同步扭矩的闭环控制，使得在同步阶段结束时

下文将描述根据第一示例性实施例的控制算法。开环控制器的目的在于计算y_sg(t₀)使得当在时间t₀处施加对应于等式4或5的角加速度α_g,在时间t_synch处的t_sgr等于

如果在时间t_synch处的y_g值和y_s值如下：

y_s(t_synch)＝0 (34)

那么根据等式32中的第一条件，

根据等式33，在时间t_synch处的齿轮角位移θ_g可以计算为：

类似地，根据等式34，在时间t_synch处的套筒角位移θ_s可以计算为：

θ_s(t_synch)＝0 (36)

图27示出了从时间t_synch到时间t₀以小的递减步长δt的时间反向的仿真运行。用于仿真的角位移θ_g和θ_s的初始条件分别为等式35和36。ω_g的初始条件是ω_g(t_synch)＝ω_s。仿真以α_g＝Max(α_g)运行。

如图27所示，当仿真在(t_synch-t₀)÷δt的迭代后停止，收集结果并且对结果后处理以获得

和

曲线y_sg1(t)以这样一种方式进行后处理，即y_sg1(t₀)∈[0,y_sgmax]并且由等式13计算的

图28示出了由具有ω_sg(t₀)＝-100rad/sec和

的升档生成的第一相平面轨迹。

然后开环控制器可以这样设计：

α_g为

图29示出了用于开环控制的框图。

当换档命令在时间点t_init<t₀处由高级软件生成时，角度传感器开始工作，并且α_g必须在t_0-t_init时间内保持为零，直到由传感器产生的y_sgr等于由图28得出的y_sg1(t₀)。一旦它们相等，应用最大的α_g。在等式37中的角加速度α_g基于用于升档的等式4或者基于用于降档的等式5，由同步扭矩T_synch控制。因此，控制逻辑与硬件的接口依据同步扭矩T_synch。图30示出了用于图29中的升档的开环控制的实施。

从图30可以看出，对于持续时间t_int到t₀,T_synch被保持在T_d，这使得根据等式4得到α_g＝0。在时间点t₀处，当施加最大扭矩时，y_sgr将开始沿着第一轨迹y_sg1。在时间t_synch后,ω_sg(t_synch)将为0，Lim y_sgr(t_synch)将

如图30所示，由于y_sgr(t₀)和y_sg1(t₀)都∈[0,y_sgmax]，没有必要y_sgr(t₀)<y_sg1(t₀)。在这种情况下，第一轨迹y_sg1需要偏移y_sgmax。所以

如果y_sgr(t₀)>y_sg1(t₀)

那么offset y_sg(t)＝y_sg(t)+y_sgmax (38)

根据等式38，在时间＝t_synch处使用offset y_sg(t)上的等式13，可以计算使得

如图31所示，偏移的相平面用虚线表示，原始相平面用实线表示。

因此，如果y_sgr(t_init)>y_sg1(t₀)，那么将在时间≥t₀处跟随offset y_sg1轨迹，而不是跟随如上所述的y_sg1。

由于在持续时间t_0-t_init，α_g＝0，则此速度同步在持续时间被延迟。因此，用于图2所示的升档的速度同步轨迹将更新成图32所示，其中图32示出了应用了开环控制后的升档速度的同步轨迹。

持续时间t_0-t_init可通过以下公式计算：

t_0-t_init＝Δy_sg÷[R_g×ω_sg(t₀)]

其中Δy_sg＝…

从等式39可以看出，由于分子项Δy_sg最大可以等于y_sgmax，分母包含远大于Δy_sg的R_g和ω_sg(t₀)的项，因此持续时间t_0-t_init很小。

图33a示出了y_sgr(t_init)＝0；2；4；8.4mm的仿真结果。图33b示出了在时间t₀处的图33a的放大视图，图33c示出了在时间t_synch处的放大视图。

在图33中，相平面轨迹47表示y_sgr(t_init)＝0mm，相平面轨迹48表示y_sgr(t_init)＝2mm，相平面轨迹49表示y_sgr(t_init)＝4mm，相平面轨迹50表示y_sgr(t_init)＝8.4mm。

根据图28，y_sg1(t₀)＝7.238m和y_sg1(t_synch)＝250.746mm分别如图33b和图33c所示。由于y_sgr(t_init)＝8.4mm大于y_sg1(t₀)＝7.238mm，所以y_sgr(t_init)＝8.4mm的相平面轨迹(以50表示)遵循图33中的虚线所示的偏移轨迹。利用等式13可以计算出

从图33b可以看出，对于不同y_sgr(t_init)的值，开环控制算法确保在时间t_synch处的y_sgr对于所有y_sgr(t_init)是

如图33c所示。

通过将时间t₀处的y_sgr更改为固定的y_sg1(t₀)，开环控制器保证在时间t_synch处的y_sgr等于

但在持续时间t₀到t_synch的阶段,可能需要控制y_sgr，例如如果在同步阶段开始时，套筒和齿轮的起始相对位置y_sg出于任何原因与所需起始相对位置y_sg不匹配。这是通过闭环控制器实现的。

在随后章节中设计了闭环控制器，使得开环控制器被关闭，闭环控制器从时间t₀到t_synch控制y_sgr。在这种情况下，闭环控制器的控制效果最大。但是可以设计类似的闭环控制器，在时间间隔t_i>t₀到t_synch内控制y_sgr。唯一的影响将是，由于应用闭环控制器，同步时间增加，这将在后面章节讨论。

从图27中时间反向仿真运行来看，可以为α_g<Max(α_g)绘制

和

的第二相平面轨迹。用于升档的对于减少的α_g的要求如下：

y_sg2(t₀)≤y_sg1(t₀)-y_sgmax (40)

因此，即使第一相平面轨迹y_sg1和第二相平面轨迹y_sg2具有相同的端点，即，当所述转速差ω_sg在同步阶段结束时变为零时，相同的周向相对位移y_sg等于目标周向相对位移y*_sg，第二相平面轨迹y_sg2也因此不同于第一相平面轨迹y_sg1。

图34中的实线示出用于具有ω_sg(t₀)＝-100rad/sec和

的升档的第一相平面轨迹和第二相平面轨迹。

因此，更一般地来说，本公开内容涉及用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的方法，其中分级齿轮变速器包括常啮合齿轮和能够轴向移位的换档套筒，换档套筒被布置在轴上，并且被旋转地固定到轴，常啮合齿轮被布置在所述轴上并且能够相对于所述轴旋转，该方法包括：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮转速(ω_g)达到换档套筒转速(ω_s)时的状态，确定套筒齿部和齿轮齿部之间的目标相对位移(y*_sg)，其中，确定该目标相对位移(y*_sg)以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部和齿轮齿部之间发生碰撞，

-确定第一相平面轨迹(y_sg1)，第一相平面轨迹(y_sg1)定义换档套筒和齿轮之间的转速差(ω_sg)与套筒齿部和齿轮齿部之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据第一相平面轨迹(y_sg1)的相对位移(y_sg)等于当转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的目标相对位移(y*_sg)，

-确定第二相平面轨迹(y_sg2)，第二相平面轨迹(y_sg2)定义换档套筒和齿轮之间的转速差(ω_sg)与套筒齿部和齿轮齿部之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据第二相平面轨迹(y_sg2)的相对位移(y_sg)等于当转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的目标相对位移(y*_sg)，

-施加同步扭矩(T_synch)，

-控制同步扭矩(T_synch)，以对于任何转速差(ω_sg)将检测到的套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)保持在第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)的边界内，从而使得套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)达到目标相对位移(y*_sg)，同时使得转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零。

例如，基于来自检测换档套筒18的速度的第一转速传感器和检测齿轮17的速度的第二转速传感器的传感器输入，来确定换档套筒和齿轮之间的转速差(ω_sg)。

套筒齿部22和齿轮齿部24之间的相对位移(y_sg)，可以基于以下信息确定：来自检测套筒齿部是否经过传感器的第一齿传感器的传感器输入，以及来自检测齿轮齿部是否经过传感器的第二齿传感器的输入，和齿轮换档套筒和齿轮之间的转速差(ω_sg)相关的信息的结合。

此外，更一般地来说，确定第一相平面轨迹(y_sg1)的步骤可以基于第一角加速度(α_g)的应用，确定第二相平面轨迹(y_sg2)的步骤可以基于减小的第二角加速度(α_g)的应用，其中，第二减小的角加速度(α_g)小于第一角加速度(α_g)。

此外，更一般来说，在所述闭环控制器被配置成待启动时，根据第二相平面轨迹(y_sg2)的相对位移(y_sg)小于或等于，在转速差(ω_sg，ω_sgtip)处的第一相平面轨迹(y_sg1)的相对位移与最大相对位移(y_sg_max)之差。

此外，一般来说，该控制方法包括，基于预定齿轮换档图，通过执行时间反向的计算来确定所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)，其中时间反向的计算从所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零的时间点(t_synch)开始，并在预定转速差(ω_sg)处结束，其中相平面轨迹(y_sg1，y_sg2)被存储在计算机存储器中的预计算的查找表中，以使得电子变速器控制器能够快速访问。

第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)中的每一个可以在对应于同步阶段的开始的转速差(ω_sg)到所述转速差在同步阶段(ω_sg(t_synch))结束时变为零时的状态之间延伸，控制策略可以包括从第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的开始到结束操作所述闭环控制器。

因此，一般来说，本公开内容的控制方法涉及两个过程控制器的操作：初始开环控制器和随后的闭环控制器，

其中开环控制器的操作包括，只要实际相对位移(y_sgr)不同于起始相对位移(y_sg1(t_0))，保持同步扭矩(T_synch)为零或保持在补偿扭矩水平(T_comp)，以及，一旦实际相对位移(y_sgr)等于起始相对位移(y_sg1(t_0))，立即施加同步扭矩(T_synch)，并且，

其中闭环控制器的操作包括控制同步扭矩(T_synch)，以将实际相对位移(y_sgr)保持在第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内。

如图34所示，两条轨迹都具有

所以如果对于所有ω_sg(t)将y_sgr(t)始终保持在轨迹内，那么在时间t_synch处，y_sgr(t_synch)将

闭环控制器的布置如图35所示。

在图35中，可以看到控制逻辑的输入是y_sg1和y_sg2，其中，y_sg1和y_sg2例如是离线计算的，并且随后能够基于来自变速器的ω_sg信号由使用图34所示的相平面的查找表来提供。同样在图35中，可以看到控制逻辑的输入是来自图25中所实施的逻辑的平滑信号y_sgr。

图35中执行的闭环控制逻辑如图36所示，闭环控制逻辑的工作原理如图37所示。

图37的上半部分与图34所示的一样示出了第一相平面轨迹y_sg1(t)和第二相平面轨迹y_sg2(t)，其中第一相平面轨迹y_sg1(t)具有最大的角加速度α_g，第二相平面轨迹y_sg2(t)具有减小的角加速度α_g。在时间t₀处，来自齿位置传感器的信号y_sgr(t₀)处于y_sg1(t₀)和y_sg2(t₀)之间。由于y_sgr(t₀)∈[0,y_sgmax],等式40中的y_sgmax项是可以被证明的。如果在任何时间处的y_sgr都在y_sg1和y_sg2之间，可应用最大的同步扭矩T_synch。由此，角加速度α_g将对应于最大的加速度，y_sgr将开始演变成平行于y_sg1直到时间t_k。

在时间t_k处，当角速度为ω_sgk时,y_sgr变成等于y_sg1(ω_sgk)，控制逻辑要求零加速度，这通过将T_synch＝T_d放在图37的下部示出。由于角加速度为零，速度差ω_sg会停止改变，但是由于变速箱仍在旋转，因此y_sgr将发生变化。在一段时间t_wait后，当y_sgr等于y_sg1(ω_sgk)，最大扭矩T_synch被再次应用。那么y_sgr将遵循y_sg1的轨迹，y_sgr(t_synch)将

因此，总的来说，本公开内容的控制方法包括通过闭环控制器控制所述同步扭矩(T_synch)，以将套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)保持在第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内。

具体地说，闭环控制器是开关控制器，例如是仅控制所述同步扭矩(T_synch)施加全同步扭矩(T_synch)和基本上为零的同步扭矩(T_synch)的控制器。所述基本上为零的同步扭矩(T_synch)可以正好为零或等于补偿扭矩(T_comp)。

更具体地说，用于将实际相对位移(y_sgr)保持在第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内的闭环控制器包括：

-施加同步扭矩(T_synch)并且监测实际相对位移(y_sgr)和转速差(ω_sg)，

-对于任何给定的转速差(ω_sg)，如果实际相对位移(y_sgr)低于第二轨迹(y_sg2)，则停止施加同步扭矩(T_synch)，或仅在与阻力扭矩(T_d)相反的方向上开始施加补偿扭矩(T_comp)，

-监测实际相对位移(y_sgr)，对于任何给定的转速差(ω_sg)，当实际相对位移(y_sgr)等于第一轨迹(y_sg1)时，再次开始施加同步扭矩(T_synch)，以及

-以相同顺序重复上述步骤，直到转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零。

如图37所示，由于y_sgr(t₀)和y_sg1(t₀)都∈[0,y_sgmax]，因此没有必要y_sgr(t₀)<y_sg1(t₀)。在这种情况下，如图38的等式38中的y_sg1所示，两条轨迹y_sg1和y_sg2需要偏移y_sgmax以用于升档，。

因此，一般来说，在当所述闭环控制器被配置成开始控制所述同步扭矩(T_synch)的转速差(ω_sg)处，当套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)大于在转速差(ω_sg，ω_sgtip)处的第一轨迹(y_sg1)的相对位移(y_sg)时，则以最大相对位移(y_sg_max)的整数倍来移动第一轨迹(y_sg1)和第二轨迹(y_sg2)，从而使得实际相对位移(y_sgr)位于偏移的第一轨迹(offset y_sg1)和偏移的第二轨迹(offset y_sg2)之间，和/或，在当闭环控制器被配置成开始控制同步扭矩(T_synch)的转速差(ω_sg)处，当套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)小于在转速差(ω_sg，ω_sgtip)处第二轨迹(y_sg2)的相对位移(y_sg)时，则以最大相对位移(y_sg_max)的整数倍来移动第一轨迹(y_sg1)和第二轨迹(y_sg2)，从而使得实际相对位移(y_sgr)位于偏移的第一轨迹(offset y_sg1)和偏移的第二轨迹(offset y_sg2)之间。

由于在持续时间t_wait期间，α_g＝0，因此此持续时间延迟速度同步。因此，如图39所示，图32中用于升档的速度同步轨迹将更新以用于闭环控制。

如图39所示，通过应用闭环控制逻辑，同步时间增加了时间t_wait。时间t_wait可通过以下公式计算

t_wait＝[y_sg1(ω_sgk)-y_sg2(ω_sgk)]÷[R_g×ω_sgk] (41)

如果t_wait开始于时间t₀处，则t_wait为最大值。那么，根据等式40，等式41中分子的最大值为＝y_sgmax，分母包含远大于y_sgmax的R_g和ω_sg(t₀)项。

在实际系统中，如果在晚于t_x+t_wait的时间处y_sgr偏移y_sg1，如果应用相同的逻辑，则y_sgr将开始跟随y_sg1。但会产生另一个等待时间。随后的等待时间将小于t_wait。如图40所示，使用y_sg1(t)、y_sg2(t)和ω_sg(t)，ω_sgx可以创建等待时间图。从图40可以看出，如果零加速度请求是在y轴上的某一值ω_sg处，得到的等待时间将是在x轴上相应的值。

如果闭环控制器在时间间隔t_i>t₀到t_synch内控制y_sgr，如果t_wait开始于时间t_i处则t_wait为最大值。由于在这种情况下，等式40需要保持一段时间t_i而不是t₀，新t_wait的最大分子仍将是＝y_sgmax。但分母项将包含ω_sg(t_i)。由于时间→t_synch、ω_sg→0，所以如果t_i→t_synch则t_wait→∞。

为了验证闭环控制器仿真是在开环控制器关闭的情况下进行的，其中闭环仿真的结果如图41所示。如图41a所示，以产生第一轨迹44的第一值y_sgr(t₀)＝0mm、产生第二轨迹45的第二值y_sgr(t₀)＝2mm，产生第三轨迹45的第三值y_sgr(t₀)＝4mm，产生第四轨迹46的第四值y_sgr(t₀)＝8.4mm进行仿真。

如图41b所示，在闭环仿真过程中，开环控制器关闭，当施加最大加速度时，来自不同y_sgr(t₀)值的所有轨迹43、44、45、46平行于y_sg1(t)移动。

关于图41b中由y_sgr(t₀)＝2mm生成的第二轨迹44，当ω_sg是-71.85rad/sec时，如图41c所示，y_sgr变得小于y_sg2(-71.85rad/sec)＝119.8mm，然后如闭环控制策略中所述，则要求零加速度，ω_sg保持在-71.85rad/sec直到y_sgr等于y_sg1(-71.85rad/sec)＝125mm。之后，再次请求最大加速度。然后可以使用等式41计算得到等待时间为1.2ms。

图41d示出了在时间t_synch处的放大视图，其中可以看到，虽然从不同的y_sgr(t₀)开始，但是位于y_sg2和y_sg1之间的所有轨迹43-45都结束于同一

处，并且轨迹46也结束于同一

处，但由于受偏移y_sg2和偏移y_sg1控制而延迟。

根据上述第一示例性实施例的控制算法包括两个过程控制器：1.初始开环控制器，初始开环控制器用于确保在同步阶段的正确相对位置y_sgr(t₀)处开始应用同步扭矩T_synch，以及随后的2.闭环控制器，闭环控制器用于控制同步扭矩，从而使得在同步阶段结束时

然而，如上所述，本公开内容还包括可替换地控制算法。例如，根据第二示例性实施例，控制算法可以仅包含初始开环控制器，初始开环控制器用于确保在同步阶段开始时套筒齿部22和齿轮齿部24之间的期望相对位移，从而使得在同步阶段结束时

当传感器相对位移检测的精度和可靠性较高时，这种控制算法尤其有利，可以高精度地估计应用的同步扭矩水平，因为闭环控制器校正轨迹的任务是多余的，因此可以省略闭环控制器而不显著降低啮合质量。

简单来说，开环控制器计算y_sg(t₀)，从而使得在时间t₀处开始施加对应于等式4或5的角加速度α_g，其中继续不间断地施加相同角加速度α_g，直到当

时ω_sg(t_synch)＝0。

y_sg(t₀)值可以例如使用上述反向运行的仿真来确定，其中α_g＝Max(α_g)，从而使得提供第一相平面轨迹。

然后，可以基于等式37来设计开环控制器，在已经开始应用Max(α_g)后，开环控制器继续应用Max(α_g)直到ω_sg(t_synch)＝0的时间t_synch。

因此，如上所述，当在时间点t_init<t₀处由高级软件生成齿轮换档命令时，角度传感器开始工作，必须在t_0-t_init时间内保持α_g为零，直到由传感器产生的y_sgr等于由图28得出的y_sg1(t₀)。一旦它们相等，最大的α_g被应用。等式37中的角加速度α_g基于等式4由同步扭矩T_synch控制以用于升档，或者基于等式5由同步扭矩T_synch控制以用于降档。

一般来说，根据该第二示例性实施例的控制方法涉及在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中齿轮换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉，其中，分级齿轮变速器包括常啮合齿轮和能够轴向移位的换档套筒，换档套筒被布置在轴上并且被旋转地固定到轴上，常啮合齿轮被布置在所述轴上并且能够相对于所述轴旋转，该方法包括：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮转速(ω_g)达到换档套筒转速(ω_s)时的状态，确定套筒齿部和齿轮齿部之间的目标相对位移(y*_sg)，其中，确定该目标相对位移(y*_sg)以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部和齿轮齿部之间发生碰撞，

-确定套筒齿部和齿轮齿部之间的起始相对位移(y_sg1)，起始相对位移(y_sg1)使得当从同步阶段开始到结束施加同步扭矩时，换档套筒和齿轮达到目标相对位移(y*_sg)，同时，转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零，

-当实际相对位移(y_sgr)达到起始相对位移(y_sg1)时，开始施加同步扭矩。

因此，根据本公开内容的第二示例性实施例的控制方法包括：确定套筒齿部和齿轮齿部之间的起始相对位移(y_sg1(t_0))，起始相对位移(y_sg1(t_0))使得当从同步阶段的开始到结束施加同步扭矩(t_synch)时，换档套筒和齿轮达到目标相对位移(y_sg(t_synch))，同时，转速差(ω_sg(t_synch))在同步阶段结束时变为零，以及，当实际相对位移(y_sgr(t_0))达到起始相对位移(y_sg1(t_0))时，开始施加同步扭矩(t_sg(t_synch))。本公开内容还适用于根据上述第一示例性实施例的控制算法。

如以上参考等式38所描述的，包括自身的起始时间点y_sg1(t₀)的第一轨迹，可能必须偏移y_sgmax,，由此给出新的开始时间点offset y_sg1(t₀)。

根据第三示例性实施例，控制算法可以被设计成省略初始开环控制器，并且替换为被配置成用于在接收齿轮换档命令时立即开始同步阶段，随后在t_i>t₀的某一时间点t_i处启动同步扭矩的闭环控制直到时间t_i>t₀，从而使得在同步阶段结束时

换句话说，控制方法因此包括：在接收到齿轮换档指令(t_init)时，开始基本上直接地施加同步扭矩(T_synch)，其中，施加同步扭矩并不取决于套筒齿部和轮齿之间的当前相对位移(y_sg)。

如上所述，如图34所示，闭环控制器分别具有最大的α_g和减小的α_g的第一相平面轨迹y_sg1和第二相平面轨迹y_sg2向

会聚。

这种控制策略特别适用于在齿轮换档的准确时间未知的情况，即ω_sg(t₀)未知的情况。例如，可能在变速器提供手自一体(tiptronic)功能时出现，从而使得驾驶员可以通过手动操作齿轮换档致动器来自由选择齿轮换档时间。换句话说，驾驶员可以决定将某一档位保持更长时间，从而使发动机转速(rpm)高于根据预定的齿轮换档图所计划的转速，或者驾驶员可以更早地决定齿轮换档，从而使得发动机转速(rpm)低于根据预定的齿轮换档图计划的转速。

因为基于预定齿轮换档图不能确定从t_0延伸到t_synch的预定轨迹适合控制同步阶段期间套筒和齿轮之间的相对位置，因此这种换档的自由可能需要修改相平面轨迹。

特别地，尽管这样的轨迹可能在任何方向上以y_sgmax的整数倍偏移，由于预定的会聚相平面轨迹在ω_sgtip处太窄，存在在闭环控制开始时的实际相对位置y_sgr位于第一轨迹和第二轨迹之外的风险，其中，ω_sgtip表示在闭环控制开始时间处的相对转速。如图42a所示的示例，其中，在闭环控制ω_sgtip开始时，y_sgr位于y_sg1、y_sg2和offset y_sg1、offset y_sg2之外。

因此，需要一种新的方法来选择合适的相平面轨迹。图42b示出了用于为手自一体变速器的闭环控制选择合适的相平面轨迹的示例性实施例。

第一步骤包括生成第一相平面轨迹y_sg1，其中以与之前相同的方式生成第一相平面轨迹y_sg1，即基于某一齿轮换档和相关联的齿轮换档图生成第一相平面轨迹y_sg1。换句话说，例如，如果齿轮换档涉及从第一档到第二档的齿轮换档，根据预定的齿轮换档图，则变速器控制单元1在考虑当前的油门操纵水平下获知用于该档位的计划档位ω_sg(t₀)。第一相平面轨迹可延伸至ω_sg(t₀)上或者停在ω_sgtip处，其中，ω_sgtip表示在闭环控制开始时间处的相对转速。

此后，第二相平面轨迹y_sg2如本公开内容的上文所述而生成，即通过选择较小的角加速度而生成第二相平面轨迹y_sg2，但该仿真可能仅限于从ω_sg(t_synch)延伸到ω_sg(t_sgtip)，其例如可能是延伸计划ω_sg(t₀)的50％。

另外，为了保证在会聚的相平面轨迹的入口处具有足够的入口宽度，以此确保实际捕捉在转速为ω_sg(t_sgtip)处的某一相对位置y_sg(t_sgtip)，可以执行多个仿真，其中每个仿真具有齿轮17的较小角加速度α_g，然后选择满足以下标准的第二相平面轨迹y_sg2：y_sg(timewhenω_sg＝ω_sgtip)≤y_sg1(time whenω_sg＝ω_sgtip)+y_sgmax。对于所有可能的计划齿轮换档，这都是在开发阶段预先完成的，并且随后例如通过存储在可由变速器控制器访问的计算机存储器中的齿轮换档图提供给变速器控制器。

图42b示出了具有逐渐减小的角加速度α_g的多个仿真相平面轨迹y_sg2，选定的第二相平面轨迹y_sg1、y_sg2符合如图42c所示的上述标准：y_sg(time whenω_sg＝ω_sgtip)≤y_sg1(timewhenω_sg＝ω_sgtip)+y_sgmax。

然后，当例如由驾驶员启动齿轮换档时，不管在接收齿轮换档指令时间处的当前相对位置y_sgx，首先直接应用基于最大的角加速度α_g的同步扭矩T_synch。

随后，如图42c所示，当转速差ω_sg减小并且在ω_sg(t_sgtip)处等于闭环控制器的开始时间(开始时间可以预先确定)，闭环控制器开始控制同步扭矩T_synch，从而使得在同步阶段结束时

因此，总的来说，根据本示例性实施例的控制方法包括在已经经过了从同步阶段的开始到结束、换档套筒和齿轮之间的总转速差(ω_sg)的至少5％、具体地至少25％、更具体地至少50％之后，首先启动闭环控制。

此外，如图42d所示，如果检测到在y_sgr(t_sgtip)<y_sg2，如上述等式38所述，相平面轨迹必须偏移y_sgmax，由此给出新的相平面轨迹offset y_sg1、offset y_sg2。如图42e所示，如果检测到y_sgr(t_sgtip)>y_sg1也同样应用，从而也触发新的偏移相平面轨迹，但沿相反的方向。

换句话说，对于每种可能的齿轮换档情况，相平面轨迹的所有仿真和准备都是离线的，并且被存储在变速器控制单元可访问的存储器中。在驾驶车辆时，在ω_sgx处接收到齿轮换档指令后，直接施加最大的α_g的同步扭矩T_synch，降低转速直到ω_sgtip。当转速差等于ω_sgtip时，然后测量y_sgrtip.

根据以下逻辑执行偏移：

如果y_sg2tip(ω_sgtip)<y_sgr(ω_sgtip)<y_sg1(ω_sgtip)

然后控制在可用的相平面轨迹之间的y_sgr，

如果y_sg1(ω_sgtip)<y_sgr(ω_sgtip)

然后将y_sg2tip和y_sg1偏移n倍的y_sgmax，并且将其控制在偏移相平面轨迹之间，

如果y_sg2(ω_sgtip)>y_sgr(ω_sgtip)

然后y_sg2tip和y_sg1偏移n倍的y_sgmax，并且将其控制在偏移相平面轨迹之间。

本公开内容还涉及一种用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的齿轮换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的控制系统，其中分级齿轮变速器包括常啮合齿轮和能够轴向移位的齿轮换档套筒，齿轮换档套筒被布置在轴上并且被旋转固定到轴，常啮合齿轮被布置在所述轴上并且相对于所述轴能够旋转。控制系统被配置成用于执行以下步骤：

-接收齿轮换档指令，

-在齿轮转速(ω_g)在同步阶段结束时达到换档套筒转速(ω_s)的状态，确定套筒齿部和齿轮齿部之间的目标相对位移(y*_sg)，其中确定该目标相对位移(y*_sg)以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部和齿轮之间发生碰撞，

-确定第一相平面轨迹(y_sg1)，第一相平面轨迹(y_sg1)定义换档套筒和齿轮之间的转速差(ω_sg)与套筒齿部和齿轮齿部之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据第一相平面轨迹(y_sg1)的相对位移(y_sg)等于当转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的目标相对位移(y*_sg)，

-确定第二相平面轨迹(y_sg2)，第二相平面轨迹(y_sg2)定义换档套筒(18)和齿轮(17)之间的转速差(ω_sg)与套筒齿部和齿轮齿部之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据第二相平面轨迹(y_sg2)的相对位移(y_sg)等于当转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的目标相对位移(y*_sg)，

-施加同步扭矩(T_synch)，

-控制同步扭矩(T_synch)，以用于在任何转速差(ω_sg)下将套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)保持在第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)的边界内，从而使得套筒齿部和齿轮齿部之间的实际相对位移(y_sgr)达到目标相对位移(y*_sg)，同时，转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零。

在整个的本文的详细描述中，除非可能考虑到由变速器的流体温度变化引起的阻力扭矩Td的变化，作用于即将到来的惰轮17的阻力扭矩T_d被认为是恒定的。然而，在某些实施方式中，可能期望计算第一相平面轨迹y_sg1和第二相平面轨迹y_sg2的更好精度，使得在由套筒齿部和惰轮爪齿之间的碰撞引起的齿轮换档期间能够更好地降低噪声和减少磨损。

一种用于提供所计算的第一相平面轨迹y_sg1和第二相平面轨迹y_sg2的这种改进精度的方法可以是，在确定阻力扭矩T_d时还考虑转速。具体来说，阻力扭矩可通过以下公式计算：

T_d＝b x ω (42)

其中，b＝恒定摩擦系数，ω＝即将到来的齿轮17的转速。

用于计算在即将到来的惰轮17上的产生的角加速度α_g的等式(4)和(5)可能被更新为：

α_g＝(-T_synch-(b x ω))÷J_g (43)

其中上述等式用于升档，以及

α_g＝(T_synch- (b x ω))÷J_g (44)

其中上述等式用于降档。

类似地，用于计算同步时间t_synch的等式(6)然后可以被更新为：

图43示出了仿真的相应的更新版本，其中仿真从t_synch到t₀以小步长δt时间反向地运行，图43的仿真取代了图27的先前计算过程，图43的仿真在初始化步骤中引入并且计算了新常数l、m、n、o和p。此外，考虑到变速的阻力扭矩T_d，还修改了迭代计算ω_g(t-δt)和θ_g(t-δt)。

图43所示的时间反向的计算的其他部分可保持不变，并且如图43所示，当计算在(t_synch-t₀)÷δt迭代后停止时，结果被收集并且被进行后处理以获得

和

同时考虑阻力扭矩T_d作为转速的函数，从而使得可以更精确地计算第一相平面轨迹y_sg1和第二相平面轨迹y_sg2。如上所述，

和

的第二相平面轨迹也可以根据图43使用时间向后计算但基于α_g<Max(α_g)确定。

在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的齿轮换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的另一替代解决方案包括，采用改进的方法来计算第二相平面轨迹y_sg2。可在考虑或不考虑阻力扭矩T_d作为转速的函数的情况下执行该替代方法，即可以考虑或不考虑根据等式4-6和图27的仿真，或者，考虑或不考虑根据等式43-45和图43的时间反向的计算的情况下执行替代方法。

具体地，当应用改进的方法以用于计算第二相平面轨迹y_sg2时，可以省略使用参考图27或图43所述的时间反向的计算的方法对所有相关的第二相平面轨迹y_sg2的总体耗时进行预先计算，并且第二相平面轨迹y_sg2可简单地通过使用被称为“偏移2”的合适的第二偏移从第一相平面轨迹y_sg1导出，来替代上述计算。因此，预先计算的量几乎可以减半。

图44示出了时间反向的计算的改进实施例，其用于基于等式4-6和图27的计算流程图，即基于阻力扭矩T_d是恒定的且与转速无关的，来确定第一和第二相平面轨迹y_sg1、y_sg2。

更具体地，图44的时间反向的计算包括在初始化步骤中定义新常数

此后，完成包括(t_synch-t₀)÷δt迭代的时间反向的计算，并且结果被收集。然而，因为在计算第一相平面轨迹y_sg1之后，后处理步骤还根据以下计算第二偏移：offset2＝s×ω_sg(t)，即常数“s”乘以ω_sg(t)，后处理步骤被稍作修改。因此，提供了可用于从第一相平面轨迹y_sg1导出第二相平面轨迹y_sg2的适当偏移。具体来说，根据以下等式执行：y_sg2(t)＝y_sg1(t)–offset。因此，如图44所示，使用一个时间反向的计算可以获得

和

和

上述对应于y_sg；ω_sg(t)图中的线性函数的“偏移2”(即等于s＊ω_sg(t))的示例，使得偏移2的计算能够相对简单，由此使得能够使用低处理能力。然而，可替代地使用“偏移2”函数的其它更复杂的数学模型，例如使用指数函数、类似的数学模型等。

尽管已经针对组件的特定组合描述了本公开内容，但是应当容易理解，组件也可以以其他配置进行组合，这对于本领域技术人员在研究本申请时是清楚的。例如，尽管已经根据惰轮17的转速与换档套筒18的恒定转速的同步来描述了用于分级齿轮变速器中的换档套筒的运动控制的方法，但是该方法当然可以同样应用于换档套筒18的转速同步惰轮的恒定转速。以上对本公开内容和附图的示例性实施例的描述被视为本公开内容的非限制性示例，并且保护范围由所附权利要求限定。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

尽管不一定是直接的，也不一定是机械的，术语“耦合”被定义为连接的，。

这里使用的术语“套筒齿部和齿轮齿部之间的相对位移”，或者简称“套筒和齿轮之间的相对位移”，是指套筒和齿轮之间的周向相对位移。

术语“实际的相对位移”对应于周向相对位移的检测值，即对应于例如通过传感器测量的套筒和齿轮之间的实际的周向相对位移的实际值。相对位移对应于诸如以第一轨迹和第二轨迹的周向相对位移的形式的极限值的值。

术语“目标相对位移”是指，当转速差在同步阶段结束时变为零时，根据换档套筒爪齿和齿轮爪齿之间的相对轴向运动，在齿轮换档套筒轴向移动导致套筒爪齿进入相邻的齿轮爪齿之间的空间直至达到基本上没有接触或完全没有相互接触的最大啮合深度，优选地，套筒爪齿进入相邻的齿轮爪齿之间的空间并终止于达到套筒齿部的侧表面靠近相对的齿轮齿部的侧表面或与相对的齿轮齿部的侧表面侧面接触。

术语“同步扭矩”是指可施加于齿轮用于同步其转速的恒定预定扭矩值，例如通过摩擦离合器、电动马达或同步环。

在说明书中使用的“一”或“一个”一词可能意味着“一个”，但也与“一个或多个”或“至少一个”的含义保持一致。“约”一词通常意味着所述值加减10％，或者更具体地加减5％。除非明确指出仅指替代方式，否则权利要求书中术语“或”的使用是指“和/或”。

术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”、“含有”是开放式连接动词。因此，一种方法或装置例如“包括”、“具有”或“包含”例如一个或多个步骤或元件，具有那些一个或多个步骤或元件，但并不限于仅具有这一个或多个元件。

通过引用，以下出版物被包括在本文中。

参考

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[2]P.D.ΩWalker和N.Zhang，“双离合变速器中的同步器机构的啮合和控制”，《机械系统与信号处理杂志》，第26卷，第320–3322012页。

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[9]H.Chen和G.Tian，“自动机械变速器的啮合过程的建模和分析”，多体系统动力学，第37卷，第345-369页，2016。

Claims (16)

1.用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的方法，其中所述分级齿轮变速器包括常啮合齿轮以及能够轴向移位的换档套筒，所述换档套筒布置在轴上并且旋转地固定到轴上，所述常啮合齿轮布置在所述轴上并且能够相对于所述轴旋转，所述方法包括：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮(17)转速(ω_g)达到换档套筒转速(ω_s)时的状态，确定套筒齿部(22)和齿轮齿部(24)之间的目标相对位移(y*_sg)，其中，确定该目标相对位移(y*_sg)以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部(22)和齿轮齿部(24)之间发生碰撞，

-确定第一相平面轨迹(y_sg1)，所述第一相平面轨迹(y_sg1)定义所述换档套筒(18)和所述齿轮(17)之间的转速差(ω_sg)与所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据所述第一相平面轨迹(y_sg1)的所述相对位移(y_sg)等于当所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移(y*_sg)，

-确定第二相平面轨迹(y_sg2)，所述第二相平面轨迹(y_sg2)定义所述换档套筒(18)和所述齿轮(17)之间的所述转速差(ω_sg)与所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据所述第二相平面轨迹(y_sg2)的所述相对位移(y_sg)等于当所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移(y*_sg)，

-施加同步扭矩(T_synch)，

-控制所述同步扭矩(T_synch)，以对于任何转速差(ω_sg)将检测到的所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的实际相对位移(y_sgr)保持在所述第一相平面轨迹(y_sg1)和所述第二相平面轨迹(y_sg2)的边界内，从而使得所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述实际相对位移(y_sgr)达到所述目标相对位移(y*_sg)，同时使得所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

通过闭环控制器控制所述同步扭矩(T_synch)，以将所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述实际相对位移(y_sgr)保持在所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)的边界内。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，确定所述第一相平面轨迹(y_sg1)的步骤基于第一角加速度(α_g)的应用，以及

其中，确定所述第二相平面轨迹(y_sg2)的步骤基于小于所述第一角加速度(α_g)的减小的第二角加速度(α_g)的应用，或者，基于从所述第一相平面轨迹(y_sg1)和偏移导出所述第二相平面轨迹(y_sg2)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述第一角加速度(α_g)的步骤包括考虑取决于转速的阻力扭矩T_d。

5.根据上述权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，在所述闭环控制器被配置成待启动时，根据所述第二相平面轨迹(y_sg2)的所述相对位移(y_sg)小于或等于，在所述转速差(ω_sg、ω_sgtip)处的所述第一相平面轨迹(y_sg1)的所述相对位移与最大相对位移(y_sg_max)之差。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括：

通过执行一个或多个时间反向的计算来确定所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)，其中，所述时间反向的计算从当所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零的时间点(t_synch)开始，并在预定转速差(ω_sg)处结束，尤其是基于预定齿轮换档图确定所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)，所述预定齿轮换档图中，所述相平面轨迹(y_sg1、y_sg2)被存储在计算机存储器中的查找表中，以使得电子变速器控制器能够快速访问。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)中的每一个在对应于同步阶段开始的转速差(ω_sg)到所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的状态之间延伸，所述方法包括从所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)的开始到结束操作所述闭环控制器。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，

在当所述闭环控制器被配置成开始控制所述同步扭矩(T_synch)时的所述转速差(ω_sg，ω_sgtip)处，当所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述实际相对位移(y_sgr)大于在所述转速差(ω_sg，ω_sgtip)处的所述第一轨迹(y_sg1)的所述相对位移(y_sg)时，以最大相对位移(y_sg_max)的整数倍移动所述第一轨迹(y_sg1)和第二轨迹(y_sg2)，从而使得所述实际相对位移(y_sgr)位于偏移的第一轨迹(offsety_sg1)和偏移的第二轨迹(offsety_sg2)之间，和/或

在当所述闭环控制器被配置成开始控制所述同步扭矩(T_synch)的所述转速差(ω_sg，ω_sgtip)处，当所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述实际相对位移(y_sgr)小于在所述转速差(ω_sg,ω_sgtip)处的所述第二轨迹(y_sg2)的所述相对位移(y_sg)，以所述最大相对位移(y_sg_max)的整数倍移动所述第一轨迹(y_sg1)和第二轨迹(y_sg2)，从而使得所述实际相对位移(y_sgr)位于偏移的第一轨迹(offsety_sg1)和偏移的第二轨迹(offsety_sg2)之间。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括两个过程控制器的操作：初始开环控制器和随后的闭环控制器，

其中，所述开环控制器的操作包括，只要实际相对位移(y_sgr)不同于起始相对位移(y_sg1)，保持所述同步扭矩(T_synch)为零或处于补偿扭矩水平(T_comp)，以及，一旦所述实际相对位移(y_sgr)等于所述起始相对位移(y_sg1)时，施加所述同步扭矩(T_synch)，并且

其中所述闭环控制器的操作包括控制所述同步扭矩(T_synch)，以将所述实际相对位移(y_sgr)保持在所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg1，y_sg2)的边界内。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于将所述实际相对位移(y_sgr)保持在所述第一相平面轨迹和第二相平面轨迹的边界内的所述闭环控制器包括：

-施加同步扭矩(T_synch)并且监测所述实际相对位移(y_sgr)和所述转速差(ω_sg)，

-对于任何给定的转速差(ω_sg)，如果所述实际相对位移(y_sgr)下降到低于所述第二轨迹(y_sg2)，则停止施加所述同步扭矩(T_synch)，或者仅在与阻力扭矩(T_d)相反的方向上开始施加补偿扭矩(T_comp)，

-监测所述实际相对位移(y_sgr)，并且对于任何给定的转速差(ω_g)，当所述实际相对位移(y_sgr)等于所述第一轨迹(y_sg1)时，再次开始施加所述同步扭矩(T_synch)，以及

-以相同顺序重复上述步骤，直到转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零。

11.根据上述权利要求1至5、8和10中任一项所述的方法，包括：

在接收到所述齿轮换档指令(t_init)时，开始基本直接地施加所述同步扭矩(T_synch)，其中，施加所述同步扭矩(T_synch)与所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的当前相对位移(y_sg)无关。

12.根据上述权利要求1至5、8、10和11中任一项所述的方法，包括：

在已经经过了从所述同步阶段的开始到结束、所述换档套筒(18)和所述齿轮(17)之间的所述总转速差(ω_sg)的至少5％、具体地至少25％、更具体地至少50％之后，首先启动所述闭环控制。

13.用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的方法，其中，所述分级齿轮变速器包括常啮合齿轮(17)以及能够轴向移位的换档套筒(18)，所述换档套筒(18)布置在轴(7)上并且被旋转地固定到轴(7)上，所述常啮合齿轮(17)布置在所述轴(7)上并且能够相对于所述轴(7)旋转，所述方法包括：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮转速(ω_g)达到换档套筒转速(ω_s)时的状态，确定所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的目标相对位移(y*_sg)，其中，确定该目标相对位移(y*_sg)以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部(22)和齿轮齿部(24)之间发生碰撞，

-确定所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的起始相对位移(y_sg1)，所述起始相对位移(y_sg1)使得当从同步阶段开始到结束施加同步扭矩时，所述换档套筒和齿轮达到所述目标相对位移(y*_sg)，同时，所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零，

-当所述实际相对位移(y_sgr)达到所述起始相对位移(y_sg1)时，开始施加所述同步扭矩。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括：

对于任意的某个套筒齿部和齿轮齿部的几何形状确定所述目标相对位移(y*_sg)、沿着与阻力扭矩(T_d)相反的方向上施加于所述齿轮(17)上的补偿扭矩(T_comp)以及换档套筒的轴向啮合速度

从而使得将所述套筒齿部(22)确定为进入相邻的齿轮齿部(24)之间的空间直至达到基本上没有相互接触的最大啮合深度，并且优选地，套筒齿部的侧表面靠近相对的齿轮齿部的侧表面或者与相对的齿轮齿部的侧表面侧面接触。

15.根据上述权利要求2至10和13至14中任一项所述的方法，包括：

确定所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的起始相对位移(y_sg1(t_0))，所述起始相对位移(y_sg1(t_0))使得当从同步阶段开始到结束施加同步扭矩(T_synch)时，所述换档套筒和齿轮达到所述目标相对位移(y*_sg(t_synch))，同时所述转速差(ω_sg(t_synch))在同步阶段结束时变为零，以及

当所述实际相对位移(y_sgr(T_0))达到所述起始相对位移(y_sg1(T_0))时，开始施加所述同步扭矩(T_synch)。

16.用于在同步和齿轮啮合过程期间对分级齿轮变速器中的换档套筒进行运动控制以避免齿轮齿部干涉的控制系统，其中所述分级齿轮变速器包括常啮合齿轮(17)和能够轴向移位的换档套筒(18)，所述换档套筒(18)被布置在轴(7)上并且被旋转固定到轴(7)，所述常啮合齿轮(17)被布置在所述轴(7)上并且能够相对于所述轴(7)旋转，所述控制系统被配置成用于执行以下步骤：

-接收齿轮换档指令，

-对于在同步阶段结束时齿轮转速(ω_g)达到换档套筒转速(ω_s)的状态，确定所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的目标相对位移(y*_sg)，其中确定该目标相对位移(y*_sg)以避免在随后的齿轮啮合阶段期间在套筒齿部(22)和齿轮之间发生碰撞，

-确定第一相平面轨迹(y_sg1)，所述第一相平面轨迹(y_sg1)定义换档套筒和齿轮之间的转速差(ω_sg)与所述套筒齿部和所述齿轮齿部之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据所述第一相平面轨迹(y_sg1)的所述相对位移(y_sg)等于当所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移(y*_sg)，

-确定第二相平面轨迹(y_sg2)，所述第二相平面轨迹(y_sg2)定义所述换档套筒(18)和所述齿轮(17)之间的转速差(ω_sg)与所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的相对位移(y_sg)之间的关系，其中根据所述第二相平面轨迹(y_sg2)的相对位移(y_sg)等于当所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零时的所述目标相对位移(y*_sg)，

-施加同步扭矩(T_synch)，

-控制所述同步扭矩(T_synch)，以对于任何转速差(ω_sg)将所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述实际相对位移(y_sgr)保持在所述第一相平面轨迹(y_sg1)和第二相平面轨迹(y_sg2)的边界内，从而使得所述套筒齿部(22)和所述齿轮齿部(24)之间的所述实际相对位移(y_sgr)达到所述目标相对位移(y*_sg)，同时使得所述转速差(ω_sg)在同步阶段结束时变为零。

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