CN113167360B

CN113167360B - 农业车辆的双离合变速器电动混合架构

Info

Publication number: CN113167360B
Application number: CN202080006401.1A
Authority: CN
Inventors: M·福特; A·博吉; E·塞多尼
Original assignee: CNH China Management Co Ltd
Current assignee: Keisnew Netherlands Industrial Harbin Machinery Co ltd
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: BR112021013432A2; EP3911873A1; EP3911873B1; WO2020148452A1; IT201900000813A1; CN113167360A

Abstract

根据本发明，提供了用于作业车辆的双离合变速器(1)的混合电动架构，其包括可选择性地连接到双离合器变速器的轴(11、12、19、34)的多个电动马达(18^I、18^II、18^III、18^IV)，以将扭矩施加到这些轴，从而允许通过所有可能的齿轮比组合对变速器(1)的输入轴(2)和输出轴(3)进行完全动力换挡。

Description

农业车辆的双离合变速器电动混合架构

技术领域

本发明涉及双离合变速器的电动混合架构，具体用于诸如农业车辆的非公路车辆，并且本发明涉及用于控制这种双离合变速器的换挡的相关方法。

背景技术

非公路车辆(如农业车辆)的齿轮变速器提供不同的配置，例如：

手动换挡变速器，其中变速器的所有齿轮都由驾驶员通过控制离合器、同步器和爪式离合器以选择齿轮的杠杆机构直接接合；

半动力换挡变速器，其中一些齿轮手动或自动地(在动力换挡模式下通过伺服致动机构，即通过一对离合器交换扭矩)接合，而其它齿轮由杠杆机构或伺服致动机构致动，该杠杆机构控制离合器、同步器和爪式离合器来选择齿轮，该伺服致动机构不处于动力换挡模式，也就是使用单个离合器，并且当该离合器打开时，扭矩无法通过变速器传递；和

完全动力换挡变速器，其中变速器的所有齿轮在动力换挡模式中通过伺服致动机构接合。

农业车辆的现代机械变速器中必须满足的重要要求是在整个地面速度范围内具有高效率，以改善车辆的燃油消耗。在这方面，与使用同步器和爪式离合器相比，大量使用湿式离合器来构建半动力换挡或完全动力换挡变速器在变速器内部产生更多的动力损失，并因此降低了效率。

因此，在本领域中，双离合变速器DCT架构被认为是动力换挡变速器中最有价值的设计，以满足所有先前的需求：

它提供了许多速比，具有可以进行舒适的动力换挡的机构(通过交换一对离合器)；和

它的效率很高，因为仅仅通过配有许多同步器和爪式离合器的几对湿式离合器来提供动力换挡布局设计。

由于这些优点，近来DCT架构已被应用于农业车辆的变速器领域。实际上，DCT架构可用于农业车辆的所有工作速度范围，即从0km/h到当今的最高极限，例如60km/h。

从本质上讲，农业车辆变速器领域中的DCT架构包括：两个主离合器，即前进离合器和后退离合器，分别用于选择拖拉机的前进和后退运动方向；以及两个附加离合器，即奇数离合器和偶数离合器，配置为选择承载有同步器元件的两个辅助轴。DCT还包括多个同步器元件，这些同步器元件可以从空挡位置移动以接合同轴安装在轴上并相对于轴自身自由旋转的一个齿轮；接合齿轮的副轮(counter wheel)安装在DCT的输出轴上，因此同步器的接合限定了输入轴(即发动机轴)和输出轴(即DCT齿轮箱的输出轴)之间的速比。

齿轮的顺序根据偶数离合器驱动的偶数齿轮和奇数离合器驱动的奇数齿轮的逻辑进行分配。因此，奇数离合器和偶数离合器按换挡顺序交替地交换，并且通过合适的同步器元件的接合来完成输入齿轮比的选择。清楚地理解，DCT架构的核心部分是同步操作，因为它产生了换挡的质量。

然而，由于换挡动作的可重复性，借助于同步器的这种联接显示出局限性，其经常需要补偿环境条件、同步器的磨损或在误用的情况下甚至失效。此外，该方案的成本是相关的，涉及同步器的成本以及驱动它们的换挡所要求的的液压系统的成本，因为单个装置的成本必须乘以同步器的数量。

在文献WO2011027616A1中公开了一种旨在移除同步器的解决方案。在公开的架构中，当DCT的一个主轴通过变速器传递所有动力时，然后DCT的另一个主轴由电动马达驱动至正确的速度以接合期望的齿轮：不需要同步器，因为在轴和期望齿轮之间不存在速度差，所以齿轮可以与爪式离合器接合。

然而，上述公开的变速器不适合用于非公路/农业车辆中的DCT变速器。实际上，农业车辆的机械变速器包括多级齿轮，使用者可以选择多个齿轮比，例如第一级称为“齿轮”，第二级称为“范围”，因为要求农业车辆在较宽的地面速度范围内工作。作为结果

当最低的“齿轮”接合在DCT变速器中并且需要“范围”降挡以降低地面车辆速度时，则必须将DCT齿轮箱从最低的“齿轮”重置为最高的“齿轮”，因为那是最接近的可用比率；

在相反的方向上，当最高的“齿轮”接合在DCT齿轮箱中并且需要“范围”升挡以提高地面车辆速度时，则必须将DCT齿轮箱从最高的“齿轮”重置到最低的“齿轮”，因为那是最接近的可用比率。

因此，如果将(WO2011027616A1)中公开的电动同步应用于此类农业车辆变速器以获得该布局设计中所报告的优点，则会出现以下缺点：

在前述的DCT齿轮箱同步重置期间，(DCT齿轮箱的)奇数电动马达和偶数电动马达所需要的机械动力比其它换挡期间要大得多，因为要克服更大的速度差；

在无动力换挡模式下，应该提供范围轴同步的电动马达所需要的机械动力非常高，这是因为由于范围的连续比率的分割存在很大差异而使得要克服的速度差很大。

总之，人们认为有必要改进用于农业车辆的现有DCT架构，以改善其在所有工作速度范围内的性能，并在所有换挡过程中提高舒适性。

本发明的目的是以成本有效且优化的方式满足上述需求。

发明内容

前述目的是通过本公开所要求保护的用于双离合变速器的电动混合架构以及相关控制方法来实现的。具体地，本公开提供一种用于非公路车辆的双离合变速器的电动混合架构，所述双离合变速器包括：

发动机输入轴，其配置为联接到所述非公路车辆的发动机的输出端，

中间轴，其配置为联接到输出轴，所述输出轴能够进一步连接到所述非公路车辆的驱动系统，以及

前进离合器和后退离合器，均配置为联接到发动机输入轴；

偶数轴和奇数轴，均配置为承载多个齿轮，所述偶数轴和奇数轴配置为经由相应的离合器联接到所述输入轴，并配置为联接到所述中间轴，以利用所述齿轮之一在所述发动机输入轴和所述中间轴之间限定预定齿轮比，

所述中间轴配置为承载多个齿轮，所述中间轴通过利用所述齿轮之一在中间轴和输出轴之间限定预定范围比而联接到所述输出轴，

跳跃级，其机械地插置在所述输入轴和所述输出轴之间，并且包括跳跃离合器，所述跳跃离合器配置为机械地联接到发动机输入轴，以便当所述跳跃离合器接合时机械地绕过所述偶数轴、奇数轴和中间轴，所述跳跃级还包括至少一个跳跃轴，所述跳跃轴承载至少两个齿轮，并配置为通过利用所述齿轮之一在输入轴和输出轴之间限定多个预定跳跃比而联接到所述输出轴，

所述双离合变速器还包括多个电动马达，所述多个电动马达中的每一个相应地连接到所述偶数轴、所述奇数轴、所述中间轴以及所述跳跃轴，以施加扭矩。

在架构的一些实施例中，所述偶数轴和奇数轴配置为通过所述离合器联接到一对旋转壳体，所述旋转壳体配置为通过另一对离合器联接到所述输入轴，并且其中所述跳跃轴配置为通过所述跳跃离合器、通过所述另一对离合器联接到所述输入轴，

其中所述另一对离合器在交替地联接到相应的壳体时允许车辆的向后运动或向前运动。

在架构的一些实施例中，所述偶数轴和奇数轴中的每一个承载四个轮，所述中间轴承载三个轮。

在架构的一些实施例中，所述跳跃级包括中间跳跃轴，所述中间跳跃轴机械地联接到所述输出轴并承载配置为与由主跳跃轴承载的齿轮配合以限定所述预定跳跃比的多个齿轮。

在架构的一些实施例中，所述齿轮中的每一个以可自由旋转的方式承载在相应的轴上，所述变速器包括多个选择装置，所述选择装置配置为将所述齿轮可旋转地联接到相应的轴。

在架构的一些实施例中，所述选择装置包括爪式离合器或接头离合器。

在架构的一些实施例中，所述电动马达具有48伏的标称工作电压和/或小于5kW的输出功率。

在架构的一些实施例中，所述电动马达选择性地在相应的轴上操作。

在架构的一些实施例中，所述电动马达能够经由接头离合器或爪式离合器连接到相应的轴。

在架构的一些实施例中，其还包括电子控制单元，所述电子控制单元配置为控制所述电动马达。

在架构的一些实施例中，所述电子控制单元配置为控制所述选择装置，以便选择所选择的齿轮。

本公开还提供一种用于操作如上所述的电动混合架构的方法，用于从齿轮比级的齿轮与范围齿轮级的齿轮组合变换到齿轮比级的另一齿轮与范围齿轮级的另一齿轮组合：

接收用于从齿轮比级的齿轮与范围齿轮级的齿轮组合变换到齿轮比级的另一齿轮与范围齿轮级的另一齿轮组合的输入；

借助于对应的电动马达使所述跳跃轴旋转以达到目标速度，该目标速度使适于选择与所述输出轴限定包含在需要变换的比率之间的比率的齿轮的爪式离合器的两侧的速度差最小；

当达到目标速度时，使与所述输出轴限定包含在需要变换的比率之间的比率的齿轮接合，同时将离合器与由所述跳跃轴承载的离合器交换；

使所述齿轮比级的所述齿轮与范围齿轮级的所述齿轮脱离接合；

通过联接的电动马达使承载有所述齿轮比级的所述另一齿轮的奇数轴旋转，直到达到预定速度；

通过联接的电动马达使承载有所述范围齿轮级的所述另一齿轮的中间轴旋转，直到达到预定速度；

当达到所述预定速度时，将所述范围齿轮级的所述另一齿轮接合到所述中间轴，并且将所述齿轮比级的所述另一齿轮接合到所述奇数轴；以及

将离合器与由所述跳跃轴承载的离合器交换。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面参照附图，通过非限制性示例描述优选实施例，其中唯一的附图是根据本发明的双离合变速器架构的示意图。

具体实施方式

图1公开了一种用于诸如拖拉机(未示出)之类的非公路车辆的双离合变速器1，其包括可操作地连接到作业车辆的发动机(未示出)的发动机输入轴2以及可以联接到非公路车辆的驱动系统的输出轴3。

变速器1还包括第一主离合器5(以下称为“前进离合器”)和第二主离合器6(以下称为“后退离合器”)，两者均经由输入级4联接到发动机输入轴2。

在已知的构造中，前进离合器5将发动机输入轴2联接到输出轴3，以允许作业车辆的向前运动，而后退离合器6将发动机输入轴2联接到输出轴3，以允许作业车辆的向后运动。

变速器1还包括第一离合器7(以下称为“偶数离合器”)和第二离合器8(以下称为“奇数离合器”)。偶数离合器7配置为将第一辅助轴11(以下称为“偶数轴”)与前进离合器5联接。奇数离合器8配置为将第一辅助轴12(以下称为“奇数轴”)与后退离合器6联接。

有利的是，前进离合器5通过第一壳体10'联接到偶数离合器7，后退离合器6通过第二壳体10”联接到奇数离合器8。第一壳体10'和第二壳体10”通过中间齿轮9联接在一起，该中间齿轮由发动机输入轴2以自由旋转的方式承载。

优选地，中间齿轮9配置为通过第一齿轮比联接到第一壳体10'，并通过第二齿轮比联接到第二壳体10”。第一齿轮比和第二齿轮比优选地是不同的。

鉴于上述，由于壳体10'、10”与中间齿轮9的联接，偶数轴11可以联接到后退离合器6，奇数轴12可以联接到前进离合器5。

偶数轴11和奇数轴12均包括多个选择元件，例如爪式离合器17，其由相应的轴11、12固定地承载，因此它们与相应的轴11、12一起旋转。替代地，选择元件可以包括其它等效的连接装置，例如接头离合器。

优选地，偶数轴或奇数轴容纳彼此具有不同尺寸的多个齿轮，并且这些齿轮例如借助于轴承以可自由旋转的方式支撑在相应的轴11、12上，使得当接合爪式离合器17处于其空挡位置时这些齿轮不会被迫旋转到与相应的轴11、12相同的速度。

优选地，偶数轴11可以包括四个齿轮14，即，具有最大直径的第一齿轮14^I、具有最小直径的第四齿轮14^IV以及分别具有在第一齿轮的直径和第四齿轮的直径之间的直径的第二齿轮和第三齿轮14^II、14^III。

类似地，奇数轴12可以包括四个齿轮15，即，具有最大直径的第一齿轮15^I、具有最小直径的第四齿轮15^IV以及分别具有在第一齿轮的直径和第四齿轮的直径之间的直径的第二齿轮和第三齿轮15^II、15^III。

有利地，齿轮14^I具有与齿轮15^I相同的直径，齿轮14^II具有与齿轮15^II相同的直径，齿轮14^III具有与齿轮15^III相同的直径，并且齿轮14^IV具有与齿轮15^IV相同的直径。

齿轮组14、15的齿轮在被选择时代表变速器的不同速比。即第一速比选择齿轮15^IV，第二速比选择齿轮14^IV，第三速比选择齿轮15^III，第四速比选择齿轮14^III，第五速比选择齿轮15^II，第六速比选择齿轮14^II，第七速比选择齿轮15^I，或者第八速比选择齿轮14^I。

如上所述，齿轮组14、15的齿轮可以由爪式离合器17选择，该爪式离合器配置为将轴与所选择的齿轮联接。优选地，偶数轴11可以包括分别插置在齿轮14^I-14^II之间和齿轮14^III-14^IV之间的两个爪式离合器17。类似地，奇数轴12可以包括分别插置在齿轮15^I-15^II之间和齿轮15^III-15^IV之间的两个爪式离合器17。

根据本发明的一方面，双离合变速器1还包括分别连接到偶数轴11和奇数轴12的第一电动马达18^I和第二电动马达18^II。优选地，电动马达18^I、18^II直接在偶数轴和奇数轴11、12的与离合器7和8相对的末端部分中联接到偶数轴和奇数轴。取决于设计空间限制和电动马达架构，可以以已知的方式实现这样的联接。

齿轮组14、15的每个接合齿轮的副轮被刚性地安装在中间轴19上，该中间轴与发动机轴2同轴并且可以直接连接到输出轴3，或者根据所描述的构造，该中间轴通过具有齿轮比选择机构的附加齿轮减速级，即齿轮范围组级20，连接到输出轴。

齿轮范围组20配置为通过在多个齿轮比之间进行选择而将中间输出轴19联接到输出轴3，所述多个齿轮比与上述DCT齿轮比相乘。

例如，范围选择级20可以包括被称为“低”范围的第一齿轮22^I、被称为“中间”范围的第二齿轮22^II和被称为“快速”范围的第三齿轮22^III；这三个范围齿轮具有不同的尺寸，并配置为与安装在输出轴3上的对应齿轮匹配，如下所述。以此方式，由于八个DCT比率在三个范围比上重复，变速器提供二十四个可能的齿轮比。

有利地，第一齿轮22^I、第二齿轮22^II和第三齿轮22^III以可自由旋转的方式承载在中间齿轮轴19上，而输出轴3上的对应齿轮刚性地承载在该输出轴上。类似于比率级，爪式离合器17可在其左侧和右侧移动以接合识别所需速度范围的适当齿轮。根据所描述的配置，挡位范围组20包括两个爪式离合器17，经选择以将第一齿轮22^I联接到中间齿轮轴19的第一爪式离合器17，在第三齿轮22^II与第四齿轮22^III之间经选择以将第三齿轮和第四齿轮选择性地联接到中间齿轮轴19的第二爪式离合器17。

根据本发明的另一方面，齿轮范围组20包括联接到中间轴19的电动马达18^III，电动马达优选地放置在轴19的末端，该末端与更接近输入轴2的末端相对。

根据本发明的另一方面，

双离合变速器1还包括机械地插置在中间齿轮9和范围级20之间的跳跃级30。

具体地，跳跃级30包括主跳跃轴31，该主跳跃轴刚性地承载连接离合器32，该连接离合器配置为将主跳跃轴31与中间齿轮9机械地连接或断开。跳跃级30进一步包括中间跳跃轴34，该中间跳跃轴承载第一齿轮33^I和第二齿轮33^II，该第一齿轮和第二齿轮配置为与主轴31承载的对应齿轮协作以限定第一跳跃比和第二跳跃比。优选地，第一齿轮33^I相对于第二齿轮33^II限定较低的齿轮比。

根据所描述的构造，第一齿轮33^I和第二齿轮33^II以可自由旋转的方式承载在中间跳跃轴34上，而主跳跃轴31上的对应齿轮刚性地承载在该主跳跃轴上。类似于比率和范围级，齿轮第一齿轮33^I和第二齿轮33^II可以经由爪式离合器17选择性地可旋转地联接到中间跳跃轴34。

如上所述，跳跃级30还通过机械联结件连接到中间齿轮9和范围级20。根据所描述的构造，离合器32固定地连接到齿轮35，该齿轮配置为与中间齿轮9限定机械联动装置36；此外，中间跳跃轴34包括齿轮37，该齿轮固定地承载在该中间跳跃轴的与第二跳跃齿轮33^II相邻的末端部分上，以与由输出轴3固定地承载在该输出轴的与第一级齿轮22^I相邻的末端部分中的齿轮23限定机械联动装置38。

根据本发明的另一方面，跳跃级30还包括联接到主跳跃轴31的第四电动马达18^IV。

电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV优选是较小的电动马达，优选具有低于48^V的电压和/或例如低于6-7kW的有限功率输出。

电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV由例如由车辆携带的电能源供电，该电能源为例如交流发电机和/或电池组和/或超级电容器，配置为在可能的负载峰值期间提供能量。有利地，交流发电机可以接收机械动力以从变速器的输入轴2产生电能。

众所周知，电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV选择性地在相应的轴11、12、19、34上操作，并且由于任何类型的接头而可以进行连接。

可以通过由电子控制单元(未示出)控制的相应致动器(未示出)来选择上述离合器5、6、7、8、32和爪式离合器17。电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV也由该电子控制单元控制，该电子控制单元可以控制这些马达能够传递到相应的联接元件的速度和扭矩。电子控制单元通过发送涉及要控制的相应离合器或马达的控制电信号来控制所述离合器或所述电动马达。

电子控制单元可以是车辆的ECU或车辆的动力传动系ECU。电子单元配置为根据车辆使用者的直接输入命令或按照部署在特定软件代码中的换挡控制逻辑以自动方式控制变速器1的上述元件，该软件代码可以存储在电子单元中。

下面描述变速器1的典型操作的示例。

操作的第一示例是从驻车制动器接合且发动机关闭的车辆的驻车条件下变速器1的脱离。

使用者开启发动机，将往复操纵杆从驻车位置切换到未刹车位置；在这种情况下，离合器5、6、7、8、32仍然打开，发动机轴2开始旋转，因此，直接联接到发动机轴2的所有元件(例如输入级4)都在旋转。使用者(或ECU)在可用比率之间选择总齿轮比，例如，^II总齿轮比是第二低速挡位，其对应于接合的齿轮14^IV和22^I。因此，通过移动爪式离合器17来选择偶数轴11的齿轮14^IV，并且通过移动组20的爪式离合器17来选择齿轮22^I，然后偶数离合器7接合。众所周知，借助于ECU控制，可以对上述离合器进行控制。这样，从壳体10'和10”到输出轴3存在连续的机械路径。例如，使用者通过在车辆中移动操纵杆来允许前进离合器5接合并且壳体10'和10”开始旋转，由于偶数离合器7，偶数轴11也被迫旋转，由于从发动机轴2到输出轴3建立了机械连接，因此中间齿轮轴19和输出轴3也被迫旋转。必须注意的是，在该构造中，由于齿轮15均未接合在奇数轴12上，并且齿轮33均未接合在中间跳跃轴34上，因此奇数轴和中间跳跃轴均是自由的。

操作的第二示例是齿轮比级的齿轮的切换，例如，如下所述。

由于车辆向前移动，因此发动机轴2和输出轴3之间的机械路径与先前示例中描述的相同。因此，前进离合器5接合，偶数离合器7接合，以便将偶数轴11连接到发动机输入轴2，并且选择齿轮，例如选择14^IV和22^I，以经由中间齿轮轴19将偶数轴11连接到输出轴3。在这种情况下，使用者可以通过选择期望的比率，例如通过选择手柄上的按钮，来决定降挡(或升挡)。此外，车辆可以设置有在车辆的ECU上运行的专用控制软件代码，该专用控制软件代码配置为识别来自安装在车辆上的传感器的信号，例如输出轴3处的扭矩需求和发动机输入轴2的速度，并且自动地将变速比更改为更合适的比率，而无需使用者干预。

假设使用者或ECU决定从第二齿轮比–低速范围降挡到第一齿轮比–低速范围，例如从齿轮14^IV传递到齿轮15^IV并保持齿轮22^I始终接合，那么齿轮15将通过移动相对爪式离合器17而脱离接合，电动马达18^II将使奇数轴12旋转到目标速度，即将爪式离合器17移向齿轮15^IV并使之接合所需的速度，在爪式离合器17和齿轮15^IV之间几乎没有速度差。电子控制单元确保在轴12与齿轮15^IV之间的速度差的某个最大公差内对爪式离合器17的接合进行管理。电动马达18^I、18^II的功率大小确保在可用于速度同步的最大时间间隔内完成这些任务，该最大时间间隔是由与要克服的最大速度差和轴的惯性相匹配的设计限定的。一旦爪式离合器17已经接合齿轮15^IV，则离合器7和8交换，从而允许新的齿轮比上的扭矩流。由于没有扭矩通过偶数轴11和齿轮14^IV，因此ECU可以通过将爪式离合器17移离齿轮14^IV来决定使齿轮14^IV与偶数轴11脱离接合，使得轴11处于自由状态，即不参与从发动机轴2到输出轴3的扭矩传递。

操作的第三示例是齿轮比级的自由轴的速度的管理，即如上所述不参与扭矩传递的轴，例如如下所述。

由于车辆向前移动，因此发动机轴2和输出轴3之间的机械路径与第一示例中描述的相同。因此，前进离合器5接合，偶数离合器7接合，以便将偶数轴11连接到发动机输入轴2，并且选择齿轮14^IV和22^I，以经由中间齿轮轴19将偶数轴11连接到输出轴3。

车辆可以设置有在变速器的ECU中的专用控制软件代码，该专用控制软件代码配置为识别来自安装在车辆上的传感器的信号，例如输出轴3处的扭矩需求和发动机输入轴2的速度，并且为齿轮比级的自由轴(即不参与扭矩传递的轴)自动地限定目标速度，而无需使用者干预。基于从安装在车辆上的传感器接收到的信号，ECU可以决定预先设置自由轴，以便于变速比的转换。

在该示例中，奇数轴12是自由的，因为它不参与从发动机轴2到输出轴3的扭矩传递。在这种情况下，在偶数离合器7接合(作为导致涉及齿轮14^IV和22^I的^II总齿轮比的接合(即第二低速挡位)的操作的最后步骤)之后，ECU可以决定通过将爪式离合器17从齿轮15移开而将最终接合在奇数轴12上的任何齿轮15从奇数轴脱离接合。在这种情况下，奇数轴12是自由的，并且可以由电动马达18^II旋转至由ECU限定的新的目标速度。

具体地，可以设计ECU中提供的控制软件代码，以将以下速度之间的中间速度限定为自由轴的目标速度：

使爪式离合器17朝向齿轮15^IV移动所需的速度，其中在爪式离合器17和齿轮15^IV之间几乎没有速度差；

使爪式离合器17朝向齿轮15^III移动所需的速度，其中在爪式离合器17和齿轮15^III之间几乎没有速度差。

变速器的ECU将控制电动马达18^II，以使奇数轴12旋转至该中间目标速度。为保持奇数轴12旋转至该中间目标速度而应提供给电动马达18^II的功率很低，因为这仅仅是由于轴在其轴承上的旋转。

假设使用者/ECU决定从第二齿轮比–低速范围降挡到第一齿轮比–低速范围(或从第二齿轮比–低速范围升挡到第三齿轮比–低速范围)，则变速器将按照操作的第二示例中所述的进行工作，以便接合齿轮15^IV(或相应地接合齿轮15^III)并将偶数离合器7和奇数离合器8进行交换。

如在该操作示例中描述的那样控制自由轴的速度的可能优点之一是，当使用者/ECU需要变换齿轮比时，驱动自由轴的电动马达18(在所述示例中是驱动奇数轴12的电动马达18^II)所要克服的速度差非常小，并且与需要进行哪个换挡(升挡或降挡)无关。结果，与轴的惯性和可用于速度同步的最大时间间隔(由设计限定)兼容的是，由于要克服的速度差小，所以来自电动马达18^I、18^II的功率请求小于其最大功率大小，确定了较低的应力和对电动马达的磨损。

例如，在没有所描述的控制策略的情况下，在最终接合在奇数轴上的任何齿轮15从奇数轴12脱离接合之后，奇数轴12的速度可以减小直到该轴停止；在这种情况下，当需要换挡时，为了使新的齿轮15接合在奇数轴12上而要克服的速度差将更大。

操作的第四示例是齿轮比级的齿轮和范围比级的齿轮两者的变换，如下所述。

假设使用者或ECU决定从八齿轮比–中间范围升挡到第二跳跃比，然后从第二跳跃比升挡到第一齿轮比–高速范围，例如从齿轮14^I和22^II传递到齿轮33^II，然后从齿轮33^II到齿轮15^IV和22^III，则变速器1将如下所述地激活跳跃级30。

在齿轮比级中的齿轮的升挡序列中，从14^I到15^IV，同时保持范围齿轮22^II始终接合，例如当齿轮14^II接合时，电动马达18^V将使主跳跃轴31以及相应地使齿轮33^I和33^II旋转以达到目标速度，即，将爪式离合器17朝向齿轮33^II移动并与该齿轮接合所需的速度，其中爪式离合器17和齿轮33^II之间几乎没有速度差。电子控制单元确保在轴34与齿轮33^II之间的速度差的某个最大公差内对爪式离合器17的接合进行管理。与惯性和速度差相比，使轴31和齿轮33^I和33^II旋转以使齿轮33^II达到目标速度的可用时间足够长，例如至少1秒，使得电动马达18^IV的功率可以很小，例如至多5kW。

当达到上述条件时，主跳跃轴31通过齿轮33^II和38旋转地连接到输出轴3，因此，当使用者或ECU决定从八齿轮比–中间范围到第二跳跃比时，离合器7将脱离接合并且跳跃离合器32将被接合。由于这种离合器的交换，扭矩现在将从输入级通过前进离合器5传递到中间齿轮9，然后通过跳跃离合器32传递到主跳跃轴，然后通过第二跳跃比经由齿轮37传递到输出轴3。

在这种情况下，齿轮比和范围比级都是自由的，并且没有扭矩通过它们自身；因此，可以将所有必要的齿轮切换到升挡配置，即第一齿轮比–高速范围。

在偶数离合器7脱离接合并且跳跃离合器32接合(即变速器仍处于八齿轮比–中间范围)之前，ECU控制爪式离合器17以使齿轮15^I从奇数轴12脱离接合，然后控制马达18^II开始使奇数轴12旋转以达到预定目标速度，即将爪式离合器17朝向轴12上的齿轮15^IV移动并与该齿轮无速度差地接合所需要的速度，而齿轮22^III已经接合在中间跳跃轴19上。当使用者或ECU决定从八齿轮比–中间范围传递到第一跳跃比时，则偶数离合器7和跳跃离合器32交换，即跳跃级30支撑变速器负载，然后离合器17分别使齿轮14^I从偶数轴11脱离接合和使齿轮22^II从中间齿轮轴19脱离接合。以这种方式，所有齿轮和范围级的轴都是自由的，奇数轴仍由电动马达18^II旋转，以达到预定目标速度。然后，第三电动马达18^III将使中间齿轮轴19旋转以达到目标速度，即将爪式离合器17朝向轴19上的齿轮22^III移动并与该齿轮无速度差地接合所需的速度。电子控制单元确保在轴19与齿轮22^III之间的速度差的某个最大公差内对爪式离合器17的接合进行管理。

当满足上述条件时，比率齿轮15^IV和范围齿轮22^III均与相应的轴12、19接合，并且中间齿轮轴19通过齿轮22^III旋转地连接到输出轴3。当使用者或ECU决定从第二跳跃比传递到第一齿轮比–高速范围时，偶数跳跃离合器32将脱离接合，并且奇数离合器8将被接合。由于这种离合器的交换，扭矩现在将从输入级通过前进离合器5传递到中间齿轮9，然后通过奇数离合器8传递到奇数轴12，然后通过齿轮15^IV传递到中间齿轮轴19，并通过齿轮22^III传递到输出轴3。不再连接到两个级的跳跃级30则不传递扭矩。

操作的第五示例是另一种方法(替代在第四示例中描述的方法)，以提供齿轮比级的齿轮和范围比级的齿轮两者的变换，如下所述。

假设使用者决定从八齿轮比–中间范围升挡到第二跳跃比，然后从第二跳跃比升挡到第一齿轮比–高速范围，例如从齿轮14^I和22^II传递到齿轮33^II，然后从齿轮33^II到齿轮15^IV和22^III，则变速器1将如下所述地激活跳跃级30。

在齿轮比级中的齿轮的升挡序列中，从14^I到15^IV，同时保持范围齿轮22^II始终接合，例如当齿轮14^II接合时，电动马达18^IV将使主跳跃轴31以及相应地使齿轮33^I和33^II旋转以达到目标速度，即，将爪式离合器17朝向齿轮33^II移动并与该齿轮接合所需的速度，其中爪式离合器17和齿轮33^II之间几乎没有速度差。电子控制单元确保在轴34与齿轮33^II之间的速度差的某个最大公差内对爪式离合器17的接合进行管理。

与惯性和速度差相比，使轴31和齿轮33^I和33^II旋转以使齿轮33^II达到目标速度的可用时间足够长，例如至少1秒，使得电动马达18^IV的功率可以很小，例如至多5kW。

在偶数离合器7脱离接合并且跳跃离合器32接合(即变速器仍处于八齿轮比–中间范围)之前，ECU控制爪式离合器17以使齿轮15^I从奇数轴12脱离接合，然后控制马达18^II使奇数轴12旋转以达到预定目标速度，即将爪式离合器17朝向轴12上的齿轮15^IV移动并与该齿轮无速度差地接合所需要的速度，而齿轮22^II仍然接合在中间齿轮轴19上。

当使用者或ECU决定从八齿轮比–中间范围传递到第一跳跃比时，则偶数离合器7和跳跃离合器32交换，即跳跃级30支撑变速器负载，然后离合器17分别使齿轮14^I从偶数轴11脱离接合和使齿轮22^II从中间齿轮轴19脱离接合。以这种方式，所有齿轮和范围级的轴都是自由的，奇数轴仍由电动马达18^II旋转，以达到预定目标速度。

当电动马达18^II达到预定目标速度时，齿轮15^IV通过爪式离合器17接合在奇数轴12上，并且奇数离合器8短时间接合，然后再次脱离接合。在齿轮15^IV接合在奇数轴12上之后，通过短时间使奇数离合器8接合，中间齿轮轴19的速度接近其目标速度，即将爪式离合器17朝向轴19上的齿轮22^III移动并与该齿轮无速度差地接合所需的速度。

然后，电动马达18^III直接地并且电动马达18^I通过奇数轴12和接合在奇数轴上的齿轮15^IV，使中间齿轮轴19旋转以达到目标速度，即将爪式离合器17朝向轴19上的齿轮22^III移动并与该齿轮无速度差地接合所需的速度。电子控制单元确保在轴19与齿轮22^III之间的速度差的某个最大公差内对爪式离合器17的接合进行管理。

当满足上述条件时，比率齿轮15^IV和范围齿轮22^III均与相应的轴12、19接合，并且中间齿轮轴19通过齿轮22^III旋转地连接到输出轴3。

当使用者或ECU决定从第二跳跃比传递到第一齿轮比–高速范围时，偶数跳跃离合器32将脱离接合，并且奇数离合器8将被接合。由于这种离合器的交换，扭矩现在将从输入级通过前进离合器5传递到中间齿轮9，然后通过奇数离合器8传递到奇数轴12，然后通过齿轮15^IV传递到中间齿轮轴19，并通过齿轮22^III传递到输出轴3。不再连接到两个级的跳跃级30则不传递扭矩。

显然，上述策略可用于沿输入级和输出级之间限定的可能总比率的整个列表进行升挡或降挡，即由于八个齿轮比乘以三个范围比加上两个跳跃比而产生的二十六个可能的总齿轮比。具体地，可以遵循以下顺序：

-^I总齿轮比：第一低速挡位，对应于接合的齿轮15^IV和22^I；

-^II总齿轮比：第二低速挡位，对应于接合的齿轮14^IV和22^I；

-^III总齿轮比：第三低速挡位，对应于接合的齿轮15^III和22^I；

-^IV总齿轮比：第四低速挡位，对应于接合的齿轮14^III和22^I；

-^V总齿轮比：第五低速挡位，对应于接合的齿轮15^II和22^I；

-^VI总齿轮比：第六低速挡位，对应于接合的齿轮14^II和22^I；

-^VII总齿轮比：第七低速挡位，对应于接合的齿轮15^I和22^I；

-^VIII总齿轮比：第八低速挡位，对应于接合的齿轮14^I和22^I；

-^IX总齿轮比：第一跳跃挡位，对应于接合的齿轮33^I；

-X总齿轮比：第一中间挡位，对应于接合的齿轮15^IV和22^II；

-X^I总齿轮比：第二中间挡位，对应于接合的齿轮14^IV和22^II；

-X^II总齿轮比：第三中间挡位，对应于接合的齿轮15^III和22^II；

-X^III总齿轮比：第四中间挡位，对应于接合的齿轮14^III和22^II；

-X^IV总齿轮比：第五中间挡位，对应于接合的齿轮15^II和22^II；

-X^V总齿轮比：第六中间挡位，对应于接合的齿轮14^II和22^II；

-X^VI总齿轮比：第七中间挡位，对应于接合的齿轮15^I和22^II；

-X^VII总齿轮比：第八低速挡位，对应于接合的齿轮14^I和22^II；

-X^VIII总齿轮比：第二跳跃挡位，对应于接合的齿轮33^II；

-X^IX总齿轮比：第一高速挡位，对应于接合的齿轮15^IV和22^III；

-XX总齿轮比：第二高速挡位，对应于接合的齿轮14^IV和22^III；

-XX^I总齿轮比：第三高速挡位，对应于接合的齿轮15^III和22^III；

-XX^II总齿轮比：第四高速挡位，对应于接合的齿轮14^III和22^III；

-XX^III总齿轮比：第五高速挡位，对应于接合的齿轮15^II和22^III；

-XX^IV总齿轮比：第六高速挡位，对应于接合的齿轮14^II和22^III；

-XX^V总齿轮比：第七高速挡位，对应于接合的齿轮15^I和22^III；

-XX^VI总齿轮比：第八高速挡位，对应于接合的齿轮14^I和22^III；

操作的第六示例是直接从所有电动马达18^I至18^IV向输出轴3提供扭矩的可能性。

在特定的操作中，在请求向输出轴3提供低动力的情况下，当例如由于离合器7、8、32处于打开状态而使得输出轴3没有机械地连接到发动机输入轴2时，可以通过由此调节变速器的离合器来提供扭矩，使得可以将电动马达18^I至18^IV的动力单独地或以它们之间的组合发送到输出轴3。通过电子控制单元可以实现动力的增加，从而保证了上述电动扭矩的同相增加。总电力可能足以使车辆低速行驶，例如在器具拾取装置的操纵中或在蠕动模式下。

本发明还涉及用于操作如上所述的电动混合架构1的方法，该方法用于从齿轮比级的齿轮15^IV与范围齿轮级20的齿轮22^I、22^II、22^III组合变换到齿轮比级的另一齿轮14^I与范围齿轮级的另一齿轮22^I、22^II、22^III组合：

接收用于从齿轮比级的齿轮15^IV与范围齿轮级20的齿轮22^I、22^II、22^III组合变换到齿轮比级的另一齿轮14^I与范围齿轮级的另一齿轮22^I、22^II、22^III组合的输入；

借助于对应的电动马达18^IV使跳跃轴31旋转以达到目标速度，该目标速度使适于选择与输出轴3限定包含在需要变换的比率之间的齿轮比的齿轮33^I、33^II的爪式离合器17的两侧的速度差最小；

当达到目标速度时，将所述齿轮33^I、33^II接合，同时将离合器7,8与由跳跃轴31承载的离合器32交换；

使所述齿轮比级的所述齿轮15^IV与范围齿轮级20的所述齿轮22^I、22^II、22^III脱离接合；

通过联接的电动马达18^II使承载有齿轮比级的另一齿轮14^I的轴12旋转，直到达到预定速度；

通过联接的电动马达18^III使承载有范围齿轮级20的另一齿轮22^I、22^II、22^I的中间轴19旋转，直到达到预定速度；

当达到预定速度时，将范围齿轮级20的所述另一齿轮22^I、22^II、22^III接合到中间轴19，并且将齿轮比级的另一齿轮14^I接合到轴12；和

将离合器7、8与由跳跃轴31承载的离合器32交换。

鉴于前述内容，根据本发明的双离合变速器1和相关方法的优点是明显的。

由于电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV的存在，可以在负载条件下以任何可能的总齿轮比实现完全动力换挡，条件是新齿轮比与不涉及扭矩传递并与新齿轮比联接的轴的速度进行预先同步。这样，可以使用爪式离合器17代替同步器作为选择元件。

此外，由于电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV在大多数时间几乎自由地旋转，因此它们对寄生损耗的贡献与变速器的总效率无关。

由于将要连接的轴加快到目标速度，该目标速度是所选齿轮的接合速度，因此同步器由爪式离合器代替。这允许降低旨在控制同步器的液压系统的成本和负担。此外，爪式离合器可以通过开-关阀来简单地控制，从而避免使用控制更加复杂的比例阀。

此外，电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV具有两种操作状态，即：马达阶段，在马达阶段中，马达将电能转换为机械能，使其轴以恒定速度旋转或使其轴加速；和发电机阶段，在发电机阶段中，其轴减速或在车辆行驶时通过接合的离合器被变速器的其余部分拖拽，并且因此它们可以将机械能转换为电能。在后一种情况下，可以将从机械能到电能回收的能量存储到蓄电池(例如电池和/或超级电容器)中。此外，轴的同步不再通过摩擦来实现，从而不利于车辆的动能，即通过向内燃机要求更多的能量，而是由可以管理特定马达所需的负载峰值的蓄电池来实现。

可以使用电动马达18^I、18^II、18^III、18^IV直接驱动输出轴3，允许消除可能的蠕动级，从而更多地节省成本、降低变速器1的负担、并改善了车辆在某些情况下的可用性，例如在器具拾取操作中。

此外，由于当前的布局设计和在时间重叠中出现的预同步阶段，与惯性和速度差相比，通过使用低功率电动马达18^I至18^IV，可以在上述二十六个总齿轮比之间获得短的换挡时间(例如0.15秒)。因此，变速器1的性能提高。

显然，可以对所描述的用于DCT的电动混合架构1进行不超出本公开所限定的保护范围的修改。

例如，齿轮比、范围和跳跃级的齿轮数量可以根据车辆的需要而变化。

此外，用于DCT的电动混合架构相对于所描述的元件可以包括不同的元件，例如，离合器、齿轮和爪式离合器的数量和/或类型可以改变。

例如，中间齿轮9相对于壳体10'和10”可以具有相同的齿轮比，或者除了范围选择级20、跳跃级30和输出轴3之外，可以存在附加级。

此外，爪式离合器17的控制可以用任何类型的控制来实现，例如液压的、电动的或气动的替代形式或组合形式。

Claims

1.一种用于非公路车辆的双离合变速器的电动混合架构，所述双离合变速器包括：

前进离合器和后退离合器，均配置为联接到发动机输入轴；

2.根据权利要求1所述的架构，其中所述偶数轴和奇数轴配置为通过所述离合器联接到一对旋转壳体，所述旋转壳体配置为通过另一对离合器联接到所述输入轴，并且其中所述跳跃轴配置为通过所述跳跃离合器、通过所述另一对离合器联接到所述输入轴，

3.根据权利要求1或2所述的架构，其中所述偶数轴和奇数轴中的每一个承载四个轮，所述中间轴承载三个轮。

4.根据权利要求1或2所述的架构，其中所述跳跃级包括中间跳跃轴，所述中间跳跃轴机械地联接到所述输出轴并承载配置为与由主跳跃轴承载的齿轮配合以限定所述预定跳跃比的多个齿轮。

5.根据权利要求1或2所述的架构，其中所述齿轮中的每一个以可自由旋转的方式承载在相应的轴上，所述变速器包括多个选择装置，所述选择装置配置为将所述齿轮可旋转地联接到相应的轴。

6.根据权利要求5所述的架构，其中所述选择装置包括爪式离合器或接头离合器。

7.根据权利要求1或2所述的架构，其中所述电动马达具有48伏的标称工作电压和/或小于5kW的输出功率。

8.根据权利要求1或2所述的架构，其中所述电动马达选择性地在相应的轴上操作。

9.根据权利要求1或2所述的架构，其中所述电动马达能够经由接头离合器或爪式离合器连接到相应的轴。

10.根据权利要求5所述的架构，其还包括电子控制单元，所述电子控制单元配置为控制所述电动马达。

11.根据权利要求10所述的架构，其中所述电子控制单元配置为控制所述选择装置，以便选择所选择的齿轮。

12.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的电动混合架构的方法，用于从齿轮比级的齿轮与范围齿轮级的齿轮组合变换到齿轮比级的另一齿轮与范围齿轮级的另一齿轮组合：

将离合器与由所述跳跃轴承载的离合器交换。