用于控制車輛變速器的促動器的方法與流程

本發明涉及用于控制車輛變速器的促動器的方法。本發明還涉及相應的計算機程序、計算機可讀介質、控制單元和車輛變速器。本發明可應用于車輛上，特別是諸如卡車或工程機械的重型車輛。然而，雖然將主要針對卡車來描述本發明，但本發明當然也可應用于其他類型的車輛，例如小轎車或大客車等。

背景技術：

關于車輛變速器，例如，用在諸如卡車或大客車等的重型車輛內的變速器，經常使用手自一體變速器。手自一體變速器自動改變檔位，使得檔位和改變檔位的具體時間被自動地執行。通常且已熟知的是：在齒輪同步時(即，接合套筒與待接合的齒輪之間的相對速度大致為零時)進行換檔。然而，在一些應用中發生非同步的換檔，且這些應用中很重要的是控制換檔，以例如實現非期望的噪聲的降低以及動態載荷的降低。

現有技術的解決方案提供了用于在車輛變速器內執行非同步換檔的方法，其通過對接合套筒施力以使接合套筒在朝向待接合的齒輪的方向上受力來進行。該接合套筒然后到達待接合的齒輪，由此發生了換檔。然而，這種用于換檔的方法經常與以下情形相關聯：當接合套筒在待接合的齒輪的軸向方向上撞到待接合的齒輪時，會產生高的動態載荷和非期望的噪聲。如果動態載荷過于嚴重，它們可能導致變速箱部件耐久性的降低以及由所述動態載荷引起的沖擊載荷，從而對變速箱電子器件有不利影響。

因此，需要提供一種用于在車輛變速器內執行非同步換檔的方法，該方法減小了相關的動態載荷并因此提高了變速器部件的耐久性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種在車輛變速器內執行換檔時減小動態載荷和非期望的噪聲的方法。此目的至少部分地通過根據權利要求1所述的用于控制車輛變速器的促動器的方法來實現。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于控制車輛變速器的促動器的方法，所述促動器連接到接合套筒，所述接合套筒能夠在車輛變速器的齒輪分離位置和齒輪接合位置之間軸向移位，以執行變速器換檔，其中，所述方法包括以下步驟：在第一預定時間段內促動所述促動器，以開始所述接合套筒從齒輪分離位置朝向齒輪接合位置的平移移動，其中，第一預定時間段短于所述接合套筒到達齒輪接合位置所需的總時間段；在第一預定時間段的持續期之后開始的第二預定時間段期間，確定所述接合套筒是否已到達齒輪接合位置；以及，如果在第二預定時間段期間確定所述接合套筒未能到達齒輪接合位置，則在第三預定時間段期間促動所述促動器。

在下文中及在整個描述的全文中，術語“齒輪分離位置”應解釋為接合套筒的如下位置：在該位置中，所述接合套筒未與在執行換檔時待接合的齒輪最終嚙合連接。因此，齒輪分離位置可以是接合套筒未連接到任何齒輪的位置，即中性位置，或者可以是所述接合套筒嚙合連接到一個齒輪但該齒輪不是換檔執行完成之后應當接合的那個齒輪的位置。例如，當執行從第一檔到第二檔的換檔時，接合套筒可處于開始換檔前的最初狀態，即與第一齒輪嚙合連接。在然后換檔已經開始并執行時，所述接合套筒嚙合連接到第二齒輪。在此示例性情況中，所述接合套筒和第一齒輪之間的嚙合連接因此應解釋為“齒輪分離位置”，即使所述接合套筒自身處于與齒輪的接合位置。類似地且根據上述示例性情況，齒輪接合位置因此應解釋為所述接合套筒與第二齒輪最終嚙合連接時(即，當換檔已執行且完成時)的位置。

此外，第一預定時間段和第二預定時間段應解釋為兩個分開的時間段。因此，第二預定時間段應解釋為在第一預定時間段完成之后開始的時間段。因此應理解的是，促動器在第二時間段期間不被促動。因此，促動器在第二時間段期間被分離或解除激活。也應理解的是，取決于車輛的具體應用或先決條件，這些預定的時間段各自的持續時間可以是不同的。例如，與在實現正常運行溫度前執行該方法相比，如果車輛變速器在正常運行溫度下運行，則第一預定時間段可具有更短的持續時間。外部空氣溫度是影響第一預定時間段的持續時長的另一參數。

再進一步地，可利用現行可用的變速器傳感器來確定所述接合套筒是否處于接合位置。

本發明基于如下見解，即：通過以較短的第一預定時間段來促動促動器以開始促動器朝向齒輪接合位置的平移移動，將足以將接合套筒送到齒輪接合位置。然而，如果接合套筒的齒例如在第二預定時間段期間將撞到要接合的齒輪的齒，則所述接合套筒上的將接合套筒引向接合位置的力將最終減小到將不能完全接合所述接合套筒的極限，此時所述接合套筒的齒不再與齒輪連接。因此，本發明也基于如下見解，即：如果確定所述接合套筒在第二預定時間段期間尚未到達齒輪接合位置，則應執行所述促動器的進一步促動，以便向接合套筒提供軸向力而允許所述接合套筒被接合。

本發明的優點是：當接合套筒的齒撞到待接合的齒輪的齒時，與在從接合套筒的分離位置到接合位置的完整的循環期間促動促動器相比，軸向方向上的動態載荷將降低。根據示例性實施例，所述方法還可包括緊接著進行的以下步驟：如果所述接合套筒在預定的最大容許時間段內未能到達齒輪接合位置，則促動所述促動器，直至確定所述接合套筒已到達齒輪接合位置。

由此，所述促動器在接合套筒上提供力，直至接合套筒完全接合，以在合理的時間極限內執行換檔。其優點在于：如果確定進一步提供促動脈沖將不完成換檔，則提供強制的換檔，直至過去了一段額外的時間。然而，應容易地理解的是，進一步的促動脈沖可在上述第三預定時間段之后但在預定的最大容許時間段已經過去之前提供給促動器。

根據示例性實施例，所述方法還可包括以下步驟：如果所述接合套筒在預定的最大容許時間段內未到達齒輪接合位置，則使接合套筒圍繞軸向延伸的幾何軸線相對于所述待接合的齒輪旋轉。

其優點是進一步允許將所述接合套筒定位在齒輪接合位置。由此，如果接合套筒卡在接合套筒的齒的邊沿與待接合的齒輪的齒的邊沿接觸的位置處，則接合套筒相對于待接合的齒輪的旋轉可使得接合套筒可進一步被引向齒輪接合位置。這可有利地與上文所述的促動所述促動器直至接合套筒被接合的示例性實施例相組合。

根據示例性實施例，第一時間段可在所述接合套筒的齒與和該接合套筒連接的齒輪的齒碰撞時結束。

由此，提供了預先設定的且良好地定義的時間段。而且，通過促動所述促動器直至接合套筒的齒撞到應與接合套筒連接的齒輪的齒，可提供促動脈沖，所述促動脈沖足以在接合套筒的齒與齒輪的根部對齊時進一步將接合套筒引向齒輪接合位置。

根據示例性實施例，所述促動器可以是氣壓缸，所述氣壓缸包括連接到接合套筒的換檔桿。

上述氣壓缸容易操作且可利用設有該變速器的車輛上的已有的空氣/氣體壓力供給箱。當然也可構思出其他類型的促動器，例如液壓促動器或電控促動器。

根據示例性實施例，可通過流體連通地布置在氣壓缸和空氣壓力供給箱之間的至少一個閥來控制所述氣壓缸。

術語“流體連通”應理解為包括通過空氣/氣體的連通。因此，術語“流體連通”應包括在氣壓缸和空氣壓力供給箱之間的空氣/氣體連通。

其優點是該閥可容易控制且可因此連接到控制單元，所述控制單元確定打開和關閉該閥的時間，以便促動器被促動/解除激活。

根據示例性實施例，可通過將至少一個閥設在打開狀態以使加壓空氣從空氣壓力供給箱被供給到氣壓缸來控制用于促動氣壓缸的時間段。

根據示例性實施例，所述變速器換檔可以是非同步換檔。

“非同步換檔”應解釋為如下的換檔，即：接合套筒的旋轉速度不與應與所示接合套筒接合的齒輪的旋轉速度同步。與同步換檔布置相比，非同步換檔的優點是需要更少的部件，因為例如不需要傳統的同步嚙合單元。而且，其部件一般也具有更輕的重量。因此，非同步換檔比同步換檔式設計更廉價。

根據本發明的第二方面提供了計算機程序，所述計算機程序包括程序代碼，當程序在計算機上運行時，該程序代碼用于執行涉及本發明第一方面的上述步驟中的任何步驟。根據示例，該計算機可以是嵌入式實時系統。

根據本發明的第三方面提供了載有計算機程序的計算機可讀介質，該計算機程序包括程序代碼，當計算機程序在計算機上運行時，該程序代碼執行涉及本發明第一方面的上述步驟中的任何步驟。根據示例，該計算機可以是嵌入式實時系統。

根據本發明的第四方面提供了一種控制單元，所述控制單元可連接到車輛變速器，該車輛變速器包括連接到接合套筒的促動器，其中，該接合套筒能夠在車輛變速器的齒輪分離位置和齒輪接合位置之間軸向移位，其中，該控制單元被構造為：在第一預定時間段期間促動所述促動器，以開始所述接合套筒從齒輪分離位置朝向齒輪接合位置的平移移動，其中，第一預定時間段短于所述接合套筒到達齒輪接合位置所需的總時間段；在第一時間段的持續期之后開始的第二時間段期間，確定接合套筒是否已達到齒輪接合位置；以及，如果在第二預定時間段期間確定所述接合套筒未能到達齒輪接合位置，則在第三預定時間段期間促動所述促動器。

根據示例性實施例，車輛變速器還可包括被布置成與所述促動器流體連通的至少一個閥，其中，所述控制單元連接到該至少一個閥并構造成控制所述閥以將所述閥設置在打開狀態或關閉狀態。

根據本發明的第五方面提供了一種車輛變速器，所述車輛變速器包括上文結合本發明的第四方面所述的控制單元。根據示例性實施例，該變速器可以是手自一體變速器(automated manual transmission)。

本發明的第二、第三、第四和第五方面的效果和特征類似于上文結合本發明的第一方面所述的效果和特征。

當閱讀所附權利要求和如下描述時，本發明的其他特征和優點將變得明顯。本領域普通技術人員將認識到，在不偏離本發明的范圍的情況下，本發明的不同特征可相互組合，以形成不同于下文所述的實施例的實施例。

附圖說明

通過下文對本發明典型實施例的說明性而非限制性的詳細描述，本發明的上述及其他目的、特征和優點將變得明顯，其中：

圖1是設有利用了根據本發明示例性實施例的方法的車輛變速器的卡車的側視圖；

圖2是示出了根據本發明示例性實施例的促動器以及車輛變速器的一部分的示意圖；

圖3a至圖3b示出了根據本發明的各檔位改變情形的示例性實施例；并且

圖4是示出了根據本發明示例性實施例的方法的流程圖。

具體實施方式

現在，下面將參考附圖更完整地描述本發明，所述附圖中示出了本發明的典型實施例。然而，本發明能夠以許多不同的形式實施且不應解釋為僅限于在此闡述的實施例；而是，這些實施例僅是為了充分公開和完整性而提供的。在說明書中的各處，相同的附圖標記表示相同的元件。

特別參考圖1，提供了帶有根據本發明的變速器100的車輛1。圖1中描繪的車輛1是卡車，如下文中進一步描述的，本發明的變速器和相關的用于控制促動器的方法特別適用于卡車。

轉到圖2，圖中示出了車輛變速器202的一部分，該變速器202連接到用于控制接合套筒206的促動器204。為理解簡單起見，促動器204被以剖視圖示出。更具體地，車輛變速器202包括變速器輸入軸208，所述變速器輸入軸208連接到車輛發動機(未示出)。變速器輸入軸208又通過一對相互嚙合的齒輪212、214連接到變速器副軸210。此外，副軸210通過相互嚙合的另外的齒輪進一步連接到變速器主軸216。雖然圖2描繪了變速器輸入軸208通過變速器副軸210連接到變速器主軸216，但當然也可構思出其他替代方案，例如在變速器輸入軸208和變速器主軸216之間的直接連接。車輛變速器202也可替代地包括兩個輸入軸。

此外，圖2中描繪的布置結構包括促動器204，在示例性實施例中，所述促動器是雙作用氣壓缸形式的氣壓促動器。促動器204包括換檔桿218，所述換檔桿218具有將促動器204分為活塞側236和活塞桿側238的密封構件219。換檔桿218和密封構件219布置成在促動器204內往復運動。換檔桿218又連接到換檔撥叉220。換檔撥叉220構造成接合套筒206接合，以將接合套筒206連接到主軸216的第一齒輪222，使得第一齒輪222機械地連接到主軸216。更具體地，在第一齒輪222和主軸216之間提供了軸承布置(未示出)，使得在第一齒輪222分離時在第一齒輪222和主軸216之間沒有力或轉矩傳遞。促動器204或促動器204的換檔桿218可使接合套筒206軸向移位，使得第一齒輪222連接到主軸216，因此在第一齒輪222和主軸216之間提供力或轉矩。圖2中描繪的換檔撥叉220進一步被構造為使接合套筒206在第一齒輪222和第二齒輪224之間軸向移動，以將第一齒輪222和第二齒輪224接合到主軸216或將第一齒輪222和第二齒輪224從主軸216分離。換檔撥叉220也可將接合套筒206定位在第一齒輪222和第二齒輪224之間的中性位置，使得齒輪222、224的任一個都不機械地連接到主軸216。雖然圖2僅示出了單獨的促動器204，但應容易理解的是，主軸216的剩余的接合套筒226、228也連接到用于執行換檔的各促動器。

此外，促動器204進一步連接到壓力供給箱230。在示例性實施例中，壓力供給箱230是包括加壓空氣的空氣箱。更具體地，促動器204與壓力供給箱230通過第一閥232和第二閥234流體連通。第一閥232流體連通地布置在壓力供給箱230和促動器204的活塞側236之間，而第二閥234流體連通地布置在壓力供給箱230和促動器204的活塞桿側238之間。閥232、234進一步連接到控制單元240，所述控制單元240控制所述閥232、234的促動和解除激活，以確定何時應將加壓空氣提供到促動器204的活塞側236或提供到促動器204的活塞桿側238，或根本不向促動器204提供加壓空氣。圖2中示出的第一閥232和第二閥234是電控閥，例如電控螺線管，所述電控螺線管電連接到控制單元240。然而，當然可構思出其他類型的閥，例如由彈簧或液壓流體等促動的機械控制閥。取決于具體的應用，壓力供給箱當然也可包含其他類型的氣體。如果所述促動器例如是液壓促動器，則壓力供給箱也可替代地包括加壓的液壓流體。

下面將描述該促動器的功能。當控制單元促動第一閥232并同時將第二閥234解除激活時，加壓空氣從壓力供給箱230被引導出并引導到促動器204的活塞側236。由此，換檔桿218和密封構件219在促動器204內在朝著促動器的活塞桿側238的方向上軸向移位。由此，活塞側236的體積增大，而活塞桿238側的體積減小。當控制單元240促動第一閥232時，換檔撥叉220將接合套筒206朝向第一齒輪222引導。最終，接合套筒206將設置在接合位置，以使第一齒輪222機械地連接到主軸216。

當在下文中描述第一齒輪222應從主軸216分離時，控制單元240促動第二閥234并將第一閥232解除激活。由此，加壓空氣從壓力供給箱230提供到促動器204的活塞桿側238，使得換檔桿218和密封構件219在促動器204內朝著促動器204的活塞側236軸向移位。先前提供到促動器204的活塞側236的空氣例如被釋放到車輛變速器202的周圍環境內。從促動器204的活塞側236排出的空氣也可提供到一些類型的箱或收集容器等內，而不是排放到車輛變速器202的周圍環境中。

當換檔桿218和密封構件219被朝向促動器204的活塞側236引導時，所述接合套筒將從第一齒輪222的齒輪接合位置移位到齒輪分離位置，在齒輪分離位置，第一齒輪不再通過所述接合套筒機械地連接到主軸。

現在轉到圖3a和圖3b，其示出了使用根據本發明的方法改變檔位的情形的兩個示例性實施例。首先，將參考圖3a進行描述，其示出了示例性實施例，其中，接合套筒206相對平滑地設置在齒輪接合位置，即，在控制單元240促動了用于將接合套筒206定位在齒輪接合位置的閥232、234中的一個之后，接合套筒206在該接合套筒的齒撞到要與該接合套筒連接的齒輪的齒之后以相對短的時間被定位在接合位置。另一方面，圖3b示出了示例性實施例，其中，在接合過程期間，接合套筒206在該接合套筒206的齒碰到要與該接合套筒連接的齒輪的齒之后以相對長的時間被定位在接合位置中。因此，圖3a示出了迅速的接合過程，而圖3b示出了稍微不迅速的接合過程。

因此，首先參考圖3a，其示出了根據本發明實施例的換檔情形。圖中的x軸是接合過程經過的時間段，即換檔的時間段，而y軸是接合套筒206的位置302以及所述閥232、234之一的促動程度304。應理解的是，圖3a中描繪的檔位改變情形可用于促動第一閥232和第二閥234的任一個，但為便于理解本發明，下文將僅參考第一閥232的促動和解除激活。在T0時刻，第一閥232被促動，即第一閥232被定位在打開狀態，并且，來自壓力供給箱230的加壓空氣被提供到促動器204的活塞側236。因此，在T0處，第一閥232被促動304。進一步，在T1處，換檔桿218、換檔撥叉220和接合套筒206開始朝向待接合的齒輪的軸向移動，即朝向齒輪接合位置的軸向移動。換檔桿218、換檔撥叉220和接合套筒206被繼續朝向待接合的齒輪引導，直至接合套筒206的齒碰撞要與接合套筒連接的齒輪的齒，這被圖示為在時刻T2處發生。在T2處，控制單元240也將第一閥232解除激活，使得不將另外的加壓空氣供給到促動器204的活塞側。由此，促動器204已被促動第一預定時間段306。然而，應理解的是，接合套筒不必必需在控制單元240將第一閥232解除激活的同時到達接合套筒與其要接合的齒輪碰撞的位置。因此，控制單元將第一閥232解除激活的時間T2可在接合套筒與齒輪的齒碰撞之前/之后發生。在時間T2和時間T3之間，接合套筒206的速度大致為零，并且，旨在進一步將接合套筒朝向齒輪接合位置引導的力減小，因為促動器不再被促動。然而在時間T3，接合套筒206的齒不再與齒輪的齒接觸。因此，接合套筒206可繼續被朝向齒輪接合位置引導，這在時間T4處執行。因此，在T4處，接合套筒定位在齒輪接合位置且換檔完成，該接合套筒在第一時間段306的持續期之后開始的第二預定時間段308內到達齒輪接合位置。在以310表示的總時間段內，接合套筒達到齒輪接合位置。

由于從接合套筒的齒與齒輪的齒碰撞時的時刻T2至接合套筒繼續被朝向齒輪接合位置引導時的時刻T3的相對短的時間段，在第一預定時間段期間提供到促動器的力足以完成換檔過程。

在理想的換檔過程期間，即在接合套筒的齒和要與該接合套筒接合的齒輪的齒之間無碰撞時，時刻T2和時刻T3是同一時間，即二者重合。

現在替代地參考圖3b，其示出了根據本發明實施例的另一個換檔情形。x軸和y軸代表了與上文參考圖3a所述相同的參數。此外，時間步驟T0至T2與上文參考圖3a所述的類似。因此，在T2處，在促動器被促動時，經過了第一預定時間段306，且所述接合套筒的齒已與齒輪的齒碰撞。在第二預定時間段308的持續期之后，確定所述接合套筒206尚未達到齒輪接合位置。因此，確定需要對促動器204的進一步促動，以在換檔桿218上提供力，使得該換檔桿可進一步將接合套筒引導到齒輪接合位置。因此，在第二預定時間段308的持續期之后，促動器206又在第三預定時間段312期間被促動。因此，進一步的力被提供到換檔桿218。在第三預定時間段的持續期之后，該促動器將在第四預定時間段314期間被解除激活。如果在經過了第四預定時間段314的持續期之后接合套筒206尚未達到齒輪接合位置，則控制單元240在第五預定時間段316期間又將促動所述促動器204。因此，根據圖3b中描繪的示例性實施例，在T4處，接合套筒206的齒不再與齒輪的齒連接且接合套筒206可繼續被朝向齒輪接合位置引導。

在圖3b描繪的示例性實施例中，在促動器204在第五預定時間段期間被促動之后，接合套筒達到齒輪接合位置。然而，在其中在預定的最大容許時間段318內該接合套筒206未到達齒輪接合位置的情況中，控制單元240促動促動器204，直至接合套筒206被設置在齒輪接合位置。因此，如果執行換檔所用的時間過長，則執行促動器204的最終促動320。與促動器的最終促動320相結合，該接合套筒可相對于要與該接合套筒連接的齒輪旋轉，以進一步促進二者之間的連接。

在預定時間段內提供短的促動脈沖的優點是減小了系統的動態力，同時仍保持足以將接合套筒引導到齒輪接合位置的力。

為了總結根據本發明的執行換檔的方法，與圖2相結合地參考圖4。

首先，在第一預定時間段306期間，通過將第一閥232定位在打開狀態以允許將加壓氣體從壓力供給箱230引導到促動器204的活塞側236來促動S1所述促動器204。然后，在第二預定時間段308期間，確定S2上述接合套筒206是否處于齒輪接合位置。如果接合套筒206處于齒輪接合位置中，則換檔完成S4且該過程結束。另一方面，如果在第二預定時間段308的持續期之后確定所述接合套筒206未處于齒輪接合位置，則在第三預定時間段312期間促動S3所述促動器204。

在經過了第三預定時間段312之后，在第四預定時間段314期間確定接合套筒206是否處于齒輪接合位置。如果接合套筒206處于齒輪接合位置中，則換檔完成S4且該過程結束。另一方面，如果在第四預定時間段314的持續期之后確定接合套筒206未處于齒輪接合位置中且確定S6已過了預定的最大容許時間段318，則促動器204在第五預定時間段316期間被再次促動。如果已過了預定的最大容許時間段318，則控制單元240促動S7促動器，直至接合套筒206到達齒輪接合位置。

應理解的是，本發明不限于以上所述且在附圖中示出的實施例；而是本領域普通技術人員將認識到，在所附帶權利要求的范圍內可進行許多改變和修改。例如，以上所述的在閥被促動和/或解除激活時的時間段應解釋為示例，且這些時刻可在例如接合套筒的齒與齒輪的齒碰撞稍前或稍后發生。本發明也不限于所述接合套筒被促動到其接合位置之前的上述時間段的數量。因此，在本發明的范圍內，應考慮將促動脈沖提供到促動器的更多或更少的時間段。