电传动系统和换挡方法与流程

文档序号:22088240发布日期:2020-09-01 20:21阅读:324来源:国知局
电传动系统和换挡方法与流程

本发明涉及一种电传动系统并且涉及一种使电传动系统的挡位切换的方法。当前提出的类型的电传动系统可以在非公路车辆中找到应用,诸如在拖拉机、土方车辆、物料搬运车辆、采矿车辆等类似的非公路车辆。



背景技术:

用于机动车辆的传动系统通常配备有变速器,该变速器构造成将由诸如内燃发动机的动力源提供的扭矩传递到车辆输出。车辆输出可包括地面接合结构,该地面接合结构例如包括一个或多个车轮。通常,变速器包括多个轴和齿轮,并且允许通过选择性地接合用于将扭矩从动力源传递至车辆输出的不同齿轮来改变动力源与车辆输出之间的传动比。

然而,换挡通常包括接合和脱离不同速度旋转的齿轮和轴,这些齿轮和轴承受不同的驱动扭矩或联接到不同的机械负载。因此,换挡可能引起变速器的高度磨损,并可能由于减小的扭矩传递的延长的时间段或由于当齿轮和轴以不同速度旋转或啮合时可能发生的机械冲击而损害传动系统的操作性。



技术实现要素:

因此,本发明所覆盖的问题包括设计一种传动系统,该传动系统在换挡期间优选地减少机械磨损并且优选地改善该传动系统的操作性。此外,用于生产和维持动力传动系统的成本应当优选较低。问题还包括设计一种在所述传动系统中换挡的方法。

该问题通过如独立权利要求中所限定的电传动系统以及使电传动系统换挡的方法来解决。在从属权利要求中描述了特定实施例。

当前提出的电传动系统、特别是用于诸如非公路车辆的车辆中的电传动系统包括:

电驱动马达;以及

变速器,该变速器包括:

输出轴,以及

同步器,优选地能液压致动的同步器,该同步器用于经由第一齿轮和第二齿轮中的一个将电驱动马达与输出轴选择性驱动地接合,第一齿轮在电驱动马达和输出轴之间提供第一传动比γ1,第二齿轮在电驱动马达和输出轴之间提供第二传动比γ2;以及

电子换挡控制器,该电子换挡控制器用于控制从第一齿轮到第二齿轮的换挡;

其中,该电子换挡控制器构造成:

致动同步器以脱离第一齿轮并且接合第二齿轮,以及

使电驱动马达的马达速度与目标速度同步。

在换挡过程中使马达速度与目标速度同步可保证特别快速和平滑的换挡,由此改善动力传动系统的操作性并最大程度地减少动力传动系统部件的磨损。能液压致动的同步器可在较长的运行时间段上特别可靠地运行,并且可以以低成本来制造和维护。

在下文中,使第一齿轮脱离的过程可以称为脱离阶段。将马达速度与目标速度同步的过程可以称为同步阶段。并且,接合第二齿轮的过程可以称为接合阶段。

通常,电子换挡控制器构造成在第一齿轮已经脱离之后并且在第二齿轮开始接合之前使马达速度与目标速度同步。即,通常,传动系统处于空挡,并且在同步阶段期间电驱动马达不与输出轴接合。传动系统还可包括诸如一个或多个车轮的地面接合结构。然后,输出轴可以与所述地面接合结构驱动地接合或选择性驱动地接合。

变速器还可包括输入轴,该输入轴与电驱动马达驱动地接合并且经由第一齿轮和第二齿轮中的一个与输出轴选择性驱动地接合。当马达与输出轴驱动地接合时,马达与输出轴之间的传动比γ被定义为γ=ωmot/ωout,其中ωmot为电驱动马达的转速,并且其中ωout为输出轴的转速。

电子换挡控制器构造成基于输出轴速度ωout且基于第二传动比γ2来确定马达的目标速度。例如,目标速度ωtar可以定义为ωtar=ωout·γ2。即,目标速度通常由换挡完成后的电驱动马达的转速来定义。电子换挡控制器可以构造成通过执行诸如反馈控制算法的控制算法来使马达速度与目标速度同步。

同步器可以是诸如液压缸的包括液压致动器的能液压致动的同步器。例如,变速器可以包括变速器轴,在该变速器轴上设有第一齿轮和第二齿轮。变速器轴可以与输入轴或输出轴相同,或者变速器轴可以与输入轴和输出轴不同。然后,液压致动器可以构造成将第一齿轮和第二齿轮中的一个与变速器轴选择性驱动地接合。例如,能液压致动的同步器可包括可动构件,诸如能移动地设置在变速器轴上并构造成将第一齿轮和第二齿轮中的任一个与变速器轴选择性地接合的换挡轴环。然后,液压致动器可以与可动构件联接,以便相对于变速器轴移动可动构件。并且,能液压致动的同步器还可包括用于控制液压致动器的控制阀。例如,电子换挡控制器可以构造成通过改变控制阀的控制位置来致动同步器以脱离第一齿轮和/或接合第二齿轮。

为了有助于第一齿轮的脱离并且使第一齿轮和同步器的机械磨损最小化,电子换挡控制器可以构造成在脱离期间把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第一最大扭矩|tdis|直到第一齿轮脱离,以使得在脱离阶段期间,优选地在整个脱离阶段|tmot|≤|tdis|。第一最大扭矩|tdis|可以是允许第一齿轮脱离的最大扭矩。优选地,|tdis|>0。此外,电子换挡控制器可以构造成在脱离阶段期间或在整个脱离阶段控制电驱动马达以使得电驱动马达提供非零的扭矩|tmot|>0。例如,这可以加速随后的同步过程。

同时,为了加速同步阶段,在脱离阶段期间,通常优选在第一齿轮上施加最大可容许量的扭矩。为此,电子换挡控制器可以构造成在脱离阶段期间把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|设定到最大扭矩|tdis|直到第一齿轮脱离,以使得在脱离阶段期间、优选地在整个脱离阶段|tmot|=|tdis|。

取决于同步器或能液压致动的同步器的机构,可能难以预先确定同步器开始接合第二齿轮的确切时间点。因此,在同步阶段由电驱动马达提供的过量扭矩可能导致:在随后的第二齿轮的接合期间,同步器的内衬材料的磨损;内衬材料燃烧;连接元件不可逆转的锁定并且可能断裂;在接合阶段的最后部分发出嘎嘎声并有同步器齿的轮廓损坏。

因此,为了有助于第二齿轮的接合并且使机械磨损最小化以避免上述风险,电子换挡控制器可以构造成在同步期间把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第二最大扭矩|tsync|直到马达速度已经与目标速度同步,以使得在同步阶段期间,优选地在整个同步阶段|tmot|≤|tsync|。优选地,|tsync|>0。换句话说,电子换挡控制器可以构造成在同步阶段期间或在整个脱离阶段控制电驱动马达以使得电驱动马达提供非零的扭矩|tmot|>0。

并且类似地,为了有助于第二齿轮的接合并且避免接合机构的锁定以及可能的部件断裂或同步器齿廓的嘎嘎声,电子换挡控制器可以构造成在第二档位的接合期间把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第三最大扭矩|teng|直到第二齿轮接合,以使得在接合阶段期间,优选地在整个接合阶段|tmot|≤|teng|。第三最大扭矩|teng|可以是允许第二齿轮接合的最大扭矩。优选地,|teng|>0。换句话说,|teng|可以是非零的。具体地,电子换挡控制器可以构造成在接合阶段期间或在整个接合阶段控制电驱动马达以使得电驱动马达提供非零的扭矩|tmot|>0。优选地,在同步阶段期间马达扭矩可被限制到的第二最大扭矩|tsync|等于或大于在接合阶段可能马达扭矩被限制到的第三最大扭矩|teng|。但是,同样可以想到|tsync|小于或等于|teng|,即,可以想到|tsync|≤|teng|。

在脱离阶段期间和在第一齿轮脱离之前,马达速度ωmot和输出轴速度ωout之间的关系定义为ωmot=ωout·γ1。然而,第一齿轮的脱离通常导致马达速度ωmot突然偏离ωout·γ1。因此,电子换挡控制器可以构造成确定以下时间点,即,在该时间点时,第一齿轮已经脱离,和/或在该时间点时,可以开始基于马达速度并且基于输出轴速度而把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第二最大扭矩|tsync|,例如在|ωmot–ωout·γ1|>d1的时间点,其中d1可以是第一预定阈值。

类似地,电子换挡控制器可以构造成确定以下时间点,即,在该时间点时,马达速度已经与目标速度同步,和/或在该时间点时,可以开始基于马达速度并且基于输出轴速度而把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第三最大扭矩|teng|,例如在|ωmot–ωout·γ2|<d2的时间点,其中d2可以是第二预定阈值。

从第一齿轮到第二齿轮的换挡可以是升挡,以关系γ1>γ2来定义。在这种情况下,电子换挡控制器可以构造成通过控制电驱动马达在输入轴上施加负扭矩以降低马达速度来使马达速度与目标速度同步。或者换句话说,当从第一齿轮到第二齿轮的换挡是升挡时,电子换挡控制器可以构造成在同步阶段期间减小电子驱动马达的输出扭矩。替代地,从第一齿轮到第二齿轮的换挡可以是降挡,以关系γ1<γ2来定义。在这种情况下,电子换挡控制器可以构造成通过控制电驱动马达在输入轴上施加正扭矩以提高马达速度来使马达速度与目标速度同步。或者换句话说,当从第一齿轮到第二齿轮的换挡是降挡时,电子换挡控制器可以构造成在同步阶段期间增加电子驱动马达的输出扭矩。在两种情况下(升挡和降挡),电驱动马达在同步阶段期间施加在变速器输入轴上的输出扭矩优选地始终起作用,以使马达速度ωmot与ωtar=ωout·γ2之差的绝对值最小化,即,使得|ωmot–ωout·γ2|最小化

并且,目前提出的在上面限定的电传动系统中换挡的方法包括以下步骤:

致动同步器以脱离第一齿轮并且接合第二齿轮,以及

使电驱动马达的马达速度与目标速度同步。

该方法还可以包括以下步骤中的至少一个或多个:

(i)在脱离第一齿轮的步骤中,把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第一最大扭矩|tdis|,并且可选地控制电驱动马达(2)以提供非零扭矩|tmot|>0直到第一齿轮脱离,以使得在第一齿轮脱离期间|tmot|≤|tdis|,其中第一最大扭矩|tdis|优选地为非零的并且可以是允许第一齿轮脱离的最大扭矩;

(ii)在使马达速度与目标速度同步的步骤中,把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第二最大扭矩|tsnyc|,其中|tsnyc|优选地为非零的,并且并且可选地控制电驱动马达(2)以提供非零的扭矩|tmot|>0直到马达速度已经与目标速度同步,以使得在使马达速度与目标速度同步期间|tmot|≤|tsync|;以及

(iii)在接合第二齿轮的步骤中,把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第三最大扭矩|teng|,并且可选地控制电驱动马达(2)以提供非零扭矩|tmot|>0直到第二齿轮接合,以使得在第二齿轮接合期间|tmot|≤|teng|,其中第三最大扭矩|teng|优选地为非零的并且可以是允许第二齿轮接合的最大扭矩。

把由电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第一最大扭矩|tdis|的步骤还可以包括把由所述电驱动马达提供的扭矩的绝对值|tmot|设定到最大扭矩|tdis|直到第一齿轮脱离,以使得在第一齿轮脱离期间|tmot|=|tdis|。

当从第一齿轮到第二齿轮的换挡是升挡(γ1>γ2)时,使马达速度与目标速度同步的步骤可以包括控制电驱动马达在输入轴上施加负扭矩以使输入轴减速。把当从第一齿轮到第二齿轮的换挡是降挡(γ1<γ2)时,使马达速度与目标速度同步的步骤可以包括控制电驱动马达在输入轴上施加正扭矩以使输入轴加速(译者注,此处原文有误)。

附图说明

本发明的实施例在下面的详细说明中描述,并在附图中描绘,附图中:

图1示出了包括具有能液压致动的同步器的两速变速器的电传动系统的实施例的示意图;

图2示出了图1的能液压致动的同步器的详细视图的示意图;

图3是表示在升挡期间换挡控制参数的时间轨迹;以及

图4是表示在降挡期间换挡控制参数的时间轨迹。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电力传动系统1的示意图。传动系统1包括电驱动马达2、变速器3和构造成控制马达2和变速器3的电子变速器控制器4。

变速器3包括与马达2驱动地接合或选择性驱动地接合的输入轴5和输出轴6。应当理解的是,在图1中所示实施例的变化中,输入轴5可以经由一个或多个中间轴和多个中间齿轮与马达2驱动地接合或选择性驱动地接合。输出轴6可以与地面接合结构驱动地接合或选择性驱动地接合,该地面接合结构例如可以包括一个或多个车轮。变速器3包括固定地设置在输入轴5上的齿轮5a和5b,使得齿轮5a和5b始终与输入轴5一起旋转。齿轮5a的半径和直径大于齿轮5b的半径和直径。并且,变速器3包括可旋转地设置在输出轴6上的高挡齿轮6a和低挡齿轮6b。高挡齿轮6a与齿轮5a驱动接合或啮合,并且低挡齿轮6b与齿轮5b驱动接合或啮合。高挡齿轮6a的半径和直径小于低挡齿轮6b的半径和直径。

变速器3还包括同步器7。在图1所示的实施例中,同步器7被构造成包括液压单元8的能液压致动的同步器,该液压单元8用于借助于液压力来致动可动构件9。液压单元8的更详细的视图在图2中示出并且在下面进一步描述。应当理解的是,在图1所示的实施例的变化中,变速器3可以包括另外的齿轮和/或轴,另外的齿轮和/或轴构造成在马达2和输出轴6之间选择性地提供另外的传动比。

液压单元8构造成使可动构件9相对于输出轴6移动,以经由高挡齿轮6a和低挡齿轮6b中任一个将马达2与输出轴6选择性驱动地接合。例如,同步器7可以包括同步啮合单元,并且可动构件9可以构造成与高挡齿轮6a和低挡齿轮6b中的任一个选择性地摩擦接合的可动的换挡轴环,并且被构造成将高挡齿轮6a和低挡齿轮6b中的任一个选择性地锁定至输出轴6,以便高挡齿轮6a和低挡齿轮6b中的任一个分别可与输出轴6选择性地旋转。这种类型的同步啮合单元在汽车变速器领域中是众所周知的。可以理解的是,在图1所示的实施例的变化中,同步器7可以构造成包括用于使可动构件9移动的电致动器的可电致动的同步器,而不是包括图1所示的液压单元8。

当马达2与输出轴6驱动地接合时,马达2与输出轴6之间的传动比γ总体上被定义为γ=ωmot/ωout,其中ωmot为电驱动马达的转速,并且其中ωout为输出轴的转速。当可动构件9将高挡齿轮6a锁定至输出轴6时,输出轴6和马达2经由高挡齿轮6a和齿轮5a驱动地接合,由此在马达2和输出轴6之间提供传动比γa。并且,当可动部件9将低挡齿轮6b锁定至输出轴6时,输出轴6和马达2经由低挡齿轮6b和齿轮5b驱动地接合,由此在马达2和输出轴6之间提供传动比γb。

在图1所示的实施例中,齿轮5a、5b、6a、6b的尺寸被设计成使γa<γb。即,在给定马达速度ωmot和马达输出扭矩tmot的情况下,使高挡齿轮6a与输出轴6接合可提供较高输出轴速度ωout,a=ωmot/γa和较低输出轴扭矩tout,a=tmot·γa。并且,在给定相同的马达转速ωmot和相同的马达输出扭矩tmot的情况下,使低挡齿轮6b与输出轴6接合可提供较低输出轴转速ωout,b=ωmot/γb和较高输出轴扭矩tout,b=tmot·γb,其中ωout,a>ωout,b并且其中tout,a<tout,b。

变速器3还包括被构造成测量输出轴6的转速的速度传感器10。电驱动马达2、液压单元8和速度传感器10经由有线或无线连接4a至4c与控制器4连接。控制器4被构造成例如基于马达速度ωmot、马达扭矩tmot、输出轴速度ωout以及可动构件9的接合位置中的至少一个来致动同步器7。并且控制器4被构造成例如基于马达速度ωmot、马达扭矩tmot、输出轴速度ωout以及可动构件9的接合位置中的至少一个来控制马达速度ωmot和/或马达扭矩tmot。

图2示出了能液压致动的同步器7的示意图,包括液压单元8的详细视图。这里和下文中,重复特征由相同的附图标记表示。液压单元8包括诸如液压泵的高压源8a、低压箱8b、可电控制的4/3通(三位四通)控制阀8c以及联接至同步器7的可动构件9的诸如液压缸的液压致动器8d。阀8c具有控制位置a、b和n。控制器4被构造成通过控制一个或多个电磁铁中的电流将阀8c选择性地切换到控制位置a,b中的任一个。

取决于阀8c的控制位置,液压致动器8d可以沿着两个方向中的任一方向选择性地移动可动构件9,例如沿着输出轴6在两个方向中的任一方向,以将高挡齿轮6a和低挡齿轮6b中的任一个选择性地接合输出轴6。当阀8c切换到控制位置a时,液压致动器8d使可动构件9朝向与高挡齿轮6a接合的方向(即,朝向图2的左边)移动。如图2所示,当阀8c被切换到控制位置b时,液压致动器8d使可动构件9朝向与低挡齿轮6b接合的方向(即,朝向图2的右边)移动。

图3和图4示出了图1的电传动系统1中的齿轮换挡的方法的步骤。具体地,图3示出了一组控制参数在从低挡齿轮6b到高挡齿轮6a的升挡期间的时间轨迹。并且,图4示出了同一组控制参数在从高挡齿轮6a到低挡齿轮6b的降挡期间的时间轨迹。特别地,图3和图4各自示出了阀控制信号11、马达速度12、马达速度设定点13以及马达扭矩极限14的时间轨迹。图3和图4中的阀控制信号11的值“a”和“b”分别对应于如图2中所示的控制阀8c的控制位置a和b。即,当阀控制信号11取值“a”时,阀8c切换至控制位置a,并且当阀控制信号11取值“b”时,阀8c切换至控制位置b。

以下是对在图3中所示的从低挡齿轮6b到高挡齿轮6a的升挡期间执行的方法步骤的说明。

在时间t0,阀8c切换到控制位置b,并且同步器7将低挡齿轮6b锁定到输出轴6,以使低挡齿轮6b与输出轴6一起旋转。马达2与输出轴6之间的传动比设定为γb。高挡齿轮6a相对于输出轴6自由旋转。马达2以马达速度ωmot,b转动。

在时间t1(t1>t0),控制器4通过将控制阀8c切换到控制位置a来开始从低挡齿轮6b到高挡齿轮6a的升挡,由此使得包括致动器8d的同步器7逐渐脱离低挡齿轮6b。时间t1标志着脱离阶段15的开始。控制器4可以基于例如由操作者提供的输入命令、当前马达速度以及当前马达扭矩中的至少一个在时间t1开始升挡。在时间t1脱离阶段15开始时,控制器4将马达扭矩极限14进一步设定至下限–tdis,由此将由马达2施加的扭矩限制为值tmot≥–tdis或|tmot|≤|tdis|。|tdis|可以是马达2在低挡齿轮6b脱离期间可能施加而不会导致施加在低挡齿轮6b和/或同步器7上的扭矩或应力超过预定的阈值扭矩的最大扭矩,由此保证低挡齿轮6b的平滑脱离。优选地,|tdis|是非零的,即|tdis|>0,并且控制器4可以控制电驱动马达2在脱离阶段期间或在整个脱离阶段提供非零扭矩|tmot|>0。

在脱离阶段15期间,控制器4基于由速度传感器10测量的输出轴6的当前速度ωout并且基于在完成向高挡齿轮6a的升挡之后由高挡齿轮6a提供的传动比γa来确定马达速度设定点13的更新值,也称为目标速度ωtar。具体地,由控制器4确定的目标速度由ωtar=γa·ωout定义。当马达速度设定点被设定为ωtar时,控制器4开始将马达速度ωmot与先前通过主动地控制马达扭矩tmot和/或马达速度ωmot计算的目标速度ωtar=γa·ωout同步。但是,只有当脱离阶段已经在时间t2完成后,马达速度才开始改变。在脱离阶段15已经完成之前更新马达速度设定点13可允许使马达速度变化恰好在脱离阶段完成时发生。

在时间t2(t2>t1),同步器7已经使低挡齿轮6b从输出轴6完全脱离。时间t2标志着同步阶段16的开始。在同步阶段16期间,低挡齿轮6b和高挡齿轮6a两者都与输出轴6脱离并且相对于输出轴6自由旋转。在时间t2同步阶段16开始时,马达速度在同步器摩擦扭矩和马达扭矩tmot的作用下开始改变,由此加速同步过程并减少同步器7和/或高挡齿轮6a的磨损。控制器4可以被构造成在同步阶段16期间基于使用速度传感器10对输出轴6的速度ωout的连续测量而连续更新目标速度ωtar=γa·ωout的值。

在同步阶段16期间或在整个同步阶段16,控制器4控制马达2以在输入轴5上施加或应用非零扭矩,特别是负扭矩,导致马达2减速。换句话说,在同步阶段16期间,控制器4控制马达2以减小马达速度ωmot与目标速度ωtar=γa·ωout之间的差的绝对值。控制器4可以使用例如闭环(反馈)控制以使马达速度ωmot与目标速度ωtar=γa·ωout同步。

在时间t3(t3>t2),控制器4确定|ωmot–ωout·γb|>d1,,表示低挡齿轮6b已从输出轴6脱离。d1例如可以是预定的阈值。然后,在时间t3,控制器4将马达扭矩极限14设定为下限–tsync,由此将由马达2施加的扭矩限制为值tmot≥–tsync或|tmot|≤|tsync|。优选地,|tsync|>0。在同步阶段16期间限制马达扭矩可以减小当同步器7开始接合高挡齿轮6a时施加在高挡齿轮6a和/或同步器上的扭矩或应力。

在时间t4(t4>t3),控制器4确定|ωmot–ωout·γa|<d2,表示马达速度ωmot已经与目标速度ωtar=γa·ωout同步,并且包括液压致动器8d的同步器7将使高挡齿轮6a与输出轴6啮合。d2例如可以是预定的阈值。然后,在时间t4,控制器4将马达扭矩极限14设定为下限–teng,由此将马达2施加的扭矩限制为值tmot≥–teng或|tmot|≤|teng|。优选地,|teng|是非零的,即|teng|>0,并且控制器4可以控制电驱动马达2在接合阶段期间或在整个接合阶段提供非零扭矩|tmot|>0。在同步器7开始使高挡齿轮6a与输出轴6接合之前限制马达扭矩可以减小在高挡齿轮6a接合期间施加在高挡齿轮6a和/或同步器7上的扭矩或应力。在图3所示的实施例中,|tsync|≥|tdis|并且|tsync|≥|teng|,从而能以目标速度ωtar=γa·ωout加速马达速度ωmot。可以理解的是,在备选实施例中,可以选择|tsync|以使|tsync|≤|teng|,例如用以保证一旦马达速度ωmot和目标速度ωtar=γa·ωout已经同步,就最大程度地平滑接合高挡齿轮6a。

在时间t5(t5>t4),包括液压致动器8d的同步器7开始将高挡齿轮6a与输出轴6接合。时间t5标志着同步阶段16的结束和接合阶段17的开始。在整个接合阶段17,马达扭矩限制为|tmot|≤|teng|。

在时间t6(t6>t5),同步器7已经完成高挡齿轮6a与输出轴6的接合,以使高挡齿轮6a被锁定到输出轴6并与输出轴6一起旋转。马达2和输出轴6之间的传动比现在由γa定义。

以下是对在图4中所示的从高挡齿轮6a到低挡齿轮6b的降挡期间执行的方法步骤的说明。

在时间t0,阀8c被切换到控制位置a,并且同步器7将低挡齿轮6b锁定到输出轴6,以使低挡齿轮6b与输出轴6一起旋转。马达2与输出轴6之间的传动比设定为γa。低挡齿轮6b相对于输出轴6自由旋转。马达2以马达速度ωmot,a转动。

在时间t1(t1>t0),控制器4通过将控制阀8c切换到控制位置b来开始从高挡齿轮6a到低挡齿轮6b的降挡,由此使得包括致动器8d的同步器7逐渐脱离高挡齿轮6a。时间t1标志着脱离阶段15的开始。控制器4可以基于例如由操作者提供的输入命令、当前马达速度以及当前马达扭矩中的至少一个在时间t1开始降挡。在时间t1脱离阶段15开始时,控制器4将马达扭矩极限14进一步设定至上限tdis,由此将由马达2施加的扭矩限制为值tmot≤tdis或|tmot|≤|tdis|。再一次的,|tdis|可以是马达2在高挡齿轮6a脱离期间可能施加而不会导致施加在高挡齿轮6a和/或同步器7上的扭矩或应力超过预定的阈值扭矩的最大扭矩,由此使磨损最小化并保证高挡齿轮6a的平滑脱离。优选地,|tdis|是非零的,并且控制器4可以控制电驱动马达2在脱离阶段期间或在整个脱离阶段提供非零扭矩|tmot|>0。

在脱离阶段15期间,控制器4基于由速度传感器10测量的输出轴6的当前速度ωout并且基于在完成向低挡齿轮6b的降挡之后由低挡齿轮6b提供的传动比γb来确定马达速度设定点13的更新值,也称为目标速度ωtar。具体地,由控制器4确定的目标速度由ωtar=γb·ωout定义。此时,控制器4通过主动控制马达扭矩tmot开始将马达速度ωmot与先前计算的目标速度ωtar=γb·ωout同步。

在时间t2(t2>t1),同步器7已经使高挡齿轮6a从输出轴6完全脱离。时间t2标志着同步阶段16的开始。在时间t2,马达速度开始变化。在同步阶段16期间,高挡齿轮6a和低挡齿轮6b两者都与输出轴6脱离并且相对于输出轴6自由旋转。在时间t2同步阶段16开始时,马达速度ωmot在同步器摩擦扭矩和马达扭矩的作用下开始朝着先前计算的目标速度ωtar=γb·ωout变化,由此加速同步过程并减少同步器7和/或低挡齿轮6b的磨损。控制器4可以被构造成在同步阶段期间基于使用速度传感器10对输出轴6的速度ωout的连续测量而连续更新目标速度ωtar=γb·ωout的值。

在同步阶段16期间,控制器4控制马达2以在输入轴5上施加或应用非零扭矩,特别是正扭矩,导致马达2加速。换句话说,在同步阶段16期间,控制器4控制马达2以减小马达速度ωmot与目标速度ωtar=γb·ωout之间的差的绝对值。控制器4可以使用例如开环控制或闭环(反馈)控制以使马达速度ωmot与目标速度ωtar=γb·ωout同步。

在时间t3(t3>t2),控制器4确定|ωmot–ωout·γa|>d3,,表示高挡齿轮6a已从输出轴6脱离。d3例如可以是预定的阈值。然后,在时间t3,控制器4将马达扭矩极限14设定为上限tsync,由此将马达2施加的扭矩限制为值tmot≤tsync或|tmot|≤|tsync|。优选地,|tsync|>0。在同步阶段16期间限制马达扭矩可以减小当同步器7开始接合低挡齿轮6b时施加在低挡齿轮6b和/或同步器7上的扭矩或应力。

在时间t4(t4>t3),控制器4确定|ωmot–ωout·γb|<d4,表示马达速度ωmot已经与目标速度ωtar=γb·ωout同步,并且,包括液压致动器8d的同步器7将使低挡齿轮6b与输出轴6啮合。d4例如可以是预定的阈值。然后,在时间t4,控制器4将马达扭矩极限14设定为上限teng,由此将由马达2施加的扭矩限制为值tmot≤teng或|tmot|≤|teng|。优选地,|teng|是非零的,即|teng|>0,并且控制器4可以控制电驱动马达2在接合阶段期间或在整个接合阶段提供非零扭矩。在同步器7开始使低挡齿轮6b与输出轴6接合之前限制马达扭矩可以减小在低挡齿轮6b接合期间施加在低挡齿轮6b和/或同步器7上的扭矩或应力。在图4所示的实施例中,|tsync|≥|tdis|并且|tsync|≥|teng|,使得以目标速度ωtar=γb·ωout加速马达速度ωmot。可以理解的是,在备选实施例中,可以选择|tsync|以使|tsync|≤|teng|,例如用以保证一旦马达速度ωmot和目标速度ωtar=γb·ωout已经同步,就最大程度地平滑接合低挡齿轮6b。

在时间t5(t5>t4),包括液压致动器8d的同步器7开始将低挡齿轮6b与输出轴6接合。时间t5标志着同步阶段16的结束和接合阶段17的开始。在整个接合阶段17,马达扭矩限制为|tmot|≤|teng|。

在时间t6(t6>t5),同步器7已经完成低挡齿轮6b与输出轴6的接合,以使低挡齿轮6b被锁定到输出轴6并与输出轴6一起旋转。马达2与输出轴6之间的传动比设定为γb。

尽管对于图3中所示的升挡和图4中所示的降挡,相同的符号已被用于表示时间t1至t6和扭矩极限值tdis、tsync以及teng,但是应当注意的是,在升挡期间采取的这些数量可能与在降挡期间采取的这些数量不同。

特别地,本公开可以涉及以下方面:

1.一种电传动系统(1),包括:

电驱动马达(2);以及

变速器(3),所述变速器(3)包括:

输出轴(6),以及

液压致动的同步器(7),所述同步器(7)用于经由第一齿轮和第二齿轮中的一个将电驱动马达(2)与输出轴(6)选择性驱动地接合,所述第一齿轮在所述电驱动马达(2)和所述输出轴(6)之间提供第一传动比γ1,所述第二齿轮在所述电驱动马达(2)和所述输出轴(6)之间提供第二传动比γ2;以及

电子换挡控制器(4),所述电子换挡控制器(4)用于控制从第一齿轮到第二齿轮的换挡;

其中,所述电子换挡控制器(4)被构造成:

致动所述同步器(7)以脱离所述第一齿轮并且接合所述第二齿轮,以及

使所述电驱动马达(2)的马达速度与目标速度同步。

2.根据方面1所述的电传动系统(1),其中,能液压致动的所述同步器(7)包括液压致动器(8d)和用于控制所述液压致动器(8d)的控制阀(8c),其中所述电子换挡控制器(4)构造成通过改变所述控制阀(8c)的控制位置来致动所述同步器(7)以脱离所述第一齿轮和/或接合所述第二齿轮。

3.根据前述方面中任一项所述的电传动系统(1),其中,所述电子换挡控制器(4)构造成基于输出轴速度且基于所述第二传动比γ2来确定所述目标速度。

4.根据前述方面中任一项所述的电传动系统(1),其中,所述电子换挡控制器(4)构造成在所述第一齿轮脱离期间把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第一最大扭矩|tdis|直到所述第一齿轮脱离,以使得在所述第一齿轮脱离期间|tmot|≤|tdis|,其中所述第一最大扭矩|tdis|是允许所述第一齿轮脱离的最大扭矩。

5.根据方面4的电传动系统(1),其中,为了最小化使所述马达速度与所述目标速度同步所需的时间,所述电子换挡控制器(4)构造成在所述第一齿轮脱离期间把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|设定为所述最大扭矩|tdis|直到所述第一齿轮脱离,以使得在所述第一齿轮脱离期间|tmot|=|tdis|。

6.根据前述方面中任一项所述的电传动系统(1),其中,所述电子换挡控制器(4)构造成在使所述马达速度与所述目标速度同步期间把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第二最大扭矩|tsync|直到所述马达速度已经与所述目标速度同步,以使得在使所述马达速度与所述目标速度同步期间|tmot|≤|tsync|。

7.根据前述方面中任一项所述的电传动系统(1),其中,所述电子换挡控制器(4)构造成在所述第二齿轮接合期间把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第三最大扭矩|teng|直到所述第二齿轮接合,以使在所述第二齿轮接合期间|tmot|≤|teng|,其中所述第三最大扭矩|teng|是允许所述第二齿轮接合的最大扭矩。

8.根据前述方面6和7中任一项所述的电传动系统(1),

其中,所述电子换挡控制器(4)构造成确定以下时间点,即,在该时间点时,基于所述马达速度并且基于输出轴速度而开始把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到所述第二最大扭矩|tsync|;和/或

其中,所述电子换挡控制器(4)构造成确定以下时间点,即,在该时间点时,基于所述马达速度并且基于输出轴速度而开始把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到所述第三最大扭矩|teng|。

9.根据前述方面中任一项所述的电传动系统(1),其中,所述变速器(3)还包括输入轴(5),其中,所述输入轴(5)与所述电驱动马达(2)驱动地接合并且经由第一齿轮和第二齿轮中的一个与所述输出轴(6)选择性驱动地接合,并且其中,当所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)驱动地接合时,所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)之间的传动比γ由γ=ωmot/ωout定义,其中ωmot是所述电驱动马达(2)的转速,并且其中ωout是所述输出轴(6)的转速;

其中γ1>γ2(升挡),并且其中所述电子换挡控制器(4)构造成通过控制所述电驱动马达(2)在所述输入轴(5)上施加负扭矩以减速所述马达速度来使所述马达速度与所述目标速度同步。

10.根据前述方面1至8中任一项所述的电传动系统(1),其中,所述变速器(3)还包括输入轴(5),其中,所述输入轴(5)与所述电驱动马达(2)驱动地接合并且经由第一齿轮和第二齿轮中的一个与所述输出轴(6)选择性驱动地接合,并且其中,当所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)驱动地接合时,所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)之间的传动比γ由γ=ωmot/ωout定义,其中ωmot是所述电驱动马达(2)的转速,并且其中ωout是所述输出轴(6)的转速;

其中γ1<γ2(降挡),并且其中所述电子换挡控制器(4)构造成通过控制所述电驱动马达(2)在所述输入轴(5)上施加正扭矩以加速所述马达速度来使所述马达速度与所述目标速度同步。

11.将电传动系统(1)的挡位从第一齿轮切换到第二齿轮的方法,所述电传动系统(1)包括:

电驱动马达(2);以及

变速器(3),所述变速器(3)包括:

输出轴(6),以及

液压致动的同步器(7),所述同步器(7)用于经由第一齿轮和第二齿轮中的一个将电驱动马达(2)与输出轴(6)选择性驱动地接合,所述第一齿轮在所述电驱动马达(2)和所述输出轴(6)之间提供第一传动比γ1,所述第二齿轮在所述电驱动马达(2)和所述输出轴(6)之间提供第二传动比γ2;

所述方法包括的步骤如下:

致动所述同步器(7)以脱离所述第一齿轮并且接合所述第二齿轮,以及

使所述电驱动马达(2)的马达速度与目标速度同步。

12.根据方面11所述的方法,还包括以下步骤中的至少一个:

(i)在脱离所述第一齿轮的步骤中,把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第一最大扭矩|tdis|直到所述第一齿轮脱离,以使得在所述第一齿轮脱离期间|tmot|≤|tdis|,其中所述第一最大扭矩|tdis|是允许所述第一齿轮脱离的最大扭矩;

(ii)在使所述马达速度与所述目标速度同步的步骤中,把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第二最大扭矩|tsync|直到所述马达速度已经与所述目标速度同步,以使得在使所述马达速度与所述目标速度同步期间|tmot|≤|tsync|;以及

(iii)在接合所述第二齿轮的步骤中,把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到第三最大扭矩|teng|直到所述第二齿轮接合,以使得在所述第二齿轮接合期间|tmot|≤|teng|,其中所述第三最大扭矩|teng|是允许所述第二齿轮接合的最大扭矩。

13.根据方面12所述的方法,其中,把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|限制到所述第一最大扭矩|tdis|的步骤包括把由所述电驱动马达(2)提供的扭矩的绝对值|tmot|设定到所述最大扭矩|tdis|直到所述第一齿轮脱离,以使得在所述第一齿轮脱离期间|tmot|=|tdis|。

14.根据方面11至13中任一项所述的方法,其中,所述变速器(3)还包括输入轴(5),其中,所述输入轴(5)与所述电驱动马达(2)驱动地接合并且经由第一齿轮和第二齿轮中的一个与所述输出轴(6)选择性驱动地接合,并且其中,当所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)驱动地接合时,所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)之间的传动比γ由γ=ωmot/ωout定义,其中ωmot是所述电驱动马达(2)的转速,并且其中ωout是所述输出轴(6)的转速;

其中γ1>γ2(升挡),并且其中使所述马达速度与所述目标速度同步的步骤包括控制所述电驱动马达(2)在所述输入轴(5)上施加负扭矩以减速所述马达速度。

15.根据方面11至13中任一项所述的方法,其中所述变速器(3)还包括输入轴(5),其中,所述输入轴(5)与所述电驱动马达(2)驱动地接合并且经由第一齿轮和第二齿轮中的一个与所述输出轴(6)选择性驱动地接合,并且其中,当所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)驱动地接合时,所述电驱动马达(2)与所述输出轴(6)之间的传动比γ由γ=ωmot/ωout定义,其中ωmot是所述电驱动马达(2)的转速,并且其中ωout是所述输出轴(6)的转速;

其中γ1<γ2(降挡),并且其中使所述马达速度与所述目标速度同步的步骤包括控制所述电驱动马达(2)在所述输入轴(5)上施加正扭矩以加速所述马达速度。

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