操作具有两个等效行驶方向的车辆的驱动机构的方法及驱动机构与流程

操作具有两个等效行驶方向的车辆的驱动机构的方法及驱动机构
1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于操作具有两个等效行驶方向的车辆的驱动机构的方法、以及一种根据权利要求14所述的驱动机构。
2.轨道车辆通常尤其具有两个等效行驶方向。也就是说，可以在第一行驶方向上、以和在与之相反的第二行驶方向上相同的速度范围或挡位来操作这些轨道车辆。第一行驶方向和第二行驶方向还可以被称为向前行驶方向和向后行驶方向。这两个等效行驶方向例如通过以下方式来实现：在动力传动系中在变速传动装置与车轮组传动装置之间布置换向传动装置。换向传动装置还可以呈换向传动级或换向组件的形式与变速传动装置一起被布置在共用的传动装置壳体中。通过在换向传动装置中促使旋转方向逆转能够在两个行驶方向上使用由变速传动装置提供的所有挡位。
3.从de 10 2012 216 224 a1已知用于具有两个等效行驶方向的车辆的传动装置和驱动机构。传动装置具有带有多个行星齿轮组的自动变速器和换向组件。在此，自动变速器用作主变速器或变速传动装置并且提供多个传动级(即挡位)。换向组件实现换向传动装置的功能，即旋转方向逆转。换向组件在此例如可以以行星结构方式或副轴结构方式来实施。换向组件包括换挡单元，该换挡单元具有至少一个形状配合的换挡元件，借助该至少一个形状配合的换挡元件可以在换向组件中使旋转方向逆转。
4.为了牵引具有这种驱动机构的车辆或者为了在滑行运行中操作该车辆，必须使驱动马达与动力传动系断开联接。在滑行运行中，在行驶期间使驱动马达与动力传动系断开联接并且关断该驱动马达或者使其以空转转速运行，以便由此节省燃料。
5.为了在上述驱动机构中使驱动马达断开联接，通常借助于换向组件中的形状配合的换挡元件断开动力传动系，并且为了关断滑行运行而再次连接该动力传动系。在此，断开意味着力流被中断。为了在关断滑行运行时实现至少近乎平稳的切换，需要例如通过有针对性地操控马达将形状配合的换挡元件处的转速差设定为较窄的转速差窗口。如果在使形状配合的换挡元件闭合时产生齿对齿位置，则必须部分地在多次尝试时解决这个问题，然后才能再次连接动力传动系。
6.本发明的目的在于，提供一种用于操作具有两个等效行驶方向的车辆的这种驱动机构的经改进的方法以及一种对应的驱动机构。
7.这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的方法和一种根据权利要求14所述的驱动机构来实现。有利的实施方式在从属权利要求中给出。
8.相应地，提出一种用于在滑行运行或牵引运行中操作具有两个等效行驶方向的车辆的驱动机构的方法。在此，所述驱动机构具有用于实现不同传动比的变速传动装置以及用于使旋转方向逆转的换向组件。所述变速传动装置包括多个行星齿轮组和多个负载切换元件。这种变速传动装置也被称为有级自动变速器。可以使用摩擦配合的离合器、尤其压力致动的片式离合器作为负载切换元件。
9.所述换向组件包括至少一个形状配合的换挡装置。形状配合的换挡装置尤其可以包括滑动套筒，该滑动套筒被布置成在轴向方向上可移位的并且具有内齿部或外齿部，使
该内齿部或该外齿部选择性地与第一配合齿部或第二配合齿部产生接合以切换旋转方向。形状配合的换挡装置例如可以具有用于两个旋转方向或行驶方向的仅两个换挡位置。在这种情况下，简单地操控仅两个换挡位置以及以简单的双位缸(zweistellungszylinder)作为致动器也是足够的。然而，该方法也可以被用于具有至少一个另外的换挡位置(尤其力流中断的空挡位置)的形状配合的换挡装置的实施方式。
10.所提出的方法提出：使所述变速传动装置中的至少一个负载切换元件断开以启动所述滑行运行或牵引运行。通过使至少一个负载切换元件断开来中断驱动机构中的力流。换言之，在此将变速传动装置带入到空挡位置中。不必致动换向组件中的形状配合的换挡装置即可启动或者关断滑行运行或牵引运行。因此，为了进行滑行，可以在变速传动装置中中断驱动机构中的力流，同时换向组件中的形状配合的换挡装置保持在向前行驶位置或向后行驶位置。
11.在实际运行中，如果通过对形状配合的换挡装置进行切换来实现空挡位置，则会非常频繁地发生空挡切换并且导致各种构件的额外磨损。在此，尤其在滑动套筒齿部及其配合齿部的滑动面上、以及在滑动套筒与换挡拨叉之间、在换挡滑杆与换挡滑杆支承件之间、以及在被压力介质致动的活塞
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气缸单元的活塞密封件或气缸工作表面上发生磨损。而换挡变速器、尤其片式离合器中的负载切换元件被设计为用于以最小磨损进行较多次数的换挡。因此，所提出的方法有利地实现减小在形状配合的换挡装置中的磨损。
12.所提出的方法既可以被用于换向组件与变速传动装置一起被布置在共用的壳体中的驱动机构，又可以被用于换向组件作为单独的换向传动装置被布置在动力传动系中的驱动机构。
13.滑行运行在此被理解为这样的运行，其中在车辆行驶期间使驱动马达与动力传动系的从动侧的区段断开联接并且关断该驱动马达、或者使该驱动马达以空转转速运行。尽管驱动马达可以被关断，但车辆由于其惯性质量或者在下坡行驶的情况下仍继续运动。术语“牵引运行”例如也包括调车行驶，在调车行驶的情况下车辆被另一个被驱动的车辆(例如调车机车)移动。
14.因此，启动滑行运行意味着从被驱动的行驶运行变换为并非被驱动的滑行运行。可以在达到期望的行驶速度之后由控制装置自动地启动所述滑行运行。例如能够通过确定可以由车辆的驾驶员致动的行驶开关或行驶踏板的位置来实现期望的行驶速度。所提及的控制装置例如在驾驶员将牵引期望或加速度期望减小到零值时开始滑行运行。
15.适合于这个方法的变速传动装置例如可以包括三个行星齿轮组，其中使变速传动装置中的正好两个负载切换元件断开以启动滑行运行或牵引运行。这种变速传动装置已经在用于具有两个等效行驶方向的车辆的驱动机构中得到了证明并且提供了足够数量的传动级。在这种变速传动装置中，例如使正好两个负载切换元件闭合以形成各个传动级。取决于从哪一个传动级开始启动滑行运行，使与这个传动级对应的负载切换元件断开。
16.使所述变速传动装置中的至少一个负载切换元件闭合以关断滑行运行或牵引运行。这在一旦车辆驾驶员在滑行运行期间例如藉由行驶开关或行驶踏板输入加速期望时就开始。于是使如此多个负载切换元件闭合，使得驱动机构中的力流被再次闭合并且该力流从驱动马达经由驱动机构被引导直至车辆的驱动轮。
17.也可以有利地借助所提及的控制装置来关断滑行运行或牵引运行。为此，控制装
置能够优选地取决于当前行驶速度来选择变速传动装置中的适合的负载切换元件并使其闭合。可以借助于存储在控制装置的存储器中的参数来选择适合的负载切换元件。这些参数尤其能够根据换挡图来确定，其中在有关变速传动装置的每个挡位级或传动比的换挡图中，每个换挡元件都指配有对应的“断开”或“闭合”状态。每个挡位级还指配有特定的行驶速度范围。
18.与通过使形状配合的换挡元件闭合来结束滑行运行的常规方法相比，借助所提出的方法可以更快地从滑行运行切换到被驱动的行驶运行，原因在于在负载切换元件闭合的情况下没有设定较窄的转速差窗口并且滑动套筒不必经过较大的换挡行程。借助所提出的方法完全避免在结束滑行运行时由于开篇所述的齿对齿位置所引起的延迟。
19.此外，从滑行运行切换到被驱动的行驶运行可以更柔和地并且因此更舒适地进行，原因在于在负载切换元件闭合的情况下不会像在形状配合的换挡元件闭合的情况下一样产生碰撞。如果由于同步误差在允许的转速差窗口之外在形状配合的换挡元件中进行闭合，则导致滑动，直到滑动套筒能够接合。这导致车辆中可觉察到的碰撞。而如果为此使用负载切换元件、尤其变速传动装置的片式离合器，则不会产生这些影响。形状配合的换挡装置的负载被最小化并且避免换挡碰撞。
20.本发明总体上(然而尤其在换向组件的形状配合的换挡装置中)使得构件总负荷减小。在实际运行中，非常频繁地发生空挡切换并且对传递换挡力的所有构件(活塞、换挡轨道、换挡拨叉、紧固元件)而言导致额外的负载。变速传动装置中的负载切换元件被设计为用于换挡次数较多的情况下的构件应力。
21.在选择闭合哪个负载切换元件以关断滑行运行或牵引运行的情况下，除了当前行驶速度之外还可以考虑加速期望。同样能够通过确定可以由车辆的驾驶员致动的行驶开关或行驶踏板的位置来获取这样的加速期望。如果车辆例如在滑行阶段之后猛地加速，则在变速传动装置中首先可以以较高的传动比挂入较小的挡位。由此，可以使被实施为燃烧发动机的驱动马达在加速阶段期间在较高的转速范围内以较高的转矩输出而运行。
22.现在，根据该方法的一个优选实施方式可以提出的是，在所选择的负载切换元件闭合的情况下将所述驱动机构的驱动马达牵引到目标转速。这具有如下优点：可以在无需马达主动干预的情况下控制对滑行运行的关断。因此，例如可以在与马达控制器独立地设计的变速器控制器中控制滑行功能，由此可以降低用于多个控制器之间的接口的耗费和整个车辆控制系统的控制耗费。
23.根据一个替代性实施方式，然而也可以在闭合所选择的负载切换元件之前使所述驱动机构的驱动马达加速到同步转速。在这种情况下，因此通过马达干预来实现滑行运行的功能。在此，以如下方式操控驱动马达，使得马达转速已经在所选择的负载切换元件闭合之前至少近乎被提高到同步转速。同步转速因此也可以与相对较窄的转速差窗口相对应，其中进而由负载切换元件来补偿微小的转速偏差。
24.在驱动马达与通向变速传动装置的输入端之间可以布置有具有锁止离合器的混合动力变矩器。这样的变矩器通常在输入侧被布置在变速传动装置的壳体中。当锁止离合器在闭合意义上被致动时，所提及的锁止离合器将输入端与变矩器的输出端连接。锁止离合器在滑行过程期间在断开意义上被致动并且在滑行过程结束的情况下仍保持断开一定的时间跨度。
25.本发明另一方面涉及变速传动装置和换向组件中的油供应。需要可靠的油供应来对构件进行润滑和冷却并且以压力介质致动换挡元件。一般来说，车辆的变速传动装置具有可以被输入轴驱动的油供应，该油供应在被驱动的行驶运行中给变速传动装置的所有润滑位置供应以润滑油。可以由输入轴驱动的油供应例如可以被实施为油循环润滑。油供应优选被实施为具有可以藉由驱动轴被驱动的至少一个油泵的压力润滑装置。这样的油泵要么可以直接被输入轴驱动，要么可以藉由变速传动装置的一个或多个另外的轴来驱动。因此，在正常的行驶运行中例如可以实现干式油底壳润滑。
26.然而，在滑行运行或牵引运行中并不驱动输入轴并且因此并不驱动油泵。即，常见的油供应停止运行。因此，根据所提出的方法的一个优选实施方式，因此，随着所述滑行运行或牵引运行的启动来启动用于至少给所述变速传动装置供应油的次级泵或者使其投入运行。次级泵被从动装置、即驱动机构的输出轴驱动。由此确保：即使在滑行运行或牵引运行期间驱动机构的所有构件也被充分地润滑和冷却，并且始终提供足够用于致动由压力介质致动的换挡元件或负载切换元件的压力。
27.在滑行运行或牵引运行期间可以提高变速传动装置和/或换向组件中的润滑剂液位。这促使转动的传动装置元件、尤其齿轮浸入到油底壳中并且使润滑油在传动装置壳体中以如下方式被输送或者分布，使得充分被供应到所有润滑位置。通过这种方式可以实现仅在滑行运行或牵引运行期间工作的浸油润滑。在被驱动的行驶运行期间，油介质位再次下降并且转动的传动装置元件不再浸入到油底壳中。由此，避免牵引损耗和掺杂损耗。
28.针对驱动机构的以上所提及的变体，其中换向组件包括具有空挡位置的形状配合的换挡装置，优选的方法可以包括以下方法步骤。在启动滑行运行或牵引运行的情况下，首先中断变速传动装置中的力流，其方式为使至少一个负载切换元件断开。接着将换向组件切换到空挡位置。随后可以在滑行运行或牵引运行期间再次闭合变速传动装置中的力流，其方式为再次闭合先前断开的该负载切换元件或这些负载切换元件。首先使变速传动装置的所有负载切换元件再次断开以关断滑行运行或牵引运行。随后闭合形状配合的换挡装置并且最后再次闭合力流，其方式为使变速传动装置中的至少一个负载切换元件闭合。通过这种方式可能可以在滑行运行或牵引运行期间使用变速传动装置中的由输入轴驱动的油泵并且可以省去额外的次级泵。尽管如此，仍保留了柔和且平稳地关断滑行运行或牵引运行的优点。
29.针对驱动机构的以上所提及的变体，其中换向组件包括具有仅两个换挡位置(即，没有空挡位置)的形状配合的换挡装置，优选地提出：在滑行运行或牵引运行时变速传动装置中的力流持续保持中断。
30.在将换向传动装置从向前行驶方向切换为向后行驶方向的情况下，优选在变速传动装置中通过断开离合器来中断力流。
31.此外，本发明包括一种用于具有两个等效行驶方向的车辆的驱动机构，其中所述驱动机构具有用于实现不同传动比的变速传动装置以及用于使旋转方向逆转的换向组件。在此，所述变速传动装置包括多个行星齿轮组和多个负载切换元件。所述换向组件包括至少一个形状配合的换挡装置。根据本发明，驱动机构还包括控制装置，该控制装置被配置成用于控制上述方法。
32.最后，本发明包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有促使所提及的控
制装置实施根据上述方法的方法步骤的命令。
33.下面将借助在以下附图中描绘的实施例来详细阐述本发明。
34.在附图中：
35.图1示出车辆的动力传动系中的本发明驱动机构的实施方式的示意性图示，并且
36.图2以示意性图示示出根据本发明的方法的步骤。
37.具有两个等效行驶方向的车辆的、在图1中所展示的动力传动系19包括具有用于实现不同传动比的变速传动装置4的驱动机构1以及用于使旋转方向逆转的换向组件8。可以通过驱动马达13藉由马达从动轴14来驱动动力传动系19。驱动马达13是燃烧发动机。马达从动轴14可以例如与驱动马达13的曲轴一件式地形成。马达从动轴14以有效驱动的方式与驱动机构1的驱动轴2相连接。变速传动装置4被实施为自动变速器并且具有多个行星齿轮组5以及呈片式离合器形式的多个负载切换元件6。该多个行星齿轮组5和负载切换元件6在图1中分别以简化为小盒子的方式展示。换向组件8包括形状配合的换挡装置7。变速传动装置4与换向组件8一起被布置在共用的传动装置壳体20中。
38.驱动机构1还包括用于提供用于由压力介质致动的负载切换元件6的油压的油供应、以及同样由压力介质致动的形状配合的换挡装置7。此外，油供应确保了对共用的传动装置壳体20中的构件的润滑和冷却。在共用的传动装置壳体20中，形成有带有油面或润滑剂液位9的油底壳10。油供应还包括次级泵12，该次级泵被布置在驱动机构1的从动轴3上并且被这个从动轴驱动。次级泵12随着滑行运行或牵引运行的启动而投入运行。
39.驱动机构1的从动轴3藉由车桥驱动器15驱动车辆(在此为轨道车辆)的车轮桥16。在车轮桥16上紧固有呈轨道轮17和18的形式的两个驱动轮，轨道车辆借助这些轨道轮在轨道上滚动并被驱动。
40.可以通过控制装置11来控制根据本发明的方法。控制装置11的重要的元件以控制器的形式被布置在传动装置壳体20中。控制装置11包括用于控制驱动机构1的硬件和软件。控制装置11包括至少一个处理器和至少一个数据存储器、以及用于将控制装置11与车辆的其他控制器相连接的接口。在数据存储器中存储有计算机程序或计算机程序产品，其促使控制装置11实施所描述的方法的方法步骤。
41.在图2中展示了根据本发明的方法100的实施方式的方法步骤，这些方法步骤包括滑行运行的启动和关断。控制装置11实施并且控制所描述的方法步骤。
42.在方法步骤101中，控制装置11借助行驶开关的位置识别出：驾驶员在行驶期间将牵引期望、即车辆的所期望的加速度减小到了零值。
43.随后，在方法步骤102中降低对驱动马达的转矩请求，以便在驱动马达处设定空转转速。随后在另外的方法步骤103中，在变速传动装置中使负载切换元件断开，使得中断变速传动装置中的力流。
44.因此，主动设定滑行运行。在此，换向组件的形状配合的换挡装置保持锁定在当前的换挡位置。
45.在方法步骤104中，保持设定滑行运行，直到控制装置借助行驶开关的位置在方法步骤105中识别出：驾驶员将牵引期望提高到大于零的值。
46.随后在方法步骤106中，控制装置在变速传动装置中选择与当前行驶速度相对应的传动比并使相对应的负载切换离合器闭合，同时使驱动马达继续以空转转速运行。为此，
马达控制系统的控制装置发送针对驱动马达处的转矩限制的信号，使得驱动马达继续以空转转速运行。
47.在以下的方法步骤107中，藉由变速传动装置将驱动马达牵引至目标转速。在达到目标转速之后，在方法步骤108中释放对驱动马达的转矩限制，使得驱动马达可以再次通过使动力传动系闭合来驱动车辆。
48.附图标记清单
49.1 驱动机构
50.2 驱动轴
51.3 从动轴
52.4 变速传动装置
53.5 行星齿轮组
54.6 负载切换元件
55.7 形状配合的换挡装置
56.8 换向组件
57.9 润滑剂液位
58.10 油底壳
59.11 控制装置
60.12 次级泵
61.13 驱动马达
62.14 马达从动轴
63.15 车桥驱动器
64.16 车轮桥
65.17 轨道轮
66.18 轨道轮
67.19 动力传动系
68.20 传动装置壳体
69.100 方法
70.101
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108 方法步骤