专利名称：换挡动力补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种换挡动力补偿装置。
背景技术：
例如，在一般的汽车中，变速器在换挡过程中，为了减轻变速齿轮的冲击载荷并防止传动系过载，通常要通过离合器的分离与接合来实现换挡，在离合器分离与接合之间就会出现动力传递暂时中断的现象。在完成换挡操作之后，由于挡位变化，尤其是从低速挡换到高速挡而引起车速明显变化，还会直接影响车辆驾乘的舒适性。
对于其它需要通过离合器的分离和接合来实现换挡的动力机械来说，与上述情况类似，即在离合器分离时，动力从驱动装置向从动装置的传递路线要暂时中断，并且在换挡之后，由于挡位变化会引起从动装置输出速度的突然变化，从而会造成冲击。
发明内容
本发明的目的是提供一种换挡动力补偿装置，可以在离合器分离时用于补偿暂时中断的动力传递。
为了实现上述目的，本发明提供一种换挡动力补偿装置，该装置包括电源、电子控制单元和电动机，其中电源通过电子控制单元为电动机供电；电动机通过接收电源供应的电能为从动装置提供补偿动力；电子控制单元用于判断离合器的动作，当离合器从接合状态切换到分离状态时，电子控制单元控制电源向电动机供电；当离合器从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元控制电源停止向电动机供电。
在上述换挡动力补偿装置中，在换挡过程中，当离合器分离时，从动装置的输出速度将会下降，此时电子控制单元控制电源向电动机输出电能，电动机接收该电能并向从动装置输出补偿动能。对于车辆换挡来说，通过本发明的动力补偿装置，可以基本上防止车辆在换挡时发生冲击，提高车辆驾乘的舒适性。
图1是本发明动力补偿装置的一种实施方式的示意图。
图2是本发明动力补偿装置的另一种实施方式的示意图。
图3是本发明动力补偿装置的再一种实施方式的示意图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行详细描述。
如图1所示，本发明提供一种换挡动力补偿装置，该装置包括电源1、电子控制单元2和电动机4，其中电源1通过电子控制单元2为电动机4供电；电动机4通过接收电源1供应的电能为从动装置5提供补偿动力；电子控制单元2用于判断离合器7的动作，当离合器7从接合状态切换到分离状态时，电子控制单元2控制电源1向电动机4供电；当离合器7从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元2控制电源1停止向电动机4供电。
优选地，在离合器7从接合状态切换到分离状态之后，电子控制单元2还根据从动装置5的输出速度的变化控制电源1向电动机4供应的电流的大小。优选地，所述电流的大小足以使从动装置5的输出速度的变化趋于零。
电子控制单元2可以通过使用一些现有的传感器来判断离合器7的状态和从动装置5的动力输出部分的速度信号。例如，该装置还包括离合器动作传感器9和速度传感器10，其中离合器动作传感器9用于检测离合器7的动作并将表示离合器7动作的信号发送给电子控制单元2；速度传感器10用于检测从动装置5的输出速度的变化并将表示该输出速度变化的信号发送给电子控制单元2。
电子控制单元2可以包括记录这些信号的存储器，将离合器分离时的速度与离合器分离后的速度进行比较的比较器，以及控制是否向发电机供应励磁电流的控制器。
当电子控制单元2检测到离合器7从接合状态切换到分离状态时，可以控制电源1为电动机4供电，由电动机4向传动装置5提供补偿动力，以防止传动装置5的输出速度由于离合器7分离而迅速减小，从而导致在换挡之后(通常是从低挡换到高挡)引起传动装置5的输出速度的明显变化，即在离合器重新接合之后造成速度发生明显变化而造成冲击。在离合器7从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元2停止电源1向电动机4供电，从而电动机4停止向传动装置5提供补偿动力。
在图1所示的实施方式中，本发明的动力补偿装置可以应用于各种使用离合器的动力机械中，例如加工机械如机床，机动车如汽车、摩托车，以及船舶等等。在将本发明的动力补偿装置应用到汽车等需要大功率驱动的机械上时，对电动机4的输出功率要求较高。也就是说，在这种情况下，电动机4需要具有较大的功率，否则将难以实现为汽车提供动力补偿的效果。因此，本发明进一步提供了如图2所示的另一种实施方式的动力补偿装置。
如图2所示，本发明提供另一种实施方式的换挡动力补偿装置，该装置包括电源1、电子控制单元2、发电机3、电动机4和发电机驱动装置8，其中发电机3的转子由发电机驱动装置8驱动旋转；电源1通过电子控制单元2为发电机3供应励磁电流，使发电机3为电动机4供应电能；电动机4通过接收的电能为从动装置5提供补偿动力；电子控制单元2用于判断离合器7的动作，当离合器7从接合状态切换到分离状态时，电子控制单元2控制电源1向发电机3供应励磁电流；当离合器7从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元2控制电源1停止向发电机3供应励磁电流。
如第一种实施方式类似，电子控制单元2可以通过使用一些现有的传感器来判断离合器7的状态和从动装置5的动力输出部分的速度信号。例如，动力补偿装置可以包括用于检测离合器7的状态并将该状态信号发送给电子控制单元2的离合器状态传感器9，以及用于检测从动装置5的动力输出部分的速度并将该速度信号发送给电子控制单元2的速度传感器10。
电子控制单元2可以包括记录这些信号的存储器，将离合器分离时的速度与离合器分离后的速度进行比较的比较器，以及控制是否向发电机供应励磁电流的控制器。根据需要，电子控制单元2还可以控制向发电机3供应的励磁电流的大小。
所述发电机3优选为三相瞬态交流发电机，所述电动机4为三相瞬态交流电动机，所述电子控制单元2的一端与所述发电机3内的励磁线圈相连，另一端与所述电源1相连。所述电源1可以为输出直流励磁电流的电瓶。通过这种结构，可以通过控制电源1向发电机3供应的励磁电流的大小，可以方便和精确地控制电动机4输出动力的大小。
通常，为了提高供应给电动机4的电能大小，使电动机4能够输出更大的动能或功率以便符合特定的需求，例如对于如图3所示的将本发明的换挡动力补偿装置应用与汽车中的实施方式，所述发电机3的转子优选由发电机驱动装置8驱动旋转。所述发电机驱动装置8通常为发动机。在这种结构中，发动机8一直带动发电机3的转子旋转。当发电机3接收到来自电源1的励磁电流时，发电机3即将电能输送给电动机4，从而带动电动机4的转子旋转，输出动能。在所述驱动装置6通过离合器7连接到所述从动装置5的情况下，所述驱动装置6可以同时用作所述发电机驱动装置8。也就是说，所述驱动装置6可以作为唯一的动力源，一部分动力经过离合器7传递给从动装置5，另一部分动力则传递给发电机3。驱动装置6与发电机3之间可以使用合适的传动装置传递动力，例如皮带传动、链传动或者齿轮传动等。
在发动机8带动发电机3的转子旋转的情况下，电子控制单元2还可以通过设在发动机8上的转速传感器11检测当前发动机的转速值，并根据换挡时所采集到的并记录的车速值信号，通过内置程序计算当前所需励磁电流值的大小，并供给发电机3此励磁电流，通过不断的采集车速信号与记录值相比较，并实时调整励磁电流的大小，实现车速的跟随。
所述传感器11为本领域技术人员所公知的各种传感器，例如角速度传感器、光电传感器、磁电式传感器。
所述驱动装置6和所述从动装置5可以是用于现有的各种动力机械的驱动部分和从动部分。例如，这些机械可以包括加工机械如机床，机动车如汽车、摩托车，以及船舶等等。
图3是本发明另一种实施方式的示意图，该实施方式是将本发明的换挡动力补偿装置应用于车辆中。而图1中的实施方式仅仅是本发明的换挡动力补偿装置的一种概括的应用，即可以广泛地应用于驱动装置6通过离合器7将动力传递给从动装置5或者中断向从动装置5传递动力的任何机械中，例如加工机械如机床，机动车如汽车、摩托车，以及船舶等等。
如图3所示，所述驱动装置6通常为发动机6。该发动机6的一部分动力，通常是大部分动力，通过离合器7选择传递到变速箱5，经过变速箱5中的变速器51和差速器52之后最终传递给车轮，驱动车辆行驶；另一部分动力则通过皮带传动机构或者齿轮传动机构传递给发电机3，从而带动发电机3的转子一直旋转。在车辆正常行驶过程中，即离合器7接合时，虽然发电机3的转子一直旋转，但由于没有励磁电流，所以发电机3并不向电动机4输出电能，即电动机4为备用状态，不对外输出动能。
当车辆或者其它机械需要换挡时，通常是从低速挡换到高速挡时，首先分离离合器7。在离合器7分离时，离合器状态传感器9检测到离合器的分离动作，并将该信号发送给电子控制单元(ECU)2。同时，速度传感器10检测差速器52的动力输入部分或者动力输出部分的当前转速信号，例如接收差速器齿轮42的转速信号并将该转速信号记录在电子控制单元2中。在离合器分离之后，电子控制单元实时监控动力输出部分的速度，并将该速度与记录的当前速度进行比较，得出这两个速度之间的差值。然后电子控制单元2控制电源1向发电机3供应预定大小的励磁电流，该预定大小的励磁电流可以由电子控制单元2预先设定，使发电机3发电并将电能供应给电动机4，由电动机4向所述动力输出部分输送机械能以补偿上述速度差值。所述电流的大小至少能够达到足以使从动装置5的输出速度的变化趋于零的水皮。通过对动力输出部分的速度进行实时监控，可以保持该速度基本上等于所记录的当前速度，即离合器刚分离时的速度，从而保证了在离合器分离过程中动力输出部分的速度基本上保持不变，即保证了换挡过程中动力不中断，基本上消除或者大大降低了换挡冲击。
所述传感器9为本领域技术人员所公知的各种传感器，如位置传感器、行程传感器。所述传感器10为本领域技术人员所公知的各种传感器，例如角速度传感器、光电传感器、磁电式传感器。
在从高速挡换到低速挡时，由于换挡之后的速度要低于换挡之前的速度，即要求换挡过程中速度是逐渐下降的，因此通常情况下可以不启用本发明的动力补偿装置。
电动机4的机械能可以通过一般的传动机构输出给差速器52，当然也可以输出给其它能接收变速之后的动力并将该动力传递给车轮以驱动车辆行驶的机构中。例如，在变速器与差速器之间具有主减速器的车辆中，电动机4的动力则也可以输出给该主减速器。
此外，电动机4的动力可以通过一般的传动装置传递给差速器或者主减速器。例如，在图2中，电动机4的动力可以通过电动机4转子轴上的齿轮41与差速器齿轮42啮合来将动力传递给差速器52，最终通过车辆的传动装置例如半轴传递到车轮而驱动车辆行驶。根据需要，还可以在电动机4的动力输出端与差速器或者主减速器之间通过减速器来传递动力，从而可以达到减速增扭的作用。
在上述的实施方式中，由于电子控制单元2控制发电机3的励磁电流，因此避免了直接使用大电流驱动电动机4，成本非常低。电子控制单元2可以直接使用车辆的电子控制单元，因此不需要增加独立的控制单元，整个系统的体积减小，并且由于不需要传统的电机伺服机构和发电机整流桥，因此大大节省了空间。发动机在驱动车辆的同时，可以驱动发电机3的转子旋转，因此整个装置控制简单可靠，且结构简单紧凑，成本低廉，容易实现小空间布置。
作为一种优选实施例，在图3所示的实施方式中，作为从动装置的所述变速箱5优选为AMT变速箱。所述离合器7为一种电控离合器，由离合器控制机构控制。在从低速挡换到高速挡时，首先通过离合器控制机构控制电控离合器分离，以及离合器分离时差速器齿轮的当前转速信号，并对此转速信号进行记录(记录车速V1)，在换挡的时间段内，电子控制单元2实时监控车速信号(实时车速V2)，将记录车速V1与实时车速V2进行比较，得出记录车速VI与实时车速V2之间的差速V1-V2＝ΔV，并通过该差速ΔV确定向发电机3供应励磁电流。具体而言，当ΔV大于零时，即V1大于V2时，电源1将一直向发电机3供应励磁电流，然后由发电机3向电动机4持续输送电能，使电动机4向差速器齿轮输出补偿动力，补充减小的车速，由此实现动力传递不中断，将差速器齿轮的转速基本上保持在离合器刚分离时的水平。当ΔV等于或者小于零时，即V1小于V2时，则停止向发电机3供应励磁电流，从而电动机4停止动力输出。也就是说，通过实时监控实时车速V2，比较判断记录车速V1和实时车速V2，通过本发明的换挡动力补偿装置补偿这两个车速之间的差速ΔV，使得差速ΔV基本上为零，从而防止了在离合器分离过程中车速明显下降，在离合器接合之后车速又明显上升的问题，从而基本上消除了换挡冲击问题，大大提高了车辆的驾乘舒适度。
在上述操作过程中，供应给发电机3的励磁电流的大小可以由电子控制单元2预先设定，即只要能最终控制电动机4输出补偿动力以补偿实时车速V2的下降即可。优选地，如果所述的预定的励磁电流太小或者太大，所述电子控制单元2还可以调节该励磁电流的大小。例如，在换挡动力补偿装置工作时，虽然电动机4不断输出补偿动力，但如果电子控制单元2检测到实时车速V2仍然在减小，则可以确定所述预定的励磁电流太小而不足以补偿由于离合器7分离而中断的动力，此时电子控制单元2则可以增大励磁电流的大小，使电动机4增加输出的补偿动力，使下降的实时车速V2能够增加到记录车速V1的水平。反之，在换挡动力补偿装置工作时，如果在电动机4开始输出补偿动力的很短时间内(该时间与离合器分离与再次接合之间的时间相比)，电子控制单元2就检测到实时车速V2超过了记录车速V1，则可以确定所述预定的励磁电流太大，此时电子控制单元2则可以适当减小励磁电流的大小，使电动机4减小输出的补偿动力，使增加的实时车速V2能够下降到记录车速V1的水平。
在从低速挡换到高速挡时，通过上述过程可以在离合器分离过程中保持车速恒定不变。但为了进一步提高驾乘的舒适度，也可以通过本发明的动力补偿装置对车辆进行平稳加速。也就是说，若离合器分离时的车速为V1，换挡之后要求车速为V2，车辆在离合器分离过程中的实时车速为V3，则通过本发明的装置可以实现在换挡过程完成之后离合器再次接合时实时车速V3基本上等于要求车速V2，由此实现换挡过程的零冲击，最大限度地提高了驾乘的舒适度。在这种操作过程中，基本原理与上述过程相同，即通过实时检测车速V3，并将该车速与车速V1和V2进行比较。在离合器刚分离，车速V3小于V1时，控制电动机4平稳地输出较大功率的机械能，使V3不断增大，一直达到换挡之后的车速V2的水平。通过计算换挡过程所需的时间，即离合器分离与再次接合之间的时间，可以实现车速V3在该段时间内平稳增加到车速V2的水平，从而基本上实现车辆换挡过程的零冲击，最大限度提高车辆的驾乘舒适度。
在从高速挡换到低速挡的过程中，由于要求换挡之后车速下降，因此通常情况下可以不必使用本发明的动力补偿装置。但是，如果换挡时间较长，从而使得换挡之后的实时车速低于要求的车速水平，则同样可以启用本发明的动力补偿装置，其工作过程与上述的情况基本相同。但不同的地方主要是，在这种情况下，主要是将离合器分离过程中的实时车速与换挡之后所需的车速进行比较判断，保证在离合器再次接合时实时车速不会小于所需的车速，优选的是该实时车速等于所需的车速。
权利要求
1.一种换挡动力补偿装置，其特征在于，该装置包括电源(1)、电子控制单元(2)和电动机(4)，其中电源(1)通过电子控制单元(2)为电动机(4)供电；电动机(4)通过接收电源(1)供应的电能为从动装置(5)提供补偿动力；电子控制单元(2)用于判断离合器(7)的动作，当离合器(7)从接合状态切换到分离状态时，电子控制单元(2)控制电源(1)向电动机(4)供电；当离合器(7)从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元(2)控制电源(1)停止向电动机(4)供电。
2.根据权利要求1所述的换挡动力补偿装置，其中，在离合器(7)从接合状态切换到分离状态之后，电子控制单元(2)还根据从动装置(5)的输出速度的变化控制电源(1)向电动机(4)供应的电流的大小。
3.根据权利要求2所述的换挡动力补偿装置，其中，所述电流的大小足以使从动装置(5)的输出速度的变化趋于零。
4.根据权利要求1或2所述的换挡动力补偿装置，其中，该装置还包括离合器动作传感器(9)和速度传感器(10)，其中离合器动作传感器(9)用于检测离合器(7)的动作并将表示离合器(7)动作的信号发送给电子控制单元(2)；速度传感器(10)用于检测从动装置(5)的输出速度的变化并将表示该输出速度变化的信号发送给电子控制单元(2)。
5.根据权利要求4所述的换挡动力补偿装置，其中，所述驱动装置(6)为发动机，所述从动装置(5)为变速箱。
6.根据权利要求5所述的换挡动力补偿装置，其中，所述变速箱(5)包括变速器(51)和差速器(52)，其中当离合器(7)从分离状态切换到接合状态时，发动机(6)的动力通过离合器(7)传递给变速器(51)，并经过变速器(51)变速后传递给差速器(52)；当离合器(7)从接合状态切换到分离状态时，电动机(4)为差速器(52)提供补偿动力。
7.一种换挡动力补偿装置，其特征在于，该装置包括电源(1)、电子控制单元(2)、发电机(3)、电动机(4)和发电机驱动装置(8)，其中发电机(3)的转子由发电机驱动装置(8)驱动旋转；电源(1)通过电子控制单元(2)为发电机(3)供应励磁电流，使发电机(3)为电动机(4)供应电能；电动机(4)通过接收的电能为从动装置(5)提供补偿动力；电子控制单元(2)用于判断离合器(7)的动作，当离合器(7)从接合状态切换到分离状态时，电子控制单元(2)控制电源(1)向发电机(3)供应励磁电流；当离合器(7)从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元(2)控制电源(1)停止向发电机(3)供应励磁电流。
8.根据权利要求7所述的换挡动力补偿装置，其中，所述发电机(3)和电动机(4)分别是三相瞬态交流发电机和三相瞬态交流电动机，所述电子控制单元(2)的一端与所述发电机(3)内的励磁线圈相连，另一端与所述电源(1)相连。
9.根据权利要求8所述的换挡动力补偿装置，其中，所述电源(1)为输出直流励磁电流的电瓶。
10.根据权利要求9所述的换挡动力补偿装置，其中，在离合器(7)从接合状态切换到分离状态之后，电子控制单元(2)还根据从动装置(5)的输出速度的变化控制电源(1)向发电机(3)供应的励磁电流的大小。
11.根据权利要求10所述的换挡动力补偿装置，其中，所述励磁电流的大小足以使从动装置(5)的输出速度的变化趋于零。
12.根据权利要求11所述的换挡动力补偿装置，其中，该装置还包括离合器动作传感器(9)和速度传感器(10)，其中离合器动作传感器(9)用于检测离合器(7)的动作并将表示离合器(7)动作的信号发送给电子控制单元(2)；速度传感器(10)用于检测从动装置(5)的输出速度的变化并将表示该输出速度变化的信号发送给电子控制单元(2)。
13.根据权利要求12所述的换挡动力补偿装置，其中，所述发电机驱动装置(8)和驱动装置(6)为一个发动机。
14.根据权利要求12所述的换挡动力补偿装置，其中，所述驱动装置(6)为发动机，所述从动装置(5)为变速箱。
15.根据权利要求13或14所述的换挡动力补偿装置，其中，所述变速箱(5)包括变速器(51)和差速器(52)，其中在离合器(7)从分离状态切换到接合状态时，发动机(6)的动力通过离合器(7)传递给变速器(51)，并经过变速器(51)变速后传递给差速器(52)；在离合器(7)从接合状态切换到分离状态时，电动机(4)为差速器(52)提供补偿动力。
全文摘要
一种换挡动力补偿装置，包括电源、电子控制单元和电动机，其中电源通过电子控制单元为电动机供电；电动机通过接收电源供应的电能为从动装置提供补偿动力；电子控制单元用于判断离合器的动作，当离合器从接合状态切换到分离状态时，电子控制单元控制电源向电动机供电；当离合器从分离状态切换到接合状态时，电子控制单元控制电源停止向电动机供电。对于车辆换挡来说，使用本发明的动力补偿装置，可以避免车辆在换挡时发生冲击，提高车辆驾乘的舒适性。
文档编号F16H63/02GK101038033SQ20061016747
公开日2007年9月19日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年3月17日
发明者任毅, 牛茹茹 申请人:比亚迪股份有限公司