用于控制车辆变速器的促动器的方法与流程

本发明涉及用于控制车辆变速器的促动器的方法。本发明还涉及相应的计算机程序、计算机可读介质、控制单元和车辆变速器。本发明可应用于车辆上，特别是诸如卡车或工程机械的重型车辆。然而，虽然将主要针对卡车来描述本发明，但本发明当然也可应用于其他类型的车辆，例如小轿车或大客车等。

背景技术：

关于车辆变速器，例如，用在诸如卡车或大客车等的重型车辆内的变速器，经常使用手自一体变速器。手自一体变速器自动改变档位，使得档位和改变档位的具体时间被自动地执行。通常且已熟知的是：在齿轮同步时(即，接合套筒与待接合的齿轮之间的相对速度大致为零时)进行换档。然而，在一些应用中发生非同步的换档，且这些应用中很重要的是控制换档，以例如实现非期望的噪声的降低以及动态载荷的降低。

现有技术的解决方案提供了用于在车辆变速器内执行非同步换档的方法，其通过对接合套筒施力以使接合套筒在朝向待接合的齿轮的方向上受力来进行。该接合套筒然后到达待接合的齿轮，由此发生了换档。然而，这种用于换档的方法经常与以下情形相关联：当接合套筒在待接合的齿轮的轴向方向上撞到待接合的齿轮时，会产生高的动态载荷和非期望的噪声。如果动态载荷过于严重，它们可能导致变速箱部件耐久性的降低以及由所述动态载荷引起的冲击载荷，从而对变速箱电子器件有不利影响。

因此，需要提供一种用于在车辆变速器内执行非同步换档的方法，该方法减小了相关的动态载荷并因此提高了变速器部件的耐久性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在车辆变速器内执行换档时减小动态载荷和非期望的噪声的方法。此目的至少部分地通过根据权利要求1所述的用于控制车辆变速器的促动器的方法来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制车辆变速器的促动器的方法，所述促动器连接到接合套筒，所述接合套筒能够在车辆变速器的齿轮分离位置和齿轮接合位置之间轴向移位，以执行变速器换档，其中，所述方法包括以下步骤：在第一预定时间段内促动所述促动器，以开始所述接合套筒从齿轮分离位置朝向齿轮接合位置的平移移动，其中，第一预定时间段短于所述接合套筒到达齿轮接合位置所需的总时间段；在第一预定时间段的持续期之后开始的第二预定时间段期间，确定所述接合套筒是否已到达齿轮接合位置；以及，如果在第二预定时间段期间确定所述接合套筒未能到达齿轮接合位置，则在第三预定时间段期间促动所述促动器。

在下文中及在整个描述的全文中，术语“齿轮分离位置”应解释为接合套筒的如下位置：在该位置中，所述接合套筒未与在执行换档时待接合的齿轮最终啮合连接。因此，齿轮分离位置可以是接合套筒未连接到任何齿轮的位置，即中性位置，或者可以是所述接合套筒啮合连接到一个齿轮但该齿轮不是换档执行完成之后应当接合的那个齿轮的位置。例如，当执行从第一档到第二档的换档时，接合套筒可处于开始换档前的最初状态，即与第一齿轮啮合连接。在然后换档已经开始并执行时，所述接合套筒啮合连接到第二齿轮。在此示例性情况中，所述接合套筒和第一齿轮之间的啮合连接因此应解释为“齿轮分离位置”，即使所述接合套筒自身处于与齿轮的接合位置。类似地且根据上述示例性情况，齿轮接合位置因此应解释为所述接合套筒与第二齿轮最终啮合连接时(即，当换档已执行且完成时)的位置。

此外，第一预定时间段和第二预定时间段应解释为两个分开的时间段。因此，第二预定时间段应解释为在第一预定时间段完成之后开始的时间段。因此应理解的是，促动器在第二时间段期间不被促动。因此，促动器在第二时间段期间被分离或解除激活。也应理解的是，取决于车辆的具体应用或先决条件，这些预定的时间段各自的持续时间可以是不同的。例如，与在实现正常运行温度前执行该方法相比，如果车辆变速器在正常运行温度下运行，则第一预定时间段可具有更短的持续时间。外部空气温度是影响第一预定时间段的持续时长的另一参数。

再进一步地，可利用现行可用的变速器传感器来确定所述接合套筒是否处于接合位置。

本发明基于如下见解，即：通过以较短的第一预定时间段来促动促动器以开始促动器朝向齿轮接合位置的平移移动，将足以将接合套筒送到齿轮接合位置。然而，如果接合套筒的齿例如在第二预定时间段期间将撞到要接合的齿轮的齿，则所述接合套筒上的将接合套筒引向接合位置的力将最终减小到将不能完全接合所述接合套筒的极限，此时所述接合套筒的齿不再与齿轮连接。因此，本发明也基于如下见解，即：如果确定所述接合套筒在第二预定时间段期间尚未到达齿轮接合位置，则应执行所述促动器的进一步促动，以便向接合套筒提供轴向力而允许所述接合套筒被接合。

本发明的优点是：当接合套筒的齿撞到待接合的齿轮的齿时，与在从接合套筒的分离位置到接合位置的完整的循环期间促动促动器相比，轴向方向上的动态载荷将降低。根据示例性实施例，所述方法还可包括紧接着进行的以下步骤：如果所述接合套筒在预定的最大容许时间段内未能到达齿轮接合位置，则促动所述促动器，直至确定所述接合套筒已到达齿轮接合位置。

由此，所述促动器在接合套筒上提供力，直至接合套筒完全接合，以在合理的时间极限内执行换档。其优点在于：如果确定进一步提供促动脉冲将不完成换档，则提供强制的换档，直至过去了一段额外的时间。然而，应容易地理解的是，进一步的促动脉冲可在上述第三预定时间段之后但在预定的最大容许时间段已经过去之前提供给促动器。

根据示例性实施例，所述方法还可包括以下步骤：如果所述接合套筒在预定的最大容许时间段内未到达齿轮接合位置，则使接合套筒围绕轴向延伸的几何轴线相对于所述待接合的齿轮旋转。

其优点是进一步允许将所述接合套筒定位在齿轮接合位置。由此，如果接合套筒卡在接合套筒的齿的边沿与待接合的齿轮的齿的边沿接触的位置处，则接合套筒相对于待接合的齿轮的旋转可使得接合套筒可进一步被引向齿轮接合位置。这可有利地与上文所述的促动所述促动器直至接合套筒被接合的示例性实施例相组合。

根据示例性实施例，第一时间段可在所述接合套筒的齿与和该接合套筒连接的齿轮的齿碰撞时结束。

由此，提供了预先设定的且良好地定义的时间段。而且，通过促动所述促动器直至接合套筒的齿撞到应与接合套筒连接的齿轮的齿，可提供促动脉冲，所述促动脉冲足以在接合套筒的齿与齿轮的根部对齐时进一步将接合套筒引向齿轮接合位置。

根据示例性实施例，所述促动器可以是气压缸，所述气压缸包括连接到接合套筒的换档杆。

上述气压缸容易操作且可利用设有该变速器的车辆上的已有的空气/气体压力供给箱。当然也可构思出其他类型的促动器，例如液压促动器或电控促动器。

根据示例性实施例，可通过流体连通地布置在气压缸和空气压力供给箱之间的至少一个阀来控制所述气压缸。

术语“流体连通”应理解为包括通过空气/气体的连通。因此，术语“流体连通”应包括在气压缸和空气压力供给箱之间的空气/气体连通。

其优点是该阀可容易控制且可因此连接到控制单元，所述控制单元确定打开和关闭该阀的时间，以便促动器被促动/解除激活。

根据示例性实施例，可通过将至少一个阀设在打开状态以使加压空气从空气压力供给箱被供给到气压缸来控制用于促动气压缸的时间段。

根据示例性实施例，所述变速器换档可以是非同步换档。

“非同步换档”应解释为如下的换档，即：接合套筒的旋转速度不与应与所示接合套筒接合的齿轮的旋转速度同步。与同步换档布置相比，非同步换档的优点是需要更少的部件，因为例如不需要传统的同步啮合单元。而且，其部件一般也具有更轻的重量。因此，非同步换档比同步换档式设计更廉价。

根据本发明的第二方面提供了计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，当程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行涉及本发明第一方面的上述步骤中的任何步骤。根据示例，该计算机可以是嵌入式实时系统。

根据本发明的第三方面提供了载有计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码，当计算机程序在计算机上运行时，该程序代码执行涉及本发明第一方面的上述步骤中的任何步骤。根据示例，该计算机可以是嵌入式实时系统。

根据本发明的第四方面提供了一种控制单元，所述控制单元可连接到车辆变速器，该车辆变速器包括连接到接合套筒的促动器，其中，该接合套筒能够在车辆变速器的齿轮分离位置和齿轮接合位置之间轴向移位，其中，该控制单元被构造为：在第一预定时间段期间促动所述促动器，以开始所述接合套筒从齿轮分离位置朝向齿轮接合位置的平移移动，其中，第一预定时间段短于所述接合套筒到达齿轮接合位置所需的总时间段；在第一时间段的持续期之后开始的第二时间段期间，确定接合套筒是否已达到齿轮接合位置；以及，如果在第二预定时间段期间确定所述接合套筒未能到达齿轮接合位置，则在第三预定时间段期间促动所述促动器。

根据示例性实施例，车辆变速器还可包括被布置成与所述促动器流体连通的至少一个阀，其中，所述控制单元连接到该至少一个阀并构造成控制所述阀以将所述阀设置在打开状态或关闭状态。

根据本发明的第五方面提供了一种车辆变速器，所述车辆变速器包括上文结合本发明的第四方面所述的控制单元。根据示例性实施例，该变速器可以是手自一体变速器(automated manual transmission)。

本发明的第二、第三、第四和第五方面的效果和特征类似于上文结合本发明的第一方面所述的效果和特征。

当阅读所附权利要求和如下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。本领域普通技术人员将认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可相互组合，以形成不同于下文所述的实施例的实施例。

附图说明

通过下文对本发明典型实施例的说明性而非限制性的详细描述，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得明显，其中：

图1是设有利用了根据本发明示例性实施例的方法的车辆变速器的卡车的侧视图；

图2是示出了根据本发明示例性实施例的促动器以及车辆变速器的一部分的示意图；

图3a至图3b示出了根据本发明的各档位改变情形的示例性实施例；并且

图4是示出了根据本发明示例性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现在，下面将参考附图更完整地描述本发明，所述附图中示出了本发明的典型实施例。然而，本发明能够以许多不同的形式实施且不应解释为仅限于在此阐述的实施例；而是，这些实施例仅是为了充分公开和完整性而提供的。在说明书中的各处，相同的附图标记表示相同的元件。

特别参考图1，提供了带有根据本发明的变速器100的车辆1。图1中描绘的车辆1是卡车，如下文中进一步描述的，本发明的变速器和相关的用于控制促动器的方法特别适用于卡车。

转到图2，图中示出了车辆变速器202的一部分，该变速器202连接到用于控制接合套筒206的促动器204。为理解简单起见，促动器204被以剖视图示出。更具体地，车辆变速器202包括变速器输入轴208，所述变速器输入轴208连接到车辆发动机(未示出)。变速器输入轴208又通过一对相互啮合的齿轮212、214连接到变速器副轴210。此外，副轴210通过相互啮合的另外的齿轮进一步连接到变速器主轴216。虽然图2描绘了变速器输入轴208通过变速器副轴210连接到变速器主轴216，但当然也可构思出其他替代方案，例如在变速器输入轴208和变速器主轴216之间的直接连接。车辆变速器202也可替代地包括两个输入轴。

此外，图2中描绘的布置结构包括促动器204，在示例性实施例中，所述促动器是双作用气压缸形式的气压促动器。促动器204包括换档杆218，所述换档杆218具有将促动器204分为活塞侧236和活塞杆侧238的密封构件219。换档杆218和密封构件219布置成在促动器204内往复运动。换档杆218又连接到换档拨叉220。换档拨叉220构造成接合套筒206接合，以将接合套筒206连接到主轴216的第一齿轮222，使得第一齿轮222机械地连接到主轴216。更具体地，在第一齿轮222和主轴216之间提供了轴承布置(未示出)，使得在第一齿轮222分离时在第一齿轮222和主轴216之间没有力或转矩传递。促动器204或促动器204的换档杆218可使接合套筒206轴向移位，使得第一齿轮222连接到主轴216，因此在第一齿轮222和主轴216之间提供力或转矩。图2中描绘的换档拨叉220进一步被构造为使接合套筒206在第一齿轮222和第二齿轮224之间轴向移动，以将第一齿轮222和第二齿轮224接合到主轴216或将第一齿轮222和第二齿轮224从主轴216分离。换档拨叉220也可将接合套筒206定位在第一齿轮222和第二齿轮224之间的中性位置，使得齿轮222、224的任一个都不机械地连接到主轴216。虽然图2仅示出了单独的促动器204，但应容易理解的是，主轴216的剩余的接合套筒226、228也连接到用于执行换档的各促动器。

此外，促动器204进一步连接到压力供给箱230。在示例性实施例中，压力供给箱230是包括加压空气的空气箱。更具体地，促动器204与压力供给箱230通过第一阀232和第二阀234流体连通。第一阀232流体连通地布置在压力供给箱230和促动器204的活塞侧236之间，而第二阀234流体连通地布置在压力供给箱230和促动器204的活塞杆侧238之间。阀232、234进一步连接到控制单元240，所述控制单元240控制所述阀232、234的促动和解除激活，以确定何时应将加压空气提供到促动器204的活塞侧236或提供到促动器204的活塞杆侧238，或根本不向促动器204提供加压空气。图2中示出的第一阀232和第二阀234是电控阀，例如电控螺线管，所述电控螺线管电连接到控制单元240。然而，当然可构思出其他类型的阀，例如由弹簧或液压流体等促动的机械控制阀。取决于具体的应用，压力供给箱当然也可包含其他类型的气体。如果所述促动器例如是液压促动器，则压力供给箱也可替代地包括加压的液压流体。

下面将描述该促动器的功能。当控制单元促动第一阀232并同时将第二阀234解除激活时，加压空气从压力供给箱230被引导出并引导到促动器204的活塞侧236。由此，换档杆218和密封构件219在促动器204内在朝着促动器的活塞杆侧238的方向上轴向移位。由此，活塞侧236的体积增大，而活塞杆238侧的体积减小。当控制单元240促动第一阀232时，换档拨叉220将接合套筒206朝向第一齿轮222引导。最终，接合套筒206将设置在接合位置，以使第一齿轮222机械地连接到主轴216。

当在下文中描述第一齿轮222应从主轴216分离时，控制单元240促动第二阀234并将第一阀232解除激活。由此，加压空气从压力供给箱230提供到促动器204的活塞杆侧238，使得换档杆218和密封构件219在促动器204内朝着促动器204的活塞侧236轴向移位。先前提供到促动器204的活塞侧236的空气例如被释放到车辆变速器202的周围环境内。从促动器204的活塞侧236排出的空气也可提供到一些类型的箱或收集容器等内，而不是排放到车辆变速器202的周围环境中。

当换档杆218和密封构件219被朝向促动器204的活塞侧236引导时，所述接合套筒将从第一齿轮222的齿轮接合位置移位到齿轮分离位置，在齿轮分离位置，第一齿轮不再通过所述接合套筒机械地连接到主轴。

现在转到图3a和图3b，其示出了使用根据本发明的方法改变档位的情形的两个示例性实施例。首先，将参考图3a进行描述，其示出了示例性实施例，其中，接合套筒206相对平滑地设置在齿轮接合位置，即，在控制单元240促动了用于将接合套筒206定位在齿轮接合位置的阀232、234中的一个之后，接合套筒206在该接合套筒的齿撞到要与该接合套筒连接的齿轮的齿之后以相对短的时间被定位在接合位置。另一方面，图3b示出了示例性实施例，其中，在接合过程期间，接合套筒206在该接合套筒206的齿碰到要与该接合套筒连接的齿轮的齿之后以相对长的时间被定位在接合位置中。因此，图3a示出了迅速的接合过程，而图3b示出了稍微不迅速的接合过程。

因此，首先参考图3a，其示出了根据本发明实施例的换档情形。图中的x轴是接合过程经过的时间段，即换档的时间段，而y轴是接合套筒206的位置302以及所述阀232、234之一的促动程度304。应理解的是，图3a中描绘的档位改变情形可用于促动第一阀232和第二阀234的任一个，但为便于理解本发明，下文将仅参考第一阀232的促动和解除激活。在T0时刻，第一阀232被促动，即第一阀232被定位在打开状态，并且，来自压力供给箱230的加压空气被提供到促动器204的活塞侧236。因此，在T0处，第一阀232被促动304。进一步，在T1处，换档杆218、换档拨叉220和接合套筒206开始朝向待接合的齿轮的轴向移动，即朝向齿轮接合位置的轴向移动。换档杆218、换档拨叉220和接合套筒206被继续朝向待接合的齿轮引导，直至接合套筒206的齿碰撞要与接合套筒连接的齿轮的齿，这被图示为在时刻T2处发生。在T2处，控制单元240也将第一阀232解除激活，使得不将另外的加压空气供给到促动器204的活塞侧。由此，促动器204已被促动第一预定时间段306。然而，应理解的是，接合套筒不必必需在控制单元240将第一阀232解除激活的同时到达接合套筒与其要接合的齿轮碰撞的位置。因此，控制单元将第一阀232解除激活的时间T2可在接合套筒与齿轮的齿碰撞之前/之后发生。在时间T2和时间T3之间，接合套筒206的速度大致为零，并且，旨在进一步将接合套筒朝向齿轮接合位置引导的力减小，因为促动器不再被促动。然而在时间T3，接合套筒206的齿不再与齿轮的齿接触。因此，接合套筒206可继续被朝向齿轮接合位置引导，这在时间T4处执行。因此，在T4处，接合套筒定位在齿轮接合位置且换档完成，该接合套筒在第一时间段306的持续期之后开始的第二预定时间段308内到达齿轮接合位置。在以310表示的总时间段内，接合套筒达到齿轮接合位置。

由于从接合套筒的齿与齿轮的齿碰撞时的时刻T2至接合套筒继续被朝向齿轮接合位置引导时的时刻T3的相对短的时间段，在第一预定时间段期间提供到促动器的力足以完成换档过程。

在理想的换档过程期间，即在接合套筒的齿和要与该接合套筒接合的齿轮的齿之间无碰撞时，时刻T2和时刻T3是同一时间，即二者重合。

现在替代地参考图3b，其示出了根据本发明实施例的另一个换档情形。x轴和y轴代表了与上文参考图3a所述相同的参数。此外，时间步骤T0至T2与上文参考图3a所述的类似。因此，在T2处，在促动器被促动时，经过了第一预定时间段306，且所述接合套筒的齿已与齿轮的齿碰撞。在第二预定时间段308的持续期之后，确定所述接合套筒206尚未达到齿轮接合位置。因此，确定需要对促动器204的进一步促动，以在换档杆218上提供力，使得该换档杆可进一步将接合套筒引导到齿轮接合位置。因此，在第二预定时间段308的持续期之后，促动器206又在第三预定时间段312期间被促动。因此，进一步的力被提供到换档杆218。在第三预定时间段的持续期之后，该促动器将在第四预定时间段314期间被解除激活。如果在经过了第四预定时间段314的持续期之后接合套筒206尚未达到齿轮接合位置，则控制单元240在第五预定时间段316期间又将促动所述促动器204。因此，根据图3b中描绘的示例性实施例，在T4处，接合套筒206的齿不再与齿轮的齿连接且接合套筒206可继续被朝向齿轮接合位置引导。

在图3b描绘的示例性实施例中，在促动器204在第五预定时间段期间被促动之后，接合套筒达到齿轮接合位置。然而，在其中在预定的最大容许时间段318内该接合套筒206未到达齿轮接合位置的情况中，控制单元240促动促动器204，直至接合套筒206被设置在齿轮接合位置。因此，如果执行换档所用的时间过长，则执行促动器204的最终促动320。与促动器的最终促动320相结合，该接合套筒可相对于要与该接合套筒连接的齿轮旋转，以进一步促进二者之间的连接。

在预定时间段内提供短的促动脉冲的优点是减小了系统的动态力，同时仍保持足以将接合套筒引导到齿轮接合位置的力。

为了总结根据本发明的执行换档的方法，与图2相结合地参考图4。

首先，在第一预定时间段306期间，通过将第一阀232定位在打开状态以允许将加压气体从压力供给箱230引导到促动器204的活塞侧236来促动S1所述促动器204。然后，在第二预定时间段308期间，确定S2上述接合套筒206是否处于齿轮接合位置。如果接合套筒206处于齿轮接合位置中，则换档完成S4且该过程结束。另一方面，如果在第二预定时间段308的持续期之后确定所述接合套筒206未处于齿轮接合位置，则在第三预定时间段312期间促动S3所述促动器204。

在经过了第三预定时间段312之后，在第四预定时间段314期间确定接合套筒206是否处于齿轮接合位置。如果接合套筒206处于齿轮接合位置中，则换档完成S4且该过程结束。另一方面，如果在第四预定时间段314的持续期之后确定接合套筒206未处于齿轮接合位置中且确定S6已过了预定的最大容许时间段318，则促动器204在第五预定时间段316期间被再次促动。如果已过了预定的最大容许时间段318，则控制单元240促动S7促动器，直至接合套筒206到达齿轮接合位置。

应理解的是，本发明不限于以上所述且在附图中示出的实施例；而是本领域普通技术人员将认识到，在所附带权利要求的范围内可进行许多改变和修改。例如，以上所述的在阀被促动和/或解除激活时的时间段应解释为示例，且这些时刻可在例如接合套筒的齿与齿轮的齿碰撞稍前或稍后发生。本发明也不限于所述接合套筒被促动到其接合位置之前的上述时间段的数量。因此，在本发明的范围内，应考虑将促动脉冲提供到促动器的更多或更少的时间段。