Способ управления расцеплением скользящей шестерни

Изобретение относится к устройству и способу для управления расцеплением скользящей шестерни кулачковой коробки передач транспортного средства. Коробка передач имеет вал, на котором скользящая шестерня может перемещаться аксиально под управлением актуатора переключения передач с силовым приводом между расцепленной позицией нейтрали и одной зацепленной позицией на гибридной зубчатой передаче, в которой она зацепляется с ведущей шестерней. Шестерня жестко соединена с валом, чтобы передавать крутящий момент, принимаемый из двух различных источников мощности, на колеса транспортного средства, кумулятивно или иным способом. Синхронизация ведущей шестерни на ее валу, до того как кулачки скользящей шестерни зацепляются с кулачками ведущей шестерни, осуществляется без интегрированных систем синхронизации, без входной муфты для того, чтобы прерывать передачу крутящего момента между двигателем внутреннего сгорания и колесами во время переключения передач. Достигается повышение надежности устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к гибридным силовым передачам, включающим в себя кулачковую коробку передач без интегрированной механической системы синхронизации или входной муфты, обеспечивающей различные передаточные отношения, по меньшей мере, между двумя источниками мощности (тепловыми и электрическими) транспортного средства и его ведущими колесами, без прерывания крутящего момента между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач во время переключения передач.

Более конкретно, изобретение относится к способу для управления расцеплением скользящей шестерни кулачковой коробки передач транспортного средства, которая ограничивается вращением с валом упомянутой коробки передач, на котором скользящая шестерня может перемещаться аксиально под управлением актуатора (исполнительного механизма) переключения передач с силовым приводом между расцепленной позицией нейтрали и, по меньшей мере, одной зацепленной позицией на гибридной зубчатой передаче, в которой она зацепляется с ведущей шестерней, жестко соединенной с валом, чтобы передавать крутящий момент, принимаемый, по меньшей мере, из двух различных источников мощности, на колеса транспортного средства, кумулятивно или иным способом.

Это изобретение также относится к гибридной силовой передаче, включающей в себя многоступенчатую коробку передач, сцепленную на первичной линии без отсоединяющей муфты с двигателем внутреннего сгорания и, по меньшей мере, с одной электрической машиной, которая может передавать, одновременно или иным способом, крутящий момент из нее на колеса транспортного средства, по меньшей мере, по одной гибридной зубчатой передаче, которая зацепляется и расцепляется, соответственно, посредством зацепления и расцепления скользящей кулачковой шестерни на ведущей шестерне.

Если гибридная силовая передача включает в себя коробку передач со скользящими кулачковыми шестернями без интегрированных систем синхронизации, без входной муфты для того, чтобы прерывать передачу крутящего момента между двигателем внутреннего сгорания и колесами во время переключения передач, синхронизация ведущей шестерни на ее валу, до того как кулачки скользящей шестерни зацепляются с кулачками ведущей шестерни, обычно осуществляется посредством управления электромотором и/или двигателем внутреннего сгорания.

Чтобы обеспечивать то, что передаточное отношение в зацепленном состоянии поддерживается, могут использоваться специальные трапецеидальные зубья, известные как "кулачки", как показано на фиг. 1 и 2. На фиг. 1, скользящая шестерня находится в нейтрали и на равном расстоянии g от двух ведущих шестерен (не показаны). Кулачки 1a скользящей шестерни 1 и кулачки 2a ведущей шестерни (не показан) вырезаются в трапецеидальной форме таким образом, что передача крутящего момента при передаточном отношении в зацепленном состоянии поддерживает или улучшает их взаимный ввод в зацепление в позиции с передаточным отношением в зацепленном состоянии. Она представляет собой функцию "предотвращения расцепления". Наклон кулачков формирует силу F_R реакции, которая является наклонной относительно силы F_T тяги, прикладываемой к кулачкам посредством крутящего момента ведущего вала. Сила F_R реакции является противоположной относительно любой выходной силы F_S от кулачков скользящей шестерни.

При этих условиях, крутящий момент, передаваемый посредством вала, должен подавляться, чтобы обеспечивать расцепление скользящей шестерни. Если коробка передач имеет входную муфту (или отсоединяющую муфту), эта проблема разрешается просто посредством открытия муфты в ходе работы. Если отсоединяющая муфта отсутствует, требуется актуатор расцепления, который является достаточно мощным для того, чтобы преодолевать силу трения, сформированную посредством функции предотвращения расцепления.

Все источники мощности приведения в движение силовой передачи, например, двигатель внутреннего сгорания и одна или две электрических машины, могут формировать остаточный крутящий момент на гибридных зубчатых передачах. Они управляются таким образом, чтобы пытаться подавлять остаточный крутящий момент на валу во время расцепления. Идеальное решение для обеспечения расцепления скользящей шестерни заключается в том, чтобы подавлять запрашиваемый крутящий момент трех моторов. Электромоторы предлагают хорошее время отклика. Их крутящий момент может подавляться менее чем за 100 мс. С другой стороны, двигатели внутреннего сгорания могут иметь время отклика более 500 мс в определенные моменты работы, в частности, на низких частотах вращения. Подавление крутящего момента на скользящей шестерне может занимать более одной секунды. Это время является недопустимым с точки зрения комфорта при вождении, поскольку время подавления крутящего момента является неотъемлемой частью времени переключения передач.

Первый подход для немедленного подавления крутящего момента из двигателя внутреннего сгорания заключает в себе использование оценки упомянутого крутящего момента, выдаваемой посредством процессора двигателя по сети связи транспортного средства, и попытку поглощать этот крутящий момент в течение его переходной фазы подавления. Успешность этого способа зависит от других моторов (электрических машин), имеющих перегрузочную способность для того, чтобы поглощать этот переходной крутящий момент. В сценарии по наилучшему случаю, упомянутые моторы должны поглощать точно инверсию крутящего момента, подаваемого посредством двигателя внутреннего сгорания. На практике, крутящий момент скользящей шестерни уменьшается, но оценка крутящего момента двигателя внутреннего сгорания не является достаточно точной для ее смещения посредством других моторов, чтобы обеспечивать расцепление во всех случаях.

Фиг. 3 показывает сбойную последовательность расцепления посредством смещения теплового крутящего момента посредством электрических машин. Этот сбой вызывается посредством статической ошибки в оцененном крутящем моменте C_e двигателя внутреннего сгорания. Если отсечка ввода оцененного крутящего момента равна 0 Нм, реальный крутящий момент C_R двигателя является отрицательным. Установленный крутящий момент C_c электрической машины равен нулю. Расцепление не выполняется вследствие устройств предотвращения расцепления, если нулевой крутящий момент запрашивается от электрической машины в момент d. Фактически, реальный крутящий момент C_R в скользящей шестерне остается выше порогового значения S расцепления (в абсолютном выражении).

Время активации актуаторов переключения передач также ограничивает шансы на успешную операцию, поскольку эти актуаторы не могут подвергаться механическому напряжению слишком длительное время до перегрева. Если остаточная сила на кулачках скользящей шестерни по-прежнему является высокой, когда актуатор отсекается, расцепление не выполняется. В общем случае, в котором актуатор действует на скользящую шестерню посредством вилки переключателя передач, возможно то, что она может не перемещаться в достаточной степени для того, чтобы расцеплять передаточное отношение.

Некорректная оценка динамики крутящего момента двигателя внутреннего сгорания также сама по себе может быть причиной сбоя. Общий случай, показанный на фиг. 4, заключается в том, что оцененный крутящий момент C_e быстро сходится к своей нулевой цели, тогда как реальный крутящий момент C_R, предоставленный посредством мотора, снижается более медленно, поскольку он обычно требует более секунды для подавления. Установленный крутящий момент C_c электрической машины подавляется слишком рано. Попытка расцепления является преждевременной, поскольку реальный крутящий момент C_r двигателя внутреннего сгорания по-прежнему является слишком высоким. На фиг. 4, запрос на расцепление невозможно удовлетворять, если время (от d1 до d2), в течение которого он находится за пределами порогового значения S расцепления, является слишком большим, поскольку упомянутое время превышает максимальное время T_max активации актуатора.

Настоящее изобретение предназначено для обеспечения расцепления скользящей шестерни с использованием нового способа на основе корректной оценки остаточного крутящего момента на скользящей шестерне, который не является чувствительным к неточностям в оценках крутящего момента двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемый способ включает в себя следующие этапы:

- применение запроса на нулевой крутящий момент ко всем источникам мощности транспортного средства,

- применение инструкции расцепления к скользящей шестерне,

- в отсутствие быстрого расцепления, оценку крутящего момента сопротивления на кулачках скользящей шестерни,

- вычисление остаточного крутящего момента на кулачках в качестве функции вычисленного крутящего момента сопротивления и его угла предотвращения расцепления,

- подавление остаточного крутящего момента посредством приложения противоположного крутящего момента на скользящей шестерне,

- расцепление.

Способ является особенно безопасным и является совместимым с тепловыми ограничениями модуля приведения в действие при переключении передач.

Настоящее изобретение дополнительно поясняется в нижеприведенном описании неограничивающего варианта осуществления, предоставляемом со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 является схематичным представлением скользящей шестерни на нейтрали между двумя ведущими шестернями,

Фиг. 2 показывает силы, присутствующие во время расцепления,

Фиг. 3 и 4 показывают два случая, в которых расцепление является невозможным на гибридной силовой передаче без интегрированных систем синхронизации или входной муфты,

Фиг. 5 является наблюдением крутящего момента сопротивления на кулачке,

Фиг. 6 является картой крутящего момента сопротивления в качестве функции остаточного крутящего момента, и

Фиг. 7 является схемой стратегии реализации.

Первая часть способа заключает в себе оценку остаточного крутящего момента C_res на кулачке. Сама оценка фактически относится к крутящему моменту C_r сопротивления на кулачке. Сила C_r сопротивления может оцениваться посредством наблюдения, к примеру, наблюдения на фиг. 5, с использованием следующих данных:

- X_f: измерение позиции вилки переключения передач (не показана) скользящей шестерни,

- F_ressort: сила, прикладываемая посредством вспомогательной пружины,

- K_ressort: коэффициент крутящего момента вспомогательной пружины, и

- I_f: инерция вилки.

Инерция I_f представляет собой функцию разности между позицией управляющего элемента скользящей шестерни, такого как вилка переключения передач, и позицией ее приводящего в действие пальца. Сила, прикладываемая посредством вспомогательной пружины, зависит только от позиции вилки. Уравнение, регулирующее перемещение вилки, является следующим:

Оно позволяет вычислять усиление для инерции вилки, которое сравнивается с силой пружины, чтобы получать силу сопротивления. Крутящий момент C_r сопротивления получается посредством вычитания силы F_ressort пружины из усиления на инерции I_f вилки, вычисляемой как функция ускорения. Это предоставляет оценку крутящего момента сопротивления на кулачках. Остаточный крутящий момент также зависит от его угла предотвращения расцепления. Для данного угла α предотвращения расцепления, крутящий момент сопротивления на кулачках может преобразовываться в качестве функции остаточного крутящего момента C_res, как показано на фиг. 6, с двумя прямыми линиями, преобразующими идентичный крутящий момент C_r сопротивления в два противоположных значения C_res остаточного крутящего момента в кулачке, в зависимости от угла α предотвращения расцепления. Приложение одного из этих значений к кулачкам скользящей шестерни подавляет остаточный крутящий момент C_res, тогда как другого - удваивает остаточный крутящий момент.

Приспосабливаемое решение состоит в том, чтобы запрашивать электромотор прикладывать крутящий момент, выбранный произвольно между двумя вычисленными значениями C_res остаточного крутящего момента. Если значение, применяемое фактически, подавляет крутящий момент двигателя внутреннего сгорания, вилка перемещается к позиции нейтрали, и расцепление выполняется. Если наблюдается то, что вилка отодвигается от своей позиции нейтрали, то крутящий момент электрической машины увеличивает остаточный крутящий момент. Затем может прикладываться второе значение, которое обязательно подавляет остаточный крутящий момент. Расцепление выполняется.

Стратегия обобщается на фиг. 7 (в неограничивающем примере силовой передачи, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания и одну электрическую машину). Если обобщить, изобретение применяется к управлению расцеплением скользящей шестерни любой кулачковой коробки передач транспортного средства, которая ограничивается вращением с валом упомянутой коробки передач, на котором скользящая шестерня может перемещаться аксиально под управлением актуатора переключения передач с силовым приводом между расцепленной позицией нейтрали и, по меньшей мере, одной зацепленной позицией на гибридной зубчатой передаче, в которой она зацепляется с ведущей шестерней, жестко соединенной с валом, чтобы передавать крутящий момент, принимаемый, по меньшей мере, из двух различных источников мощности, на колеса транспортного средства, кумулятивно или иным способом.

Когда коробке передач инструктируется выполнять переключение передач, предусматривающее расцепление скользящей шестерни, запрос на нулевой крутящий момент прикладывается к двигателю внутреннего сгорания (Mth) и к электрической машине (ME). Когда значения крутящего момента оцениваются как достаточно низкие для того, чтобы обеспечивать расцепление, инструкция расцепления отправляется в рассматриваемый актуатор переключения передач. Если расцепление не возникает в течение данного времени, к примеру, 50 мс, предполагается, что на кулачке по-прежнему существует чрезмерный остаточный крутящий момент. Крутящий момент C_r сопротивления затем оценивается и может использоваться для того, чтобы вычислять значения C1 и C2 крутящего момента подавления для остаточного крутящего момента C_res. Первое прикладывается, например, в течение 50 мс, для проверки процесса изменения позиции вилки. Направление перемещения вилки переключения передач скользящей шестерни наблюдается во время приложения первого значения C1 крутящего момента подавления. Если вилка отодвигается от своей позиции нейтрали после приложения первого значения C1, второе значение C2 прикладывается в течение идентичного времени, что и первое, чтобы обеспечивать расцепление. Два противоположных значения C1, C2 крутящего момента подавления прикладываются последовательно к скользящей шестерне, если одно из упомянутых значений является некорректным. Для указанных времен, расцепление достигается во всех случаях менее чем за 150 мс.

В общих словах, способ включает в себя, по меньшей мере, следующие этапы:

- применение запроса на нулевой крутящий момент ко всем источникам мощности транспортного средства,

- применение инструкции расцепления к скользящей шестерне,

- оценку крутящего момента C_r сопротивления на кулачках скользящей шестерни в отсутствие быстрого расцепления (t>50 мс),

- вычисление остаточного крутящего момента C_res на кулачках в качестве функции вычисленного крутящего момента сопротивления и его угла предотвращения расцепления,

- подавление остаточного крутящего момента C_res посредством приложения противоположного крутящего момента C1, C2 на скользящей шестерне,

- расцепление.

Основное преимущество изобретения заключается в отсутствии необходимости дополнений в существующие модули приведения в действие при переключении передач. Изобретение также исключает потребность в изменении размеров их приводных моторов.

При условии, что переключение передач должно занимать приблизительно 1 с, увеличенное время расцепления, обусловленное посредством реализации изобретения, например, 50-150 мс, остается в приемлемых пределах с точки зрения комфорта при вождении.

Вышеприведенное описание излагает один предпочтительный способ для оценки крутящего момента сопротивления. Тем не менее, могут приспосабливаться другие технологии наблюдения, которые являются в равной степени устойчивыми к шуму при измерении, в качестве функции качества доступных измерений позиции вилки, без выхода в силу этого за пределы объема изобретения.

В качестве разновидности, сканирование крутящего момента может формироваться посредством электрической машины без заблаговременной оценки крутящего момента сопротивления. Тем не менее, эта разновидность значительно увеличивает время расцепления, поскольку, вместо выбора между двумя значениями крутящего момента, выбор выполняется из широкого диапазона значений, и по сути, сканирование требует значительного времени для завершения. Тем не менее, способ позволяет обеспечивать расцепление во всех случаях, без изменения размеров компонентов актуатора.

Как указано выше, предложенный способ преимущественно применяется к любой гибридной силовой передаче, включающей в себя многоступенчатую коробку передач, сцепленную на первичной линии без отсоединяющей муфты с двигателем внутреннего сгорания и, по меньшей мере, с одной электрической машиной, которая может одновременно передавать крутящий момент из нее на колеса транспортного средства, по меньшей мере, по одной гибридной зубчатой передаче, которая зацепляется и расцепляется, соответственно, посредством зацепления и расцепления скользящей кулачковой шестерни на ведущей шестерне. В такой силовой передаче, расцепление скользящей шестерни может управляться посредством применения способа. Способ является особенно эффективным, если рассматриваемые скользящие шестерни не имеют интегрированных систем синхронизации, и если кулачки скользящих шестерней имеют ненулевой угол предотвращения расцепления.

1. Способ управления расцеплением скользящей шестерни (1) коробки передач транспортного средства с кулачками (1a), которая ограничена, чтобы вращаться с валом упомянутой коробки передач, на котором она может перемещаться аксиально под управлением актуатора переключения передач с силовым приводом между расцепленной позицией нейтрали и по меньшей мере одной зацепленной позицией на гибридной зубчатой передаче, в которой она зацеплена на ведущей шестерне, жестко соединенной с валом, чтобы передавать на колеса транспортного средства, кумулятивно или иным способом, крутящий момент, принимаемый по меньшей мере из двух различных источников мощности, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы, на которых:

- применяют запрос на нулевой крутящий момент ко всем источникам мощности транспортного средства,

- применяют инструкцию расцепления к скользящей шестерне,

- в отсутствие быстрого расцепления оценивают крутящий момент (C_r) сопротивления на кулачках (1a) скользящей шестерни,

- вычисляют остаточный крутящий момент (C_res) на кулачках в качестве функции вычисленного крутящего момента сопротивления и его угла предотвращения расцепления,

- подавляют остаточный крутящий момент (C_res) посредством приложения противоположного крутящего момента (C1, C2) на скользящей шестерне,

- расцепляют.

2. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что два противоположных значения (C1, C2) крутящего момента подавления для значений (C_res) остаточного крутящего момента вычисляются и прикладываются последовательно к скользящей шестерне, если одно из упомянутых значений является некорректным.

3. Способ управления по п. 2, отличающийся тем, что направление перемещения вилки переключения передач скользящей шестерни (1) наблюдается во время приложения первого значения (C1) крутящего момента подавления.

4. Способ управления по п. 3, отличающийся тем, что второе значение (C2) крутящего момента подавления применяется к скользящей шестерне, если вилка отодвигается от своей позиции нейтрали после приложения первого значения.

5. Способ управления по одному из пп. 3 или 4, отличающийся тем, что крутящий момент (C_r) сопротивления на скользящей шестерне оценивается в качестве функции:

- измерения позиции (X_f) вилки переключения передач скользящей шестерни,

- силы, прикладываемой посредством вспомогательной пружины,

- коэффициента (K_ressort) крутящего момента вспомогательной пружины и

- инерции (I_f) вилки.

6. Способ управления по п. 5, отличающийся тем, что крутящий момент (C_r) сопротивления получают посредством вычитания силы (F_ressort) пружины из усиления на инерции (I_f) вилки в качестве функции ее ускорения.

7. Способ управления по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что источники мощности включают в себя по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания и одну электрическую машину.

8. Способ управления по п. 7, отличающийся тем, что остаточный крутящий момент (C_res) прикладывается к скользящей шестерне посредством двигателя внутреннего сгорания, в то время как крутящие моменты (C1, C2) подавления для остаточных крутящих моментов прикладываются посредством электрической машины.

9. Гибридная силовая передача, включающая в себя многоступенчатую коробку передач, сцепленную на первичной линии без отсоединяющей муфты с двигателем внутреннего сгорания и по меньшей мере с одной электрической машиной, которые могут одновременно передавать крутящий момент из них на колеса транспортного средства по меньшей мере по одной гибридной зубчатой передаче, которая зацепляется и расцепляется соответственно посредством зацепления и расцепления скользящей кулачковой шестерни на ведущей шестерне, отличающаяся тем, что расцепление скользящей шестерни управляется по одному из предшествующих пунктов.

10. Силовая передача по п. 9, отличающаяся тем, что скользящая шестерня не имеет интегрированной системы синхронизации, и тем, что кулачки скользящей шестерни имеют ненулевой угол предотвращения расцепления.