用于控制档位转换致动器的方法和相应的换档致动器与流程

本发明涉及在配备有致动器的平行轴齿轮箱中的档位转换控制。

本发明涉及一种用于控制换档致动器的方法，该换档致动器具有滑动齿轮，该换档致动器包括用于控制换档拨叉的控制元件，该换档拨叉负责使得多个小齿轮接合在该齿轮箱的轴上和与之脱离接合，该轴从由车辆的车载电力系统供电的牵引机器接收转矩。这个控制元件被放置在机械弹簧辅助系统的上游。该控制元件在位置上是通过DC致动电机来调节的。

本发明还涉及一种换档致动器，该换档致动器包括控制元件，该控制元件用于控制换档拨叉，从而确保多个小齿轮在齿轮箱的轴上的脱离接合和接合。这个控制元件在位置上是通过DC致动电机来调节的，该DC致动电机由车辆的装备有电压调整元件的车载电力系统来供应。在这个致动器中，该控制元件被放置在机械弹簧辅助系统的上游，该机械弹簧辅助系统有助于滑动齿轮的齿接合在小齿轮的齿之间。

背景技术：

本发明在“自动”类型齿轮箱方面找到了一种优选但非限制性应用，该“自动”类型齿轮箱如同具有自动换档、不具有小齿轮同步机构的手动齿轮箱来运行。

在没有同步机构的内部档位转换控制系统中，使用了具有扁平齿或“卡爪”的滑动齿轮，这些扁平齿或“卡爪”在相对于有待接合的小齿轮轻微地转动从而能够接合在其齿之间之前顶靠在该小齿轮的齿上。

为了达到换档舒适性的所需等级，可以使用换档辅助装置，这些换档辅助装置实施了抵抗弹簧，该抵抗弹簧当其在同步阶段过程中压缩时能够存储能量并且在这个阶段结束时释放能量利于小齿轮的接合。

公开文件FR 2 988 800披露了一种用于致动滑动卡爪齿轮的已知系统，该系统包括装备有两个臂的刚性拨叉位移固定装置，这两个臂绕控制轴接合，从而在外部元件的控制下允许其自身沿这个轴轴向移位。该系统进一步包括在该固定装置的这两个臂之间绕该拨叉轴缠绕的抵抗弹簧以及顶在该弹簧的末端与该固定装置的臂之间的两个保持套环，从而能够以受限的运动沿轴滑动。当该滑动齿轮和该小齿轮的齿顶靠时，该弹簧存储由致动器供应的能量。在有可能接合时弹簧通过使拨叉加速来释放能量。所获得的加速取决于弹簧的压缩，并且因此取决于在这些齿对顶阶段过程中由电机传递的转矩。

在档位改换过程中，重要的是使对于平滑换档所需的所有必要操作占用的时间最小化。

技术实现要素：

本发明旨在通过作用于调节控制参数来优化这个过程。

为此目的，本发明提出在小齿轮脱离接合和接合操作过程中使施加给致动电机的电压暂时地上升。

更确切地，将致动电机的电压设定点暂时地调整至比正常供应电压更高的值。

根据致动器的具体实施例，在小齿轮脱离接合和接合操作的过程中，该车载电力系统的电压变换器将致动电机的电压暂时地调整至比车载电力系统的正常供应电压更大的值。

附图说明

通过阅读对参照附图给出的本发明的非限制性实施例的以下描述将更好地理解本发明，在附图中：

-图1呈现了致动器的机械原理，

-图2示出了改换档位的步骤，

-图3展示了通过常规车载电力系统的12V电压的调节，

-图4强调了通过修改这个电压实现的性能改善，并且

-图5示出了用修改的致动器驱动电机电压的新序列。

具体实施方式

在图1中以非限制性方式展示的电动档位转换致动器受到电动机1的控制，该电动机可旋转地连接至控制元件(例如，档位转换销2)。销2接合在(例如在公开文件FR 2 988 800中描述的)刚性固定装置3的凹槽3中，该刚性固定装置配备有两个臂3a，这两个臂围绕控制拨叉6的控制轴4接合，该控制拨叉用于控制具有扁平齿或“卡爪”8的滑动齿轮7。滑动齿轮在电机1的控制下移位，该电机接收来自位置传感器的位置信息并且抵抗弹簧9绕轴4缠绕在固定装置的这两个臂3a之间。两个套环11限制弹簧9的压缩以及固定装置在轴上的运动，这是由于存在多个长形槽缝11a，被紧固到轴4上的销12在这些长形槽缝中移动。总之，这种致动器包括用于控制换档拨叉的控制元件，从而确保多个小齿轮在齿轮箱的轴上的脱离接合和接合。这个控制元件在位置上是通过由车辆的车载电力系统供能的并且被放置在机械弹簧辅助系统的上游的直流致动电机来调节的，该机械弹簧辅助系统有助于滑动齿轮的齿在小齿轮的齿之间的接合。该控制元件如下来运行。

当接合档位时，由固定装置、弹簧、套环、轴和拨叉构成的组件作为整体移动，直到拨叉遇到与滑动齿轮的齿8抵靠小齿轮13的齿13a的布置相关的阻力。在滑动齿轮抵靠小齿轮的布置与该滑动齿轮接合在该小齿轮上(即，其齿被接合在小齿轮的那些齿之间)之间，通过固定装置3的继续运动弹簧9以弹簧加载阶段在这些套环11之间被压缩。弹簧然后放松，将其已经积聚的能量释放，从而帮助滑动齿轮接合在小齿轮上。

控制是借助于施加到致动器1的电机上的电压来进行的，该电机优选地是直流机器。拨叉的位置确定了档位转换，但是这种举措不易于调节的。这种控制是通过在运动控制链中的辅助器件上游的销2的位置来调节的。在这种调节中测量和使用的变量是销2的位置和电机的供应电流。在图2中的三条曲线对应地示出了销的位置的变化(以毫米为单位)、牵引转矩(以牛顿米为单位)、以及以每分钟转数(rpm)为单位的牵引机器的速度。参照图2，可以看出在档位改换操作过程中对致动器的控制包括以下步骤：

a)将车辆的(电动或内燃式)牵引机器所递送的、对轴进行驱动的转矩消除，

b)通过调节销2的位置使第一档位(第一齿轮比)的惰轮脱离接合：驱动电机于是自由轮运动(或处于空档位置)(步骤2)，

c)通过牵引机器使轴与第二档位的惰轮同步(最终齿轮比)，以便能够接合所希望的档位(步骤3)，

d)通过调节销2的位置来接合第二小齿轮(步骤4)，

e)在牵引机器上重新施加转矩(步骤5)。

图2表明了这些步骤各自的持续时间。在图2的第二条曲线上，可以看出消除电动牵引机器所提供的转矩(步骤1)占用约400ms。脱离接合(步骤2)占据约200ms(第二条曲线)。然后同步步骤(步骤3)占据约150ms。在同步之后，接合(步骤4)再次占据200ms。

图3展示了通过常规车载电力系统的12V电压的销位置调节的性能。如在图4中所示，如果车载电力系统的电压增加至16V，则可以改善调节的性能。在接合中的获益具有10ms的量级。如果有在小齿轮的接合和脱离接合上的调节干预，在整个档位改换操作上的时间节省是双倍的，即，一次档位转换操作约20ms。

齿轮箱致动器通常由车辆的12V电池供电。可以使致动器销移动的直流电机被确定尺寸成以这个量级的电压幅度运行。此外，销位置调节的性能取决于被安装在齿轮箱中的电机的功率。这个功率是受车载电力系统的电压限制的。现在，电动车辆或混合动力车辆典型地具有12V车载电池(LV电池)和主要旨在为车辆的牵引机器供能的更强电压(例如，400V)的电池(HV电池)。DC/DC(直流/直流)电压变换器则起常规内燃式车辆的发电机的作用。DC/DC从车辆的HV电池中抽取能量并且供应车载电力系统以维持12V电池的电量状态。

使用这种DC/DC，可以调整车载电力系统的电压，尤其是为12V电池再充电。变换器因此可以用于调整控制元件2的致动电机的电压，其目的是改善调节性能。这个目的是通过使调节的总持续时间最小化从而使得几乎察觉不到档位转换来实现的。该解决方案在于预期使用换档致动器就暂时地增加车载电力系统的电压。在小齿轮脱离接合和接合的操作的过程中，DC/DC将施加给致动电机1的电压暂时地调整在比车载电力系统的正常供应电压更大的值处。

在每次档位转换操作开始时车辆的牵引机器发生消除转矩的过程中，就经由DC/DC激活这种使得致动电机1的供应电压增加。这种消除必定占据一定量的时间。为了驾驶性能要求，不能突然消除转矩，所以其一般保持大于约一百毫秒。这个时间量足以允许DC/DC对其电压设定点作出反应并且增加车载电力系统的电压。车载电力系统的供应电压暂时升高。这种电压增加是在消除牵引转矩过程中在使得小齿轮脱离接合之前激活的。然后在新的小齿轮接合之后，电流变换器恢复至其基本设定点。

在图5中展示的新的档位改换序列变为：

a)在消除该车辆的牵引机器的转矩的过程中暂时地增加由该车载电力系统施加给控制元件6的致动电机的电压设定点，

b)使得以第一档位传递转矩的小齿轮脱离接合，

c)使该齿轮箱轴和在第二档位上使用的小齿轮同步，

d)使得该第二小齿轮接合，

e)在该牵引机器重新施加转矩的过程中，返回至该车载电力系统上的基本设定点。

总之，本发明减少了档位改换时间，而没有负面地影响驾驶性能(与减少消除和重新应用转矩时间不同)。其利用车辆上已经存在的系统的特征的优势，并且仅需要针对调整DC/DC电压设定点来适配软件。