用于利用电子控制发动机和变速器在电子控制双速分动箱上进行同步换挡的方法

摘要

一种用于在四轮驱动车辆中使双速分动箱在低速挡与高速挡之间换挡的方法，该方法包括：基于当前车辆速度和初始分动箱挡位来确定目标变速器齿轮比和期望分动箱挡位。当确定了车辆速度在恰当范围内时，将变速器切换至目标变速器齿轮比。将分动箱输入转矩减小至最小值，并且将分动箱切换至空挡。方法进一步包括：调节发动机速度和变速器齿轮设定以便将变速器输出轴速度控制至期望范围。当变速器输出轴速度在变速器输出轴速度的期望范围内时，将分动箱从空挡切换至期望分动箱挡位。

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种用于在车辆的分动箱的高挡与低挡之间同步地换挡的方法。

背景技术

在此所提供的背景描述是为了大体上呈现本公开的上下文的目的。在本背景技术部分中描述的程度的目前指出姓名的发明人的工作、以及在提交时并未取得作为现有技术的资格的本说明书的各方面既没有明确地也没有隐含地被承认作为本公开的现有技术。

用于4×车辆的分动箱通常能够在两个不同的齿轮比下操作，这两个不同的齿轮比通常被称为高挡和低挡。通常，在高挡与低挡之间的换挡需要使车辆停止并且将车辆变速器切换至空挡。使车辆停止会增加车辆被卡住的几率。当过度变速器输出轴拖曳转矩使得分动箱从空挡切换至高挡或者从空挡切换至低挡时，在车辆移动的同时进行4×4换挡也可以有助于避免重大传动系转矩干扰。

尽管用于使分动箱换挡的系统在本领域中是已知的并且实现其预期目的，但仍存在对改进的系统和方法的需要。更具体地，需要一种新的且改进的系统，该新的且改进的系统允许在车辆移动的同时进行分动箱换挡，同时使推进力、牵引力、以及/或者对车辆操作员的传动系干扰的变化最小化。

发明内容

提供了一种用于在四轮驱动车辆中使双速分动箱在低速挡与高速挡之间换挡的方法。该方法包括：基于初始分动箱挡位确定期望分动箱挡位，以及基于当前车辆速度和初始分动箱挡位确定目标变速器齿轮比。该方法进一步包括：确定车辆速度是否在恰当车辆速度范围内，并且当确定了车辆速度在恰当车辆速度范围内时将变速器切换至目标变速器齿轮比。该方法然后将分动箱输入转矩减小至最小值，并且一旦分动箱的输入转矩最小化就将分动箱切换至空挡。该方法进一步包括：确定变速器输出轴速度的期望范围，并且调节发动机速度和变速器齿轮设定以便控制变速器输出轴速度。根据该方法，当变速器输出轴速度在变速器输出轴速度的期望范围内时，将分动箱从空挡切换至期望分动箱挡位。

在本发明的实施例中，将分动箱输入转矩减小至最小值的步骤包括：使发动机输出转矩最小化。

在本发明的另一实施例中，减小分动箱输入转矩的步骤包括：将变速器切换至空挡状态。

在本发明的实施例中，减小分动箱输入转矩的步骤包括：将液压管路压力减小至零以便使变速器输出轴拖曳转矩最小化。

在本发明的方面中，分动箱包含行星齿轮组，行星齿轮组包括太阳轮和行星架。当分动箱在高速挡内时，分动箱输出轴速度等于太阳轮速度，并且当分动箱在低速挡内时，分动箱输出轴速度等于行星架速度。

在本发明的另一方面中，通过变速器输出轴速度传感器来测量变速器输出轴速度。

在本发明的又另一方面中，通过分动箱输出轴速度传感器来测量分动箱输出轴速度。

在本发明的又另一方面中，基于来自车轮速度传感器的测量值来计算分动箱输出轴速度。

在本发明的另一方面中，该方法进一步包括：指示车辆的操作员需要将车辆速度增加或者减小至恰当车辆速度范围。

附图说明

本发明将从详细描述和附图中得到更加全面的理解，在附图中：

图1是根据本发明的车辆的示意平面图；

图2是根据本发明的示例性齿轮比的表格；

图3是根据本发明的、将示例性组合齿轮比与处于其低挡中的分动箱和与处于其高挡中的分动箱进行比较的表格；

图4是示出了根据本发明的各对组合齿轮比之间的示例性百分数差异的表格；以及

图5是根据本发明的、示出了用于实现分动箱的同步换挡的示例性方法的步骤的流程图。

具体实施方式

本领域的普通技术人员将意识到，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等术语是用于描述附图，并且不代表对如所附权利要求书限定出的本发明的范围的限制。此外，本文可以按照功能和/或逻辑块部件以及/或者各个处理步骤对本发明进行描述。应该意识到，可以由配置为执行特定功能的任何数量的硬件、软件、以及/或者固件部件来实现这种块部件。

参照附图，其中，在多个附图中，相似附图标记表示相似零件，在图1中在20处示意性地示出了车辆。参照图1，车辆20包括发动机22、变速器24、分动箱26、后轴28、以及前轴110。发动机22可以包括适合于车辆20的任何类型、大小、和/或配置的发动机22，包括但不限于汽油发动机或者柴油发动机。发动机22产生驱动转矩，通过曲轴30输出该驱动转矩。

变速器24联接至发动机22，并且包括多个不同的齿轮比。例如，变速器24可以包括四个、五个、六个、八个、九个、十个、或者更多不同的齿轮比。变速器输入轴32联接至曲轴30，并且接收来自发动机22的驱动转矩。变速器输出轴34经由齿轮组(未示出)联接至变速器输入轴32，该齿轮组限定多个不同的齿轮比。变速器输出轴34将驱动转矩传递至分动箱26，分动箱26联接至变速器24。

通常，分动箱26包括两个不同的齿轮范挡位，通常被称为高挡和低挡。通过分动箱26的其中一个齿轮比来传递从变速器24输出的驱动转矩。分动箱26包括第一分动箱输出轴36，第一分动箱输出轴36将分动箱26和后轴28联接起来，并且将来自分动箱26的驱动转矩传输至后轴28。后轴28包括具有限定出后轴齿轮比的齿轮组(未示出)的差速器38，通过该后轴齿轮比来传递驱动转矩。后轴28将驱动转矩传递至附接至后轴28的至少一个驱动轮40，以便驱动车辆20。分动箱26包括第二分动箱输出轴112，第二分动箱输出轴112将分动箱26和前轴110联接起来，并且将来自分动箱26的驱动转矩传输至前轴110。前轴110包括具有限定出前轴齿轮比的齿轮组(未示出)的差速器114，通过该前轴齿轮比来传递驱动转矩。前轴110将驱动转矩传递至附接至前轴110的至少一个驱动轮40，以便驱动车辆20。

车辆20进一步包括控制模块56。控制模块56可以包括计算机和/或处理器、以及管理和控制传动系部件(包括发动机22、变速器24和分动箱26)的操作所必需的所有软件、硬件、存储器、算法、连接、传感器等。这样，下文描述的方法可以被体现为可在控制模块56上操作的程序。应理解，控制模块56可以包括能够执行如下操作的任何装置：分析来自各个传感器的数据、比较数据、作出确定变速器24和分动箱26操作的齿轮比所需要的必要决策、以及履行执行所描述的方法所必需的需要任务。这些任务可以包括但不限于：控制发动机22的速度；控制发动机22所产生的转矩；控制变速器24是否处于变速器输入轴32从变速器输出轴34上断开联接的空挡状态下；控制变速器24操作的齿轮比；控制分动箱是否处于变速器输出轴34从分动箱输出轴36上断开联接的空挡状态下；以及控制分动箱26操作的齿轮比。

作为非限制性示例，车辆可以配备有变速器24和分动箱26，变速器24是八速变速器，分动箱26是具有图2中的表格中列出的齿轮比的双速分动箱。对于图2中描绘的示例性车辆配置，变速器具有如下齿轮比：第一齿轮4.62:1；第二齿轮3.04:1；第三齿轮2.07:1；第四齿轮1.66:1；第五齿轮1.26:1；第六齿轮1.00:1；第七齿轮0.85:1；以及第八齿轮0.66:1；图2中描绘的示例性车辆配置具有双速分动箱，该双速分动箱在低挡中具有2.72:1的齿轮比，并且在高挡中具有1.00:1的齿轮比。

变速器24、分动箱26、以及后轴28的不同的齿轮比进行组合以便限定出预定数量的离散组合齿轮比。组合齿轮比可以被计算为变速器齿轮比乘以分动箱齿轮比。组合齿轮比可以被定义为输入速度除以输出速度。在图2的表格中列出的组合齿轮比表示变速器输入轴速度102除以分动箱输出速度106。可以考虑组合齿轮比的替代定义，其中，将轴速度108包含到计算中。然而，轴速度108与分动箱输出速度106乘后轴齿轮比相关，其是固定的。为了方便起见，下文的讨论将组合齿轮比定义为变速器输入轴速度102与分动箱输出速度106的比率。

继续参照图2，在分动箱处于其低设定中的情况下，组合齿轮比的范围为在变速器处于第一齿轮中的情况下的高值12.57至在变速器处于第八齿轮中的情况下的低值1.80。在分动箱处于其高设定中的情况下，组合齿轮比的范围为在变速器处于第一齿轮中的情况下的高值4.62至在变速器处于第八齿轮中的情况下的低值0.66。

图2呈现了对于分动箱处于其低挡中的条件的八个不同的组合齿轮比，以及对于分动箱处于其高挡中的条件的八个不同的组合齿轮比。八个低挡组合比中的每一个可以与八个高挡组合比中的每一个进行比较，从而产生六十四种可能的比较。图3是列举了六十四种比较中的每一种的比差的绝对值的表格。在图3中，纵列210和横排212列出了八个可能的变速器齿轮设定，即，第一齿轮至第八齿轮。纵列214列出了在分动箱处于其低挡中的情况下在纵列210中的相邻单元中的各个变速器齿轮设定的组合齿轮比。可以注意到，纵列214中的数字与图2的第四纵列中的数字相同。图3中的横排216列出了在分动箱处于其高挡中的情况下在横排212中的相邻单元中的各个变速器齿轮设定的组合齿轮比。可以注意到，横排216中的数字与图2的第六纵列中的数字相同。

继续参照图3，在该表格的区域218中的各个单元中的数字表示在纵列214中列出的在与所讨论的特定单元相同的横排上的组合齿轮比与在横排216中列出的在与所讨论的特定单元相同的纵列上的组合齿轮比之间的代数差的绝对值。例如，图3的区域218中的左上单元具有值7.95，该值7.95被计算为(12.57-4.62)的绝对值；其中，12.57是在纵列214中列出的在与区域218的左上单元相同的横排上的组合齿轮比，并且4.62是在横排216中列出的在与区域218的左上单元相同的纵列上的组合齿轮比。区域218中的剩余部分中的数字是按照相同方式来进行计算。

图4描绘了区域220中的各个输入项与组合齿轮比的差值相对应的表格，类似于图3中的表格，除了每个差值被表示为纵列214中的低挡组合齿轮比的百分数之外。例如，图4的区域220中的左上单元具有值63.2，该值63.2被计算为(12.57-4.62)/12.57的绝对值的100％倍；其中，12.57是在纵列214中列出的在与区域220的左上单元相同的横排上的组合齿轮比，并且4.62是在横排216中列出的在与区域220的左上单元相同的纵列上的组合齿轮比。区域220中的剩余部分中的数字是按照相同方式来进行计算。

在图4的区域220中列出的各个单元中的数字接近在变速器和分动箱在如下变速器齿轮之间切换时维持相同的分动箱输出速度106所需要的变速器输入轴速度102的百分数变化：即，在分动箱处于其低挡中的情况下在纵列210的与所讨论的单元相同的横排中列出的变速器齿轮和在分动箱处于其高挡中的情况下在横排212的与所讨论的单元相同的纵列中列出的变速器齿轮。图4的区域220中的具有相对较小的数字的单元可以用于识别操作区域，在该操作区域中，可以在推进力、牵引力、以及/或者对车辆操作员的传动系干扰的变化相对较小的情况下执行分动箱换挡。如下示例图示了图4中的结果。

示例1：

具有图2中示出的示例性齿轮比的车辆在变速器处于第四齿轮中且分动箱处于其低挡中的情况下进行操作，其中，变速器输入轴速度102为2500rpm。看图3或者图4的纵列214，变速器输入轴速度102与分动箱输出速度106的组合齿轮比为4.52。分动箱输出速度106是由(变速器输入轴速度102)除以(组合齿轮比)来得出，这等于2500/4.52，或者553rpm。可以在分动箱处于其高挡中、变速器处于第一齿轮中的情况下(组合齿轮比＝来自图3或者图4的横排216的4.62)实现553rpm的相同分动箱输出速度106，其中，变速器输入轴速度102等于2555rpm(2555/4.62＝553)。得出相同的分动箱输出速度106的变速器输入轴速度102的比率可以被计算为2555/2500，或者1.022。换言之，可以通过使变速器输入轴速度102增加2.2％来使车辆从分动箱处于其低挡中的情况下的第四齿轮切换至分动箱处于其高挡中的情况下的第一齿轮，而维持相同的分动箱输出速度106。示例1中的换挡与图4中标记为222的单元相对应。

示例2：

具有图2中示出的示例性齿轮比的车辆在变速器处于第二齿轮中且分动箱处于其高挡中的情况下进行操作，其中，变速器输入轴速度102为2500rpm。看图3或者图4的横排216，变速器输入轴速度102与分动箱输出速度106的组合齿轮比为3.04。分动箱输出速度106是由(变速器输入轴速度102)除以(组合齿轮比)来得出，这等于2500/3.04，或者822rpm。可以在分动箱处于其低挡中、变速器处于第五齿轮中的情况下(组合齿轮比＝来自图3或者图4的纵列214的3.43)实现822rpm的相同分动箱输出速度106，其中，变速器输入轴速度102等于2819rpm(2819/3.43＝822)。得出相同的分动箱输出速度106的变速器输入轴速度102的比率可以被计算为2819/2500，或者1.12。换言之，可以通过使变速器输入轴速度102增加12％来使车辆从分动箱处于其高挡中的情况下的第二齿轮切换至分动箱处于其低挡中的情况下的第五齿轮，同时维持相同的分动箱输出速度106。示例2中的换挡与图4中标记为224的单元相对应。

示例3：

在该示例中，将使用与上文在示例2中呈现的相同的初始条件。具有图2中示出的示例性齿轮比的车辆在变速器处于第二齿轮中且分动箱处于其高挡中的情况下进行操作，其中，变速器输入轴速度102为2500rpm。看图3或者图4的横排216，变速器输入轴速度102与分动箱输出速度106的组合齿轮比为3.04。分动箱输出速度106是由(变速器输入轴速度102)除以(组合齿轮比)来得出，这等于2500/3.04，或者822rpm。在该示例中，可以在分动箱处于其低挡中、变速器处于第六齿轮中的情况下(组合齿轮比＝来自图3或者图4的纵列214的2.72)实现822rpm的相同分动箱输出速度106，其中，变速器输入轴速度102等于2819rpm(2235/2.72＝822)。得出相同的分动箱输出速度106的变速器输入轴速度102的比率可以被计算为2235/2500，或者0.89。换言之，可以通过使变速器输入轴速度102减小11％来使车辆从分动箱处于其高挡中的情况下的第二齿轮切换至分动箱处于其低挡中的情况下的第五齿轮，同时维持相同的分动箱输出速度106。示例3中的换挡与图4中标记为226的单元相对应。

如本文所使用的，术语“同步”在应用至分动箱换挡时指在变速器输入轴速度102和变速器24受到控制的情况下进行的换挡，从而使分动箱输出速度106在分动箱换挡之后大体上与在分动箱换挡之前相同。可以使用与用于填充图4中的表格的那些计算相似的计算来识别有利于实现同步分动箱换挡的操作条件。在非限制性示例中，可以确立预定阈值，例如，在15％的水平下。从图4中可以看到，在分动箱处于高挡中的情况下，小于15％的值出现在变速器处于第一齿轮(单元222)、第二齿轮(单元224和226)、第三齿轮(单元228)、以及第四齿轮(单元230)中的情况下。相应地，在分动箱处于其高挡中且变速器处于第一、第二、第三、或者第四齿轮中的情况下，当将分动箱切换至其低挡时，通过恰当地选择变速器齿轮比，维持相同的分动箱输出速度106的高-至-低分动箱换挡是可能的，其中，变速器输入轴速度102变化小于或者等于大约15％。

类似地，在分动箱处于低挡中的情况下，图4示出了小于15％的值出现在变速器处于第四齿轮(单元222)、第五齿轮(单元224)、第六齿轮(单元226)、第七齿轮(单元228)、以及第八齿轮(230)中的情况下。相应地，在分动箱处于其低挡中且变速器处于第四、第五、第六、第七、或者第八齿轮中的情况下，给定图2的表格中列举出的示例性齿轮比，当将分动箱切换至其高挡时，通过恰当地选择变速器齿轮比，维持相同的分动箱输出速度106的低-至-高分动箱换挡是可能的，其中，变速器输入轴速度102变化小于或者等于大约15％。

图5中呈现了流程图，该流程图描绘了用于进行同步分动箱换挡的示例性方法300。参照图5，在步骤310中，车辆的驾驶员指示期望进行分动箱换挡。该期望的换挡可以是从低挡至高挡的切换，也可以是从高挡至低挡的切换。

在意识到期望换挡时，方法进行至步骤312，在步骤312处，确定目标变速器齿轮比。目标变速器齿轮比被确定为使得目标变速器齿轮比乘以初始(当前)分动箱齿轮比的乘积在可用的新的组合齿轮比的预定百分数内，即，可用的新的变速器齿轮比乘以分动箱齿轮比的乘积在期望分动箱挡位内，该期望分动箱挡位是初始分动箱挡位以外的挡位。用于确定目标变速器齿轮比的可用的新的变速器齿轮比将在下文对步骤322的讨论中被称为期望的新的齿轮比。

该方法可能需要车辆在允许发生分动箱换挡之前在恰当的速度范围中进行操作。例如，在切换出低挡之前，可能需要最小车辆速度以便实现恰当的目标变速器齿轮比。类似地，在切换出高挡之前，可能需要将车辆限制至最小车辆速度以便实现恰当的目标变速器齿轮比。在步骤314中，对车辆速度进行监控以便确保其在方法前进之前是恰当的。可以令人期望的是对车辆操作员提供指示以便将车辆速度调节为更高或者更低以实现恰当的速度范围从而允许发生分动箱换挡。

一旦已经确定车辆速度处于恰当范围中，控制器56就在步骤316中将变速器24切换至目标齿轮比。在步骤318中，临时将分动箱输入转矩减小至最小。实现分动箱输入转矩减小的动作可以包括：控制发动机22以使发动机输出转矩最小化；将变速器24切换至空挡；以及/或者将液压管路压力减小至零以便使变速器输出轴拖曳转矩最小化。

在步骤318中使分动箱的输入转矩最小化之后，方法前进至步骤320。在步骤320中，控制器56将分动箱26切换至空挡。方法然后前进至步骤322。在步骤322中，控制器56将变速器切换至如下齿轮设定：该齿轮设定将会产生上文针对方法步骤312所讨论的期望的新的齿轮比。在使变速器换挡之后，控制器56控制发动机22以便将变速器输出轴速度104控制至期望速度范围，这将会产生在步骤320中将分动箱26切换至空挡之前的分动箱输出速度106的预定范围内的分动箱输出速度106。具有变矩器离合器的变矩器可以设置在变速器24中。可以命令变矩器离合器锁定以便促进更好地控制变速器输出轴速度104。可替代地，可以使变矩器离合器解锁以便潜在地允许能够执行同步换挡的更大的速度范围。在步骤324中对变速器输出轴速度104进行监控直到其处于其期望范围内，这时，方法前进至步骤326，在步骤326处，控制器56将分动箱从空挡切换至期望分动箱挡位。方法然后前进至步骤328，在步骤328中，驾驶员经由车辆加速器踏板恢复对前轴和后轴的车辆推进转矩的正常控制。

前述描述把重点放在具有变速器的车辆上，该变速器具有有效数量的不同齿轮比。应理解，本文所描述的方法可以适用于其它形式的变速器，包括但不限于：无极变速器(CVT)、电动无级变速器(EVT)、以及双离合变速器(DCT)，假定变速器速度比可以进行电子地控制。尽管这些其它形式的变速器不可以通过具有不同的齿轮齿比率的齿轮来实现速度转换，但通常的做法是按照有效齿轮比来描述这种变速器的速度比。如本文所使用的，术语“齿轮比”当应用至变速器时指有效齿轮比，该有效齿轮比与在速度转换不是啮合齿轮中的齿轮齿的数量的结果的情况下通过变速器实现的速度比相对应。

前述描述在性质上仅仅是图示性的并且决不意在限制本公开、其应用、或者使用。本公开的宽泛教导可以按照各种形式来实施。因此，尽管本公开包括特定示例，但本公开的真实范围不应被限制于此，因为在研读附图、说明书、以及如下权利要求书之后其它修改将变得显而易见。为了清晰的目的，在附图中，相同的附图标记将用于表示相似的元件。如本文所使用的，语句“A、B、以及C中的至少一个”应该被理解为表示逻辑(A或者B或者C)，使用非排他性的逻辑“或者”。应理解，在不更改本公开的原理的情况下，方法内的一个或多个步骤可以按照不同的顺序(或者同时地)执行。

如本文所使用的，术语“模块”可以指如下元件、是如下元件的部分、或者包括如下元件：专用集成电路(ASIC)；离散电路；集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享的、专用的、或者成组的)；提供所描述的功能的其它合适的硬件部件；或者上述一些或者所有在诸如片上系统中的的组合。术语“模块”可以包括储存由处理器执行的代码的存储器(共享的、专用的、或者成组的)。

如上文所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件、以及/或者微码，并且可以指程序、例程、函数、类别、以及/或者目标。如果在上文使用到，则术语“共享的”意味着可以使用单个(共享的)处理器来执行来自多个模块的一些或者所有代码。此外，可以通过单个(共享的)存储器来储存来自多个模块的一些或者所有代码。此外，可以使用一组存储器来储存来自单个模块的一些或者所有代码。

本文所描述的设备和方法可以部分地或者完全地由一个或多个处理器所执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括储存在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括和/或依靠所储存的数据。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁储存器、以及光储存器。