本说明书总体上涉及用于变换电动车辆的车桥的挡位范围的方法和系统。挡位范围可包括在联接到车桥的齿轮箱中。
背景技术：
车辆可包括变速器和齿轮箱。齿轮箱可包括两个挡位范围。第一挡位范围可为低挡位范围，并且第二挡位范围可为高挡位范围。高挡位范围可允许车辆在高速公路速度下以及在路面具有较高摩擦系数的状况期间操作。低挡位范围可允许车辆在低车辆速度下和当路面具有较低摩擦系数时实现改善的牵引力。通过使车辆停止并且使齿轮箱从高挡范围换挡到低挡范围，齿轮箱可从高挡范围换挡到低挡范围，或反之亦然。然而，车辆的驾驶员可能会考虑到使车辆停止来改变齿轮箱范围是耗时且低效的。因此，可能期望提供一种使齿轮箱从高挡范围换挡到低挡范围而不必使车辆停止的方法。
技术实现要素：
发明人在本文已经认识到上述问题并且已经开发了一种用于操作传动系的方法，所述方法包括：在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，调整电机的速度，使得第一轴的速度乘以所述第一轴与第二轴之间的齿轮的齿轮比比所述第二轴的速度大阈值速度量；响应于所述第一轴的所述速度乘以所述第一轴与所述第二轴之间的所述齿轮的所述齿轮比比所述第二轴的所述速度大所述阈值速度量，降低供应给所述电机的电力量；以及响应于降低供应给所述电机的电力而调整换挡拨叉的位置。
通过调整联接到车桥齿轮箱轴的电机的速度，使得所述车桥齿轮箱轴的速度乘以齿轮比大于车桥齿轮箱输出轴的速度，有可能提供以降低齿轮箱劣化的可能性的方式来对齿轮箱进行换挡的技术结果。具体地，一旦轴的速度乘以齿轮比大于输出轴的速度，就可允许电机自由转动，使得轴可经由同步器或滑动接合机构联接到输出轴，而不会使同步器或滑动接合机构劣化。允许电机自由转动可允许齿轮箱轴速度降低到齿轮箱输出轴速度，使得可经由同步器或滑动接合机构吸收非常小的速度差，从而降低齿轮箱劣化的可能性。
本说明书可提供若干优点。具体地，所述方法允许在车辆移动时改变车桥齿轮箱齿轮比。另外，所述方法可经由在接合新的挡位之前降低齿轮箱的轴之间的速度差来降低车桥齿轮箱劣化的可能性。所述方法还提供从较高挡位范围换挡到较低挡位范围，或反之亦然。
应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由在具体实施方式之后的权利要求限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。
附图说明
图1是车辆传动系的示意图；
图2和图3示出了两个不同的示例性车桥齿轮箱；
图4至图6示出了根据图7和图8的方法的示例性齿轮箱换挡序列；以及
图7和图8示出了用于操作电动车辆的传动系的方法的示例。
具体实施方式
以下描述涉及用于操作车辆的车桥齿轮箱的系统和方法。所述车辆可为电动车辆，并且所述电动车辆可包括联接到车桥齿轮箱的电机。车桥齿轮箱可联接到车桥的差速齿轮组。车桥齿轮箱可不包括摩擦离合器，但所述车桥齿轮箱可包括两个或更多个齿轮比。另外，车桥齿轮箱可包括或可不包括用于将齿轮联接到车桥齿轮箱的轴的同步器。示例性车辆和传动系或动力传动系统可为图1中所示的类型。动力传动系统可包括车桥，所述车桥包括齿轮箱，如图2和图3所示。所述齿轮箱可如图4至图6所示根据图7和图8的方法进行操作。
图1示出了车辆121的示例性车辆推进系统100。车辆121的前部以110指示，并且车辆121的后部以111指示。车辆推进系统100包括后电机126，但在一些示例中，可提供前电机(未示出)作为后电机126的代替或补充。电机126可根据其操作模式消耗或生成电力。贯穿图1的描述，各种部件之间的机械连接被示为实线，而各种部件之间的电气连接被示为虚线。
车辆推进系统100包括后车桥122。在一些示例中，后车桥可包括两个半轴，例如第一半轴122a和第二半轴122b。车辆推进系统100还具有前轮130和后轮131。在该示例中，后轮131可经由电机126驱动。
后车桥122联接到差速齿轮组128，并且差速齿轮组128直接联接到车桥齿轮箱177，如图2和图3中更详细地示出。后电机126联接到车桥齿轮箱177。后驱动单元136(其包括电机126和车桥齿轮箱177)可将来自电机126的动力传递到车桥122，从而导致驱动车轮131旋转。后驱动单元136可包括两个或更多个齿轮，如图2和图3更详细地示出。车桥齿轮箱177可接收控制命令(例如，致动器命令)并且将车桥数据经由控制器局域网(can)299发送到控制器12。对于四轮驱动和前轮驱动变型，类似的车桥布置可定位在前轮130处。
电机126可从车载电能存储装置132接收电力。此外，电机126可提供发电机功能以将车辆的动能转换成电能，其中电能可存储在电能存储装置132处以供电机126稍后使用。逆变器系统控制器(isc1)134可将由后电机126生成的交流电转换成直流电以便存储在电能存储装置132处，且反之亦然。电能存储装置132可为电池、电容器、电感器或其他电能存储装置。
在一些示例中，电能存储装置132可被配置为存储电能，所述电能可供应给驻留在车辆上的其他电气负载(除了马达之外)，包括车厢加热和空气调节系统、发动机起动系统、前照灯系统、车厢音频和视频系统等。
控制系统14可与电机126、能量存储装置132等中的一者或多者进行通信。控制系统14可从电机126、能量存储装置132等中的一者或多者接收传感反馈信息。此外，控制系统14可响应于该传感反馈而将控制信号发送到电机126、能量存储装置132等中的一者或多者。控制系统14可从人类操作员102或自主控制器接收车辆推进系统的操作员请求的输出的指示。例如，控制系统14可从与踏板192通信的踏板位置传感器194接收传感反馈。踏板192可示意性地指代加速踏板。类似地，控制系统14可经由人类操作员102或自主控制器接收操作员请求的车辆制动的指示。例如，控制系统14可从与制动踏板156通信的踏板位置传感器157接收传感反馈。
能量存储装置132可定期地从驻留在车辆外部(例如，不是车辆的一部分)的电源(诸如固定电网(未示出))接收电能。作为非限制性示例，车辆推进系统100可被配置为插电式电动车辆(ev)，由此可经由电网(未示出)将电能供应给能量存储装置132。
电能存储装置132包括电能存储装置控制器139和配电模块138。电能存储装置控制器139可提供能量存储元件(例如，电池单元)之间的电荷平衡以及与其他车辆控制器(例如，控制器12)的通信。配电模块138控制电能存储装置132的电力流入和流出。
一个或多个轮速传感器(wss)195可联接到车辆推进系统100的一个或多个车轮。所述轮速传感器可检测每个车轮的旋转速度。wss的这种示例可包括永磁体类型的传感器。
车辆推进系统100还可包括马达电子器件冷却剂泵(mecp)146。mecp146可用于使冷却剂循环以扩散至少通过车辆推进系统100的电机126和电子器件系统生成的热量。作为示例，mecp可从车载能量存储装置132接收电力。
控制器12可构成控制系统14的一部分。在一些示例中，控制器12可为车辆的单个控制器。控制系统14被示出为从多个传感器16(本文描述了其各种示例)接收信息并且将控制信号发送到多个致动器81(本文描述了其各种示例)。作为一个示例，传感器16可包括胎压传感器(未示出)、轮速传感器195等。在一些示例中，与电机126相关联的传感器、轮速传感器195等可向控制器12传送关于电机操作的各种状态的信息。控制器12包括非暂时性(例如，只读)存储器165、随机存取存储器166、数字输入/输出168和微控制器167。
车辆推进系统100还可包括仪表板19上的车载导航系统17(例如，全球定位系统)，车辆的操作员可与所述车载导航系统交互。导航系统17可包括用于辅助估计车辆的位置(例如，地理坐标)的一个或多个位置传感器。例如，车载导航系统17可从gps卫星(未示出)接收信号，并且从所述信号识别车辆的地理位置。在一些示例中，地理位置坐标可被传达给控制器12。
仪表板19还可包括显示系统18，所述显示系统被配置为向车辆操作员显示信息。作为非限制性示例，显示系统18可包括触摸屏或人机界面(hmi)，即，使得车辆操作员能够查看图形信息以及输入命令的显示器。在一些示例中，显示系统18可经由控制器(例如，12)无线地连接到互联网(未示出)。因此，在一些示例中，车辆操作员可经由显示系统18与互联网网站或软件应用(app)通信。
仪表板19还可包括操作员接口15，车辆操作员可经由所述操作员接口调整车辆的操作状态。具体地，操作员接口15可被配置为基于操作员输入来发起和/或终止车辆传动系(例如，电机126)的操作。操作员点火接口15的各种示例可包括需要物理设备诸如有源钥匙的接口，所述物理设备可被插入操作员接口15中以起动电机126并开启车辆，或者可被移除以关断电机126来关闭车辆。其他示例可包括无源钥匙，所述无源钥匙通信地联接到操作员接口15。无源钥匙可被配置为电子钥匙扣或智能钥匙，所述电子钥匙扣或智能钥匙不必插入接口15或从接口移除来操作车辆电机126。而是，无源钥匙可能需要位于车辆内部或车辆附近处(例如，在车辆的阈值距离内)。其他示例可另外或任选地使用由操作员手动地按压以起动或关断电机126来开启车辆或关闭车辆的起动/停止按钮。在其他示例中，远程电机起动可经由远程计算装置(未示出)发起，所述远程计算装置例如蜂窝电话或者基于智能手机的系统，其中用户的蜂窝电话将数据发送到服务器，并且服务器与车辆控制器12进行通信以起动发动机。
图1的系统提供了一种车辆系统，所述车辆系统包括：车桥齿轮箱，所述车桥齿轮箱不包括摩擦离合器或挡位同步器但包括换挡拨叉、第一轴、第一齿轮、第二齿轮和第二轴；电机，所述电机联接到所述车桥齿轮箱；差速齿轮组，所述差速齿轮组联接到所述车桥齿轮箱；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，用于响应于将所述车桥齿轮箱从第一挡换挡到第二挡的请求而在速度控制模式下操作所述电机；以及响应于所述第一轴的速度斜率乘以所述第一挡的齿轮比基本上等于所述第二轴的速度斜率而调整所述换挡拨叉的位置。所述系统还包括用于在所述速度控制模式下使所述电机加速使得所述第一轴的速度乘以所述第一挡的所述齿轮比大于所述第二轴的速度的附加指令。所述系统还包括将所述第二轴经由第一齿轮联接到所述电机。所述系统还包括将所述第二轴经由所述第一齿轮或所述第二齿轮联接到所述第一轴。所述系统还包括用于在调整所述换挡拨叉的所述位置的同时继续在所述速度控制模式下操作所述电机的附加指令。所述系统还包括用于响应于所述换挡拨叉处于期望位置而使所述电机从所述速度控制模式退出的附加指令。所述系统还包括用于响应于所述换挡拨叉处于所述期望位置而在扭矩控制模式下操作所述电机的附加指令。所述系统还包括用于在所述扭矩控制模式下操作所述电机的同时经由所述电机递送驾驶员需求扭矩的附加指令。
现在参考图2，示出了第一示例性车桥齿轮箱177的详细视图。车桥齿轮箱177不包括将齿轮锁定到轴的摩擦离合器。电机126的速度可经由速度传感器240报告给控制器12。电机126联接到车桥齿轮箱177。电机126直接联接到输入轴202。输入轴202直接联接到输入齿轮203，并且输入齿轮203直接联接到中间齿轮204。中间齿轮204直接联接到中间轴220。然而，在一些示例中，电机126可直接联接到中间轴220。中间轴220包括花键215，所述花键允许齿轮接合套217如箭头209所指示沿纵向方向滑动。花键215防止齿轮接合套217围绕中间轴220旋转，使得齿轮接合套217以与中间轴209相同的速度旋转。中间轴209支撑齿轮接合套217。同步器216可降低中间轴220与低挡齿轮208之间的速度差。替代地，同步器216可降低中间轴220与高挡齿轮218之间的速度差。当齿轮接合套217和同步器216如图所示处于空挡位置时，中间轴220可旋转而不使低挡齿轮208和高挡齿轮218旋转。因此，当低挡齿轮208和高挡齿轮218未被接合到中间轴220时，低挡齿轮208和高挡齿轮218可围绕中间轴220旋转。齿轮接合套217和同步器216可经由齿轮接合套217上的齿(未示出)将中间轴锁定到低挡齿轮208或高挡齿轮218，使得输入轴202以输出轴224旋转的速率的比旋转。致动器214(其可为电动致动器或液压致动器)可调整齿轮接合套217和同步器216的位置，以选择性地接合和脱离低挡齿轮208和高挡齿轮218。
低挡齿轮208直接联接到齿轮210，并且高挡齿轮218直接联接到齿轮226。齿轮210和226直接联接到输出轴224，并且齿轮210和226以与输出轴224相同的速度旋转。输出齿轮206直接联接到输出轴224和差速齿轮组128的齿轮128a。输出齿轮206使半轴122b和122a在输出齿轮206旋转时旋转。输出轴224的速度可经由输出轴速度传感器230报告给控制器12。
因此，车桥齿轮箱177可包括同步器216，以将输入轴或中间轴的速度与以输出轴的速度倍数旋转的齿轮(例如，204和218)的速度匹配。然而，同步器216可能具有有限的能力来降低输入轴或中间轴与输出轴之间的速度差。但是，电机126可在速度控制模式下操作，使得当接合低挡齿轮204和接合高挡齿轮218时，可使用同步器216的较少的减速能力。
现在参考图3，示出了替代的车桥齿轮箱177。该示例性车桥齿轮箱包括与图2中所示的车桥齿轮箱相同的许多部件。图3中所示的与图2中所示的部件编号相同的部件是与图2中所示相同的部件。另外，图3中所示的与图2中所示的部件编号相同的部件以与图2的描述中所描述相同的方式操作。
齿轮箱177包括滑动套筒或牙嵌式离合器319，所述滑动套筒或牙嵌式离合器可经由套筒或牙嵌式离合器319的齿(未示出)与低挡齿轮208的齿或容纳部(未示出)之间的干涉将低挡范围齿轮208锁定到中间轴220。替代地，滑动套筒或牙嵌式离合器319可经由套筒或牙嵌式离合器319的齿(未示出)与高挡齿轮218的齿或容纳部(未示出)之间的干涉将高挡范围齿轮218锁定到中间轴。中间轴220包括花键215，所述花键允许套筒或牙嵌式离合器319如箭头209所指示沿纵向方向滑动。花键215防止套筒或牙嵌式离合器319围绕中间轴220旋转，使得套筒或牙嵌式离合器319以与中间轴209相同的速度旋转。中间轴209支撑套筒或牙嵌式离合器319。
因此，车桥齿轮箱177可包括滑动套筒319，以将低挡范围齿轮208联接到输入轴或中间轴，使得当输出轴224旋转时，输入轴202旋转。然而，当中间轴220与低挡范围齿轮208或高挡范围齿轮218之间存在大的速度差时，滑动套筒319可能不会从空挡位置接合到低挡范围齿轮208或高挡范围齿轮218。但是，电机126可在速度控制模式下操作，使得中间轴220与低挡范围齿轮208或高挡范围齿轮218之间的速度差为低，以便套筒319可将低挡范围齿轮208或高挡范围齿轮218锁定到中间轴220，从而换挡。
图2和图3所示的车桥齿轮箱在本质上是示例性的，并且不意图限制本公开的范围。例如，一些车桥齿轮箱可将电机126直接联接到轴220。此外，在一些示例中，当车辆121在无车轮打滑的情况下沿直线方向行驶时，输出轴227可以与半轴122b和122a相同的速度旋转。
现在参考图4，示出了根据图7和图8的方法的预示性车辆操作序列。图4的方法是当车桥齿轮箱包括同步器但不包括摩擦离合器时可执行的方法。图4所示的车辆操作序列可经由图7和图8的方法与图1所示的系统配合来提供。t0-t4处的竖直线表示所述序列期间的感兴趣时间。当驾驶员施加加速踏板使得车轮扭矩请求为非零时并且当车辆在道路上移动时，发生图4的序列。
曲线图400包括竖直轴线和水平轴线。竖直轴线表示速度，并且速度沿竖直轴线箭头的方向增加。在水平轴线的水平处，速度为零。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。
虚线406表示车桥齿轮箱的轴224的速度，并且实线402表示轴220的速度乘以要接合或正在接合的齿轮的齿轮比(例如，当将要接合或正在接合低挡齿轮208时轴202与轴224之间的齿轮比)。点划线408表示轴224的速度与轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比之间的上限阈值速度差。点划线408也可称为过冲速度。点划线404表示轴224的速度与轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比之间的下限阈值速度差。
在时间t0处，轴224的速度正在增加并且轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比(例如，低挡范围齿轮208的齿轮比)为低。此时，车桥齿轮箱可处于空挡位置(未示出)。
在时间t1处，电机126的速度开始增加，从而使得轴220的速度乘以响应于将车桥齿轮箱从空挡换挡到某一挡位(高挡范围或低挡范围)的请求而要接合的挡位的齿轮比增加。电机126在速度控制模式(例如，其中电机126的速度被控制到期望或请求的速度，同时电机126的扭矩输出增加或减少以使电机的速度与期望或请求的速度匹配的模式)下操作，并且电机被命令达到线408的速度。电机126的速度和轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比在时间t1和时间t2之间增加。另外，轴224的速度继续增加。
在时间t2处，轴220的速度乘以要接合的齿轮比超过阈值408，并且机器现在退出速度模式并且进入扭矩模式。因此，电机126的扭矩降低为零，并且电机开始自由转动(例如，旋转而不会经由电机产生扭矩或者不会经由电机吸收传动系扭矩)。命令换挡拨叉使同步器216和齿轮接合套217在齿轮中(低挡范围齿轮208或高挡范围齿轮218)移动。轴224的速度继续增加。
在时间t2与时间t3之间，轴220的速度乘以要接合的齿轮比朝向轴224的速度下降。电机不接收电力，因此电机的速度和轴220的速度下降。自时间t2以来，轴224的速度继续增加。
在时间t3处，在齿轮接合套与齿轮(低挡范围或高挡范围齿轮)之间发生初始接合。同步器216接合齿轮(低挡齿轮或高齿轮)并且降低齿轮接合套217与齿轮(低挡齿轮或高齿轮)之间的速度差，使得轴220的速度乘以齿轮比(低挡齿轮或高齿轮)收敛到轴224的速度。在时间t3与时间t4之间，接合完成。电机126在扭矩控制模式下操作。
在时间t4处，齿轮接合套217将齿轮(高挡齿轮或低挡齿轮)锁定到轴220，使得轴220的速度乘以齿轮(低挡齿轮或高挡齿轮)的齿轮比等于轴224的速度。电机的扭矩斜升到驾驶员需求扭矩。通过刚好在换挡拨叉移动之前从电机移除电力，电机不会抵抗通过同步器传递的车桥负载，使得同步器上的负载可能会降低，从而增加同步器寿命。
以这种方式，有可能对不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱进行换挡。可在速度控制模式下控制电机以降低车桥齿轮箱轴之间的速度差。经由停止向电机供应电力，可在不对抗电机输出的情况下移动换挡拨叉。一旦换挡拨叉接合新的挡位，就可在扭矩控制模式下激活电机以满足驾驶员需求。
现在参考图5，示出了根据图7和图8的方法的第二预示性车辆操作序列。图5的方法是当车桥齿轮箱不包括同步器或摩擦离合器时可执行的方法。图5所示的车辆操作序列可经由图7和图8的方法与图1所示的系统配合来提供。t10-t14处的竖直线表示所述序列期间的感兴趣时间。当驾驶员施加加速踏板使得车轮扭矩请求为非零时并且当车辆在道路上移动时，发生图5的序列。
曲线图500包括竖直轴线和水平轴线。竖直轴线表示速度，并且速度沿竖直轴线箭头的方向增加。在水平轴线的水平处，速度为零。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。
虚线506表示车桥齿轮箱的轴224的速度，并且实线502表示轴520的速度乘以要接合或正在接合的挡位的齿轮比(例如，当将要接合或正在接合低挡齿轮208时轴202与轴224之间的齿轮比)。点划线508表示轴224的速度与轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比之间的上限阈值速度差。点划线508也可称为过冲速度。点划线504表示轴224的速度与轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比之间的下限阈值速度差。
在时间t10处，轴224的速度正在增加并且轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比(例如，低挡范围齿轮208的齿轮比)为低。此时，车桥齿轮箱可处于空挡位置(未示出)。
在时间t11处，电机126的速度开始增加，从而使得轴220的速度乘以响应于将车桥齿轮箱从空挡换挡到较低齿轮比的请求而要接合的齿轮的齿轮比增加。电机126在速度控制模式下操作，并且电机的速度被命令达到线508所表示的速度。电机126的速度和轴220的速度乘以要接合的挡位的齿轮比在时间t11和时间t12之间增加。另外，轴224的速度继续增加。
在时间t12处，轴220的速度乘以要接合的齿轮比稳定到期望速度差。阈值速度508与轴速度506之间的速度差小于图4所示的阈值速度408与轴速度406之间的速度差，因为车桥齿轮箱177不包括同步器，因此轴速度506与阈值速度508之间的较小速度差是可容许的。电机保持处于速度控制模式，并且电机的速度被命令保持期望的速度差。轴224的速度继续增加。
在时间t12与时间t13之间，轴220的速度乘以要接合的齿轮比遵循所述速度以保持对轴224的速度的期望跟踪，并且命令拨叉移动。电机保持处于速度控制模式，并且自时间t12以来轴224的速度继续增加。在滑动套筒或牙嵌式离合器与期望齿轮(低挡范围齿轮或高挡范围齿轮)之间发生接合之前，电机退出速度控制模式并且进入扭矩控制模式。
在时间t13处，在滑动套筒与齿轮(低挡齿轮或高齿轮)之间发生第一接合。在时间t13和时间t14之间，接合完成，并且轴220的速度乘以期望齿轮比(低挡齿轮或高齿轮)会收敛到轴224的速度。电机126在扭矩控制模式下操作。
在时间t14处，滑动套筒或牙嵌式离合器319将期望齿轮(低挡齿轮或高齿轮)锁定到轴220，使得轴220的速度乘以期望挡位(低挡或高挡)的齿轮比等于轴224的速度。电机的扭矩斜升到驾驶员需求扭矩。
以这种方式，有可能对不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱进行换挡。可在速度控制模式下控制电机，直到换挡拨叉开始将滑动套筒或牙嵌式离合器移向正接合的挡位，或者直到滑动套筒或牙嵌式离合器接合正接合的挡位。在速度控制模式下操作电机降低了在车桥齿轮箱的换挡期间出现接合干涉的可能性。
现在参考图6，示出了根据图7和图8的方法的预示性车辆操作序列。图6所示的车辆操作序列可经由图7和图8的方法与图1所示的系统配合来提供。t20-t24处的竖直线表示所述序列期间的感兴趣时间。当驾驶员施加加速踏板使得车轮扭矩请求为非零时并且当车辆在道路上移动时，发生图6的序列。
自图6的顶部起的第一曲线图为速度与时间的曲线图。竖直轴线表示速度，并且速度沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线602表示轴224的速度。迹线604表示轴220的速度乘以正在接合或即将接合的齿轮的齿轮比。
自图6的顶部起的第二曲线图为序列状态与时间的曲线图。竖直轴线表示序列状态。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。线206表示不同的序列状态。
自图6的顶部起的第三曲线图为电机扭矩与时间的曲线图。竖直轴线表示电机扭矩，并且电机扭矩沿竖直轴线箭头方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从图的左侧向图的右侧增加。迹线808表示电机扭矩。
在时间t20处，轴224的速度处于中间水平并且正在增加。轴220的速度乘以即将接合的挡位的齿轮比为低，并且车桥齿轮箱处于空挡状态(未示出)。电机扭矩为零。
在时间t21处，请求将车桥齿轮比改变为某一挡位范围(低挡或高挡)。车桥改变为速度同步状态，其中命令轴220的速度乘以即将接合的挡位的齿轮比达到轴224的速度。在同步状态期间，电机在速度控制模式下操作。电机扭矩输出增加以增加轴220的速度。轴220的速度乘以即将接合的挡位的齿轮比开始增加。轴224的速度继续增加。
在时间t22处，轴220的速度乘以即将接合的齿轮的齿轮比超过速度阈值，并且它大于轴224的速度。因此，电机扭矩降低以使轴220的速度乘以即将接合的挡位的齿轮比趋于轴224的速度。车桥模式从速度控制变为扭矩控制。轴224的速度继续增加。
在时间t23处，电机126的扭矩降低为零，因此换挡拨叉开始将套筒319移向正在接合的齿轮。车桥进入连接模式，其中经由接合某一齿轮而将轴220联接到轴224。
在时间t24处，套筒319将正在接合的齿轮(例如，低挡范围齿轮)完全接合到轴220，从而将轴224联接到轴220。电机扭矩增加以提供所请求的驾驶员需求扭矩。该范围挡(低挡或高挡)完全接合，使得轴220的速度乘以所接合挡位的齿轮比等于轴224的速度。电机在扭矩控制模式(例如，其中电机速度可变化同时电机扭矩满足或遵循所请求的电机扭矩的模式)下操作并且被命令提供驾驶员需求扭矩。
现在参考图7和图8，示出了用于利用齿轮箱操作包括车桥的车辆的示例性方法。车桥可为图1所示的类型。图7和图8的方法可结合到图1的系统中并且可与其协作。此外，图7和图8的方法的至少部分可作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令来并入，而方法的其他部分可经由在物理世界中转变装置和致动器的操作状态的控制器来执行。当电机(例如，126)在扭矩模式下操作并且遵循驾驶员需求扭矩时，可进入图7和图8的方法。
在701处，方法700判断是否存在改变车桥齿轮箱的齿轮比的请求。可经由人和人/机界面生成改变车桥齿轮箱的齿轮比的请求。替代地，自主驾驶员可请求改变车桥齿轮箱的齿轮比。如果方法700判断存在改变车桥齿轮箱的齿轮比的请求(例如，从高挡改变为低挡或反之亦然的请求)，则答案为是并且方法700前进到702。否则，答案为否并且方法700前进到750。
在750处，方法700维持车桥齿轮箱的当前操作状态。车桥齿轮箱可保持接合在低齿轮、接合在高齿轮或空挡。方法700前进以退出。
在702处，方法700判断挡位同步器是否不存在或挡位同步器是否劣化。如果是这样，则回答为是，并且方法700前进到720。否则，回答为否，并且方法700前进到704。
在704处，方法700请求经由调整换挡拨叉的位置以脱离目前接合的齿轮来从空挡换挡到某一挡位。在一个示例中，新的挡位为低范围挡或低挡，而目前接合的挡位为高范围挡或高挡。替代地，新的挡位为高范围挡或高挡，而目前接合的挡位为低范围挡或低挡。方法700前进到706。
在706处，方法700退出电机126的扭矩控制模式并且在速度控制模式下操作电机126。方法700命令电机126达到某一速度，使得电机以某一速度旋转支撑齿轮接合套217的轴(例如，轴220)，所述速度乘以支撑齿轮接合套217的轴与车桥齿轮箱输出轴(例如，224)之间的齿轮比等于车桥齿轮箱输出轴速度(例如，轴224的速度)加上过冲或阈值速度。需注意，由于在电机126与支撑齿轮接合套217的轴220之间可能发生的任何齿轮传动，电机126的速度可与支撑齿轮接合套217的轴的速度不同。因此，如果输出轴224的速度为400rpm并且过冲速度为50rpm，则调整电机的速度，使得支撑齿轮接合套217的轴的速度可调整为450rpm的速度除以支撑齿轮接合套217的轴与输出轴之间的齿轮比，所述齿轮比包括正接合的挡位。方法700前进到708。
在708处，方法700判断支撑齿轮接合套217的轴的速度乘以支撑齿轮接合套217的轴与输出轴224之间正接合的齿轮比(gr)减去输出轴224的速度是否大于或等于过冲速度(例如，50rpm)，如果是，则答案为是并且方法700前进到710。否则，答案为否，并且方法700返回到706。
在710处，方法700使电机126从速度控制模式退出并且将电机扭矩降低为零。电机126的扭矩可在阈值时间量内降低为零。方法停止向电机126供应电力，并且电机开始自由转动。方法700前进到712。
在712处，方法700移动换挡拨叉212以接合所请求的挡位。换挡拨叉移动齿轮接合套217和同步器216，使得同步器216接合齿轮208或齿轮218。方法700前进到714。
在714处，当换挡拨叉212到达行程终点并且所请求的挡位完全接合时，方法700开始向电机126供应电流。调整电机126的扭矩，使得递送所请求的驾驶员需求扭矩。因此，可延迟到电机126的电流递送，直到挡位完全接合，使得在正接合的齿轮与换挡轴套之间交换的扭矩可能会降低，以降低齿轮箱劣化的可能性。方法700前进以退出。
在720处，方法700请求经由调整换挡拨叉的位置以脱离目前接合的挡位来从空挡换挡到某一挡位。在一个示例中，新的挡位为低范围挡或低挡，而目前接合的齿轮为高范围挡或高挡。替代地，新的挡位为高范围挡或高挡，而目前接合的挡位为低范围挡或低挡。方法700前进到722。
在722处，方法700针对电机126退出扭矩控制模式并且在速度控制模式下操作电机126。方法700命令电机126达到某一速度，使得电机以某一速度旋转支撑齿轮接合套217的轴(例如，轴220)，所述速度乘以支撑齿轮接合套217的轴与车桥齿轮箱输出轴(例如，224)之间的齿轮比等于车桥齿轮箱输出轴速度(例如，轴224的速度)加上预定过冲或阈值速度(例如，5-30rpm)。需注意，由于在电机126和支撑套筒319的轴220之间可能发生的任何齿轮传动，电机126的速度可与支撑套筒319的轴的速度不同。因此，如果输出轴224的速度为400rpm并且过冲速度为10rpm，则调整电机的速度，使得支撑套筒319的轴的速度可调整为410rpm的速度除以支撑套筒319的轴与输出轴之间的齿轮比，所述齿轮比包括正接合的挡位。方法700前进到724。
在724处，方法700判断支撑套筒319的轴的速度乘以支撑套筒319的轴与输出轴224之间正接合的齿轮比(gr)减去输出轴224的速度是否大于或等于过冲速度(例如，10rpm)，如果是，则答案为是并且方法700前进到726。否则，答案为否，并且方法700返回到722。
在726处，方法700判断支撑套筒319的轴的平均速度乘以支撑套筒319的轴与输出轴244之间正接合的齿轮比是否基本上等于输出轴244的平均速度(例如，所述速度在彼此的5％以内)。如果是，则答案为是，并且方法700前进到728。否则，答案为否，并且方法700返回到726。
在728处，方法700移动或命令换挡拨叉212移动套筒或牙嵌式离合器319以接合所请求的挡位，同时继续在速度控制模式下操作电机126，使得轴220的速度乘以轴220与轴224之间正接合的齿轮比在轴224的速度的过冲速度内。方法700前进到730。
在730处，方法700判断换挡拨叉212是否处于期望位置。在一个示例中，期望位置可以是大于气隙距离的95％的位置。在另一示例中，期望位置可以是行程终点位置。如果方法700判断换挡拨叉212处于期望位置，则答案为是并且方法700前进到732。否则，答案为否，并且方法700返回到730。
在732处，方法700使电机126从速度控制模式退出并且使电机进入扭矩控制模式。方法700前进到734。
在734处，如果换挡拨叉不处于行程终点位置，则方法700继续将换挡拨叉移动到行程终点位置。在行程终点处，电机的扭矩增加以满足驾驶员需求。方法700前进以退出。
以这种方式，电机可在速度控制模式下操作，使得可在换挡期间降低在车桥齿轮箱的输出轴224与包括齿轮锁定机构的轴之间交换的扭矩。所述换挡可利用包括同步器的车桥齿轮箱或不包括同步器的车桥齿轮箱来执行。
因此，图7和图8的方法提供了一种用于操作传动系的方法，所述方法包括：在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，调整电机的速度，使得第一轴的速度乘以所述第一轴与第二轴之间的齿轮的齿轮比比所述第二轴的速度大阈值速度量；响应于所述第一轴的所述速度乘以所述第一轴与所述第二轴之间的所述齿轮的所述齿轮比比所述第二轴的所述速度大所述阈值速度量，降低供应给所述电机的电力量；以及响应于降低供应给所述电机的电力而调整换挡拨叉的位置。所述方法包括其中降低供应给所述电机的所述电力量包括停止向所述电机供应电力，其中所述第二轴为所述车桥齿轮箱的输出轴，其中所述电机联接到所述第一轴，并且其中所述第一轴支撑齿轮接合套。所述方法包括其中响应于降低供应给所述电机的电力来调整所述换挡拨叉的所述位置包括响应于停止向所述电机供应电力而调整所述换挡拨叉的所述位置。所述方法包括其中同步器联接到所述换挡拨叉。所述方法还包括响应于所述换挡拨叉到达行程终点位置而增加所述电机的扭矩。所述方法包括其中所述车桥齿轮箱联接到所述车桥的差速器。所述方法包括其中所述电机联接到所述车桥齿轮箱。
图7和图8的方法还提供了一种用于操作传动系的方法，所述方法包括：在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，调整电机的速度，使得第一轴的速度乘以所述第一轴与第二轴之间的齿轮的齿轮比比所述第二轴的速度大阈值速度量，所述第一轴和所述第二轴包括在所述车桥齿轮箱中；以及响应于所述第一轴的平均速度斜率乘以所述第一轴与所述第二轴之间的所述齿轮的所述齿轮比基本上等于所述第二轴的平均速度斜率来调整换挡拨叉的位置。所述方法包括其中所述电机在速度控制模式下操作，同时调整所述电机的所述速度，其中所述第二轴为所述车桥齿轮箱的输出轴，其中所述电机联接到所述第一轴，并且其中所述第一轴支撑齿轮接合套。所述方法还包括响应于所述换挡拨叉处于期望位置而退出所述速度控制模式并且使所述电机进入扭矩控制模式。所述方法还包括继续将所述换挡拨叉移向行程终点位置。所述方法包括其中所述车桥齿轮箱联接到差速器。
在另一种表示中，图7和图8的方法提供了一种用于操作传动系的方法，所述方法包括：在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，经由在速度控制模式下操作电机以及当第一车桥齿轮箱的速度乘以正接合的挡位的齿轮比在第二车桥的阈值速度内时调整换挡拨叉的位置来对车桥齿轮箱进行换挡。所述方法包括其中所述第一轴支撑齿轮接合套。所述方法包括其中所述第二轴为所述车桥齿轮箱的输出轴，并且其中所述车桥齿轮箱的所述输出轴联接到差速器。
应注意，本文所包括的示例性控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由包括控制器结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件的控制系统来执行。此外，所述方法的部分可为在现实世界中采取的用于改变装置状态的物理动作。本文所述的具体例程可表示任何数目的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可按所示的顺序执行、并行执行，或者在一些情况下被省略。同样，处理顺序不一定是实现本文所述的示例性示例的特征和优点所需要的，而是为了便于说明和描述才提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可根据所使用的特定策略而重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件部件结合电子控制器的系统中执行指令而执行。如果需要，可省略本文所述的方法步骤中的一个或多个。
应当理解，本文所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体示例不应当被视为具有限制含义，因为众多变型是可能的。例如，上述技术可应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非明显的组合和子组合。
所附权利要求特别地指出被视为新颖的且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。这些权利要求应理解为包括一个或多个此类要素的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被视为包括在本公开的主题内。
根据本发明，一种用于操作传动系的方法包括：在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，调整电机的速度，使得第一轴的速度乘以所述第一轴与第二轴之间的齿轮的齿轮比比所述第二轴的速度大阈值速度量；响应于所述第一轴的所述速度乘以所述第一轴与所述第二轴之间的所述齿轮的所述齿轮比比所述第二轴的所述速度大所述阈值速度量，降低供应给所述电机的电力量；以及响应于降低供应给所述电机的电力而调整换挡拨叉的位置。
根据实施例，降低供应给所述电机的所述电力量包括停止向所述电机供应电力，其中所述第二轴为所述车桥齿轮箱的输出轴，其中所述电机联接到所述第一轴，并且其中所述第一轴支撑齿轮接合套。
根据实施例，响应于降低供应给所述电机的电力而调整所述换挡拨叉的所述位置包括响应于停止向所述电机供应电力而调整所述换挡拨叉的所述位置。
根据实施例，同步器联接到所述换挡拨叉。
根据实施例，上述发明的特征还在于响应于所述换挡拨叉到达行程终点位置而增加所述电机的扭矩。
根据实施例，所述车桥齿轮箱联接到所述车桥的差速器。
根据实施例，所述电机联接到所述车桥齿轮箱。
根据本发明，提供了一种车辆系统，所述车辆系统具有：车桥齿轮箱，所述车桥齿轮箱不包括摩擦离合器或挡位同步器但包括换挡拨叉、第一轴、第一齿轮、第二齿轮和第二轴；电机，所述电机联接到所述车桥齿轮箱；差速齿轮组，所述差速齿轮组联接到所述车桥齿轮箱；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，用于响应于将所述车桥齿轮箱从第一挡换挡到第二挡的请求而在速度控制模式下操作所述电机，并且响应于所述第一轴的速度斜率乘以所述第一挡的齿轮比基本上等于所述第二轴的速度斜率而调整所述换挡拨叉的位置。
根据实施例，上述发明的特征还在于用于在所述速度控制模式下使所述电机加速使得所述第一轴的速度乘以所述第一挡的所述齿轮比大于所述第二轴的速度的附加指令。
根据实施例，上述发明的特征还在于将所述第二轴经由第一齿轮联接到所述电机。
根据实施例，上述发明的特征还在于将所述第二轴经由所述第一齿轮或所述第二齿轮联接到所述第一轴。
根据实施例，上述发明的特征还在于用于在调整所述换挡拨叉的所述位置的同时继续在所述速度控制模式下操作所述电机的附加指令。
根据实施例，上述发明的特征还在于用于响应于所述换挡拨叉处于期望位置而使所述电机从所述速度控制模式退出的附加指令。
根据实施例，上述发明的特征还在于用于响应于所述换挡拨叉处于所述期望位置而在扭矩控制模式下操作所述电机的附加指令。
根据实施例，上述发明的特征还在于用于在所述扭矩控制模式下操作所述电机的同时经由所述电机递送驾驶员需求扭矩的附加指令。
根据本发明，一种用于操作传动系的方法包括：在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，调整电机的速度，使得第一轴的速度乘以所述第一轴与第二轴之间的齿轮的齿轮比比所述第二轴的速度大阈值速度量，所述第一轴和所述第二轴包括在所述车桥齿轮箱中；以及响应于所述第一轴的平均速度斜率乘以所述第一轴与所述第二轴之间的所述齿轮的所述齿轮比基本上等于所述第二轴的平均速度斜率而调整换挡拨叉的位置。
根据实施例，在速度控制模式下操作所述电机，同时调整所述电机的所述速度，其中所述第二轴为所述车桥齿轮箱的输出轴，其中所述电机联接到所述第一轴，并且其中所述第一轴支撑齿轮接合套。
根据实施例，上述发明的特征还在于响应于所述换挡拨叉处于期望位置而退出所述速度控制模式并且使所述电机进入扭矩控制模式。
根据实施例，上述发明的特征还在于继续将所述换挡拨叉移向行程终点位置。
根据实施例，所述车桥齿轮箱联接到差速器。
1.一种用于操作传动系的方法，其包括：
在车桥使不包括摩擦离合器的车桥齿轮箱的齿轮旋转时，调整电机的速度，使得第一轴的速度乘以所述第一轴与第二轴之间的齿轮的齿轮比比所述第二轴的速度大阈值速度量；
响应于所述第一轴的所述速度乘以所述第一轴与所述第二轴之间的所述齿轮的所述齿轮比比所述第二轴的所述速度大所述阈值速度量，降低供应给所述电机的电力量；以及
响应于降低供应给所述电机的电力而调整换挡拨叉的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中降低供应给所述电机的所述电力量包括停止向所述电机供应电力，其中所述第二轴为所述车桥齿轮箱的输出轴，其中所述电机联接到所述第一轴，并且其中所述第一轴支撑齿轮接合套。
3.如权利要求2所述的方法，其中响应于降低供应给所述电机的电力而调整所述换挡拨叉的所述位置包括响应于停止向所述电机供应电力而调整所述换挡拨叉的所述位置。
4.如权利要求3所述的方法，其中同步器联接到所述换挡拨叉。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括响应于所述换挡拨叉到达行程终点位置而增加所述电机的扭矩。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述车桥齿轮箱联接到所述车桥的差速器。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述电机联接到所述车桥齿轮箱。
8.一种车辆系统，其包括：
车桥齿轮箱，所述车桥齿轮箱不包括摩擦离合器或挡位同步器但包括换挡拨叉、第一轴、第一齿轮、第二齿轮和第二轴；
电机，所述电机联接到所述车桥齿轮箱；
差速齿轮组，所述差速齿轮组联接到所述车桥齿轮箱；以及
控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，用于响应于将所述车桥齿轮箱从第一挡换挡到第二挡的请求而在速度控制模式下操作所述电机，并且响应于所述第一轴的速度斜率乘以所述第一挡的齿轮比基本上等于所述第二轴的速度斜率而调整所述换挡拨叉的位置。
9.如权利要求8所述的系统，其还包括用于在所述速度控制模式下使所述电机加速使得所述第一轴的速度乘以所述第一挡的所述齿轮比大于所述第二轴的速度的附加指令。
10.如权利要求8所述的系统，其还包括将所述第二轴经由第一挡联接到所述电机。
11.如权利要求10所述的系统，其还包括将所述第二轴经由所述第一齿轮或所述第二齿轮联接到所述第一轴。
12.如权利要求8所述的系统，其还包括用于在调整所述换挡拨叉的所述位置的同时继续在所述速度控制模式下操作所述电机的附加指令。
13.如权利要求12所述的系统，其还包括用于响应于所述换挡拨叉处于期望位置而使所述电机从所述速度控制模式退出的附加指令。
14.如权利要求13所述的系统，其还包括用于响应于所述换挡拨叉处于所述期望位置而在扭矩控制模式下操作所述电机的附加指令。
15.如权利要求14所述的系统，其还包括用于在所述扭矩控制模式下操作所述电机的同时经由所述电机递送驾驶员需求扭矩的附加指令。
技术总结