CN100448711C - 机动车辆的变速装置及其变速方法 - Google Patents

Abstract

一种机动车辆变速装置，包括按动力传递的顺序依次连接的动力机(1)、主离合器(2)、变速器(3)及传动件(4)，其中该变速装置还包括辅助动力系统(10)，该辅助动力系统(10)包括副离合器(5)、液压泵(6)和液压马达(8)；副离合器(5)分别与动力机(1)和液压泵(6)连接、液压泵(6)分别与副离合器(5)和液压马达(8)连接，液压马达(8)分别与液压泵(6)和传动件(4)连接。本发明还涉及一种使用上述变速装置的机动车辆的变速方法。本发明的有益效果在于，由于在车辆的变速过程中动力连续，所以可以减少变速过程的动力损耗，提高车辆的动力性能。

Description

机动车辆的变速装置及其变速方法

技术领域

本发明涉及机动车辆的变速装置及其变速方法。

背景技术

在传统的机动车辆中，传动系一般包括按动力传递的顺序依次连接的动力机、离合器、变速器、传动件(包括变速器的输出轴、万向节和传动轴)及驱动桥(包括主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳)。车辆的变速过程是：驾驶员踏下离合器踏板，使离合器分离以切断动力机与驱动轮之间的传动路线，之后利用变速操纵手柄将变速器中的齿轮组由一组啮合调整为另外一组啮合，之后再松开离合器踏板，离合器接合，使断开的传动路线重新连接，从动力机通过变速器将动力传递给万向传动件，进而驱动车辆，取得预期的动力性能。这样就会出现一个问题：在换档过程中，车辆是没有动力驱动的，造成行驶过程的动力中断，对车辆的动力性能造成影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种在车辆的变速过程中能使驱动车辆行驶的动力保持连续的机动车辆的变速装置及操作方法。

本发明所提供的机动车辆的变速装置包括按动力传递的顺序依次连接的动力机、主离合器、变速器及传动件，此外，该变速装置还包括辅助动力系统，该辅助动力系统包括副离合器、液压泵和液压马达；副离合器分别与动力机和液压泵连接，液压泵分别与副离合器和液压马达连接，液压马达分别与液压泵和传动件连接。

本发明还提供一种使用上述装置的机动车辆的变速方法，该方法包括：(1)在变速之前，主离合器接合，动力机的动力经由变速器传递给传动件；(2)在变速过程中，主离合器分离，副离合器接合，动力机的动力副离合器驱动液压泵将机械能转化为液压能，该液压能通过液压马达转化为机械能并传递给传动件；(3)在变速完成之后，主离合器接合，副离合器分离，动力机的动力经由变速器传递给传动件，辅助动力系统停止为传动件提供动力。

本发明还提供另外一种使用上述装置的机动车辆的变速方法，该方法包括：(1)在准备变速之前或之后，主离合器处在完全接合和完全分离之间的过渡状态，副离合器处于接合或分离状态，比例阀处在完全关闭状态和完全开通状态之间的过渡状态，动力机的部分动力经由变速器传递给传动件，另一部分动力通过副离合器驱动液压泵将机械能转化为液压能；或者动力机的全部动力经由变速器传递给传动件；(2)在变速过程中，主离合器处于分离状态，副离合器处于接合状态，比例阀处于打开状态，动力机的全部动力经液压泵将机械能转化为液压能，该液压能通过液压马达转化为机械能并传递给传动件。

采用本发明提供的变速装置及变速方法，在车辆的变速过程中，为了顺利地完成变速，包括从高挡变到抵挡或从抵挡变到高挡等情况，需要将主离合器分离以切断从动力机到传动件的传动路线，同时，通过辅助动力系统，可以代替从动力机经由变速器到传动件的传动路线，为传动件提供动力，从而使得车辆在整个变速过程中所接受到的动力保持连续。因此，由于在车辆的变速过程中动力保持连续，所以可以减少变速过程的动力损耗，提高车辆的动力性能。

附图说明

图1是本发明的变速装置的示意框图；

图2是本发明的变速装置的辅助动力系统的示意图；

图3是本发明的变速装置的整体结构示意图；

图4是车辆正常行驶时变速装置的工作状态图；

图5是车辆在变速之前变速装置的工作状态图；

图6是车辆在变速过程中主离合器正在分离时变速装置的工作状态图；

图7是车辆在变速过程中主离合器完全分离之后变速装置的工作状态图；

图8是车辆在变速之后变速装置的工作状态图。

附图标记说明

1，动力机

2，主离合器

3，变速器

4，传动件

5，副离合器

6，液压泵

7，比例阀

8，液压马达

9，油箱

10，辅助动力系统

11，第一溢流阀

12，第二溢流阀

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所提供的机动车辆的变速装置包括按动力传递的顺序依次连接的动力机1、主离合器2、变速器3及传动件4，此外，该变速装置还包括辅助动力系统10，该辅助动力系统10包括与动力机1连接的副离合器5、与副离合器5连接的液压泵6及与液压泵6和传动件4连接的液压马达8。

其中，按动力传递的顺序依次连接的动力机1、主离合器2、变速器3及传动件4可以参考各种汽车结构方面的资料，例如由关文达主编的清华大学出版社2004年9月出版的《汽车构造》，在此不再作详细说明。

如图2所示，辅助动力系统10包括与动力机1连接的副离合器5、与副离合器5连接的液压泵6及与液压泵6和传动件4连接的液压马达8。

副离合器5可以采用现有的各种离合器。副离合器5连接在动力机1的输出端与液压泵6之间，用于接合或分离动力机1到液压泵6动力传递。副离合器5的接合或分离通过离合器操纵机构控制。离合器操纵机构可以采用现有的操纵机构，例如液压式操纵机构、机械式操纵机构、弹簧或气压助力式操纵机构等等。在本发明中，为了使副离合器5的开闭与辅助动力系统10的工作状态以及主离合器2的开闭之间发生联系，还可以增加计算机控制单元来操纵，这将在下面予以说明。

液压泵6可以采用现有的各种液压泵，例如齿轮泵、叶片泵或柱塞泵。液压泵6优选使用定量泵。关于液压泵，可以参考各种液压传动方面的资料，例如由姜继海、宋锦春、高常识主编的高等教育出版社2002年1月出版的《液压与气压传动》。

液压马达8的输入端与液压泵6连接，输出端连接到传动件4。液压马达8用于将辅助动力系统10内的液压能转换成机械能，并传递给传动件4，进而在换挡过程中驱动车辆行驶。在辅助动力系统10中，液压马达8的作用有二：一是将辅助动力系统的压能转换成机械能输出；二是补偿动力机工作状态的脉动，实现相对稳定输出的变速机构。对于辅助动力系统来说，输出能力不能满足车载驱动性能要求，不是输出能力过小，就是体积太大，不适合车载使用。解决的办法有二：一是提高泵马达的性能，可以实现较大的转换功率和传递功率；二是通过加装变速机构，实现减速增扭的目的。所以，液压马达8优选使用低速大转矩马达，因为低速大转矩马达的主要特点是转矩大(可达数千至数万牛·米)，低速稳定性好(一般可在10r/min以下平稳运转，有的可低到0.5r/min以下)，所以可以直接与工作机构(例如，传动件4)连接而不需要减速装置，使传动机构大为简化。作为选择，液压马达8也可以使用高速马达，但是由于转速较高且钮矩较小，所以一般需要增加减速装置以达到减速增矩的作用。液压马达8还可以是变量马达。

用于接受液压马达8的动力的传动件4可以是变速器3的输出轴或汽车传动系的传动轴。

为了防止辅助动力系统中的压力过高而损坏机件，可以在液压泵6连接一个溢流阀或多个溢流阀。

优选地，为了使辅助动力系统10能更加灵活、有效地工作，在液压泵6与液压马达8之间设置电液比例控制阀(简称比例阀)7。比例阀7是一种输出量与输入信号(电压或电流)成比例的液压阀或气压阀，它可按给定的输入信号连续地控制流体的方向、压力和流量。

优选地，为了在主离合器2与副离合器5以及比例阀7之间建立联系，本发明的变速装置还包括计算机控制单元(图中未示出)，该计算机控制单元分别与比例阀7和副离合器5连接。

下面对本发明的变速装置的工作过程进行说明。当副离合器5接合时，动力机1通过副离合器5驱动液压泵6工作，液压泵6将来自动力机1的机械能转化为为液压能储存在辅助动力系统10中，然后液压马达8开始工作，将辅助动力系统中的液压能转化为机械能传递给传动件4，驱动传动件4运转。具体地说，辅助动力系统在副离合器5接合前是不参与工作的，当副离合器5接合，比例阀7的两个回路瞬时工作状态为：液压马达8回路完全关闭；溢流回路是开通，在辅助动力系统的压力到达溢流阀的调定压力时，溢流阀开始泄压，将动力机的部分动能转换成液压能，存储在辅助动力系统内部，此时辅助动力系统辅助动力系统的有效输出为0。

随着主离合器2的踏板的踏下动作，离合器位置传感器将位置信号传递给计算机控制单元，然后计算机控制单元控制比例阀7，对高压液体的方向和流量进行分配，实现辅助动力系统的输出可控。

随着主离合器2的进一步分离，由对应回路传递的动力逐渐减少，为了补偿不足的行驶需求功率，加大辅助动力系统的有效输出就成为必然，因此计算机控制单元控制比例阀7的开启幅度加大，相应的高压液体的有效输出加大。

当主离合器2完全分离，此时计算机控制单元控制比例阀7的开启幅度达到最大，此时比例阀7的两个回路工作状态为：液压马达8回路是最大化开通，所有的液压能经由此路，通过液压马达8机械输出；溢流回路完全关闭。

在主离合器2完全分离后，车辆开始换挡操作，此时的动力完全由辅助动力系统提供，在变速器3完成了档位齿轮的重新啮合之后，随着驾驶员逐渐松开主离合器2踏板，辅助动力系统的工作状态与主离合器2分离时的工作状态相反。

这样，在换挡的动作发生时候，系统可以自动的通过辅助动力系统，对车辆进行驱动，避免了动力的中断，提高了车辆系统的动力性和可操作性。

下面参考图3至图7详细说明本发明的变速装置的操作过程。

图3是车辆正常行驶时变速装置的工作状态图，其中主离合器2处于接合状态，副离合器5处于分离状态，比例阀7处于关闭状态。如实线箭头所示，动力机1的全部动力通过主离合器2经由变速器3传递给传动件4，驱动车辆行驶，辅助动力系统10不接受动力机1的动力，也不对外做功，车辆正常行驶。

图4是车辆在变速之前变速装置的工作状态图，其中如左边的实线箭头所示，在变速之前，动力机1的动力仍然通过主离合器2经由变速器3传递给传动件4。但同时，如上边的实线箭头所示，该动力机1还将一部分动力传递给辅助动力系统10，具体而言是通过副离合器5的接通状态驱动压力泵6工作，通过压力泵6将机械能转化为液压能并储存到辅助动力系统中。此时，比例阀7处于关闭状态，所以辅助动力系统中的液压能被储存起来而不对外做功。辅助动力系统中的能量即液压能通过溢流阀和压力阀等标准配件(未示出)进行检测和控制。

在此过程中，如上所述，副离合器5的接合可通过现有的各种操纵机构来控制。但是在本发明中，优选通过计算机控制单元控制。具体地说，动力机1驱动液压泵6，使辅助动力系统中的内部压力提高。与液压泵6直接相连的第一溢流阀11设定调定压力P1，与经过比例阀7而相连的第二溢流阀12设定调定压力P2。当系统的压力值达到调定压力P1时，通过第二溢流阀12将高压液体排泄到液压油箱9内，这样辅助动力系统将动力机的动能存储在辅助动力系统内部；当系统的压力值继续上升，并超过调定压力P1的时候，通过第一溢流阀11和第二溢流阀12联合降压，保证系统的内部压力不超过额定限度，保证了安全性能。当系统的压力超过允许最大压力的时候，可以通过计算机控制单元自动断开副离合器5，切断动力输入，保证安全。在此实施例中使用了两个溢流阀，但根据需要也可以仅仅使用一个溢流阀或两个以上的溢流阀。

比例阀7作为辅助动力系统中的开关装置，在辅助动力系统10工作时，比例阀7打开；在辅助动力系统10不工作时，比例阀7关闭。比例阀7的具体操作状态可通过计算机控制单元加以控制。计算机控制单元通过对主离合器踏板的位置信号进行分析，确定当前离合器的压紧力Pz，因为离合器的摩擦力矩Tcf和压紧力Pz的关系为：Tcf～Pz(成正比例关系)，所以通过计算得出当前所能够传递的力矩，之后根据当前车速下车辆行驶所需的力矩，利用计算机控制单元计算出需要辅助动力系统提供的转矩，之后根据液压泵6的输出流量和压力，以及液压马达8的工作参数(包括输出转速、输出力矩、排量等)，得到比例阀的控制信号值，并传递这一控制信号给被控对象，从而实现对高压流体方向和流量的比例控制，最终实现辅助动力系统的输出对换挡过程的的功率的补偿作用。通过此实施方式，可以保证驱动车辆行驶的动力保持连续。

图5是车辆在变速过程中变速装置的工作状态图，其中，如左边的箭头所示，在主离合器2的断开过程中，随着主离合器2的逐渐断开，动力机1传递给传动件4的动力也将逐渐减少。同时，随着主离合器2的逐渐断开，辅助动力系统中的比例阀7将通过计算机控制单元逐渐开通，比例阀7开通的幅度取决于主离合器2的断开程度。也就是说，如果主离合器2刚开始断开操作，仍然能为传动件提供较大的功率，则比例阀7的开通幅度将相对较小，使得压力泵6只能释放较少的功率；反之，如过主离合器2断开程度较大，则比例阀7的开通幅度也相对较大，从而使得传递给传动件的总功率能保持稳定。在主离合器2完全断开之后，完全通过操作机构为传动机构提供动力，保持车辆的正常行驶。由于主离合器2已经完全断开，可以进行所需要的任意变速操作。

图6时车辆在变速过程中主离合器完全分离之后变速装置的工作状态图，其中主离合器2完全分离，动力完全由辅助动力系统10传递，此时主离合器2回路不传递动力。

图7是车辆在变速操作完成之后主离合器2接合过程中变速装置的工作状态图。在主离合器2的接合过程中，比例阀7将逐渐关闭，这一过程与变速过程类似，要求传动件4接受到的总功率保持稳定。在主离合器2完全接合之后，副离合器5将随之断开，比例阀置于常闭状态，等待下一次变速操作。

此外，本发明还涉及一种使用图1中所述变速装置的机动车辆的变速方法，该方法包括：(1)在变速之前，主离合器2接合，动力机1的动力经由变速器3传递给传动件4；(2)在变速过程中，主离合器2分离，副离合器5接合，动力机1的动力经驱动液压泵6将机械能转化为液压能，该液压能通过液压马达8转化为机械能并传递给传动件4；(3)在变速完成之后，主离合器2接合，副离合器5分离，动力机1的动力经由变速器3传递给传动件4，辅助动力系统10停止为传动件4提供动力。

在具有比例阀7的情况下，如图2所示，本发明还涉及一种使用上述变速装置的机动车辆的变速方法，该方法包括：(1)在变速之前或之后，主离合器2处在完全接合和完全分离之间的过渡状态，副离合器5处于接合或分离状态，比例阀7处在完全关闭状态和完全开通状态之间的过渡状态，动力机1的部分动力经由变速器3传递给传动件4，另一部分动力通过副离合器5驱动液压泵6将机械能转化为液压能；或者动力机1的全部动力经由变速器3传递给传动件4；(2)在变速过程中，主离合器2处于分离状态，副离合器5处于接合状态，比例阀7处于打开状态，动力机1的全部动力经液压泵6将机械能转化为液压能，该液压能通过液压马达8转化为机械能并传递给传动件4。

在上述方法中，在变速之前或之后，若副离合器5处于接合状态，则动力机1的部分动力经由变速器3传递给传动件4，另一部分动力通过副离合器5驱动液压泵6将机械能转化为液压能；若副离合器5处于分离状态，则动力机1的全部动力经由变速器3传递给传动件4。

优选地，主离合器2是逐渐分离的，比例阀7是逐渐打开的，并且比例阀7的打开幅度与主离合器2的分离程度对应，使得传动件4所接受到的动力在此过程中保持稳定。

在本发明中，辅助动力系统10是实现动力无中断变速的关键部件。该辅助动力系统优选采用液压马达机构，其目的是：在变速过程中，发动机的的工作状态是不稳定的，相比较而言，发动机变化的幅度要远远大于车速的变化幅度，所以，利用辅助动力系统可以对发动机的脉动进行过滤，以较稳定的输出状态来驱动车辆，避免车辆产生动力性能上的突变。

由于在车辆行使过程中，变速过程相对较短，所以对于辅助动力系统的相应时间要求就苛刻些，要求比例阀、定量泵和液压马达的响应应当尽可能的短，争取在极短的时间内可以由不工作状态变换到可控稳定工作状态，对于各个系统组件的响应时间是和具体车辆的变速时间和变速方式密不可分的。

本发明对于传统的切断动力进行变速的汽车进行改进，借助于动力机带动的辅助动力系统，系统可以实现变速过程中动力无中断的特性，可以提高车辆的动力性能和减少系统的动力冲击。

Claims (11)

1、一种机动车辆的变速装置，该变速装置包括按动力传递的顺序依次连接的动力机(1)、主离合器(2)、变速器(3)及传动件(4)，其特征在于，该变速装置还包括辅助动力系统(10)，该辅助动力系统(10)包括副离合器(5)、液压泵(6)和液压马达(8)；副离合器(5)分别与动力机(1)和液压泵(6)连接，液压泵(6)分别与副离合器(5)和液压马达(8)连接，液压马达(8)分别与液压泵(6)和传动件(4)连接。

2、如权利要求1所述的变速装置，其中，所述液压泵(6)为定量泵。

3、如权利要求1所述的变速装置，其中，液压马达(8)为变量马达。

4、如权利要求1所述的变速装置，其中，所述液压泵(6)具有一个或多个溢流阀(11、12)。

5、如权利要求1所述的变速装置，其中，所述辅助动力系统(10)还包括比例阀(7)，该比例阀(7)位于液压泵(6)与液压马达(8)之间。

6、如权利要求5所述的变速装置，其中，该变速装置还包括计算机控制单元，该计算机控制单元分别与比例阀(7)和副离合器(5)连接。

7、一种使用权利要求1所述装置的机动车辆的变速方法，该方法包括：

(1)在变速之前，主离合器(2)接合，动力机(1)的动力经由变速器(3)传递给传动件(4)；

(2)在变速过程中，主离合器(2)分离，副离合器(5)接合，动力机(1)的动力经液压泵(6)将机械能转化为液压能，该液压能通过液压马达(8)转化为机械能并传递给传动件(4)；

(3)在变速完成之后，主离合器(2)接合，副离合器(5)分离，动力机(1)的动力经由变速器(3)传递给传动件(4)，辅助动力系统(10)停止为传动件(4)提供动力。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述副离合器(5)的接合或分离通过计算机控制单元实现。

9、一种使用权利要求5或6所述装置的机动车辆的变速方法，该方法包括：

(1)在准备变速之前或之后，主离合器(2)处在完全接合和完全分离之间的过渡状态，副离合器(5)处于接合或分离状态，比例阀(7)处在完全关闭状态和完全开通状态之间的过渡状态，动力机(1)的部分动力经由变速器(3)传递给传动件(4)，另一部分动力通过副离合器(5)驱动液压泵(6)将机械能转化为液压能；或者动力机(1)的全部动力经由变速器(3)传递给传动件(4)；

(2)在变速过程中，主离合器(2)处于分离状态，副离合器(5)处于接合状态，比例阀(7)处于打开状态，动力机(1)的全部动力经液压泵(6)将机械能转化为液压能，该液压能通过液压马达(8)转化为机械能并传递给传动件(4)。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，主离合器(2)逐渐分离，比例阀(7)逐渐打开，并且比例阀(7)的打开幅度与主离合器(2)的分离程度对应，使得传动件(4)所接受到的动力在此过程中保持稳定。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述比例阀(7)的关闭或打开通过计算机控制单元实现。

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