CN101061335A - 变速器辅助单元换档禁止装置 - Google Patents

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Abstract

一个实施例提供一种用于多档变速器主箱的换档禁止装置。变速器包括输入轴和输出轴。主变速箱具有多个选择接合速比。变速器还具有可以在高档位段和低档位段之间切换的档位段式副箱。换档禁止装置包括壳在锁止状态和释放状态之间移动的互锁装置，其中互锁装置有选择地制止主变速箱中的变速换档。换档禁止装置还包括档位段传感器阀。档位段传感器阀有选择地检测副箱的档位段换档。在检测到档位段换档已完成时，档位段传感器阀有选择地造成互锁装置处于释放状态。互锁装置通过流体被选择定位。

Description

变速器辅助单元换档禁止装置
相关申请的引用
本申请要求申请号为60/630,174、申请日为2004年11月22日的临时申请的优先权，其全部内容通过引用被纳入本文。
技术领域
总体而言，本技术领域是用于组合式变速器的副变速箱的换档控制系统，特别是涉及用于组合式范围档变速器的气动控制和互锁系统。
背景技术
在现有技术中，范围档型或者复合档位段/分流型组合变速器是众所周知的。这样的变速器一般包括多档变速器的主变速箱(主箱)，它与档位段式副变速箱(副箱)串联，其中档位段级大于主箱的总速比范围。
在这样的变速器中，主变速箱一般通过一个由手动变速杆或同类部件控制的上盖总成来换档。相反，档位段式副变速箱通过按钮或开关来换档。在现有技术中，由主箱换档机构操纵的开关控制着遥控随动阀/操纵机构。阀/操纵机构控制档位段选档操纵机构的动作。档位段选档缸包括流体驱动活塞，活塞将操纵缸分成低压腔室和高压腔室。当使活塞响应于一个腔室的选择加压而移动的同时，另一个腔室被排放。由于副变速箱通常使用同步牙嵌离合器，所以最好在使主变速箱处于空档时启动并完成档位段换档，以提供可接受的换档品质并防止同步牙嵌离合器过度磨损和/或损坏。
现有技术的组合式范围档变速器一般包括一个控制系统，该控制系统一般是具有互锁装置的气动控制系统，它允许利用主控阀上的选档按钮或开关来选择档位段换档。为了防止牙嵌离合器损坏，控制系统制止换档启动，直到主变速箱已挂入空档状态或至少向空档状态挂合。一个制止换档启动的方法采用在副箱操纵机构的机械连杆上的机械式互锁装置，它实质上阻止了档位段拨叉的运动，直至主变速箱挂入空档。另一个更常见的制止启动换档的方法利用了逻辑型互锁装置，在这种互锁装置中，或是使供应压力流体给副箱缸的阀失效，或是不给该阀供应压力流体，直到检测到主箱空档已挂入，或者只有在主变速箱被挂入并保持在空档时，才启动该阀并给该阀提供压力流体。所用的变速器和控制系统的例子可以参见美国专利US 2,654,268、US 3,138,965、US 4,060,005和US 4,974,474。
现有的系统尤其涉及在升档或换高速档时保护档位段同步器。人们已经发现，对于特定的系统而言，更有可能与主变速箱换档相关地及时实现成功的换高速档。在这样的变速器中，提供一种保护低档同步器的机构是非常合乎需要的。
发明内容
一个实施例提供一种用于多档变速器的主箱的换档禁止装置，该变速器包括输入轴和输出轴，主箱具有多个选择接合速比。变速器还具有副箱，副箱能在高速档位段和低速档位段之间切换。换档禁止装置包括可在锁止状态和释放状态之间移动的互锁装置，该互锁装置有选择地制止主箱中的变速换档。换档禁止装置还包括档位段传感器阀，它能有选择地检测副箱的档位段换档。在检测到档位段换档已完成时，档位段传感器阀有选择地使该互锁装置处于释放状态。该互锁装置通过流体被选择定位。
在一个实施例中，提供一种用于多档变速器主箱的换档的禁止装置。换档禁止装置包括能在锁止状态和释放状态之间移动的互锁装置。在处于锁止状态时，该互锁装置有选择地限制换档件转动，由此制止主箱中的变速换档。换档禁止装置还包括档位段传感器阀，该档位段传感器阀有选择地检测副箱的档位段换档。在检测到档位段换档已完成时，该档位段传感器阀有选择地迫使互锁装置处于释放状态。
又一个实施例提供一种禁止多档变速器主箱内的换档的方法。该方法包括检测副箱接合速比并制止主箱换档。该制止步骤可通过施加工作流体来实现。
附图说明
图1是组合式变速器的未按比例的示意图，该组合式变速器具有档位段式副箱并且采用气动控制系统。
图2是图1所示变速器的换档机构的外部零件的示意图。
图3是图1所示变速器主箱的上盖总成零件以及档位段操纵机构总成的示意图。
图4是图1所示变速器的上盖总成以及主轴总成的、从后方/左方/上方看过去的透视图。
图5是图1所示变速器的上盖总成和选档机构的、从后方/左方/下方看过去的透视图。
图6是图1所示变速器的主箱的轴总成的透视图。
图7是图1所示变速器的换档导槽板布局的、沿图4的箭头方向的示意图。
图8是图1所示变速器的变速杆档位图的示意图。
图9是图5所示选档机构在图4的总体方向上的分解透视图。
图10是在圆圈10中看到的图9局部的放大分解示意图。
图11是沿图9的线11-11截取的选档机构截面图，示出了高低压开关。
图12A、图12B、图12C和图12D是沿图11的线12-12方向的选档机构局剖图，举例示出了操作中的构件相对位置。
图13是选档机构局剖图，与图12A、图12B、图12C和图12D相似。
图14是一个示范变速器的副变速箱的实施例的局剖图。
图15是用于第一实施例的供气线路的示范示意图。
图16是用于第二实施例的空气供应线路的示范示意图。
图17是用于第二实施例的空气供应线路的示范示意图并以剖视图示出某些相关构件。
图18是用于第三实施例的空气供应线路的示范示意图并以剖视图示出某些相关构件。
图19是变速杆档位图的示意图。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，示出一种组合式范围档变速器10。组合式变速器10包括多档变速器主箱12，它与档位段式副箱14串联。变速器10容纳在壳体(未示出)中并且包括输入轴16，该输入轴借助原动机如柴油机E通过选择断开的常合型摩擦主离合器C被驱动，该主离合器具有传动连接于发动机曲轴20上的输入部或驱动部18、以及可转动地固定于变速器输入轴16上的从动部22。
在主箱12中，在输入轴16上装有输入齿轮24，用于以基本相同的转动速度同时驱动一对副轴总成26。这两个副轴总成26可以基本上相同并且如图所示处于主轴28的完全相对的两侧，该主轴大致与输入轴16同轴校准。每个副轴总成26包括通过轴承32、34支承于壳体内的副轴30上。每个副轴总成26配备有一组副轴齿轮38、40、42、44、46和48，它们按照随轴转动的方式被固定。许多主轴齿轮50、52、54、56和58围绕主轴28，并且通过使啮合套60、62和64滑动，这些主轴齿轮可被有选择地接合于主轴28上(一次一个主轴齿轮)，以便随主轴转动，如在现有技术中知道的那样。啮合套60也可以被用于将输入齿轮24连接于主轴28上，以在输入轴16和主轴28之间产生直接传动关系。
主轴齿轮58是倒档齿轮，它通过传统的中间惰轮(未示出)与副轴齿轮48处于连续啮合中。还应注意的是，尽管主轴12确实提供了5个可选的前进速比，但最小前进速比，即在将主轴传动齿轮56传动连接于主轴28上时产生的速比，通常具有这样高的齿轮减速，即它必然被认定是低速齿轮或爬档齿轮，该低速齿轮或爬档齿轮只被用于在困难条件下的车辆启动，而通常不被用于高变速档位段。因此，尽管主箱12确实提供了5个前进速度，但它通常只被称为“4+1”主变速箱，因为只有其中的4个前进速度与联合使用的档位段式副箱14组合。
仍然参见图1，档位段式副箱14包括两个基本相同的副轴总成74，每个副轴总成包括借助轴承78、80支承在壳体H内的副轴76，在该副轴上装有两个副箱副轴齿轮82和84，用于随副轴转动。副箱副轴齿轮82始终与副箱输入/主箱输出齿轮86啮合并支承它，该副箱输入/主箱输出齿轮固定在主轴28上。副箱副轴齿轮84始终与围绕变速器输出轴90的副箱输出齿轮88啮合。
特别参见图1和图3，档位段式副箱14还包括同步的双位置副箱牙嵌离合器总成92。牙嵌离合器总成92在轴向上通过档位段拨叉94(也在图14中示出)来定位。牙嵌离合器总成92以可随输出轴转动的方式固定在输出轴90上。设有一个副箱换档操纵机构总成96，用于使齿轮88与输出轴90连接以获得低速档运行，或是用于使齿轮86和主轴28连接于输出轴90上以获得组合式变速器10的直接运行或高速档运行，如以下将详细描述的那样。
参见图3至图7，将具体描述主箱12中的变速换档。啮合套60、62和64一般在轴向上分别通过拨叉100、102和104来定位。啮合套60、62和64可以是任何已知的同步或非同步的双向离合齿套类型。在该实施例中，啮合套60和62是同步的，啮合套64是非同步的。
啮合套60、62和64是三位置离合机构，因为它们可以如图1所示分别通过拨叉100、102和104被定位在中央非接合位置、前接合位置或后接合位置上。在所示的实施例中并且如图4和图5最清楚示出地，拨叉100、102和104被整合到上盖总成110中。拨叉100、102和104从上盖总成110中伸出并且由选档机构112(如图2、图5和图9最清楚示出)来控制，该选档机构如下所述定位于上盖总成110的上方。选档机构112又受到驾驶员操控的变速器输入机构或变速杆114的控制(图2)。变速杆114通过中间换档连杆116与选档机构112相连，并且该变速杆可以离该选档机构有一段距离。在所示的实施例中，只有其中一个啮合套60、62或64在某个时候是可接合的，可以设置一个主箱互锁装置(未示出)，用于把其它的啮合套锁止于空档状态。如以下将详细描述的那样，为了切换主箱12和档位段式副箱14，使用者只需手动操纵单个变速杆114。
主箱12通过在所示实施例中的三个变速轨120、122和124的轴向运动来控制，这三个变速轨容纳在上盖总成110中并且通过操纵变速杆114且借助介于两者间的选档机构112来操控，如图2至图8所示。可以采用用于替换三个变速轨配置的替换机构，如具有更多变速轨的机构，或是只有单个变速轨，例如如美国专利US 4,621,537所示。
具体参见图7，拨叉100、102和104具有相应的换档导槽板130、132和134，分别用于Lo-R档、1-2档和3-4档(图8)。5-6换档导槽板136和7-8换档导槽板138提供高传动比档，如下所述。带有整体的换档导槽板134和138的拨叉100被固定在变速轨124上。带有整体的换档导槽板132和136的拨叉102被固定在变速轨122上，带有整体的换档导槽板130的拨叉104被固定在变速轨120上。如图7所示，主箱12处于空档状态，在空档状态下，啮合套60、62和64未被接合。
参见图8，示出了变速器10的变速杆114的变速杆档位图142。变速杆档位图142包括3-4推拉位置144和5-6推拉位置146。参见图7和图8，换档导槽板130对应于Lo-R推拉换档。即，当变速杆114大致处于Lo-R换档推拉位置时，变速杆114可以在前方向上被推动，以将变速杆114置入R档位。当变速杆114处于R档位时，变速器10的主箱12处于“倒档”位置，主轴齿轮58与啮合套64接合。相似地，当变速杆114大致处于Lo-R换档推拉位置时，变速杆114可以在后方向上被拉动，以将变速杆114置入Lo档位。当变速杆114处于Lo档位时，变速器10主箱12处于“低档”，而主轴齿轮56与啮合套64接合。因而，当变速杆114大致处于Lo-R换档推拉位置时，变速器10处于Lo-R变速档位段，变速杆114可被操纵以使换档导槽板130平移。当处于1-2、3-4、5-6和7-8推拉位置时，变速杆114以相似的方式操作。变速杆档位图142也包括多个空档位置，如N1和N2。如下所述，如果变速杆114处于空档位置N1，则副箱14将挂合于低速档位段内，而如果变速杆114处于空档位置N2，则副箱14将挂合于高速档位段内。
如图9清楚所示，选档机构112及其换档销140有选择地安置在其中一个换档导槽板130、132、134、136或138中。换档销140的运动使选定的拨叉移动，由此与目标齿轮接合。变速杆114的运动控制换档销140的位置。
在该实施例中，选档机构112可以包括位置开关150。尽管在图9中示出了位置开关150的一个实施例，但位置开关150也可以位于变速器10的变速杆档位图中。副箱14的换档通过操作该位置开关150来控制，该位置开关被整合于选档机构112中，如现有技术中知道的那样。该优选实施例的选档机构112和上盖总成一起提供了“双H”形变速杆档位图，如图8所示。位置开关150是流体开关，确切地说是气动开关。应该理解的是，位置开关150或者也可被称为阀。位置开关150具有柱塞152，该柱塞在阀体(未示出)中驱动阀元件。位置开关150将货车用压缩空气连通至副箱换档操纵机构总成96，以在高档位段和低档位段之间实现切换。这样的气动开关是众所周知的。
位置开关150向副变速箱发出信号以便换入高档位段，其做法是，当换档销140从3-4换档导槽板134移到5-6换档导槽板136时，利用牙嵌离合器总成92将输出轴90连接至主轴28。相反，当换档销140从5-6换档导槽板136移到3-4换档导槽板134时，位置开关150给副箱14发信号以便换入低档位段。但应该认识到，档位段选择还可以通过由驾驶员操作按钮或开关来实现。再或者，可以采用“复H”图形，就像在美国专利US 6,339,1403中知道的那样。所有这些配置都是现有技术中已知的。应该理解的是，确定的变速杆档位图不局限于在此给出的实施例。不过，一个重要方面涉及主箱换档如何被限制以保护副箱同步器。
此外，尽管副箱14如图所示为可以采用直齿轮或斜齿轮的高低两档，但应该理解的是，在此给出的实施例也可被应用于采用复合分流/档位段型副箱的范围档变速器。也如上所述，任何其中一个或多个啮合套60、62或64可以是同步的离合齿套类型，主箱12和/或副箱12可以是单副轴类型的。
如上所述，可能出现车辆使用者或驾驶员要求在副箱档位段中换入低速档，但驾驶员在副变速箱完成其换入抵速档之前完成主箱变速换档。这样的情况可能导致档位段活塞通过同步器对爪齿施力，结果在两者之间出现不希望有的能量损耗。
在此给出的选档机构112的实施例对制止或减少这样的现象是关键的。选档机构112提供这样一种机构，即操纵变速杆114的驾驶员可以借助该机构将换档销140横向置于所希望的换档导槽板中，随后在前后方向上移动换档销140，以接入符合要求的主变速箱齿轮。选档机构112的实施例的细节在图9至图13中示出了并且以下将更详细地加以说明。选档机构112减小了在档位段换档完成之前且尤其是副箱14挂合齿轮88(换入低速档)完成之前接入主箱12齿轮的危险。
如图9最清楚所示，选档机构112也包括选档机构外壳160。选档机构外壳160用于覆盖上盖总成110中的开口以及支承选档机构112的其余部件。在外壳160中限定出细长的孔162，该孔的延伸长度等于外壳长度。外壳160可转动地支承安置于孔162中的换档件或换档轴164。换档轴164绕轴线A-A旋转。套环166固定在换档轴上，随换档轴转动。套环166如上所述包括换档销140和接合面如凸轮面168。如以下将具体描述的那样，位置开关150安置在外壳160的正面上，有选择地对准套环166。
简单参见图7和图8以及继续参见图9，当换档销140位于5-6换档导槽板136或7-8换档导槽板138旁边时，换档轴164处于高速档位置，这对应于图8所示的高速档位置。
选档机构112也包括设置在外壳160的第一端上的外壳延伸部170。外壳延伸部170限定出延伸孔172。延伸孔172大致与孔162对准。尽管所示实施例示出了延伸部170是独立于外壳160并固定于该外壳上的，但预计外壳160可以被构造成包含延伸部170。作为独立件形成延伸部170的主要原因是为了允许在此描述的实施例能使用不具有延伸部170的大量现有外壳160。孔162、172至少部分通过端板176被封闭，该端板与外壳160相对地被固定在外壳延伸部170上。
参见图11，选档机构112的实施例可以与图9相似，其包括高低压开关178，与位置开关150相似。像位置开关150一样，高低压开关178具有柱塞180。应该认识到的是，高低压开关178也可以被称为双位置阀，它在第一状况下引导高压流体流向操纵机构总成96，在第二状况下引导低压流体流向操纵机构总成96。锁止凸轮环182被安置在换档轴164的上方并通过定位销184固定在该换档轴上，从而锁止凸轮环182与换档轴164整体移动。高低压开关178有选择地对准锁止凸轮环182，如以下将具体描述的那样。锁止凸轮环182包括换档轴接合部186和凸轮面188。如果高低压开关178对准锁止凸轮环182，则它接触凸轮面188。凸轮面188使柱塞180在第一位置和第二位置之间相对轴线A-A移动，由此使高低压开关178在第一控制状态和第二控制状态之间循环，这在以下将具体说明。
图12A至图12D表示在选档机构112中的换档轴164的相对位置，以便示出锁止活塞接合部198和换档轴接合部186的相对位置。确切地说，图12A示出选档机构112，此时的换档销140靠近或位于换档导槽板130的Lo-R档位段中。图12B表示选档机构112，此时的换档销140靠近或者位于1-2换档导槽板132中。图12C表示选档机构112，此时的换档销140靠近或位于3-4换档导槽板134中。此外，图12D表示选档机构112，此时的换档销140靠近或位于5-6换档导槽板136中。如图12A和图12D所示，锁止活塞接合部198不能妨碍换档轴接合部186乃至制止换档轴164转动。如图12B和图12C所示，锁止活塞接合部198可能妨碍换档轴接合部186而制止换档轴164转动。
如图13最清楚所示，选档机构112的一个实施例也可包括主箱空档互锁装置190。主箱空档互锁装置190包括锁止活塞192，它安置在缸孔或互锁腔194中，该缸孔或互锁腔形成在外壳延伸部170中并与高低压开关178相对地对准该高低压开关。锁止活塞192具有延伸向轴线A-A的同轴的短杆196。短杆196具有锁止活塞接合部198，其形状与锁止凸轮环182中的换档轴接合部186的形状互补。短杆196在从缸孔194通入外壳的孔162的间隙孔200中滑移。间隙孔200通过在靠近缸孔194的那端上的弹簧沉孔部202被扩大。回位螺旋弹簧204围绕短杆196并安置在间隙孔200中。弹簧204在离开轴线A-A的方向上对锁止活塞192施压，试图使短杆196的锁止活塞接合部198脱离换档轴接合部186。
O型密封圈206安置在环绕锁止活塞192的槽中。密封圈206相对缸孔194密封锁止活塞192，同时允许两者做相对运动。锁止活塞接合部198与换档轴接合部186的接合防止主箱12在某些情况下离开空档位置，这在以下将详细解释。
销钉208从锁止活塞192的内侧起平行于短杆196延伸并且可滑动地安置在平行于外壳延伸部170内的间隙孔200的开口210中。销钉208和开口210协同保持锁止活塞接合部198相对换档轴接合部186旋转对准。换档轴接合部186优选是平行于轴线A-A形成在锁止凸轮环182中的缝。
锁止活塞接合部198优选具有方形头，它与换档轴接合部186配合。一个大致由锁止活塞接合部198限定出的平面也最好大致平行于由换档轴接合部186限定出的平面。这样一来，驾驶员试图在锁止活塞接合部198同换档轴接合部186配合时操纵变速杆114的意图将导致两个相当平的平行表面之间相互干扰，由此减小了锁止活塞接合部198的表面磨损和换档轴接合部186的表面磨损。
缸孔194通过缸盖212被封闭，锁止活塞192通过缸盖212被保持在缸孔中，该缸盖安置在缸孔194的上方。在一个实施例中，缸盖212具有开设于缸孔194上方且与之连通的第一孔214。缸盖212具有接头部216，在该接头部中有与孔214相交的通道218，由此能使流体从缸孔194流到缸盖212的外面。接头部216被构造成能容纳选定的管或软管接头。具有泄放孔222的塞220安置在通道218中。在优选实施例中，泄放孔222的直径为0.040英寸。流入流出缸孔194的空气必须流经泄放孔222。缸盖212通过许多螺栓226被紧固在外壳延伸部170上。
安置在弹簧偏压锁止柱塞上的帽228告知驾驶员已经在高低档位段之间换档。偏压弹簧、柱塞以及安装在换档轴164上的相关的环与本实施例无关，因而未被示出。在外壳中，没有示出用于在外壳160中沿轴线A-A将换档轴164偏压至预定位置的零件。
返回图2、图5和图7至图9，连接曲柄230被紧固在换档轴164的一端上，该换档轴端与安置有锁止凸轮环182的那端相对。连接曲柄230通过换档连杆116连接至变速杆114。圆柱形褶皱密封232与密封圈236一起相对外壳160密封换档轴164。驾驶员操纵变速杆114横移，造成换档轴164沿轴线A-A轴向移动以及换档销140相应地在换档导槽板130、132、134、136和138之间横移。变速杆114的前后运动使换档轴164绕轴线A-A旋转，结果造成换档销140的前后运动。换档销140的这种前后运动结果造成拨叉100、102和104的移动，拨叉的这种移动取决于换档销140在启动前后移动之前所处的换档导槽板130、132、134、136和138。
人们认识到，开关150和178的位置和确定形状可以变化而不产生影响。例如，结合有螺线管的电气开关可被用来代替开关150和178。此外，开关150和178或其替代物因而可以定位于存在与主箱齿轮挂合相关的运动的其它位置上，例如在变速杆114或变速轨120、122、124上。
图14更详细地表示副箱换档操纵机构总成96。在所示的方位中，操纵机构总成96处于“高”档位，此时齿轮86通过牙嵌离合器总成92被锁定到输出轴90上。
操纵机构总成96包括活塞240和缸体244。连杆246将活塞240固定在档位段拨叉94上。活塞240通过锁紧螺母248被紧固在连杆246的凸肩上。缸体244具有通孔250，连杆246可滑动地容纳在该通孔中。通孔250相对圆柱形活塞孔252是敞通的，活塞240可滑动地容纳在圆柱形活塞孔中。O型圈254相对活塞孔252密封活塞240。活塞孔252通过设置在活塞孔252上方的操纵机构缸盖256被封闭，而且活塞240通过操作机构缸盖被保持于活塞孔中。缸体244和缸盖256至少部分限定出活塞腔或档位段腔260。
活塞240将活塞腔260分为高档侧262和低档侧266。给高档侧262提供压力使档位段拨叉94移动，进而使牙嵌离合器总成92接合齿轮86，使副箱14换入高速档位段。给低档侧266提供压力使档位段拨叉94移动，进而使牙嵌离合器总成92接合齿轮88，使活塞240移向低档位段状态并使副箱14换至低速档位段。
档位段传感器阀270被安置成与连杆246对准。档位段传感器阀270具有被连杆246驱动的柱塞272，表明副箱14完全挂合于低速档位段或低档位段状态。在这样的状态中，尽管与图14的零件方位不同，但活塞240将被完全移动到腔260的右侧。如果是这样，则档位段传感器阀270检测副箱14的位置或所接入的速比。如图14所示，活塞240处于腔260的左侧，副箱14挂合于高速档位段。
仍然参见图9和图14，位置开关150是双位置开关，在该位置开关中，柱塞152被弹簧偏压向第一位置。在第一位置上，位置开关150将压缩空气通入操纵机构活塞腔260的低档侧266，同时开放操纵机构活塞腔260的高档侧262以排气。在第二位置上，位置开关150将压缩气体通入操纵机构活塞腔260的高档侧262，同时开放操纵机构活塞腔260的低档侧266以排气。柱塞152与整合于套环166中的凸轮面168的接合迫使位置开关150在第一和第二位置之间移动。造成换档销140从3-4换档导槽板移向5-6换档导槽板的换档轴164的轴向运动导致了柱塞152移向第二位置。相反，造成换档销140丛5-6换档导槽板移向3-4换档导槽板的换档轴164的轴向运动导致了柱塞152移向第一位置。
如上所述，所示的换档禁止装置实施例利用了至少一部分上述的部件。就是说，换档禁止装置包括这样的变速器10部分，即所述部分在副箱14未处于希望状态时减少了主箱12不希望的挂档，如以下详细描述的那样。如果在完成所希望的副箱14换档之前完成了主箱12的换档，则副箱14可以处于空档，其中齿轮86或88都没有与牙嵌离合器总成92接合。如果副箱14处于空档，所述操纵机构总成96无法将副箱挂入一变速档，变速器10可能处于空档，在空档下，输入轴16未与输出轴90接合，尽管驾驶员已经使变速杆114挂上所希望的齿轮(图2)。
尤其参见图13和图15，将介绍第一实施例。在第一实施例中，采用了操纵机构总成96、主箱空档互锁装置190和位置开关150。未采用高低压开关178、凸轮面188和档位段传感器阀270。如图15所示，位置开关150与高压供气管300和呈孔或管线形式的出口302连接。位置开关150也通过第一气管304与高档侧相连并通过第二气管306与低档侧266连接。如上所述，位置开关150通过供应管300使气管304、306与高压空气连通并连接至出口302。空档互锁装置190通过第三气管308与第一气管304连接。在本实施例中，没有采用档位段传感器阀270。
出口302起到共用气管的作用，共用于档位段腔260和互锁腔194的排气。即，当出口302与第一气管304相连时，气管304、308都被排气。因此，与气管308连通的互锁腔194的排气以及与第一气管304连通的档位段腔260的排气大致同时被启动，这是因为档位段腔260和互锁腔194至少部分被同时排气。
继续参见图13和图15，将描述第一实施例的操作。当位置开关150处于低档位置时，压缩空气通过气管360被供给操纵机构总成96，将副箱14挂入低档位段状态。驾驶员操纵变速杆114从3-4档位移动到5-6档位(图8)，造成换档销140移向5-6换档导槽板136，使位置开关150因柱塞152移动而移向高档位置。这造成低档侧266的空气被排走，同时压缩空气通过第一气管304被供给高档侧262。高档侧262和第一气管262的加压也造成锁止活塞192克服弹簧204力被偏压向轴线A-A。如图12D所示，在换档轴164的5-6档位上，锁止活塞接合部198没有对准换档轴接合部186。没有出现一施压活塞就紧接着移向完全伸出位置的运动，这是因为孔222如上所述地造成延时。
当从5-6换档导槽板136降档向3-4换档导槽板134时(即从5-6推拉位置164到3-4推拉位置144)，位置开关150(图8)被操纵，锁止活塞接合部198滑入换档轴接合部186(图12C)中。随着锁止活塞接合部198这样与换档轴接合部186接合，汽车驾驶员无法在前后方向上移动变速杆来挂入主箱齿轮。与此同时，由于位置开关150的动作，气管306被加压，气管304被排气。但是，由于孔222的限制，缸孔194没有被立即排气。因此延迟了驾驶员能先成功完成主箱变速挂档的时间。假设管线空气压力为80psi(磅/平方英寸)并且孔直径约为0.040英寸，预期的延时结果将约为0.8秒。优选延时大约1秒。一旦经过了约1秒的时间，汽车驾驶员将能挂入所要的档。人们已经发现，0.8秒的延时给要在大多数情况下通过操纵机构总成96来完成的降档留下了足够的时间。
特别参见图14、图16和图17，示出了第二实施例。未采用孔222和高低压开关178以及凸轮面188。盖212只需要给气管提供附装机构。如图16所示，位置开关150与第一高压供气管350和呈孔或管线形式的出口352相连。位置开关150也通过第一气管354与高档侧262连接并通过第二气管356与低档侧266连接。位置开关150如上所述通过供气管350使气管354、356与高压空气连通，并且与出口352连接。第二高压气管358与档位段传感器阀270相连。档位段传感器阀270通过第三气管360与空档互锁装置190连接。档位段传感器阀270具有排出口362。档位段传感器阀270是两位置阀。在表示操纵机构总成96未处于低档位段状态的第一状态下，使高压空气从供气管358流向气管360，以将锁止活塞192偏压向轴线A-A(图17)。在表示操纵机构总成96处于低档位段状态的第二状态下，档位段传感器阀270制止高压空气从供气管358流向气管360，并且使气管360与排出口362连通。
第二实施例的操作可以如下进行。当位置开关150处于低档位置时，与操纵换档销140以便例如对准1-2换档导槽板132或3-4换档导槽板(图12B和图12C)的变速杆114相应地，压缩空气通过气管356被供给操纵机构总成96，将副箱14置于低档位段状态。驾驶员使变速杆114移向5-6档位的运动造成换档销140移向5-6换档导槽板136，位置开关150被换入高档位置(因为柱塞152被凸轮面168移动)。如图16最清楚所示，当位置开关150被换入高档位置时，当压缩空气被送入高档侧262(通过第一气管354)时，低档侧266的空气将被排出(通过第二气管356)。当高档侧262被加压时，连杆246被推离档位段传感器阀270(图14)，并且当牙嵌离合器总成与主轴28接合(图1)时，副箱14被换到高档位段位置。如上所述，档位段传感器阀270检测到操纵机构总成96不在低档位段状态，并迫使压缩空气从供气管358流向气管360。
气管360的加压(由于换档销140从3-4换档导槽板中移入5-6换档导槽板中)造成压缩空气从档位段传感器阀270流向空档互锁装置190。当压缩空气进入空档互锁装置190时，锁止活塞192在克服弹簧104的力的情况下被偏压向轴线A-A。如图12D最清楚所示，当变速杆114处于5-6档位时，锁止活塞接合部198没有对准或接合换档轴接合部186。锁止活塞192移向其全伸出位置的运动几乎紧随着借助气管360的压缩空气送入而进行的。
当驾驶员从5-6换档导槽板136降档到3-4换档导槽板134时，锁止活塞接合部198滑入换档轴接合部186中(如图12C最清楚所示)，于是将空档互锁装置190置于锁止状态。在锁止活塞接合部198接合于换档轴接合部186中时，变速杆114的前后移动受到限制(因为变速杆114的转动在锁止活塞接合部198同换档轴接合部186相互干扰时受到限制)。随着变速杆114的运动受限，驾驶员无法把主箱12齿轮挂入低速档。就是说，在锁止活塞接合部198与换档轴接合部186相接合时，无法操纵1-2换档导槽板132和3-4换档导槽板134来挂合齿轮。
当变速杆114被从5-6换档导槽板156移向3-4换档导槽板134时，位置开关150被置入低档位段位置(因为柱塞152被凸轮面168移动)。当位置开关150被这样操纵时，气管356被加压并且气管354被排气。与此同时，由于气管360中的压力，换档轴164的转动继续受到限制。当档位段传感器阀270检测连杆246时，副箱14于是处于低档位段状态(通过柱塞272的下降)。柱塞272的下降造成档位段传感器阀270经排出孔362对气管360进行排气。
当气管360被这样排气时，锁止活塞192被弹簧204顶离轴线A-A，由此使锁止活塞接合部198脱离换档轴接合部186，将空档互锁装置190置于释放状态。当锁止活塞接合部198脱离换档轴接合部186时，允许换档轴164转动。驾驶员于是能在前方向或后方向上操纵变速杆114(图2)，以造成换档销140移动1-2换档导槽板132或3-4换档导槽板134。如果1-2换档导槽板132或3-4换档导槽板134被移动，主箱12可以被挂合。
尤其参见图18，至少部分示出了第三实施例。采用了高低压开关178(也见图13)。没有采用档位段传感器阀270和主箱空档互锁装置190。如图18所示，位置开关150与高低压供气管386以及出口388连接。出口388可以呈孔或管线的形式。位置开关150也通过第一气管390连接至操纵机构活塞腔260的高档侧262。位置开关150还通过第二气管392连接至操纵机构活塞腔260的低档侧266。如上所述，位置开关150可操纵地通过供气管386使气管390、392与高低压空气连通并连至出口388。高低压气管386与高低压调节器394连接并且从高低压调节器接收压缩空气。提供高压空气的主供气管396与第一分支398相连，第一分支与高低压调节器394相连。主供气管396通过第二分支402也与高低压开关178相连。控制气管404使高低压开关178与高低压调节器394相连。
当控制气管404通过高低压开关178被排气时，高低压调节器394将高压空气供给高低压供气管386。当控制气管404通过高低压开关178被加压时，高低压调节器394将低压空气供给高低压供气管386。
在图18的第一状态下，高低压开关178制止高压空气到达高低压调节器394，允许将大约80psi(磅/平方英寸)的待传输高压传给高低压供气管386。在第二状态(未示出)下，高低压开关178使高压空气与高低压调节器394连通，这导致高低压调节器394将由高低压调节器394从第一分支398传给高低压空气供气管386的空气压力降低到大约20psi。图19表示在变速杆档位图142中的优选档位段410，在所述档位段中，高低压开关178可以造成高压空气被供给操纵机构总成96。
第三实施例的运行例子如下。当主箱处于空档时，如根据柱塞180与凸轮面188相接所确定地，高低压开关178给高低压调节器394发信号，以准许全压力到达位置开关150并进而到达档位段操纵机构总成96。当主箱处于齿轮啮合状态(1-2，3-4，5-6或7-8换档导槽板)时，高低压开关178使全压力到达高低压调节器394，由此把供给位置开关150的压力调节到20psi。这个较低的压力足以在副箱14换档在主箱12换档完成之前先完成的情况下保持牙嵌离合器总成92的档位段同步器处于接合中，但又没有高到在副箱14换档于主箱12换档完成前尚未完成时损坏牙嵌离合器总成92的档位段同步器。
尽管作为单个构件描述了高低压调节器394并且它最好容纳在单个壳体内，但可以按可调式调节器的形式提供高低压调节器394，它增大与变速杆位置相关的压力，高低压调节器也可以是与高压管线并联的调节器，高压管线包括3通阀，3通阀能将高压或调节压力供给活塞腔260。
应该理解的是，第一实施例和第三实施例可以用在相同的变速器中，此时第三实施例提供了用于牙嵌离合器总成92的档位段同步器的、辅助或者备用的保护手段。图13表示第一实施例的主箱空档互锁装置190与第三实施例的高低压开关178的组合。尽管第三实施例被描述成具有高低压开关178，其中该高低压开关在变速杆114处于任何空档位置时都使高压源与副箱换档操纵机构总成96的活塞腔260相连，但高低压开关可以被构造成只有当变速杆位于图19所示的档位段410时使活塞腔260与高压源连通，由此减少变速杆114的空档位置，这些空档位置导致在不需要副箱14时不希望地增大了作用于档位段活塞240的压力。
尽管在所示实施例中采用的工作流体被描述为是空气，但流体也可以是任何适当的流体，包括通常不可压缩的且因而不像空气那样加压的液体，但液体在外力或外压的作用下移动。此外，施加工作流体可以被用于驱动活塞、转动泵轮或给机械能转换装置提供任何其它液压/气压。另外，尽管在此所述的控制信号是通过流体如空气被传递给装置如活塞的，但控制信号可以通过光、电或机械的传输方式被传输给适当的装置，尽管优选通过空气运动来传输控制信号。
只是为了表示和描述本发明方法和系统的实施例给出了以上说明，但这不是穷举的，或者不是要把本发明限制到任何明确的介绍形式。本领域技术人员会认识到，在不超出本发明范围的前提下，可以进行各种不同的修改并且可以用等同来替代任何要素。此外，申请人不是要将本发明限制到作为实施本发明的最佳实施方式来介绍的特定实施例，而是本发明会包括所有落入权利要求书范围中的实施例。在不超出本发明的范围或精神的情况下，本发明可以按照未在此描述和示出的方式来实施。本发明的范围只由后续的权利要求书限定。

Claims (61)

1.一种用于多档变速器主箱的换档禁止装置，该变速器包括输入轴和输出轴，该变速器主箱具有多个选择接合速比，该变速器还具有能在高档位段和低档位段之间换档的副箱，该换档禁止装置包括：
互锁装置，它能在锁止状态和释放状态之间移动，其中该互锁装置有选择地制止所述变速器主箱中的变速换档；和
档位段传感器阀，该档位段传感器阀有选择地检测该副箱的档位段换档，并且在检测到档位段换档完成时，该档位段传感器阀有选择地引起该互锁装置定位在释放状态，其中该互锁装置通过流体被选择定位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述互锁装置有选择地保持所述变速器主箱于空档状态。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述互锁装置在处于释放状态时有选择地允许换档件转动，由此允许变速器主箱内的变速换档。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换档件的至少一部分能转动，以便有选择地使所述输入轴与所述输出轴接合，所述换档件的至少一部分能轴向移动，以便有选择地接合多个换档导槽板。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述换档件处于高速档位置时，所述互锁装置不能限制所述换档件的运动。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述互锁装置在处于锁止状态时有选择地限制换档件的转动。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换档件包括换档销，该换档销有选择地接合多个换档导槽板中的至少一个换档导槽板，以便有选择地接入所述多个选择接合速比中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换档件包括接合面，所述接合面有选择地接合位置开关。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述位置开关有选择地传输控制信号给所述互锁装置，以便将所述互锁装置定位于锁止状态。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制信号通过流体来传输。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，换档件由变速器使用者手动操控。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，使用者手动操纵单个变速器输入机构，以便有选择地接合每个齿轮。
13.一种用于多档变速器主箱的换档禁止装置，该变速器包括输入轴和输出轴，该变速器主箱具有多个选择接合速比，该变速器还具有能在高档位段和低档位段之间换档的副箱，该换档禁止装置包括：
互锁装置，它能在锁止状态和释放状态之间移动，其中该互锁装置在处于锁止状态时有选择地限制止换档件转动，由此制止该变速器主箱内的变速换档；和
档位段传感器阀，该档位段传感器阀有选择地检测该副箱的档位段换档，并且在检测到档位段换档完成时，该档位段传感器阀有选择地引起该互锁装置被定位在释放状态。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述互锁装置有选择地保持所述变速器主箱在空档状态。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，在所述换档件处于高速档位置时，所述互锁装置不能限制所述换档件的转动。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括位置开关，该位置开关有选择地检测所述换档件的预选位置。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述位置开关有选择地传输控制信号给所述互锁装置，以将所述互锁装置定位在锁止状态。
18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述换档件由变速器使用者手动操控。
19.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，使用者手动操纵单个变速器输入机构，以便有选择地接合每个齿轮。
20.一种禁止多档变速器主箱内的变速换档的方法，其中该多档变速器包括输入轴和输出轴以及能在高档位段和低档位段之间换档的副箱，该主箱具有多个可选的传动比，所述方法包括以下步骤：
检测副箱接合比；和
制止主箱变速换档，其中该制止步骤通过施加工作流体来实施。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述检测步骤还包括机械操作一个阀，以使该阀分散流体压力。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述制止步骤还包括禁止流体流动。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括允许主箱变速换档，其中根据所述检测步骤的结果允许所述主箱变速换档。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述制止步骤和允许步骤利用互锁装置来实现。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述互锁装置有选择地禁止换档件的转动，所述换档件由使用者手动操控。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述换档件的至少一部分能转动，以便有选择地使所述输入轴与所述输出轴接合，所述换档件的至少一部分能轴向移动，以便有选择地接合多个换档导槽板。
27.一种换档禁止装置，用于促成在完成多档变速器的主箱内的主换档之前先完成在该多档变速器的副箱内的档位段换档，该变速器包括输入轴和输出轴，该变速器主箱具有多个选择接合速比，该变速器的副箱能在高档位段和低档位段之间换档，该换档禁止装置包括：
具有档位段腔的档位段操纵机构总成，该档位段操纵机构总成的至少一部分能在第一速比区段和第二速比区段之间移动，所述档位段操纵机构总成部分至少部分能响应于流体压力地移动，所述档位段腔有选择地与一出口流通；
主箱空档互锁装置，具有互锁腔，其中所述主箱空档互锁装置的至少一部分能在第一状态和第二状态之间移动，所述互锁腔与所述出口有选择地流通，所述档位段腔能被排空，从而所述副箱被有选择地从第一速比切换到第二速比，所述互锁腔能被排空，从而所述主箱空档互锁装置被有选择地从第一状态切换到第二状态。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述第二状态是释放状态。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述互锁腔和所述出口之间的孔，该孔有选择地延迟所述互锁装置被切换到第二状态，直到档位段换档已完成。
30.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，通过一个共用的流体管线使所述档位段腔和所述互锁腔有选择地排放。
31.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述互锁装置有选择地保持所述变速器主箱于空档状态。
32.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述互锁装置在处于释放状态时有选择地允许换档件转动，由此允许变速器主箱内的变速换档。
33.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述换档件的至少一部分能转动，以便有选择地使所述输入轴与所述输出轴接合，所述换档件的至少一部分能轴向移动，以便有选择地接合多个换档导槽板。
34.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，在所述换档件处于高速档位置时，所述互锁装置不能限制所述换档件的运动。
35.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述互锁装置在处于锁止状态时有选择地限制换档件的转动。
36.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述换档件包括换档销，该换档销有选择地接合多个换档导槽板中的至少一个换档导槽板，以便有选择地接入所述多个选择接合速比中的至少一个。
37.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述换档件包括接合面，该接合面有选择地接合位置开关。
38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述位置开关有选择地传输控制信号给所述互锁装置，以将所述互锁装置定位在锁止状态。
39.根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述控制信号通过流体来传输。
40.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，换档件由变速器使用者手动操控。
41.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，使用者手动操纵单个变速器输入机构，以便有选择地接合每个齿轮。
42.一种换档装置，用于促成在完成多档变速器的主箱内的主换档之前先完成在该多档变速器的副箱内的档位段换档，该变速器包括输入轴和输出轴，该变速器主箱具有多个选择接合速比，该变速器的副箱能在第一速比和第二速比之间换档，该换档装置包括：
具有档位段腔的档位段操纵机构总成，其中该档位段操纵机构总成的至少一部分能在第一位置和第二位置之间移动，以使该副箱从第一速比换档到第二速比，所述档位段操纵机构总成部分至少部分能响应于流体压力地移动；
与所述档位段腔有选择地流通的出口；
在所述档位段操纵机构总成中引入第一流体力的第一传送机构；
在所述档位段操纵机构总成中引入第二流体力的第二传送机构，其中当换档件与预选齿轮接合时，第一流体压力被有选择地供给该档位段操纵机构总成。
43.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述第一传送机构的和所述第二传送机构的至少一部分被构造成高低压传送机构。
44.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，还包括高低压开关，所述高低压开关有选择地使所述第一传送机构与所述档位段腔的至少一部分相连。
45.根据权利要求44所述的装置，其特征在于，所述高低压开关有选择地使所述第二传送机构与所述档位段腔的至少一部分相连。
46.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，当换档件处于预选配置时，第二流体压力被供给所述档位段操纵机构总成，其中所述换档件的预选配置包括定位在第一换档导槽板位置和第二换档导槽板位置之间的换档销。
47.根据权利要求46所述的装置，其特征在于，所述第二流体压力小于第一流体压力。
48.根据权利要求46所述的装置，其特征在于，当所述换档销从第一换档导槽板位置移向第二换档导槽板位置时，所述副箱被从第一速比换档到第二速比。
49.根据权利要求46所述的装置，其特征在于，所述第二流体压力处于大约30psi至大约110psi的范围。
50.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述第一流体压力处于大约5psi至大约30psi的范围。
51.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述第一流体力小于第二流体力。
52.一种用于促成在完成多档变速器的主箱内的主换档之前先完成在该多档变速器的副箱内的档位段换档，其中该多档变速器包括输入轴和输出轴，该变速器的副箱能在第一速比和第二速比之间换档，该变速器主箱具有多个可选的传动比，该方法包括以下步骤：
将该主箱从第一预定齿轮换档到第二预定齿轮的主箱换档步骤，该主箱换档步骤包括启动主箱齿轮之间转换的步骤和完成主箱齿轮之间转换的步骤；
检测换档件的位置的检测步骤，该检测步骤在所述的启动主箱齿轮之间转换的步骤之后但在所述的完成主箱齿轮之间转换的步骤之前进行；
将该副箱从第一速比换档到第二速比的副箱换档步骤，该副箱换档步骤包括启动副箱齿轮之间转换的步骤和完成副箱齿轮之间转换的步骤，其中所述副箱换档步骤至少部分是通过流体操纵装置进行的；
确保所述的完成副箱齿轮之间转换的步骤在所述的完成主箱齿轮之间转换的步骤之前进行的确保步骤。
53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括释放换档件的释放步骤，该释放步骤允许该换档件有选择地将所述输出轴和所述输入轴接合在一起。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述副箱换档步骤还包括排放档位段腔的排放步骤，所述释放步骤还包括通过一个孔排放互锁腔的排放步骤，这两个排放步骤至少部分是常进行的，从而该孔延迟了所述释放步骤的完成，直到所述副箱换档步骤已完成。
55.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，这两个排放步骤被大致同时启动。
56.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，所述释放步骤被延迟一段预定时间，以允许在所述释放步骤之前先完成所述副箱换档步骤。
57.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括允许主箱换档的步骤，其中根据所述检测步骤的结果允许主箱换档。
58.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，所述副箱换档步骤包括用高低压开关增大流体压力。
59.根据权利要求58所述的方法，其特征在于，所述检测步骤通过所述高低压开关的一部分来进行。
60.根据权利要求58所述的方法，其特征在于，所述确保步骤还包括在所述流体操纵装置的一部分中增大流体压力的增压步骤，所述增压步骤至少部分是通过所述高低压开关被启动的。
61.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，所述确保步骤包括在所述流体操纵装置的一部分中增大流体压力的增压步骤。
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