CN101373023A - 用于同步器位置控制的换档拨叉致动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于同步器位置控制的换档拨叉致动系统。一种换档拨叉致动系统，所述换档拨叉致动系统包括限定活塞腔的致动器壳体和活塞组件，所述活塞组件具有三个活塞，所述活塞具有响应于流体压力的三个不同表面区域以在所述活塞腔内建立所述活塞组件的位置。停止机构，例如由致动器壳体在所述活塞腔不同孔的接口处形成的台肩，与所述表面区域的一个相干涉以防止活塞中的一个移动通过所述停止机构。换档拨叉的中立位置通过所述活塞组件与所述停止机构的干涉建立。活塞组件中的槽从换档导轨捕获指形延伸件，以充当防转动特征，从而确保作为传感器组件的部分、嵌入在活塞组件中的磁体恰当地定位。

Description

用于同步器位置控制的换档拨叉致动系统

相关申请的交叉引用

[1]该申请要求2007年5月30日提交的美国临时申请60/940,822的优先权，所述申请作为参考全文引入。

技术领域

[2]本发明涉及用于在自动副轴变速器中控制同步器位置的换档拨叉致动系统。

背景技术

[3]在将齿轮与副轴接合完成通过变速器的动力流之前，副轴变速器通常使用同步器来将齿轮的速度与副轴同步。同步器通过液压或机械致动的换档拨叉在中立位置和接合位置之间移动，在中立位置中，相邻的齿轮不与副轴接合，在接合位置中，齿轮与副轴接合。在双同步器的情况下，对于在同步器的任一侧上与副轴同心安装的两个不同齿轮，有两个不同的接合位置。同步器的精确和快速定位允许变速器可靠和平滑的换档。

发明内容

[4]提供一种紧凑、快速响应、尤其适于用于自动副轴变速器中的换档拨叉致动系统。所述换档拨叉致动系统包括限定活塞腔的致动器壳体和活塞组件，所述活塞组件具有三个活塞，所述活塞各优选为铝合金且各具有不同表面面积以响应于流体压力在所述活塞腔内建立所述活塞组件的不同位置。停止机构，例如由致动器壳体在所述活塞腔不同孔的接口处形成的台肩，与所述活塞中的一个相干涉以防止活塞移动通过所述停止机构。换档拨叉可操作地连接到所述活塞组件。所述活塞组件的三个位置对应于所述换档拨叉和连接到其上的同步器的不同位置。优选地，同步器的中立位置通过所述活塞组件与所述停止机构的干涉建立。在优选实施例中，有四个活塞组件，各可操作地与不同的双同步器连接。

[5]三个活塞的第一个为环形活塞。第二和第三活塞是形成塞子、带有不同外径、整体连接的圆柱形活塞。槽横向地部分延伸通过第二和第三活塞之间的塞子。换档拨叉致动系统也包括细长的换档导轨和从所述换档导轨延伸、与所述同步器可操作接合的换档拨叉。优选地，活塞组件大体上相对于所述换档导轨轴向居中，最小化到活塞组件的液压流体路径的长度。指形延伸件从所述换档拨叉隔开，且从所述换档导轨延伸到所述槽中，以便活塞的移动使指形延伸件移动以切换同步器。

[6]优选地，设置传感器组件，所述传感器组件包括整体连接(例如，嵌入)到每个活塞组件的磁体。所述传感器组件也包括与所述磁体可操作连通、位于致动器壳体上的传感器读出器(sensor pickup)。所述传感器读出器是可操作的，以产生对应于磁体位置、从而对应于活塞组件位置、最重要地对应于同步器位置的电信号。指形延伸件在槽内接触整体连接的第二和第三活塞且最小化所述活塞在所述腔内的转动，从而确保磁体总是恰当地定位，以与传感器读出器可操作连通。此外，可选的偏压元件，例如预载弹簧，可以保持在槽内相连的第二和第三活塞中的孔中，以停留在指形延伸件和整体连接的第二和第三活塞之间，以进一步减少活塞转动且从而确保准确的磁体位置和由传感器读出器产生的相应的信号。

[7]本发明的上述特征和优势以及其它特征和优势从用于实施本发明的最佳模式的以下详细说明结合附图显而易见。

附图说明

[8]图1是带有双离合器副轴变速器的动力系的示意图，所述变速器具有四个双同步器；

[9]图2是用于控制图1变速器中的同步器的位置的换档拨叉致动系统(致动器壳体部分剖切以显示致动器活塞组件)的示意性局部透视图；

[10]图3是图2的换档拨叉致动系统的示意性透视图，其中致动器活塞组件和致动器壳体被去除以显示具有致动器指形延伸件和换档拨叉的四个拨杆；

[11]图4是图2的致动器壳体的活塞腔中的活塞组件之一的示意性俯视图；

[12]图5A是在图2所示的箭头5A-5A处截取并转动180度的换档拨叉致动系统的示意性截面图，显示了嵌入在活塞组件中的磁体和紧固到致动器壳体的传感器机构；

[13]图5B是在图2所示的箭头5B-5B处截取并转动180度的换档拨叉致动系统的示意性部分截面图，其中可选的弹簧保持在活塞组件的槽内且显示了位于槽内的致动器指形延伸件；和

[14]图6是图2、4和5A的致动器壳体的示意性透视图。

具体实施方式

[15]参见附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1显示了具有变速器12的动力系10，所述变速器12具有通过变矩器18连接到发动机16的输入轴14。双输入离合器CE、CO可操作地连接到输入轴14且可交替选择性接合以分别将输入轴14连接到第一中间轴22和第二中间轴24。四个双同步器26、28、30和32具有同步器套筒34A、34B、34C和34D，所述同步器套筒34A、34B、34C和34D可通过相应的换档拨叉(如图2和3所示)选择性移动，以将不同的齿轮与相应的中间轴36、38(在此也称为副轴)选择性接合，从而允许动态换档，即在副轴承载转矩载荷之间(即，输入离合器CO或CE接合之前)预选定齿轮以将齿轮与相应的副轴接合，这是已知的。如图2和3所述，每个相应的换档拨叉可选择性移动，以将同步器套筒34A、34B、34C和34D中的相应一个向中立位置(图1所示)移动；以一个方向移动(即，向左)以将齿轮向左与相应的副轴接合；和以相反的方向移动(即，向右)以将另一齿轮向右与副轴接合，从而建立从输入构件14到输出构件40的不同动力流路径，以通过变速器12以不同速度比传递转矩给最终传动机构42。例如，当同步器套筒34A向左切换时，齿轮44连接以与中间轴36共同转动。当同步器套筒34A向右切换时，齿轮46连接以与中间轴36共同转动。当同步器套筒34B向左切换时，齿轮48连接以与中间轴36共同转动。当同步器套筒34B向右切换时，齿轮50连接以与中间轴36共同转动。当同步器套筒34C向左切换时，齿轮52连接以与中间轴38共同转动。当同步器套筒34C向右切换时，齿轮54连接以与中间轴38共同转动。当同步器套筒34D向左切换时，齿轮56连接以与中间轴38共同转动。当同步器套筒34D向右切换时，齿轮58连接以与中间轴38共同转动。每个同步器套筒34A、34B、34C和34D可彼此独立地切换，以将相邻的齿轮与相应的中间轴36、38选择性地接合。

[16]现在参见图2和3，变速器12显示为带有换档拨叉致动系统60，所述换档拨叉致动系统60具有与所述套筒的每个接合的换档拨叉。换档拨叉62A、62B、62C和62D安装到单独的、通常平行的换档导轨64A、64B、64C和64D，换档导轨64A、64B、64C和64D继而通过低阻力线性球轴承(未示出)支撑在中心支撑件66和变速器12外壳处。在图2中，换档拨叉62C与同步器套筒34C可操作地接合，且换档拨叉62D与同步器套筒34D可操作地接合。在图2中，也显示可选择性地接合以与中间轴38共同转动的齿轮52、54、56和58。

[17]每个换档导轨64A、64B、64C和64D具有安装到其上的相应指形延伸件68A、68B、68C和68D，指形延伸件68A、68B、68C和68D从换档导轨上的相应换档拨叉62A、62B、62C和62D隔开且以不同于相应换档拨叉62A、62B、62C和62D的方向延伸。指形延伸件68A、68B、68C和68D例如通过激光焊接永久地附接到换档导轨64A、64B、64C和64D上。换档导轨64A、64B、64C和64D随换档拨叉62A、62B、62C和62D和指形延伸件68A、68B、68C和68D移动。每个指形延伸件68A、68B、68C和68D延伸通过致动器壳体72中的开口70且进入活塞组件(显示活塞组件82D、其它三个类似的活塞组件容纳在图6所示的单独活塞腔78A、78B和78C)中的槽73。活塞组件82A-82D和壳体72可以称为致动器组件76。力通过相应的致动器活塞组件(图4和5A所示的致动器活塞组件82D和图6所示的致动器活塞组件82A)直接施加给指形延伸件68A、68B、68C和68D。致动器指形延伸件68A、68B、68C和68D的加肋和材料规格可以通过使用有限元分析产生。

[18]参见图6，更详细地显示致动器组件76。致动器壳体72容纳四个单独的活塞腔78A、78B、78C和78D，每个选择性地通过阀体组件80在任一端上供给增压流体，以选择性地移动每个相应不同活塞组件(图6中仅显示活塞组件82A)的不同活塞，从而确定通过开口70与相应活塞组件可操作地接合的如图3所示的相应换档拨叉62A、62B、62C和62D的位置。

[19]参见图5A，位置传感器组件包括嵌入在每个相应的活塞组件的磁体(显示嵌入在活塞组件82D中的磁体84D)。如图5A所示，位置传感器组件也包括传感器读出器86D，传感器读出器86D为霍耳效应传感器形式，紧固到致动器壳体72上，并直接与活塞组件82D对齐。传感器读出器86D中电流的大小与磁体84D的位置相关。因为活塞组件82D的位置直接与图3的相应同步器换档拨叉62D的位置相关，磁体84D和传感器读出器86D提供与所选定的齿轮的接合时间相关的定位反馈，使得液压压力被控制以防止突然的换档。类似的磁体和传感器读出器以类似的方式定位且起与关于活塞组件82D所示的磁体和传感器读出器相同的作用，以提供其它活塞组件的位置反馈。作为嵌入活塞组件中的替代，磁体84D可以紧固到相应的活塞组件的外表面，或以其它方式与活塞组件整体制造以随其转动。本领域已知的许多其它类型传感器组件可以取代霍耳效应传感器与磁体组合。

[20]参见图2和5A，活塞组件82D中的槽73仅部分延伸通过活塞组件82D。指形延伸件68D(参见图2)横穿致动器壳体72中的开口70，且大致占据整个槽73，以防止活塞组件82D转动。因而，槽73充当从指形延伸件68D向活塞组件82D传递移动的机构，且也充当活塞组件82D的防转动特征，确保磁体84D位于总是与传感器读出器86D(如图5A所示)大体对齐的活塞腔78D的周边部分上。

[21]参见图4，一个活塞组件82D更详细地显示为嵌套在致动器壳体72的活塞腔78D中。活塞组件82D包括三个活塞90、92、94，各优选为由铝合金制成。第一活塞90是具有外径96和内径98的环形活塞，内径98在基本延伸通过活塞90的长度的内部孔处并终止于具有端部开口100的部分。外径96装配在活塞腔78D的第一孔101内。第二活塞92具有装配在活塞腔78D的第二孔104内的外径102。第一活塞90的外径96大于第二孔104，且活塞90通过在第一和第二孔101、104相接处形成的致动器壳体72台肩106被机械地防止进一步行进到图4所示的右边。第二活塞92与第三活塞94连接以与其移动，在它们之间形成槽73。

[22]参见图5B，指形延伸件68D显示为处于连接的活塞92、94的槽73中(在活塞组件82D的截面中仅显示活塞94；为了清楚起见未示出活塞90和壳体72)。可选地，为了减少指形延伸件68D和活塞组件82D之间在槽73处的间隙85，孔87(参见图5A；图4中也显示了孔87)设置在接合的活塞92、94中且保持偏压元件89，例如预载弹簧(偏压元件89在图5B的截面图中，且为了清楚起见在图5A中未示出)。偏压元件89进一步减少图4的活塞组件82D的转动，以进一步确保图5A所示的传感器读出器86D和磁体84D的正确对齐，从而确保准确的磁体位置和由传感器读出器86D产生的相应的信号。偏压元件可以由任何材料制成，例如塑料、橡胶、弹簧钢、不锈钢、或其组合。

[23]如图所示，通道108、110允许液压流体从活塞腔78D在活塞94左侧的部分(称为室112)和在活塞92右侧的部分(称为室114)供应，和从这些部分排出。由于施加给第一表面区域116和第二表面区域118的液压压力，活塞90、92、94处于所示的位置，且如图2所示在槽73中延伸的指形延伸件68D将处于对应于图2的同步器套筒34D的中立位置的第一位置。由于中立位置由台肩106限定，中立是固定的、机械上精确的位置，防止图1的同步器32的不希望的局部接合或牵拉，这是低的旋转损失和更长的同步器寿命所要求的。如果室114中的流体排出，整体连接的活塞92、94向右移动，液压压力施加给活塞94的第一表面区域116，且在槽73中延伸的指形延伸件68D将处于第二位置，其中可操作地连接的同步器套筒34D向右移动，将齿轮58与中间轴38接合。相反，如果室112中的流体排出，液压压力作用于第二表面区域118上，且活塞90和相连的活塞92、94一起向左移动至对应于图1的同步器套筒34D的第三位置，其中，同步器套筒34D接合齿轮56以与中间轴36转动。因而，从阀体80(如图6所示)通向活塞组件82D的液压流体通路是相对短的，尤其是与在换档导轨端部处具有致动器活塞的系统相比。由于活塞组件不在换档导轨64A-64D的端部处(例如参见图2中的活塞组件82D)，致动器系统60的总体轴向长度与这种系统相比更短。另外，增压流体的较短路径允许致动器快速的响应时间且允许换档拨叉致动器系统60紧凑的布置。

[24]再次参见图2，换档导轨定位器120显示为在每个相应的换档导轨(显示为在换档导轨64C和64D中，而且也在图3所示的换档导轨64A和64B上形成)的端部处形成。中立定位销122与每个相应的定位器120相关，且具有弹簧偏压球，在相应换档导轨64A、64B、64C、64D处于中立位置时所述球被捕获在相应的定位器120中。当换档导轨移动至任一接合位置(即，向右或向左)时，定位销122的球卡扣在限定定位器120的脊部上，有助于将相连的相应换档拨叉和同步器快速地移动至希望的接合位置。定位器120以及每个活塞组件的机械台肩106(参见图4)有助于确保活塞组件的中立位置，例如活塞组件82D，而不需要活塞组件的增压。

[25]虽然已经详细描述实施本发明的最佳模式，本领域技术人员应当认识到在所附权利要求书范围内的实施本发明的各种可替换设计和实施例。

Claims (18)

1.一种用于控制自动变速器中同步器位置的换档拨叉致动系统，所述换档拨叉致动系统包括:

限定至少一个活塞腔的致动器壳体，所述至少一个活塞腔具有带有第一直径的第一部分和带有第二直径的第二部分，第二直径小于第一直径，以便致动器壳体在第一和第二部分的接口处形成台肩；

活塞组件，所述活塞组件可在所述至少一个活塞腔内移动且以至少一个外径为特征；其中所述外径大于第二直径，以便所述台肩停止活塞组件移动进入第二部分；以及

其中，所述活塞组件可操作地连接到同步器，且活塞组件的移动建立同步器的不同位置，包括对应于活塞组件被停止在台肩处的中立位置。

2.根据权利要求1所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件包括:

第一环形活塞，所述第一环形活塞响应于其第一表面区域上的流体压力可在所述第一部分中移动，第一表面区域由第一环形活塞的内径和所述至少一个外径限定；

第二活塞，所述第二活塞具有限定第二表面区域的第二外径，且响应于第二表面区域上的流体压力可在所述第二部分中移动；

第三活塞，所述第三活塞与第二活塞整体连接以与其移动且具有限定第三表面区域的第三直径；且其中第三活塞响应于在第三表面区域上的流体压力可在第一活塞的内径中移动；其中，第一、第二和第三活塞的移动建立同步器的相应不同位置，包括由第一活塞移动建立的中立位置。

3.根据权利要求1所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件具有槽；且还包括:

细长的换档导轨；

从换档导轨延伸、与同步器可操作接合的换档拨叉；和

指形延伸件，所述指形延伸件从换档拨叉隔开且从换档导轨延伸到所述槽中，以便活塞组件的移动使指形延伸件移动，从而将同步器切换到不同的位置。

4.根据权利要求3所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述槽仅部分延伸通过活塞组件，以便当指形延伸件在槽中时指形延伸件与活塞组件干涉以减少活塞组件的转动。

5.根据权利要求4所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件在所述槽处具有孔，且所述换档拨叉致动系统还包括:

偏压元件，所述偏压元件在孔中延伸且由活塞组件保持在槽中，当指形延伸件在槽中时偏压元件基本占据活塞组件和指形延伸件之间的间隙，以进一步减少活塞组件的转动。

6.根据权利要求1所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，还包括:

活塞传感器组件，所述活塞传感器组件包括:

整体地连接到活塞组件以随其移动的磁体；和

位于致动器壳体上的传感器读出器，所述传感器读出器设置为感测磁体的位置，且提供对应于磁体位置的信号以提供活塞组件位置和从而相应的同步器位置的反馈。

7.根据权利要求4所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件相对于所述换档导轨大体上轴向居中。

8.根据权利要求1所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件为铝合金。

9.一种用于控制同步器位置的换档拨叉致动系统，所述换档拨叉致动系统包括:

限定活塞腔的致动器壳体；

具有三个活塞的活塞组件，所述三个活塞具有响应于流体压力的三个不同表面区域以在所述活塞腔内建立所述活塞组件的三个位置；

停止机构，所述停止机构与一个活塞干涉以防止所述一个活塞移动通过所述停止机构；

可操作地连接到所述活塞组件的换档拨叉；以及

其中，所述活塞组件的三个位置对应于所述换档拨叉的不同位置。

10.根据权利要求9所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞腔具有不同直径的同心孔；且其中停止机构是在所述不同孔之间形成的活塞腔的台肩。

11.根据权利要求9所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞的第一个为环形活塞；所述活塞的第二和第三个是形成塞子、带有不同外径、整体连接的圆柱形活塞，并具有在第二和第三活塞之间横向地部分延伸通过塞子的槽；且所述换档拨叉致动系统还包括:

细长的换档导轨；其中换档拨叉从换档导轨延伸以与同步器可操作接合；和

指形延伸件，所述指形延伸件从换档拨叉隔开且从换档导轨延伸到槽中，以便活塞的移动使指形延伸件移动，从而将同步器切换到该三个位置。

12.根据权利要求11所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，还包括:

活塞传感器组件，所述活塞传感器组件包括:

整体地与活塞组件连接以随其移动的磁体；和

位于致动器壳体上、与磁体可操作连通的传感器读出器，所述传感器读出器设置为提供对应于磁体位置和从而对应于活塞组件位置的信号。

13.根据权利要求12所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，指形延伸件与活塞组件的转动干涉，从而确保磁体定位为与传感器可操作连通。

14.根据权利要求13所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件在槽处具有孔，且所述换档拨叉致动系统还包括:

偏压元件，所述偏压元件在孔中延伸且由活塞组件保持在槽中，当指形延伸件在槽中时偏压元件基本占据活塞组件和指形延伸件之间的间隙，以进一步干涉活塞组件的转动并稳定磁体的位置及其相应的信号。

15.根据权利要求12所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，传感器读出器为霍尔效应传感器。

16.一种用于控制同步器位置的换档拨叉致动系统，所述换档拨叉致动系统包括:

限定活塞腔的致动器壳体；

具有三个活塞的铝合金活塞组件，所述三个活塞具有响应于流体压力的三个不同表面区域以在所述活塞腔内建立所述活塞组件的三个位置，其中活塞组件形成为带有部分延伸通过其的槽；

停止机构，所述停止机构与一个活塞干涉以防止所述一个活塞移动通过所述停止机构；

细长的换档导轨；其中活塞组件相对于换档导轨大体上轴向居中；

从换档导轨延伸、与同步器可操作接合的换档拨叉；

指形延伸件，所述指形延伸件在换档导轨上从换档拨叉隔开且从换档导轨延伸到所述槽中，以便活塞组件的移动使指形延伸件移动，以切换换档拨叉且从而将同步器切换到对应于活塞组件三个位置的三个不同的位置；且其中指形延伸件与活塞组件干涉以基本防止活塞组件的转动。

17.根据权利要求16所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，还包括:

活塞传感器组件，所述活塞传感器组件包括:

嵌入在活塞组件中的磁体；和

位于致动器壳体上、与磁体可操作连通的传感器读出器，所述传感器读出器设置为提供对应于磁体位置和从而对应于活塞组件和相应同步器位置的信号。

18.根据权利要求17所述的换档拨叉致动系统，其特征在于，所述活塞组件在槽处具有孔，且还包括:

偏压元件，所述偏压元件在孔中延伸且由活塞组件保持在槽中，当指形延伸件在槽中时偏压元件基本占据活塞组件和指形延伸件之间的间隙，以进一步防止活塞组件的转动并稳定磁体的位置及其相应的信号。

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