CN101443581A - 用于在机械变速箱中换挡的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备(1)包括经由可转动输入轴(3)和杆元件(11)连接至伺服控制单元(4)的变速杆(未示出)。该设备1包括可转动齿轮选择器轴(2)和执行齿轮选择器轴(2)的机械移动的伺服装置(未示出)。该齿轮选择器轴(2)和输入轴可围绕纵向轴线(8)转动。该设备(1)还包括感觉性反馈装置，在使用中，该阻止机构通过提供与变速杆位置相关的可变力向操作员示出变速杆的相对位置。该感觉性反馈装置包括设置在变速杆与控制单元(4)之间的纵擒机构(10)。该纵擒机构(10)包括连接至输入轴(3)的可移动杆元件(11)和采用压缩弹簧(14)和滚珠轴承(17)形式的牵引元件(14)。该杆元件(11)的远端形成有布置成弧形的一系列三个卡销(12)。该杆元件(11)通过穿过下部销连接件(5)导向的转动力而围绕轴线(8)枢转。该转动力来自于使变速杆移动的操作员。该滚珠轴承(17)在压缩弹簧(15)的作用下被促使朝向杆元件(11)移动。该滚珠轴承(17)可与卡销(12)滑动接触，并且通过卡锁接合操作由卡销(12)容纳。杆元件(11)的枢转移动使得输入轴(3)围绕轴线(8)枢转。

Description

用于在机械变速箱中换挡的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在机械变速箱中换挡的设备和方法，并且尤其涉及对换挡设备的操作员提供感觉性反馈。
背景技术
根据现有技术，换挡机构，诸如手动变速箱中的换挡拨叉和同步机构构造成能够经受手动操作时所承受的力。当操作手动变速箱时，司机操作变速杆时采用的力通过例如机械或液压变速器传送至变速箱中的换挡机构。
在存在大的马达扭矩的卡车中，变速箱必须构造成承受这些马达扭矩，这需要大切换力从而进行换挡。换挡所需的力在一些结构中是很大的，使得司机需要一些辅助系统/伺服系统形式的动力辅助，从而能够以舒适的方式操作变速杆。目前存在许多不同的方案来提供所需的动力辅助，以确保采用舒适的方式进行换挡。在这一方面，可以参照例如DE 2223881，其公开辅助系统/伺服方案的实例。
同样，现有的换挡系统包括装配有卡销(detent)的伺服单元。这些卡销布置在伺服系统的伸出杆处，即，通常对应于变速箱的输入轴。这些卡销确保变速轨和变速箱经由伺服系统保持定位，例如保持在空挡或啮合位置。这种类型的组件的实例示出于专利说明书DE 19 839 850中。
对于现有伺服辅助换挡系统来说，采用伺服单元选择挡位。该伺服单元通过伺服阀致动，该伺服阀通过车辆司机移动变速杆而开启。司机会感受到变速杆无法精确感知的问题。司机也难于通过变速杆得知换挡系统和变速箱的位置。这是由于伺服阀的弹性结构的移动而造成的司机方面的“弹性”感受。
本发明用于处理现有伺服辅助变速箱组件的一些问题，诸如当操作变速杆时缺少特殊的感觉。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种有利于在机械变速箱中换挡的设备，该设备包括通过连接组件连接至伺服控制单元的变速杆，可移动齿轮选择器轴和响应于变速杆的移动执行齿轮选择器轴的机械移动的伺服装置，其特征在于，所述设备包括用于变速杆的感觉性反馈装置，该感觉性反馈装置包括阻止机构，由此，在使用中，该阻止机构通过提供与变速杆位置相关的可变力而向操作员示出变速杆的相对位置。
该阻止机构的可变力可初始地阻止齿轮的移动，然后该可变力可辅助变速杆的移动。这一结构有助于为变速杆的操作员提供正反馈功能，表示变速杆已经到达所需位置。
优选地，该阻止机构包括卡销元件和被促使朝向该卡销元件移动的牵引元件，该卡销元件和牵引元件可彼此相对地移动，并且牵引元件可由卡销元件容纳。
优选地，该阻止机构包括设置在变速杆与伺服控制单元之间的至少一个纵擒机构，该纵擒机构包括形成有至少一个卡销的可移动元件以及被促使朝向该可移动元件移动并且可由(各)卡销容纳的牵引元件，该牵引元件包括一定弹性度并且与该可移动元件可滑动地接触。
本发明的换挡设备可包括任何适当类型的连接组件，用于将车舱中的变速杆连接至伺服控制单元的伸入致动轴。优选地，该阻止机构设置在变速杆与控制单元之间的连接组件中。该组件可以是机械的、液压的、电子的或缆线连杆，将变速杆优选地连接至气动伺服控制单元。将变速杆连接至伺服控制单元的这一连接组件优选地布置有伺服控制单元的伸入轴(致动侧)上的阻力机构。该连接组件可包括伺服控制单元的伸入轴(致动轴)。
该伺服控制单元优选地包括用于伺服装置的控制阀功能装置。通过在伸入轴上设置卡销，可改善变速杆中的反馈感觉。“弹性”感觉将被移除或者减小，司机将更好地感觉到变速箱的位置，即空挡或啮合。这将增加司机对变速箱和车辆的控制感受，从而增加驾驶的舒适性。
在本发明的第一方面的第一实施例中，阻止机构的可移动元件可相对于牵引元件沿线性方向移动。这种结构适于其上设置有卡销或者与伺服控制单元的可轴向移动输入轴关联的换挡系统。卡销可位于伺服控制单元外部并且相对于该伺服控制单元处于“上游”，但是也可设置在伺服阀壳体中。
在第二备选实施例中，该阻止机构的可移动元件可围绕伺服控制单元的输入元件的轴线沿可枢转方向移动。这种结构适于杆臂上布置有卡销的换挡系统，该杆臂枢转以控制该控制单元中的伺服阀。同样在该实施例中，卡销和杆臂可布置在伺服器壳体中或者可选择地在分离壳体中。
对于第一和第二实施例来说，应该理解，该阻止机构可选择地包括可移动元件，该可移动元件包括牵引元件和形成有至少一个卡销的固定元件，该牵引元件被促使朝向固定元件移动并且可由(各)卡销容纳，该牵引元件包括一定弹性度并且与该可移动元件可滑动地接触。
通常地，该纵擒机构可由分立壳体遮盖，从而防止环境方面的污染，例如尘土、湿度等。
在上述两个实施例中，该设备可包括与伺服控制单元的输入轴关联的第一纵擒机构的卡销的作用，以及与伸出齿轮选择器轴关联的第二纵擒机构的卡销的作用。应该理解，第二纵擒机构可具有相同的组成和结构，与第一纵擒机构的实施例的上述结构的任何一个相同。
与伸出齿轮选择器轴关联的第二纵擒机构的卡销主要确保变速箱处于所需位置，而与输入轴关联的第一纵擒机构的卡销主要确保司机得到变速箱状态的特殊感受。对于这种结构，卡销的相对长度可用于调节或精细调整伺服辅助。如果第一纵擒机构的卡销设计成使得输入轴在第二纵擒机构伸出齿轮选择器轴的卡销经过其峰位之前经过卡销的峰位，那么伺服辅助将增加。可选择地，如果伸出轴在伸入轴经过其卡销峰位之前经过该卡销峰位，那么伺服辅助将减小。
与输入轴关联的第一纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离优选地大于与伸出齿轮选择器轴关联的第二纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离。可选择地，与伸出齿轮选择器轴关联的第二纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离大于与输入轴关联的第一纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离。
根据本发明的第二方面，提供一种为有利于在机械变速箱中换挡的设备提供感觉性反馈装置的方法，该机械变速箱包括连接至伺服控制单元的变速杆、可移动齿轮选择器轴和用于响应于变速杆的移动而执行齿轮选择器轴的机械移动的伺服装置，其特征在于，该方法包括通过提供阻止变速杆移动的可变力而为操作员示出变速杆的相对位置。
优选地，该阻止力初始地随着变速杆从空挡位置移动至换挡位置而增加，该阻止力随着变速杆从换挡位置移动至啮合位置而减小，或者变为辅助力。
附图说明
现在将仅参照附图通过实例的方式描述本发明的两项具体实施例，其中：
图1是有利于在机械变速箱中换挡的设备的等轴视图，其包括枢转齿轮选择器轴；
图2是有利于在机械变速箱中换挡的设备的等轴视图，其包括可轴向移动齿轮选择器轴；
图3a、3b和3c是图1所示的设备的侧视图并且示出选择挡位时该设备的移动；以及
图4a、4b和4c是图2所示的设备的侧视图并且示出选择挡位时该设备的移动。
具体实施方式
参照图1以及3a、3b和3c，示出有利于在机械变速箱(未示出)中换挡的设备1。该设备1的通常构造和通常操作符合可手动操作变速箱的公知类型的伺服辅助换挡系统。在这种设备中，正常的操作是在滚珠接头安装的换挡杆的辅助下将移动从手动变速杆传送至实际变速装置，这种类型的组件记载在US4287783的说明书中。这种设备包括将变速杆的移动传送至伺服控制阀的第一机械结构和在伺服器的辅助下执行齿轮选择器轴的机械移动的第二机械结构。该伺服控制阀通过变速杆的移动进行操作，然后使得该阀致动该伺服器。第一机械结构可包括将换挡杆连接至伺服控制阀的一系列连杆和组件。第二机械装置通常包括可通过伺服致动杆围绕其纵向轴线枢转地并且可沿轴向移动的齿轮选择器轴。
根据本发明图1所示的设备1包括经由可转动输入轴3和杆元件11连接至伺服控制单元4的变速杆(未示出)。该设备1包括可转动齿轮选择器轴2和用于执行齿轮选择器轴2的机械移动的伺服装置(未示出)。齿轮选择器轴2和输入轴可围绕纵向轴线8转动。
设备1还包括具有阻止(resistance)机构的感觉性反馈装置，在使用中，该感觉性反馈装置通过提供阻止变速杆移动的可变力来向操作员示出变速杆的相对位置。该阻止机构包括设置在变速杆与控制单元4之间的纵擒(detent)机构10。该纵擒机构10包括连接至输入轴3的可移动杆元件11和采用压缩弹簧14和滚珠轴承17形式的牵引(indexing)元件14。牵引元件14保持在适当的壳体中(未示出)。杆元件11的远端形成有布置成弧形的一系列三个卡销12。杆元件11在穿过下部销连接件5导向的转动力的作用下围绕轴线8枢转。该转动力来自于使变速杆移动的操作员。滚珠轴承17在压缩弹簧15的作用下被促使朝向杆元件11运动。滚珠轴承17与卡销12可滑动地接触并且可采用锁扣接合(snap-engaging)动作由卡销12容纳。杆元件11的枢转移动使得输入轴3围绕轴线8枢转。
伺服装置包括操作缸，该操作缸包括作用在可滑动轴上的至少一个压力传送元件。该伺服装置可由液压或气动介质操作。该可滑动轴经由销连接器18连接至杆6的远端。伺服器由从控制单元4延伸的两个管(未示出)供给以加压介质。控制单元4包括由输入轴3的转动移动致动的阀机构。
连接至齿轮选择器轴2的是第二纵擒机构20。该纵擒机构20包括可移动杆元件21，该元件的一端连接至输出齿轮选择轴2以及采用滚珠轴承24和压缩弹簧26形式的牵引元件22。压缩弹簧26设置在形成于可移动元件21远端的柱状孔内。固定的捕捉元件28形成有一系列三个卡销30。杆元件21可在穿过下部销连接器18导向的转动力的作用下围绕轴线8枢转。转动力来自于伺服器。
参照图3a至3c，示出该设备1的不同阶段的操作。图3a示出处于空挡位置的设备，图3b示出处于换挡位置的设备，图3c示出处于齿轮接合位置的设备。设备1的操作通过司机使变速杆移动离开空挡位置以选择所需挡位而开始，变速杆的移动使得力沿箭头32的方向施加在销连接器5上。这一沿方向32的力使得杆11围绕轴线8转动。在初始空挡位置，滚珠轴承17位于中间卡销12中，并且伺服控制阀被关闭。随着杆11沿方向32枢转，滚珠轴承沿着杆11的远端的表面滑动，并且压缩弹簧15，伺服控制阀开启。压缩该弹簧15所需的力对杆11的移动提供阻力，因此带来变速杆的阻力。在图3b所示的中间位置，滚珠轴承17位于两个卡销之间。最终，滚珠轴承17通过类似锁扣的操作进入外部卡锁其中之一。这一操作使得变速杆操作员感受到的阻力突然下降。
在初始空挡位置，伺服控制阀关闭。随着杆11沿方向32枢转，伺服控制阀开启。当控制阀开启时，伺服器被激活并且开始移动该齿轮选择器轴2。如图3b所示，杆11的移动与连接至齿轮选择器轴2的可移动元件21的移动之间存在轻微的滞后。这一区别可以在滚珠轴承17已经将最大阻力传送至杆11的移动并且锁扣入外部卡锁时辅助挡位选择。
与输入轴3关联的卡销12的相应峰位之间的距离可比与齿轮选择器轴2关联的卡销30的峰位之间的对应距离更长。可选择地，卡销30的峰位之间的距离可长于输入轴3上的卡销12。对于这种结构，可使用卡销的相对长度调节或精细调整伺服辅助。
参照图2和图4a至4c，示出本发明的有利于在机械变速箱(未示出)中换挡的设备41的第二实施例。根据本发明的设备1如图4所示包括经由可线性移动输入轴43连接至伺服控制单元42的变速杆(未示出)、可移动齿轮选择器轴44和执行齿轮选择器轴44的机械移动的伺服装置45。齿轮选择器轴44和输入轴43可沿着轴线46的纵向方向移动。设备41还包括感觉性反馈装置，在使用中，该感觉性反馈装置通过提供阻止变速杆移动的可变力而为操作员示出变速杆的相对位置。该感觉性反馈装置包括通过设置在变速杆与控制单元42之间的纵擒机构48形成的阻止机构。该纵擒机构48包括形成在输入轴43上的一系列三个卡销50以及采用压缩弹簧51和滚珠轴承52形式的牵引元件。
控制单元42包括设置在分离板60每侧的两个弹簧58、59。
伺服装置45包括具有可往复移动活塞54的操作缸53。活塞54连接至选择器轴44。该轴44形成有第二纵擒机构56。第二纵擒机构5包括压缩弹簧58、滚珠轴承60和形成在齿轮选择器轴44中的一系列三个卡销61。
设备41以与设备1类似的方式操作，除了可移动元件沿线性轴向方向而不是沿枢转转动方向移动。参照图4a至4c，示出不同阶段的设备41的操作。图4a示出处于空挡位置的设备41，图4b示出处于换挡位置的设备，图4c示出处于齿轮接合位置的设备。设备41的操作通过司机使变速杆移动离开空挡位置以选择所需挡位而开始，变速杆的移动使得力沿箭头62的方向施加在输入轴43上。这一沿方向62的力使得输入轴43沿轴线46线性地移动。在初始空挡位置，滚珠轴承52位于中间卡销50中，并且伺服控制阀42被关闭。随着输入轴43沿方向62枢转，滚珠轴承52沿着表面卡销50滑动，并且压缩弹簧51，伺服控制阀42开启。压缩该弹簧51所需的力对输入轴43的移动提供阻力，因此带来变速杆的阻力。在图4b所示的中间位置，滚珠轴承52位于两个卡销50之间。最终，滚珠轴承52通过类似锁扣的操作进入外部卡销其中之一。这一操作使得变速杆操作员感受到的阻力突然下降。
在初始空挡位置，伺服控制阀42关闭。随着输入轴43沿方向62移动，伺服控制阀42开启。当控制阀42开启时，伺服器45被激活并且开始移动齿轮选择器轴44。如图4b所示，输入轴43的移动与选择器轴44的移动之间存在轻微的滞后。这一区别可以在滚珠轴承17已经将最大阻力传送至杆11的移动并且锁扣入外部卡锁时辅助挡位选择。
与输入轴43关联的卡销50的相应峰位之间的距离可比与齿轮选择器轴44关联的卡销61的峰位之间的对应距离更长。可选择地，卡销61的峰位之间的距离可长于输入轴43上的卡销50。
应该理解，纵擒机构10可由与纵擒机构20相同的机构代替，其中阻止机构可选择地包括具有牵引元件和形成有至少一个卡销的固定元件的可移动元件，该牵引元件被促使朝向固定元件移动并且可由(各)卡销接纳，该牵引元件包括一定弹性度并且与可移动元件可滑动地接触。

Claims (13)

1、一种有利于在机械变速箱中换挡的设备，该设备包括通过连接组件连接至伺服控制单元的变速杆，可移动齿轮选择器轴和响应于变速杆的移动执行齿轮选择器轴的机械移动的伺服装置，其特征在于，所述设备包括用于变速杆的感觉性反馈装置，该感觉性反馈装置包括阻止机构，由此，在使用中，该阻止机构通过提供与变速杆位置相关的可变力而向操作员示出变速杆的相对位置。
2、根据权利要求1所述的设备，其中，该阻止机构设置在连接组件中。
3、根据权利要求1或2所述的设备，其中，该阻止机构包括卡销元件(detent element)和被促使朝向该卡销元件移动的牵引元件，该卡销元件和牵引元件可彼此相对地移动，并且牵引元件可由卡销元件容纳。
4、根据前述任一权利要求所述的设备，其中，该阻止机构包括设置在变速杆与控制单元之间的第一纵擒机构(detent mechanism)，该纵擒机构包括形成有至少一个卡销的可移动元件以及被促使朝向该可移动元件移动的牵引元件，该牵引元件与该可移动元件可滑动地接触并且可由(各)卡销容纳。
5、根据权利要求4所述的设备，其中，第一纵擒机构的可移动元件可相对于牵引元件沿线性方向移动。
6、根据权利要求4所述的设备，其中，该可移动元件可围绕控制单元的输入元件的轴线相对于牵引元件枢转地移动。
7、根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中，第一卡销对应于变速箱的空挡位置。
8、根据权利要求7所述的设备，其中，第二卡销对应于变速箱的齿轮接合位置。
9、根据前述任一权利要求所述的设备，其中，该设备包括连接至伺服装置的第二纵擒机构，该纵擒机构包括形成有至少一个卡销的可移动元件和被促使朝向该可移动元件移动的牵引元件，该牵引元件与可移动元件可滑动地接触并且可由(各)卡销容纳。
10、根据权利要求9所述的设备，其中，第一纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离大于第二纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离。
11、根据权利要求9所述的设备，其中，第二纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离大于第一纵擒机构的各卡销的相应峰位之间的距离。
12、一种为有利于在机械变速箱中换挡的设备设置感觉性反馈装置的方法，该机械变速箱包括连接至伺服控制单元的变速杆、可移动齿轮选择器轴和响应于变速杆的移动而执行齿轮选择器轴的机械移动的伺服装置，其特征在于，该方法包括通过提供阻止变速杆移动的可变力而为操作员示出变速杆的相对位置。
13、根据权利要求12所述的方法，其中，该阻止力初始地随着变速杆从空挡位置移动至换挡位置而增加，该阻止力随着变速杆从换档位置移动至齿轮接合位置而减小。
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