CN103161937B - 具有副箱接合确保机构的变速器 - Google Patents

Abstract

一种副变速器模块包括具有输入轴、输出轴和机械同步器的副变速器；与该副变速器通讯的控制器。该控制器配置成指示副变速器换低挡；控制副变速器的输入轴至与副变速器的输出轴基本同步的速度以接合副变速器；和如果在控制输入轴至该基本同步的速度之后该副变速器未接合，使输入轴速度比输出轴速度增加一预定速度差以接合副变速器。一种换低挡的方法包括：指示副变速器换低挡；控制副变速器的输入轴至与副变速器的输出轴基本同步的速度以便接合；对比上游的转速和下游的转速以验证接合；且在验证未接合时，控制输入轴至与该输出轴非同步的速度以在再循环事件中接合。

Description

具有副箱接合确保机构的变速器

相关申请的交叉援引

本申请要求于2011年12月19日提交的美国临时申请No.61/577,619的权益，该申请的公开内容通过援引整体加入本文。

技术领域

本技术领域总体为用于具有主箱和副箱（挡位段箱）的组合式变速器的自动换挡的控制系统、且尤其用于协调变速器的主箱换挡和变速器的副箱换挡的控制系统。

背景技术

挡位段型的组合式变速器在现有技术中是公知的。这样的变速器典型地包括串联连接至挡位段型副箱的多速主变速箱，其中挡位段级通常大于主变速箱的总速比范围。

在自动的组合式变速器中，主箱通常通过响应于电子控制单元的自动致动器换挡。电子控制单元可以集成至操作多种车辆系统如车辆发动机和车辆变速器的控制单元中，如可以是独立的且为专用的变速器电子控制单元（”TECU”）。在本文中，控制单元将通常指TECU。主箱的自动致动器可以是现有技术公知的电子X-Y换挡器，且在美国专利No.4873881中有描述，该专利通过援引加入本文。或者，自动的主箱致动器可为气动机构，这也是现有技术公知的。自动的副箱致动器响应于该TECU的控制信号。示例性的副箱致动器在美国专利No.7861612中示出，该专利通过援引加入本文。那里所述的致动器是响应于电子信号的气动致动器。尽管美国专利No.7861612所述的电子信号源是驾驶员控制开关，但作为替代，副箱致动器可以响应于来自TECU的电子信号。作为另一种替代，副箱致动器可响应于由TECU所控制的开关。用于给主变速箱和副变速箱换挡的具体机构及其配置不打算限制本发明的范围。

变速器的通常布置形式具有可在主箱中选择的多个齿轮速比例如五个，以及由副箱提供的分为“高”和“低”的两个齿轮速比。高挡位段特点通常在于“直接”，其中，副箱输出件作为整体单元与输入件一起转动。对于处于低挡位段的副箱，输出件以比输入件低的速度转动，并提供扭矩倍增效果。

本发明针对的特定问题涉及协调主箱和副箱的换挡以及确保副箱的接合。更具体地，本发明打算有利于在关油门状况下从高到低的副箱换挡，这在操作车辆下坡时实现发动机制动是希望有的。与多个机械部件的相互作用有关的许多因素可能会导致难以完成这样的换挡。

人们希望提供一种控制系统，其有利于从高至低的关油门的副箱换挡的完成。

发明内容

在一个实施例中，提供一种给具有机械同步器的副变速器换低挡的方法。指示副变速器换低挡。副变速器的输入轴被控制至与副变速器的输出轴基本同步的速度以接合该副变速器。对比副变速器上游的转速和该变速器下游的转速以验证接合。在验证未接合时，副变速器的输入轴被控制至与该副变速器的输出轴非同步的速度，以在再循环事件中接合副变速器。

在另一实施例中，提供一种副变速器模块，其具有副变速器和与该副变速器通讯的控制器。该副变速器具有输入轴、输出轴和机械同步器。该控制器配置成(i)指示副变速器换低挡；(ii)控制副变速器的输入轴至与副变速器的输出轴基本同步的速度以接合副变速器；和(iii)如果在控制输入轴至该基本同步的速度之后该副变速器未接合，使输入轴速度比输出轴速度增加一预定速度差以接合副变速器。

在再一实施例中，变速器设有主变速箱；在该主变速箱下游且通过主轴连接至该主变速箱的挡位段式副变速箱；和控制器。该控制器配置成(i)指示副变速箱换低挡；(ii)控制该主轴至与副变速箱的输出轴基本同步的速度以接合该副变速箱；(iii)验证该副变速箱的接合；和(iv)如果验证未接合，使主轴速度比输出轴速度增加一预定速度差以接合副变速箱。

本发明的多个实施例具有相关的优点。例如，对于多速比组合式变速器的副箱选挡控制系统有利于完成从高至低的换挡。在副箱换低挡时，主箱主轴的速度被增加以提供针对新的副箱齿轮速比的该主轴和输出轴之间的预定速度差，以及在副箱同步器部分中基本同步的速度。该主轴和输出轴之间的速度差可以通过增加主轴速度而增加，以在副箱同步器部分中获得不同步的速度，直至副箱中实现完全接合。对于具有副箱机械同步器的变速器，使副箱同步器部分中具有非同步速度会使得该副箱脱离挡销或其他机械接合件，并在换挡如换低挡后，使副箱滑动接入期望的齿轮挡位。

附图说明

图1是不按比例的、具有挡位段型副箱的组合式变速器的示意图。

图2是示例性副箱和副箱致动器的截面图，它们可用作图1的变速器的部件。

图3是与图1的变速器相关的控制元件的示意图。

图4是本发明所采用的一种逻辑形式的示例性流程图。

具体实施方式

下文将提供本发明示例性实施例的详细说明。公开的实施例作为本发明的示例，其可以多种不同的和可替换的方式实现。附图不必按尺寸绘制。一些特征可被夸大或最小化以便显示特定部件的细节。本申请所公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员实施本发明的示意基础。

参考图1，示出了挡位段型组合式变速器10。组合式变速器10包括多速主变速箱12，或简述为主箱12，它串联地连接至挡位段型副箱14，或简述为副箱14。变速器10被装在壳体H中且包括由原动机如柴油发动机E可通过选择性地脱接且常接合的摩擦主离合器C所驱动的输入轴16，该摩擦主离合器具有传动连接至发动机曲轴20的输入或驱动部18，以及可转动地安装至变速器输入轴16的从动部22。

在主箱12中，输入轴16携载用于以基本相同的转速同步驱动一对中间轴总成26的输入齿轮24。可基本相同的所述两个中间轴总成26示出为处于主轴28的径向相对侧上，该主轴基本与输入轴16同轴对准。每个中间轴总成26包括由壳体中的轴承32和34支承的中间轴30。每个中间轴总成26设有与其一起转动地安装的一组中间轴齿轮38,40,42,44,46和48。多个主轴齿轮50,52,54,56和58围绕主轴28且可通过滑动离合环圈60,62和64以逐个地选择性接合主轴28以便与其转动，这是现有技术已知的。离合环圈60还可用作将输入齿轮24接合至主轴28以便在输入轴16和主轴28之间提供直接驱动。

主轴齿轮58是倒挡齿轮，且通过常规的中间惰轮（未示出）与中间轴齿轮48持续啮合。人们还应注意，尽管主箱12确实提供了五个可选择的前进速比，最低的前进速比、即通过驱动连接主轴驱动齿轮56至主轴28所提供的速比通常具有较高的齿轮减速，由此其不得不被视作低速或“爬坡”齿轮挡，这仅用于在恶劣情况下开动车辆，但通常不用于高的传动挡位段。相应地，尽管主箱12确实提供了五个前进速比，但通常称作“四加一”的主箱，因为仅有四个前进速比与本文所采用的副箱14组合。人们将明白，上述主箱12配置是示例性的且不是本发明的关键。

继续参考图1，副箱14包括两个基本相同的副箱中间轴总成74，各包括一个副箱中间轴76，该副箱中间轴被轴承78和80支承在壳体H内并携载与其一起转动的两个副箱中间轴齿轮82和84。副箱中间轴齿轮82一直啮合并支承安装至主轴28的副箱输入轴/主箱输出轴齿轮86。副箱中间轴齿轮84一直啮合围绕变速器输出轴90的副箱输出齿轮88。

参考图1和2，副箱14还包括同步的双位置副箱牙嵌离合总成92。牙嵌离合总成92通过副箱换挡拨叉94（在图2中示出）轴向定位。牙嵌离合总成92可转动地安装至输出轴90以便与其一起转动。设有副箱换挡致动器总成96或简述为副箱致动器96以便将齿轮88接合至输出轴90以进行低挡位段操作，或者将齿轮86和主轴28接合至输出轴90以进行组合式变速器10的直接或高挡位段操作。

尽管副箱14示出为可采用直齿轮或螺旋型齿轮的两速变速箱，人们可以理解，本文所提供的实施例也可适用于采用组合式副变速器的分离/分段型副箱的挡位段型变速器，该副箱具有三个或更多个可选的挡位段比和/或采用行星类传动装置。如前所述，离合环圈60,62或64中的一个或多个也可为同步的牙嵌式离合机构类型，变速箱12和/或14可以为单中间轴型。

参考本发明，当变速器14的两个转动部件相对彼此以同步速度转动时，它们之间可有由齿轮速比所造成的任何转速差。例如，如果第一轴和第二轴之间有4:1的齿轮速比而第一轴以1000（转每分）rpm转动，那么第二轴将以250rpm转动且与第一轴同步。

参考图1，主箱12的齿轮换挡将在下文更详细描述。典型地，离合环圈60，62和64通过换挡拨叉或者其他的环圈移位机构（未示出）轴向定位。离合环圈60，62和64可以为公知的同步或非同步的双动作式牙嵌离合机构类型。

离合环圈60,62和64是三位置式离合机构，其中它们可通过环圈移位机构被如图1所示地定位在居中的非接合位置、向前接合位置或向后接合位置。环圈移位机构由自动选挡机构（未示出）致动，该自动选挡机构相对于壳体H固定安装或集成在该壳体中并且响应于来自TECU的控制信号。仅一些所述离合环圈60,62和64可在给定时间接合，且可设置主箱互锁机构（未示出）以锁定其他离合机构在空挡位置。TECU给自动选挡机构提供信号以对主箱12换挡。TECU操纵开关98以给副箱14换挡。开关98可安装在便于设置的任何位置，包括远离变速器的位置。通常仅在主箱12处于空挡时允许换挡开始。

输入轴16和输出轴90的转速之间的总变速比由主箱12中选择的传动比和副箱14中选择的传动比决定。

图2示出了同步的双位置副箱牙嵌离合机构92。该双位置副箱牙嵌离合机构92是通过花键可转动地安装在输出轴90上的滑动离合机构，其构造成通过换挡拨叉94的控制沿轴90纵向滑动。当副箱14处于高挡副箱位置时，高挡同步总成93接合离合总成92。同步总成93被连接以便与主轴28一起转动。同步总成93具有挡销91，其与离合总成92中的孔接合，从而选择性地连接主轴28至输出轴90。

当副箱14处于低挡副箱位置时，低挡同步总成97接合离合总成92，如图2所示，其中的销95的大直径部与总成92接合。同步总成97被连接以便与副箱输出齿轮88一起转动。同步总成97具有与离合总成92的孔接合的挡销95，从而通过副箱14齿轮传动将主轴28连接至输出轴90。典型地，在副箱14换低挡期间，总成97中的同步摩擦材料在转动部件之间传递能量以使得牙嵌式离合机构和主轴以与输出轴基本同步的速度转动。当该速度同步时，挡销95的倾斜部95a和总成92之间所产生的力减小并使得总成92滑上挡销的大直径部，这使得离合机构接合并完成换挡。

图3是结合有变速器10和动力传动控制系统102的动力传动控制系统100的示意图。控制系统100包括数个转速传感器，其可按照适于确定动力传动系统的预定转动件的转速的方式安装。示例性转速传感器包括发动机速度传感器104，变速器输入轴速度传感器106，主轴速度传感器108，输出轴速度传感器110以及与车轮114相关联的轮速传感器112。能提供与副箱14有关的速比的指示的任何传感器组合是可行的。可以使用已可在系统中获得的、指示转速的信号。控制系统102还可包括车辆驾驶员的变速器控制接口，通常体现为换挡杆116。换挡杆116使得车辆驾驶员能建立变速器的操作模式。常用模式包括倒挡、空挡和驾驶挡。换挡杆的形式对于本发明而言不是重要的。图3包括虚线，其表示有线或无线地电连接TECU和传感器、离合致动器118、换挡杆116、变速器主箱12、变速器副箱14和开关98以及发动机E的控制信号路径。

现将描述示例性的组合式换低挡方式。通过组合式换低挡，在主箱12和副箱14两者中进行速比改变。示例性的主箱和副箱的目标挡位组合形成一驾驶速比，这在给定的车速下比换挡前的挡位获得更大的发动机速度。假定为恒定的车速，发动机速度将在换低挡之后比之前更大。主箱12最初处于本文所称的第六挡，其中环圈64在图1中所给出的方位中处于最前位置且将齿轮56固定至主轴28以与其一体转动。或者，本文所称的第六挡可以使环圈64处于空挡位置，且而环圈62处于最后位置，这将齿轮54固定至主轴28。该区别对于本发明不是关键的。副箱14处于高挡位，其中牙嵌离合总成92在图1所给的方位中处于最前位置并将输出轴90固定至主轴28以与其一体转动。

目标挡位作为示例在本文称作第五挡。对于该示例性第五挡，环圈60向前方移位以将主轴28连接至输出轴16，以与其一起转动。副箱使牙嵌离合机构93处于最后位置，其中扭矩通过齿轮86和82以及齿轮84和88从主轴28传递至输出轴90。

本发明涉及实现换低挡、如第六挡换至第五挡的手段。

在自动变速器中，换低挡可以由安装在TECU中的控制软件或者由车辆驾驶员的输入所引起。本发明打算独立于这些换低挡指令源地辅助实现换低挡。在一个示例中，车辆驾驶员打算在一坡度下换低挡，以使车辆能通过发动机制动减速。换低挡将导致发动机速度增加，这在结合零油门或者不需要或几乎不需要发动机扭矩时引起发动机对车辆运动的阻力增大或者说发动机制动。

图4示出了上述发明的一个实施方案的示例流程图。在上述示例中，补偿值为15rpm，其中目标速度通过TECU与目标挡位和车速相关地确定。当然，补偿值可以设定为具有相同效果的其它值（rpm）。人们应明白，根据上文说明，循环数的限值可以设为多于或少于4。所述的换低挡方法对于使用闭合式离合换挡机构的情况尤为有效，在这样的换挡机构中，离合器C在整个换挡期间保持接合。

TECU在120接收换低挡指令且在122设置循环计数为零。

作为第一步骤124，通过环圈64移入既不接合齿轮56也不接合齿轮58的空挡位置，主箱脱接。作为第二步骤126，副箱牙嵌离合机构92移动至后位置，以期实现与齿轮88的完全接合，或者副箱被指示进行换挡。

作为第三步骤128，在给定车速下且假如离合机构92和齿轮88已经成功接合，TECU指示发动机E以与主轴28的期望速度的同步的速度转动。主箱在130被换入另一挡位，这例如通过移动环圈60至前位置以可转动地固定输入轴16和主轴28。当主轴28的速度增加而使得副箱同步器的速度变得同步时，离合总成92可以接合并完成其换挡，如之前对图2的描述。在132，TECU将来自传感器110和108的信号比对比以确定是否转速比与处于低挡位状态的副箱14齿轮速比相一致。如果确如此，那么换低挡成功，进程进行至134，且无需任何进行变速器的再循环尝试。

但是，如果换低挡未成功，那么离合总成92未能完成接合换挡。对于图2所示的离合总成92，挡销根据挡销倾斜面上的力阻止牙嵌式离合机构接合。对于未完成的换低挡，必须进行另一次尝试以接合离合总成92并且进程进行至136。

在136，TECU增加一循环计数，且在138确定是否已由TECU执行大于特定数量的循环。如果已执行大于特定数量的循环，例如四次循环，TECU继续进行至140且退出算法。而后，TECU可设置一错误代码或者设置作为另一变速器操作算法的输入的旗标。

如果小于特定数量的循环，TECU继续进行至142且给目标速度加上一补偿值来设定新的目标速度值。例如，补偿值可以为15rpm，从而新目标速度值为比原rpm速度高15rpm。

TECU然后返回至124以再循环该系统。在124，系统再循环的第一步骤是再次将主箱置于空挡位置，且将副箱设回高挡位状态，此时牙嵌离合机构处于完全向前位置。在126，然后副箱循环回低挡位状态，此时牙嵌离合机构处于向后位置。在130，主箱12换挡换回其目标挡位，且由速度传感器的值确认是否接合。在现有技术中，试图完成该换挡的尝试是通过设置发动机速度至第一次循环所使用的相同速度。作为替代，在本发明的方法中，发动机速度设置为以快大约15转每分钟（rpm）的速度转动，从而在128处，主箱中的目标齿轮挡位使用来自142的速度以比精确同步的速度快的速度转动。新的目标速度大于同步速度是关键的。已发现，以稍高的、非同步速度接合主箱中的目标挡位具有促成副箱中的牙嵌离合机构92在换低挡中完成接合的有益效果，因为非同步速度可允许同步器从挡销的倾斜部“脱开”并接合挡销的更大直径部。可以想到改变15rpm的值而不背离本发明的范围。主上限由主箱12的接合过程中存在过量齿轮打齿时所限定。

在本发明的变型方案中，一旦第一再循环事件未能导致成功的接合，发动机速度在第二再循环事件被调整至更高速度。在该示例性实施例中，发动机速度设置为提供30rpm的速度差，并进行新循环尝试。

在本发明另一变型中，在第二再循环事件未能导致成功的接合，发动机在第二再循环事件中调整至更高速度。在该示例性实施例中，发动机速度设定为提供45rpm的速度差，并进行新循环尝试。

明显，上述梯级数量和大小对本发明而言不是关键的。这些梯级大小无需一致。梯级大小和数量可以取决于变速器自身的特征。

一个令人惊奇的结果是，增加发动机速度将会促进车辆的减速。在车辆驾驶员可能尝试减缓车速的情况下，增加发动机速度与直觉相违。当零油门状态下的换低挡的期望效果为典型地减缓车速时，增加发动机速度具有暂时增加车速的效果。但是，已经确定，与期间没有任何发动机制动的长时间挡位脱接相比，挡位接合时的短暂的扭矩冲击比更可接受。补偿值可被限制，因为太高的补偿值可导致结合过程中车辆有不期望的扭矩冲击，这可能在低加速或无加速的换低挡中降低车辆的换挡质量。

尽管以上描述了本发明的示例性实施例，但这些实施例并不认为描述了本发明所有可能的形式。相反，说明书所用语仅是说明性用语而非限制性的，人们可以理解，可作出许多不同的改变而不背离本发明的精神和范围。另外，不同实施例的特征可以结合形成本发明的新实施例。

Claims (20)

1.一种给具有机械同步器的副变速器换低挡的方法，该方法包括：

指示副变速器换低挡；

控制副变速器的输入轴至与副变速器的输出轴同步的速度以接合该副变速器；

对比副变速器上游的转速和该变速器下游的转速以验证接合；且

在验证未接合时，控制副变速器的输入轴至与该副变速器的输出轴非同步的速度以在再循环事件中接合副变速器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过比输出轴快一预定速度差来转动输入轴来提供该非同步的速度。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括在进一步的再循环事件中，该非同步的速度以该速度差递增以接合副变速器。

4.根据权利要求2所述的方法，其中该预定速度差是15转每分。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括控制发动机速度以控制副变速器的输入轴速度。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括对该副变速器上游的主变速器换低挡。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括当该副变速器上游的主变速器处于空挡时对该副变速器换挡。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括接受零油门的入口条件。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括接受发动机扭矩需求为零或更少的入口条件。

10.一种副变速器模块，包括：

具有输入轴、输出轴和机械同步器的副变速器；

与该副变速器通讯的控制器，该控制器配置成(i)指示副变速器换低挡；(ii)控制副变速器的输入轴至与副变速器的输出轴同步的速度以接合副变速器；和(iii)如果在控制输入轴至该同步的速度之后该副变速器未接合，使输入轴速度比输出轴速度增加一预定速度差以接合副变速器。

11.根据权利要求10所述的副变速器模块，还包括：

该副变速器上游的第一速度传感器；和

该副变速器下游的第二速度传感器；

其中该控制器配置成通过比较所述第一和第二速度传感器的值来确定副变速器的接合。

12.根据权利要求11所述的副变速器模块，其中第一速度传感器配置成测量输入轴的转速。

13.根据权利要求11所述的副变速器模块，其中该第二速度传感器配置成测量输出轴的转速。

14.根据权利要求10所述的副变速器模块，其中该副变速器是两速式变速器。

15.根据权利要求10所述的副 变速器模块，其中该机械同步器包括副箱牙嵌式离合总成。

16.一种变速器，包括：

主变速箱；

在该主变速箱下游且通过主轴连接至该主变速箱的挡位段式副变速箱；和

控制器，其配置成(i)指示副变速箱换低挡；(ii)控制该主轴至与副变速箱的输出轴同步的速度以接合该副变速箱；(iii)验证该副变速箱的接合；和(iv)如果验证未接合，使主轴速度比输出轴速度增加一预定速度差以接合副变速箱。

17.根据权利要求16所述的变速器，其中该挡位段式副变速箱包括机械同步器。

18.根据权利要求16所述的变速器，其中该挡位段式副变速箱包括自动的副箱致动器。

19.根据权利要求16所述的变速器，其中该控制器配置成在换低挡期间增加发动机速度以增加主轴速度。

20.根据权利要求16所述的变速器，其中该控制器配置成响应于零或更小的发动机扭矩要求指示副变速箱换低挡。