CN1040038C - 两级换档活塞/缸装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种两级副传动部分换档致动器(220)，该装置根据副传动的预选换档，提供一第一个相对小的力，用于快速启动并释放闭锁机构(256)，根据副传动部分换档的启动，该致动 器可提供第二个较大的力以保证快速啮合被选择的副传动部分的同步离合器。

Description

两级换档活塞/缸装置
本申请涉及到待批准的美国专利申请
序号824,924，名称为副传动装置的控制系统和方法；
序号824,675，名称为换档阀门的预排气；
序号824,673，名称为用于分段部分随动阀门的闭锁机构；
序号824,645，名称为可变压力分段部分的致动活塞；
序号824,960，名称为复式压力调节装置；
序号824,672，名称为可变压力分段部分的致动装置；
序号824,638，名称为用于防止分段部分同步器损坏的分段部分致动控制装置和方法；
序号824,925，名称为分段部分保护阀装置；
序号824,926，名称为同步的插入部分保护系统/方法；
所有这些指出的申请与本申请一样都是由伊顿股份有限公司在同一申请日，即1992年2月23日提出的。
本发明涉及到一种机动车复合传动的副传动装置致动器，特别涉及到一种加压流体(气动)系统，该系统用于在一种类型复合传动装置中的副传动部分同步牙嵌式离合器的啮合控制，该复合传动装置包括与一个多重速度主传动部分串连的一个或多个多重速度副传动部分。更特别的是，本发明涉及到一种加压流体(气动)控制系统，该控制系统用于改进预选和闭锁机构，当进行复合变档时，用于保护重载汽车复合传动装置的同步牙嵌式离合器。
更特别的是，本发明涉及到一种副传动部分致动器，该致动器具有一种在主动部分进入空档前阻止活塞移动的机械闭锁装置，以及具有一个活塞/缸组件，该组件在被闭锁的活塞预选换档之前仅暴露相当少的第一活塞面积用于流体加压，当闭锁机构被松开及活塞移向其预选位置后，该组件就暴露出第一个和较大的第二个活塞面积用于加压流体。当副传动部分预选换档后，在第一个活塞面积上加压会引起初始的快速换档，当闭锁放开后，就减少了分段换档完成前的主传动部分再次啮合的可能性，而仅仅对第一个而不是对第一和第二两个活塞面积的加压将减少在和/或机械闭锁机构中止时的过度的力。
这种类型的复合变换齿轮传动装置具有与主传动装置部件串连的一个或多个副传动部分，这些在现有技术中是公知的。这类的传动装置典型的涉及到载重机动车，例如大卡车，拖拉机/半挂车和其它类似的。
简单地说，通过主和副传动装置的串连，可设定适当的相对确定的传动比级别，这种总的有效的传动装置的传动比等于主传动比与副传动传动比的乘积。做为一个例子，至少在理论上一个复合换档齿轮传动装置包括一个四(4)速的主传动部分串连一个三(3)速的副传动部分，这将提供一个十二(4×3＝12)速的可用的传动比。
副传动装置一般有三种类型：分段型、插入型、或分段/插入组合型。
在复合传动装置中有一种分段型副传动部分，该分段型部分的传动比级大于主传动装置的总传动比范围。且主传动部分在每一分段中逐一换档而通过其各个传动比。带有分段型副传动部分的复合传动装置的例子可以见美国专利US-4,974,474；US-4,964,313；US-4,920,815；3,105,395；2,637,222和2,637,221，它们所公开的内容在本文中引作参考。
公知的RT/RTO 11609和RT/RTO 11610“Roadranger”传动装置是“(4+1)×2”九速和“(5)×(2)”，十速的重载分段型传动装置的例子。
在复合传动装置中有一个插入型副传动部分，该插入型副传动装置的传动比级数小于主传动装置的传动比级数，而且每一主传动部分的传动比被插入部分所分隔或者说被细分。带有插入型副传动部分的复合换档齿轮传动装置的例子可以参见美国专利US-4,290,515；US3,799,002；US-4,440,037；和US-4,527,447，该专利所公开的内容在本文中引作参考。
在复合的分段和插入型副传动装置或部件中，提供了分段和插入两种类型的传动比，使得主传动部分至少在两个分段范围内逐一换档而通过其各个传动比，并且使主传动部分传动比至少一个分段范围内被分隔。
带有一简单的分段/插入组合型副传动部分的复合传动装置的一个例子可以参见美国专利US-3,283,613；US-3,648,546，该专利公开的内容在这里被参考。一个三齿轮组、四速度的插入/分段组合型传动部分可以参见美国专利US-4,754,665，该专利公开的内容在这里被引作参考。公知的RT/RTO11613和RT/RTO 14718“Eabon Roadranger”传动装置是一种“(4+1)×(3)”十三速和一种“(4+1)×(4)”十八速的分段/插入组合型传动装置的一些例子。
另一个“Elosplit”型传动装置的例子由联帮德国的“Zab-rradfabrik Friedrichshafen Aktiengeseuschaft of Feiedrichshafen出售的，该传动装置在主传动装置前面采用一种独立的插入型副传动装置部分，而在主传动装置的后面采用一个独立的分段型副传动部分。
应当注意，术语“主传动”和“副传动”部分是相对的，假若主传动和副传动的指定颠倒过来，那么副传动部分(无论分段型或者插入型)也将被颠倒过来。换句话说，给出的习惯上被认为是具有四种主传动部分带有双速分段型副传动部分，假若将通常指定的副传动部分认作是主传动部分，那么通常指定的主传动部分就被认为是一个四速度插入型副传动部分。按传动领域通常认可的惯例，以及在本发明说明书中所使用的复合传动装置的主传动部分是这样的，它具有最大数量的(或者至少不少于其它部分的)前进速度传动比，并且它允许选择空档位置并包含一个(或几个)倒档传动比，和/或它(在手动或半自动传动装置中)的换档是通过沿主动/随动阀或缸相反的方向操纵换档杆或换档手柄或换档轴/换档销组件的方式或类似的方式来完成的。
在分段的复合传动装置中，或在分段/插入型或者插入/分段型复合传动装置中，该主传动装置典型地换档是采用换档杆支架组件或单换档轴组件、被控制的手动操作换档杆或者类似的装置来完成，而在“往复H”型传动装置中副传动分段部分的变档，通常是借助按钮或开关进行手动操作，以控制一个远距离的随动阀门/致动机构来完成。在称为“双H”或者“一个和一个半H”型的控制中，分段的变换通过响应换档杆位置的开关来实现。“双H”型控制在现有技术中是公知的，可以参见美国专利US-4,633,725和US-4,275,612，该专利所公开的内容在这里被引作参考。
做为分段部分常采用一种同步爪式离合器，以提供可接受的换档质量和防止对分段部分同步爪式离合器的过度磨损和/或损坏。现有技术中的一个目标就是提供一种装置，当该主传动装置在空档时，该装置可以保证换档被启动和较好地完成。
如前所述，现有技术中的分段型复合传动装置通常包括一个控制系统，一般为气动控制系统，它包括一个闭锁装置，该闭锁装置通过在主动控制阀门中使用选择器按钮或开关使得分段换档可被预选，但不启动，一直到主传动装置件换档或至少进入换档状态后。这种典型的系统在分段部分致动器的机械连动上采用一种机械式的闭锁。该闭锁实际上阻止了分段部分换档拨叉的运动，一直到该主传动部分变换到空档或连入一种典型的阀门(通常称为“随动阀门”)，该阀门提供压缩空气给分段部分活塞，该阀门或不能运行，或不能提供加压流体，直到主传动部分换至空档的状态被监测到后，当主传动部分换到并保持在空档位置，阀门才能动作或提供加压流件，这种传动装置和其控制系统的例子可以参见美国专利US-2,654,268；US-3,138,965和US-4,060,005，这些专利所公开的内容在这里被引作参考。一种使用分段部分控制阀门(供给和/或排放)的传动装置，一直到主传动部分变换到空档之前是闭锁的，该装置可以参见美国专利US-3,229,551；US-4,450,869；US-4,798,378和US-4,974,474，这些专利所公开的内容这里被引作参考。
在现有技术中的这种系统，通过在主传动部分变到空档前，阻止分段换档动作的启动而对分段部分的同步器提供一种重要的保护，它们保证在主传动部分进入空档之前，分段部分的换档不能启动，但仅此不能令人十分满意，它们不能防止主传动部分换档比分段部分换档快(即节拍)这一状态。正如已公知的那样，在特定的状态下，假若当主传动部分啮合时该分段同步离合器也倾向于啮合，发动机转矩的一部分完全传递给机动车驱动车轮，则通过啮合的同步器摩擦表面以至该同步器摩擦零件会很快地损坏。在这种状态下，该分段同步器特别是直接或高速分段同步器会损坏或破坏得相当快。如果意外地仅仅使用这一分段换档，这样的破坏可以在大约两(2.0)秒内发生。
采用机械闭锁机构的传动装置有刚性的和弹性的两种，这可以参见美国专利US-4,974,474；US-4,944,197和US-4,296,642，这些专利所公开的内容在这里被引作参考。这样的典型装置，当主传动部分不在空档时，将分段离合器闭锁在高速或低速位置，或者如果该分段离合器未在其高速或低速位置啮合时，将该主传动部分闭锁在空档位置。这样的系统在操纵适当时，可以防止当主传动部分不在空档时，由于要啮合分段离合器而造成的分段同步器的损害，但它们也是不能完全令人满意的，因为(i)主传动部分的快速换档会造成副传动部分闭锁在不希望的传动比上；(ii)如果分段离合器中止在闭锁位置，该主传动部分就不能啮合操纵离合器；(iii)弹性机构不能完全锁定或锁紧；(iv)会在闭锁机构和/或换档致动器元件处产生很大磨损和应力，和/或；(v)由于磨损，闭锁机构会产生摩擦锁死。
按照本发明，通过提供由加压流体致动的副传动部分致动器系统可以减少或者克服现有技术中的缺点，该系统通过在主传动部分进入空档之前，闭锁副传动部分来保护该副传动部分同步器，或者在副传动换档完成之前，闭锁主传动部来保护该同步器，如果一个副传动部分被预先换档以提供多个快速的副传动换档，则该副传动的换档使得一个致动器的腔与一个相当小的第一活塞表面连通并被加压。多个快速启动会引起副传动部分换档的多个快速动作，这将减少主传动部分在空档位置闭锁的时间。
上述的这些可利用一个闭锁机构来实现，当主传动部分啮合时该闭锁机构将该副传动部分闭锁在一通用的啮合传动比上，并且当该副传动部分处于换档瞬间时，该闭锁机构将主传动部分闭锁在空档位置。该分段致动器的活塞/缸是一种两级结构的，由于高速或低速导管的加压，如活塞处于其全位移的一段时，它将仅仅暴露一个相当小的第一个活塞表面用于被流体加压，但如活塞离开该闭锁位置而朝全位移的另一段移动时，该活塞将暴露出第一个和相当大的第二个活塞表面用于被流体加压。
该第一个表面积可选择也提供一种有效的偏载力，以引起使闭锁释放的分段换档的快速启动，而又不会产生闭锁和释放零件的过度磨损和应力。该第一和第二面积的总和是可以选择的，以提供可以使被选择的同步分段离合器的快速同步、打开闭锁和啮合的有效的力。
因此，本发明的一个目的是提供一种新的和改进的副传动(分段)部分的换档系统。该系统用于在副传动部分中采用同步爪式离合器的复合传动装置中。本发明的另一个目的是提供一种用于啮合可选择的副传动部分同步离合器的一种改进的被闭锁的由加压流体致动的副传动部分致动器系统，根据副传动部分换档的选择，当致动器为快速换档启动而被闭锁时，同步离合器上只产生一相当小的轴向力，由于闭锁的释放，也不会在闭锁机构上引起过度磨损和应力，当闭锁被释放后，它可以产生用于被选择的同步分段部分离合器快速啮合的一个较大的轴向力。
本发明的这样和那样的目的和优点，通过阅读最佳实施例的详细说明并结合附图就会非常清楚。
图1是一个采用本发明分段式副传动部分和气动控制系统的复合传动装置的示意图。
图1A是图1中传动装置的换档机构的示意图。
图1B是图1中传动装置的“往复H”型换档档位示意图。
图1C是图1中传动装置的“双H”型换档档位示意图。
图2是一个采用本发明分段组合式副传动部分并带有特别有用的气动控制系统的复合传动装置的示意图。
图3(A和B)是传动装置100的副传动部分102的横截面剖视图。
图4是一个单变换轴型换档机构的透视图
图5是采用了本发明的两级致动气动控制系统的示意图。
图6是图5的气动控制系统的一部分在不同的操作位置的示意图
图7是一个可变换的两级致动活塞/缸结构的示意图。
在下面的说明中使用的某些术语，只是为叙述方便起见，而不是限制性的术语。词“向上”、“向下”、“向左”、“向右”在参考图中表示方向；词“向前”、“向后”、在参考图中代表做为通常安装在机动车上的传动装置的前端和后端。对图1所示的传动装置指的是其左侧和右测。词“向内”、“向外”分别表示朝向和离开装置或指定部件的几何中心。所说的术语包括前面特别提到的词、由此派生的词以及类似引用的词。
术语“复合传动装置”用来表示一种变速或变换齿轮的传动装置，它具有一个具有多重前进速度的主传动装置和与之串连的多重速度的副传动装置。因此，在主传动部分中所选定的齿轮减速级可以与副传动部分中另外选定齿轮减速级相结合。“同步离合器组件”和含义相近的词都是指一种刚性的爪式离合器组件，它被用来通过一个刚性离合器无相对转动地将某一选定齿轮连接到轴上，其中，所说的刚性离合器所要进行的啮合在离合器元件未达到基本同步转动之前是受阻的。在离合器元件上附带有能力相当大的摩擦装置，足以使离合器以及所有与之一起转动的元件在离合器刚啮合时以基本上同步的速度旋转。
术语“空档”和“不啮合”是可互换的并表示主传动装置的状态，其转矩没有从传动输入轴传递到主轴(在图1和图2中表示了一般类型的传动)。“非空档”和“啮合”是可互换的并表示主传动装置部分的状态，其主传动装置的传动比被啮合和驱动转矩被从传动装置输入轴传递到主轴(在图1和图2中表示了一般类型的传动装置)。
术语“高速”传动比是指传动装置部分的传动比，其输出是旋转速度大于给定的输入旋转速度。
参见图1、图1A和图1B，这表示了一个分段式复合转动装置10，该装置10包括一个多重速度的主传动部分12和与之串连的分段式副传动部分14。传动装置10固定在壳体H中，它包括一个输入轴16，该轴由发动机，如内燃机E通过一个通常啮合但也可分离的摩擦主离合器C来驱动，该离合器C具有一个连接到发动机曲轴20的输入部分；即主动部分18，以及一个可旋转地安装在传动装置输入轴16上的被动部分22。
在主传  动装置12中，输入轴16带有一个输入齿轮24，它用于同时驱动多个实际上具有同样旋转速度的副轴部件26和26A。这两个实际上同样的副轴部件位于主轴28的相对两侧。主轴28通常与输入轴16同轴心配合。每一个副轴部件包括一个由轴承32和34支承在壳体H上的副轴30，图中  仅仅表示了其中一部分。每一个副轴上可旋转地安装有一组副轴齿轮38、40、42、44、46、48。许多主轴齿轮50、52、54、56和58围绕在主轴28周围，并且在某一时间，通过滑动离合器套环60、62、64有选择地啮合到旋转着的主轴28上，正如在现有技术中所公知的。离合器套环60还可以用于把输入齿轮24连接到主轴28上，从而提供输入轴16与主轴28之间的一种直接的驱动关系。
很典型地，离合器套环60，62和64可以借助换档拨叉60A、62A和64A进行轴向定位，该拨叉与换档支架部件70相连接，正如在现有技术中公知的那样。离合器套环60，62和64如公知的那样可以是同步或者非同步的双作用爪式离合器。
主齿轮58是反向齿轮，并且通过通用的中间惰轮(未表示)与副轴48连续地啮合。应当注意的是，当主传动装置部件12提供五种可选择地前进速度传动比和一种后退传动比，通过主轴驱动齿轮56连接传递到主轴28上，在这些高速齿轮减速级的一个常被用作于低速或“爬行”齿轮，它仅在恶劣的条件下启动汽车，而在高速传动范围内是不用的。因此，主传动装置12提供的五种前进速度，通常被认为是“四加一”或“4+1”，即主传动部分只有四种前进速与被这里采用的分段副传动装置组合使用。
爪式离合器60、62和64是一种三个位置的离合器，它们可以位于中心未啮合的位置，如示出的那样，或者也可以通过一个变换杆72而完全处于向右或向左的啮合位置。正如公知的，离合器60，62和64仅仅其中一个在给定的时间内啮合，而主传动部分的闭锁机构(未示出)，可以在空档状态闭锁其它的离合器。
副传动装置分段部分14包括两个实际上相同的副轴组件74和74A，每一个都包括一个由在壳体H上的轴承78和80支承的副传动副轴76，并带动两个副传动副轴齿轮82和84与其一起旋转。副传动的副轴齿轮82持续的啮合并支承在分段输出齿轮86上，而该齿轮86是可转动地安装在主轴28上的，进而副传动副轴齿轮84可连续地与围绕在传动输出轴90上的输出齿轮88啮合。
一个两位置同步的爪式离合器组件92，该离合器组件92利用拨叉94和分段部件变换致动部件96而轴向定位，该离合器组件92还用于离合齿轮88到输出轴90以供低速范围操作。或者用于离合齿轮86到输出轴80以供直接的或复合传动装置的高速范围操作。这种用于复合分段型传动装置10的“循环H”型换档档位示意的表示在图1B中。传动装置10的高或低速分段操作的选择和/预选择可借助于操作者操纵开关或按钮98来完成，该开关或按钮98通常安装在换档杆72上。
虽然举例中的这种分段式传动部分14是利用正齿轮或斜齿传动的两种速度的部件，但可以理解，本发明也适用于采用了插入/分段组合式副传动部分的分段式传动，具有三个或多个可选择的分段传动比和/或利用行星齿轮传动。还有，正如上面已指出的，离合器60，62或64中的任何一个或多个可以是同步的爪式离合器，以及传动装置12和/或14可以是单一的副轴型。
这种主传动装置12的控制是通过至少一个包括在换档杆支架70中的换档通路或换档轴的轴向位移，并通过换档杆72来控制。正如公知的那样，该换档杆72可以直接或距一定距离地安装在传动装置上。这种类型的装置在现有技术中是公知的，并且可以参见美国专利US-4,621,537号，那里所公开的内容在这里被引为参考。该分段部分通过按钮98的操作而控制，或者在一种“双H”型控制的情况下通过一种位置开关98A来控制，上述二者在现有技术中均已公知。换档杆支架70也可以是多个普通的多重变换通道型，这在现有技术中已公知，可以参见美国专利US-4,782,719；US-4,738,863；US-4,722,237和US-4,614,126的说明书，那里所公开的内容在这里被引作参考。
本发明的控制系统同样适用于具有分段的并与分段/插入或者插入/分段式副传动部分结合的复合传动装置。
参见图2，复合换档齿轮机构传动装置100是一个具有18个前进速度的传动装置，该传动装置包括一个主传动部分12A，该主传动部分12A与上面说明的在现有技术中的传动装置10的主传动部分12相同或者基本上相同，该传动装置100的主传动部分12A与传动装置10的主传动部分12的差别仅仅在于：主轴28A延伸进入副传动部分102比主轴28延伸进入副传动部分14更进了一步。鉴于主传动部分12和12A实际上是相同的结构，因此主传动部件12A将不再详细说明。
副传动部分102包括两个实际上相同的副轴组件104和104A，其中的每一个包括一个由壳体H中的轴承108和110支承的副传动副轴106，并可旋转地带有三个副传动副轴齿轮112、114和116。副传动副轴齿轮112持续地支承并啮合副传动部分的分离齿轮118上，该齿轮118围绕着主轴28A。副轴齿轮114连续地啮合并支撑在副传动部分的插入/分段齿轮120上，该齿轮围绕着输出轴122并在其端部靠近同心主轴28A的端部。副传动部分副轴齿轮116持续地啮合并支承在副传动部分分段齿轮124上，该齿轮124围绕着输出轴122。因此，副传动部分副轴齿轮112和分离齿轮118限定了——第一组，副传动部分副轴齿轮114和插入/分段齿轮120限定了——第二组，副传动部分副轴齿轮116和分段齿轮124限定了——第三组，或者是组合了插入和分段式副传动部分102的齿轮组。一种可滑动的两位置爪式离合器套环126用于可选择的将分离齿轮118或插入/分段齿轮120连接到主轴28A上，而一种两个位置同步组件128用于可选择地将插入/分段齿轮120或者分段齿轮124连接到输出轴122上。双作用  可滑动的爪式离合器套环126的结构和功能与连接于传动装置10中的可滑动离合器套环60、62和64的结构和功能实际上是相同的，而双作用同步离合器组件28的结构和功能与连接在传动装置10中的同步离合器组件92的结构和功能实际上也是相同的。如组件92和126的同步离合器组件，在现有技术中是公知的，并且做为例子可以参见美国专利US-4,462,489；US-4,125,179；US-2,667,955，该专利公开的内容在这里被引作参考。
这种典型的离合器包括一对轴向啮合的爪式离合零件，一个用于感应爪式离合器组件的不同步旋转和闭锁轴向啮合的传感器/闭锁装置，以及一种通常是圆锥形的摩擦表面，该摩擦表面被强制接触以使爪式离合组件摩擦地连接以完成连接处的基本上为同步的旋转。当试图啮合该组件时，假如实际上处于非同步状态，该离合器将使闭锁装置处于闭锁位置，以阻止该爪式离合组件的轴向啮合，而摩擦表面将在外力作用下相互啮合。当主传动装置超出预定时间后啮合时，如果离合组件仍在高轴向啮合力下保持在闭锁位置，这时过度的负载力矩会损坏和/或破坏该摩擦表面。
副转动装置102的最佳实施例的详细结构表示在图3A和图3B中，这里可以看到，主轴的后端28A延伸到副传动装置102中设置的延伸的键槽130中，该键槽130与离合器套环126上设置的键槽132配合，将主轴28A可旋转地与离合器套环126连接到一起并允许它们之间有相对的轴向位移。该离合器套环126设置有离合齿134和136，用于与设置在齿轮118和120上的离合齿138和140可选择的轴向啮合。离合器套环126还设置有槽141，以便容纳换档拨叉142。
齿轮118围绕着主轴28A，一般相对于该主轴28A可自由旋转，并利用一个止动器144使其相对于主轴28A轴向定位。离合齿136和138具有锥形表面146和148，该表面146和148相对于主轴28A的轴线倾斜大约35°，该锥形表面提供一种倾向于阻止非同步的啮合并造成同步旋转的有利的相互作用，正如美国专利US-3,265,173中相当详细说明的那样，该专利所公开的内容在这里被参考了。离合齿136和140设置成互补的锥形表面。
插入/分段齿轮120由一对止推轴承可旋转的支承在输出轴122的内端150上，而分段齿轮124围绕在输出轴122上，并利用止推垫片保持其轴向固定。双作用两位置同步离合器组件128轴向定位在齿轮120与124之间，并借助外键槽和内键槽可旋转地安装在输出轴122上。许多公知的同步位置离合器结构都可以用于本发明的副传动装置中。在如上所述的美国专利US-4,462,489中的同步离合器组件128为一种柱销型。简单地说，该同步爪式离合器组件128包括一个可滑动的爪式离合元件162，该元件162带有离合齿166和168，并由拨叉164进行轴向定位，该齿166和168分别与齿轮120和124上带的离合齿170和172进行轴向啮合，齿轮120和124限定的锥形摩擦面174和176，分别与同步摩擦组件上摩擦环182和184上形成的锥形摩擦面178和180配合，形成摩擦同步啮合。闭锁柱销186和188可旋转地固定在摩擦环184和182上，并与滑动元件162上的闭锁孔190相互作用，从而提供一种如现有技术中公知的闭锁功能。同步组件128还可以包括多个弹簧柱销(未示出)，当离合器啮合操作开始时用于提供一种锥形摩擦表面的初始啮合。
输出轴122由在壳体H中的轴承192支承，并由此延伸以连接叉形另件Y或类似的另件，这类另件一般构成了万向联轴器的一部分，以驱动一根连接到差速器或类似的装置上的驱动轴。该输出轴122还可以带有一个转速计齿轮194和/或各种密封元件(未示出)。
参见图2和图3可以看出通过对处于轴向位置前端和后端的插入离合器126和分段离合器128选择性地轴向定位，可以提供四种不同的从主轴传动到输出轴传动比。相应地，副传动装置102是一种可在输入(副轴28A)和输出(输出轴122)之间提供四种可选择速度或传动比的分段和插入组合型的三组副传动装置。这种类型的传动装置在现有技术中是公知的，如由伊顿股份有限公司以商业名称“Super10”和“Super18”出售过的，更详细的情况可以参见美国专利US-4,754,665，该专利公开的内容在这里被参考了。
用于传动装置100的换档档位图示意地表示在图2A中，这里箭头“S”表示插入换档，箭头“R”表示分段换档。
在本发明的最佳实施例中，采用了一种在图4中表示的单变换轴型的换档机构200。这种类型的机构在现有技术中是公知的，并且可以参见美国专利US-4,920,815和4,621,537，其公开的内容在这里被引作参考。
简单地说，变换杆98与闭锁元件202相互作用，以使轴204相对于传动装置的壳体作旋转或轴向位移。旋转位移使如键206或其它未示出的键与换档拨叉60A、62A和64A的套筒内设置的键槽或缝相互作用，以相对于壳体轴向地固定其中两个换档拨叉并在轴204上轴向固定另一拨叉。轴204和被轴向固定的可选择的换档拨叉的轴向位移将造成与其相连的爪式离合器的啮合和脱开。
相应地，通过换档轴204可选择部分的轴向位置的监测，例如一个或多个空档棘爪槽210，就可监测到传动装置10的主传动部分12是处于空档或非空档状态。
本发明还适用于采用了公知的多个平行通道型换档杆支架部件的复合传动装置，如可以参考的美国专利US-4,445,393；US-4,275,612；US-4,584,895和US-4,722,237的说明书，这些专利公开的内容在这里被引作参考。这些典型装置包括垂直的延伸到变换通道的一个组件(常常涉及到一种变换通道闭锁机构)，当全部换档通道处于一种轴向对中的空档位置时，表现为第一种位置，当变换通道中的任何一个离开该轴向对中的空档位置时，表现为第二种位置。
本发明还适用于包含其它机械的、电子的、电磁的或其它类型的感应装置的复合传动装置，该感应装置用于监测主传动部分的空档(未啮合)和非空档(啮合)状态。
虽然这种副传动装置与主传部分为典型地连接，但术语“副传动部分”还可用于独立的传动系装置，例如多重速度轴，多重速度转换和类似的情况。
当本发明同样用于图1中的传动装置10和图2、图3中的传动装置100时，以及其它的采用同步传动部分爪式离合器组件的复合传动装置时，其目的是简化的和容易理解的。本发明主要用于如图1、1A、1B和1C所示的复合分段型传动装置。
假设一种在图1B中表示的换档控制，也就是“往复H”型控制，一种第4到第5速度的复合变速包括爪式离合器60从第4/第8速度处脱开而转入齿轮24，然后离合器92从低速段或减速齿轮86处脱开，而与高速或者直接分段齿轮88啮合，然后使爪式离合器62与第1/第5速度的主传动部分齿轮54啮合。为了完成这些，机动车操作者需预选带有分段选择器按钮98的“HI”，由4/8位置转换到N，然后再用换档杆72换到1/5位置。在现有技术中，分段型传动装置，例如由伊顿公司制造和出售的九速的RT/RTO 11609”“Roadranger”型传动装置，一种两位置随动阀门具有形成被选择的“HI”段的第一位置和形成被选择的“LO”段的第二位置，尽管主传动部分不是处于空档位置，该随动阀可以由柱塞或者类似另件闭锁在其两位置中的一个位置上。这种阀门和闭锁机构的例子可参见上面提到的美国专利US-3,229,581；US-4,450,869；和US-4,793,378和US-4,974,474。
正如前面已经指出的那样，在大多数状态下，这种装置将通过防止初始的换档来保护该分段部分同步器，直到该主传动部分变换到空档/或该主传动部分在空档闭锁后，分段换档才完成。在特定状态下，这种主传动部分换档可以在分段换档之前完成，但该分段换档将分段同步器处于危险状态和/或造成传动装置在空档中止。试图使副传动同步的离合器与该主传动部分啮合，对于分段增速换档(第4速度到第5速度)比对于分段减速换档(第5速度到第4速度)有更大的问题，当直接啮合分段齿轮88时，同步器摩擦锥形表面(图3A中的174/178)上的扭矩趋于增加，使同步器中止在同步闭锁件中的趋势增加；而当啮合减速级分段齿轮86时，摩擦锥形表面(图3B中的176/178)上的扭矩趋于将同步器引到非闭锁状态。通常，在图1和图2所示类型的传动装置中，在分段部分减速时这种分段部分同步器烧坏不被看做是很严重问题。
参看图1的传动装置，当驾驶员决定在第四齿轮上增速换档，然后预选一分段增速换档并朝着空档位置移动变换杆时也会产生另外一系列问题。如果驾驶员迅速改变他的主意并使变换杆移动回到4/8位置而没有改变分段部分，这种分段离合器会企图完成。仅仅是4-8的增速换档并在同步器锥形摩擦表面产生很大的速度差，其结果导致同步器的迅速损坏。在这种状态下，该同步器在两秒钟内就会被严重地损坏和破坏。
类似偶然的试图组合跳跃式的增速换档也将有类似的结果。做为另一个例子，假若一个驾驶员偶然的预选或忘记了预选分段增速换档，而试图完成4-3的减速换档，实际的结果是试图完成4-7的增速换档，并在同步器的摩擦表面上产生很大的速度差。
本发明的副传动部分的控制系统/方法通过在分段换档处预选施加的作用力，来克服由于分段换档的快速动作而造成的现有技术中的缺点。
本发明特别适用于一种同步分段离合器的啮合控制，尤其是复合传动装置在高速或者直接分段离合时，这并不意味着限于这样的应用，还可以用于被同步插入离合器或类似装置的啮合控制。
参见图5和图6，这种两级分段离合器致动活塞组件220限定了一个活塞221，该活塞221具有表面积222A和222B被加压后就与低速分段离合器啮合，以及该活塞221具有的表面积224A和224B被加压后就与高速分段离合器啮合，活塞221包括一个轴226，在该轴226中安装有一个换档拨叉94或者164，该拨叉用于使同步离合器92或128换到被选择的位置。
如前所述，传动装置(10)的主传动部分(12)在未啮合的(空档)和啮合(不空档)的状态，可以通过感应主传动装置换档轴204移动或未移动的轴向位置而被监测到。换档轴或者换档通道的这种位移可以在该轴或通道的一端监测、在其延伸物上监测或者在该轴的横向或者类似处进行监测。
一种主换档阀232通过过滤调压器234与被过滤和调压的空气气源连接。在重载汽车中，被调整的空气压力一般是60～80Psi(磅/平方时)。开关或操纵杆98可以有效地对低压信号或先导控制管236进行加压(低)或者排放(高)。该低压先导控制管236与换档随动阀门238连接，该阀门是一个两位四通阀，其弹簧240被偏置在高速换档位置(也就是导管224C加压和导管224C排气)，而当导管236被加压后该阀就换到低速换档位置(也就是222C增压和导管224C排气)。
一闭锁柱销250与在换档轴204上的闭锁槽210及活塞轴226上的闭锁槽252和254相互作用。由柱销250和槽210、252和254所限定的闭锁组件256的目的在于当主传动装置不在空档时，锁定无论处于高速或低速的副传动分段部分，以及当该副传动分段部分未完全啮合于高速或低速比时，将主传动装置闭锁在空档位置。这种类型的闭锁组件在现有技术中是公知的，可以参见上面提到的美国专利US-4,974,474。
这种双级换档致动活塞/缸组件220包括一个被腔262限定的壳体260，在腔262内可滑动和密封地安装有一个活塞221。腔262内的两个缩小了内径的部分264和266被一个增大了直径的部分268分隔开。分别限定表面222A和224A的外径减小的活塞部分270和272分别被可滑动地和密封地安装在腔262内的减小了内径段264和266处。增大了外径的活塞部分274带有增大了的相对表面222B和224B，该活塞部分274可滑动的和密封地安装于腔内268部分。活塞面222A和224A的表面积通常等于活塞面222B和224B的面积。面222A和224A的表面积最好明显的小于面222B和224B的表面积。
一通道222D将腔264的中点与腔268的左端连通。一通道224D将腔266的中点与腔268的右端连通。
如图5中所示，当活塞221完全移至左端与高速段啮合时，活塞270部分将封住通道222D，并使腔的增大部分268的左端222E与导管222C形成流体连通。以类似的方式，当活塞221完全向右移动与低速段啮合时，活塞272部分将封住通道224D，并使腔的增大部分268的右端224E与通道224连通。
在图5中示出的控制系统具有啮合的主传动部分12和在高速比互锁的分段部分14。假若选择器98被移到“L0”的位置，在未脱开主传动装置前要先预选择低分段速度，随动阀门238将移动到它的低速位置，以使导管222C加压而导管224C与大气连通。这将使气缸腔的224E和266部分排放，而由右表面222A限定的腔265被加压。活塞270部分将阻止腔222E加压，因此活塞面222A但不是活塞表面222B将受到一种压力，以提供一种向右偏置到活塞221上的第一个作用力，该作用力将由机械的闭锁机构256来抵抗。当主传动部分换到空档，参见图6，该闭锁将沿换档轴226的轴向释放活塞221，在第一个作用力的作用下将开始快速向右移动。活塞270部分将不再封住导管222D，腔222E与导管222C的加压流体连通，然后活塞221利用第二个较高的力被向右推动，其结果是从较大的活塞表面222B处加压。通过较小的活塞面222A的表面积与较大的活塞面222B之近似比，该第二个作用力将超过第一个作用力。
因此，这种两级致动装置220，当减小了闭锁上的磨损时，它提供了用于预选分段换档快速启动的第一个相当低的力，以及在释放闭锁后，用于快速同步、脱开及啮合被选择的同步分段离合器的第二个相当大的力。
为了减少由于在腔222E或224E中封闭的空气而造成活塞中止的可能性，可以采用一个或多个单通道溢流阀(未示出)。
一种另外的两级活塞/缸致动器的结构300可以参见图7。致动器300包括一个由腔304限定的壳体302，在该腔304可滑动和密封地装有一个活塞306。致动器壳体302限定了一个与导管224C连接的开口308。活塞306设置了一个锥形扩孔310，以便容纳位于腔304的封闭端的中心凸台312。
活塞306的非锥形扩孔部分314装在围绕凸台312的环形槽316内，并限定了与开孔308连通的第一个加压腔，该第一个加压腔具有由活塞306的环形的非锥形扩孔表面318限定的活塞表面。
更好地，这种非锥形扩孔部分314的边缘320和/或凸台312的边缘322被加工成斜面，以便减少由于密封空气而形成活塞的中止。
本发明的所描述的是用于一定的特殊的场合，但应当理解本发明描述的仅仅是几个例子，其它在本发明实质和范围之内的改进或另部件结构的变化都由后面的权利要求书限定。

Claims (5)

1、一种加压流体操纵的换档致动器组件(230)，用于复合传动装置(10)的一个副传动部分(14)，该组件(230)包括一个主传动装置(12)，它与副传动部分串连连接在啮合或不啮合位置，所述的副传动部分包括一个可选择的高速传动比(直接)和一个可选择的低速传动比(减速)，每一次啮合通过同步的爪式离合器组件(92/128)、用于选择所希望的副传动的开关装置(98/98A)、一个与可选择的第一个加压和排放导管(224C)和可选择的第二个加压和排放导管(222C)流体连接的致动器(220)来完成，该第一导管的加压和该第二个导管的排放使所述致动器推动该同步离合器组件啮合至高速传动比，该第二个导管的加压和该第一个导管的排放，使所述致动器推动该同步离合器组件啮合至该低速传动比，所述致动器由一个壳体，一个加压流体的普通气源(234)、一个排入装置(Ex)和一个随动阀门(238)限定，该壳体内的活塞(221)在一个高速位置和一个低速位置之间做轴向移动，该随动阀响应所述的开关，该开关具有第一导管加压、第二导管排放的第一位置和具有第二导管加压、第一导管排放的第二位置，一个闭锁组件(256)，当该主传动装置啮合时，用于防止该活塞从高速或低速位置移动，或者当该副传动部分还没有完成在高速或低速传动比处的啮合时，用于防止该主传动装置从空档位置处移开，所述的致动器组件其特征在于：
该活塞限定了用于与该第一个导管(224C)流体连通的第一个活塞表面(224A/318)和较大的第二个活塞表面(224B/310)，该第一个和第二个表面的加压推动该活塞向着其高速位置移动，该活塞还限定了用于与第二个导管(222C)流体连通的第三个活塞表面(222A)和一个较大的第四个活塞表面(222B)，该第三个和第四个表面的加压推动该活塞向着其低速位置移动，所述的第一个和第三个表面分别固定地与第一个和第二个导管流体连通；当该活塞被闭锁于低速分段换档位置时，所述第二个表面与该第一个导管之间的流体连通被关闭，而当活塞被闭锁于高速分段换档位置时，所述的第三个表面与该第二个导管之间的流体连通被关闭。
2、按照权利要求1所述的致动器组件，其特征在于：所述活塞从低速位置向高速位置移动时，将引起所述第二个表面与第一个导管流体连通，当所述活塞从高速位置向低速位置移动时，将引起第四个表面与第二个导管流体连通。
3、按照权利要求1或2的致动器组件，其特征在于：该流体是压缩空气。
4、按照权利要求1或2的致动器组件，其特征在于：该副传动部分是一个分段组件。
5、按照权利要求3所述的致动器组件，其特征在于：该副传动部分是一个分段组件。
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