CN104380050A - 用于变速器的齿轮接合机构以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于监控变速器和其他应用中的换档装置的位置的位置传感器系统。该位置感测系统具有磁阻传感器阵列以及构造成通过三角测量确定磁体沿路径的位置的控制器。一些实施方式对传感器与路径之间的距离的波动相对不敏感。还描述了一种致动组件，该致动组件包括可移动缸和固定杆。该致动组件可以适于使动力变速器中的同步装置等移动。

Description

用于变速器的齿轮接合机构以及相关方法
相关申请
本申请要求于2012年3月23日提交的美国申请No.61/615,007的优先权。针对美国，本申请根据35U.S.C.§119要求于2012年3月23日提交的题目为“GEAR ENGAGEMENT MECHANISM FORTRANSMISSIONS AND RELATED METHODS(用于变速器的齿轮接合机构以及相关方法)”的美国申请No.61/615,007的权益，该申请出于所有目的通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及动力变速器(power transmission)。具体地，本发明涉及用于接合动力变速器中的齿轮的致动机构。本发明的实施方式提供了动力变速器、用于动力变速器的换档构件以及用于动力变速器中的换档的方法。本发明的另一目的提供了线性位置感测系统，该线性位置感测系统应用于动力变速器中但还可以应用于其他情况中。
背景技术
多速动力变速器通常包括齿轮组，该齿轮组可以选择性地接合或分离以提供输入轴与输出轴之间的多个动力传输路径。不同齿轮组的接合和分离可以通过操作致动器以使诸如同步装置之类的构件在接合位置与分离位置之间来回移动来实现。
高负载应用下的多速动力变速器中的换档在变速突然发生的情况下可以导致对从动装置的损害。存在对改进的换档机构的需要。特别地存在对用于诸如工业动力变速器之类的大容量变速器(large capacitytransmissions)中的这种机构的需要，在大容量变速器中，可能需要移位构件的较大行进。
相关技术的前述示例以及对相关技术的限制旨在说明性的而非排他性的。通过对说明书的阅读以及对附图的研究，相关技术的其他限制对本领域技术人员而言将变得明显。
发明内容
结合意在示例性的和说明性的并非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明本发明的下列实施方式和方面。在各种实施方式中，上述问题中的一个或更多个问题已经被减少或消除，而其他实施方式旨在其他改进之处。
本发明的一个方面包括具有多个磁场传感器的位置感测系统，所述多个磁场传感器各自构造成提供表示磁场相对于第一磁场传感器的方向的输出信号。该位置感测系统还包括联接成接收来自第一磁场传感器的输出信号的处理器，该处理器构造成选择第一磁场传感器的子集并且基于第一磁场传感器的子集的输出信号来确定磁体沿路径的位置。
在一些实施方式中，磁体的位置可以通过根据第一磁场传感器中的两个第一磁场传感器的输出的三角测量来确定。该三角测量可以根据下列关系(或其数学公式)来执行：
x = B ( tan θ tan φ + tan θ )
其中，x为通过三角测量确定的磁体的位置，B为第一磁场传感器中的两个第一磁场传感器之间的距离，θ为与由两个第一磁场传感器中的第一个第一磁场传感器输出的方向对应的第一角度以及Φ为与由两个第一磁场传感器中的第二个第一磁场传感器输出的方向对应的第二角度。
在另一实施方式中，第一磁传感器为磁阻传感器(magneto resistivesensors)，并且位置感测系统包括多个第二磁场传感器，所述多个第二磁场传感器包括霍尔效应传感器。处理器构造成接收来自霍尔效应传感器的输出信号并且构造成基于这些输出来选择磁阻传感器的子集。
本发明的其他方面包括与变速器组合的位置感测系统，并且位置信号表示变速器的诸如拨叉之类的部件的当前位置。
本发明的另一方面包括用于变速器中的换档装置的致动器，该致动器包括杆和缸，该缸具有一对缸盖，所述一对缸盖密封地和滑动地设置在杆上。该致动器包括活塞以及联接至缸的换档装置构件，该活塞在缸内固定至杆并且密封至缸使得活塞将缸的内部分成位于活塞的相对侧上的第一流体腔室和第二流体腔室。
致动器可以包括连接成将加压流体输送至第一流体腔室和第二流体腔室的第一阀和第二阀。致动器还可以包括位于换档装置构件上的磁体。一些实施方式将用于换档装置的致动器与用于感测磁体和换档装置构件的位置的位置感测系统组合。
本发明的其他方面包括一种用于感测磁体沿着路径的位置的方法，该方法包括感测来自磁体的磁场在与路径间隔开以及沿着路径彼此间隔开的多个位置中的每个位置处的方向。该方法包括识别所述多个位置中的最靠近磁体的至少第一位置，以及至少部分地基于磁场在所述多个位置中的第一位置处的方向来计算磁体沿路径的位置。
在一些实施方式中，位置通过三角测量并且根据如下关系(或其数学公式)确定：
x = B ( tan θ tan φ + tan θ )
其中，x为磁体从位置的线性偏移量，B为用于感测磁场的两个位置之间的距离，θ为与第一位置处的磁场的方向对应的第一角度以及Φ为与第二位置处的磁场的方向对应的第二角度。
其他方面和示例性实施方式在附图中被示出和/或在下列描述中被描述。
附图说明
附图描绘了本发明的非限制示例性实施方式。
图1为根据本发明的实施方式的示例性齿轮接合机构的示意图。
图2为根据本发明的实施方式的示例性传感器构型的示意图。
图3为根据本发明的示例性实施方式的传感器的输出相对于磁体的位置的图表。
图4为根据本发明的实施方式的示例性传感器和磁体的示意图。
图5为根据本发明的示例性实施方式的第二的一部分的示意图。
图6为根据本发明的实施方式的感测过程的流程图。
图7为根据本发明的实施方式的电路的示意图。
图8为根据本发明的示例性实施方式的液压控制系统的示意图。
图9为根据本发明的实施方式的拨叉(shift fork)的驱动机构的局部截面图。
图9A为根据本发明的实施方式的沿图9的线A-A的局部截面图。
图10为根据本发明的示例性实施方式的在换档事件期间随时间推移的压力的图表。
具体实施方式
贯穿下列描述，阐述具体的细节以为本领域技术人员提供更全面的理解。然而，未示出或详细描述公知的元件以避免不必要地模糊本公开。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的意义。
图1示出了示例性齿轮接合机构10的示意图。机构10可以是例如动力变速器的一部分。
轴11承载齿轮12A和12B。同步装置13可以在一个方向(至图1中的左侧)上沿着轴11滑动以接合齿轮12A并且在相反的方向(至图1中的右侧)上滑动以接合齿轮12B。同步装置13例如可以通过花键(未在图1中示出)等联接成与轴11一起旋转。同步装置13在与齿轮12A完全接合时锁定齿轮12A以与轴11一起旋转。同步装置13在与齿轮12B完全接合时锁定齿轮12B以与轴11一起旋转。
换档装置14通过由控制器18控制的致动器16沿由箭头15表示的方向来回移动。控制器18和换档装置14使同步装置13移动至适于当前期望的变速器构型或受控的其他齿轮系的位置。
在一些应用中，期望对换档装置14保持精确的位置控制。保持这种精确的控制可以通过借助于位置传感器20对换档装置14在方向15上的位置的精确测量来促进。在一些实施方式中，期望对换档装置14的速度和/或加速度实现精确控制。再次，关于换档装置14的位置的精确信息可以在促进通过控制器18控制换档装置14的速度和/或加速度方面是重要的。
图2示意性地示出了传感器20的可能实施方式。传感器20包括多个磁传感器22A、22B、22C和22D。磁传感器的数目可以改变。例如，在一些实施方式中，存在三个磁传感器22至二十个磁传感器22。该范围不是强制性的。磁传感器22感测来自磁体21的磁场，磁体21安装成与换档装置14的一部分一起移动。磁体21例如可以包括稀土磁体、电磁体等。
磁传感器22位于已知的位置处并且因此换档装置14的位置可以从由磁传感器22所产生的信号推断出。通过使用磁传感器22的线性阵列，可以提供能够监控换档装置14行进任何合理长度的位置的位置传感器20。在示例性实施方式中，磁传感器22间隔约0.2英寸(约0.5cm)至0.6英寸(约1.5cm)的距离并且监控换档装置14行进例如2英寸至5英寸(约5cm至13cm)的位置。在其他实施方式中，磁传感器22可以间隔0.1英寸(约0.25cm)或更少至1英寸(约2.5cm)或更多的距离。
磁传感器22的间距的实际范围可以取决于诸如磁体21的强度、磁传感器22的灵敏度、磁体21与传感器22之间的距离、所需的定位精度之类的因素。在一些实施方式中，传感器22足够紧密地间隔开用于磁体21在两个相邻的传感器22之间的任何位置，两个相邻的传感器22的输出各自唯一地对应于从传感器22至磁体的对应角度。在一些实施方式中，传感器22足够紧密地间隔开使得在磁体21位于两个相邻的传感器22之间时，连接两个传感器22的线与从每个传感器22至磁体21的线之间的角度均小于或等于45度。在一些实施方式中，从磁体21至其间定位有磁体21的两个相邻传感器22的线之间的角度为锐角——小于90度。
在示例性实施方式中，传感器22包括具有表示到磁体21的方向(例如，角度)的输出的传感器。例如，磁传感器22可以包括磁阻传感器。图3示出了作为磁体21与传感器22的相对位置的函数的磁阻传感器或其他传感器的输出信号。当传感器22对准在磁体21的轴线上时，如由图3中的位置零所表示的，此时传感器的输出具有为零的值(忽视可能存在于由传感器输出的单个信号中的任何偏移量)。传感器相对于磁体的运动导致从最小值26A变化至最大值26B的信号。在位置27A与位置27B之间的位置的范围内，来自传感器22的输出信号是单值的。输出信号可以被视为表示从传感器22至磁体21的方向。磁阻传感器通常产生约90度(距传感器22与磁体21的轴线之间的对准的任一侧45度)的角度范围中的单值输出。
如图4所示，基于磁传感器22的输出的三角测量可以用于识别磁体21沿着其路径19相对于传感器22的确切位置(由于磁体21安装至换档装置14，这相当于确定换档装置14的精确位置)。在示例性实施方式中，换档装置14的位置被监控的精度在约0.010英寸(0.025cm)或更精确的范围内。在优选实施方式中，精度在约0.005英寸(0.013cm)内。
如上所述，传感器22的输出表示从传感器22至磁体21的角度。如果传感器22沿着平行于路径——磁体21在换档装置14被致动时沿该路径行进——延伸的线安装并且距该路径距离A，则可以观察到磁体21的位置可以根据附近传感器22的输出来确定。例如，磁体21从传感器22-1移位的距离x(其可以被视为从已知的传感器位置沿着路径19的线性偏移量)由如下公式给出：
x＝A tanθ    (1)
同样地，磁体21从传感器22-2移位的距离y可以由下列公式来确定：
y＝A tanΦ    (2)
因此，可以通过识别磁传感器22中的最靠近的一个磁传感器来确定磁体21相对于传感器22的位置在换档装置14的运动范围中的任何地方并且根据公式1或2利用三角测量来确定磁体21相对于传感器的位置。由于传感器的位置已知，则磁体21并且因此换档装置14的位置可以被清楚地确定。
磁传感器22中的最靠近的一个磁传感器例如可以通过确定具有最锐角度θ或Φ的磁传感器来确定，θ或Φ与磁体21至传感器22的最小距离x或y对应。
在其他实施方式中，根据磁传感器22中的在磁体21的范围中的任一磁传感器的输出确定的角度可以用于确定磁体21的位置。在一些实施方式中，输出或传感器22在磁体21的可能位置的范围内可以不是单值的(即，传感器22可以产生用于磁体21的两个或更多个不同位置的相同输出)。例如，在传感器22提供为仅在±45度的范围中的单值的输出的情况下，传感器22以比45度更大的角度θ、Φ仍可以检测磁体21的磁场。假设这种传感器的输出总是与±45度的范围中的角度对应，则可以导致磁体21的位置的错误确定。在这种实施方式中，通过传感器的输出表示的角度可以基于如下中的一者或更多者来消除模糊：传感器22中的一些传感器或所有传感器的输出的模式和/或传感器22的历史输出和/或磁体21的先前确定的位置。
在一些实施方式中，沿着定位有磁传感器22的线以及磁体21移动(与换档装置14一起)的路径19的距离并非固定的。例如，在一些实施方式中，换档装置14可以在一个或更多个方向(例如方向23)上略微地自由移动，这可以导致A的值随时间推移而改变。如图2中示出的传感器20可以以补偿A的变化的方式操作。这可以从范围中的两个传感器22通过利用三角法确定磁体21的位置来进行。在一些实施方式中，最靠近的两个传感器22被使用(例如，其可以通过选择具有两个最小角度θ、Φ的传感器22来确定)。在其他实施方式中，根据磁体21的范围内的任意两个传感器22的输出来确定的角度可以用于对磁体21的相对于传感器22的已知位置的位置作三角测量。
从图4的几何形状可以看出，相邻传感器22之间的距离B等于x和y的和(应当指出的是，在一些实施方式中，在传感器22-1与传感器22-2之间可以存在介入的传感器22)。因此，值A可以通过利用以上公式1和2两者从考虑中消除。可以示出为x通过如下公式给出：
B ( tan θ tan φ + tan θ ) - - - ( 3 )
识别最近的磁传感器22以用于换档装置14的位置的确定可以基于传感器22自身的输出。然而，由于超出更长的距离，传感器22的输出并非是单值的，这有时可以比期望的更复杂。在一些实施方式中，额外的传感器设置成识别哪个传感器22应当用于三角测量。图5示出了位置传感器20的一部分的示例。在示出的实施方式中，每个传感器22均与响应于或检测来自磁体21的磁场的强度的传感器33成对。例如，在一些实施方式中，传感器22包括磁阻传感器并且传感器33包括霍尔效应传感器。
传感器33可以提供随着施加的磁场的强度改变的输出，或在替代方案中，传感器33可以提供二进制输出(例如，具有在检测到的来自磁体21的磁场为高或在阈值以上时表示磁体21在附近的一个状态以及在检测到的磁场在阈值以下时表示磁体21远离的另一状态的输出)。在这种实施方式中，来自霍尔效应传感器33的输出可以用于识别最靠近磁体21的当前位置的一组磁传感器22。例如，这可以通过选择与检测最大磁场强度的霍尔效应传感器33组(例如，两个霍尔效应传感器33)对应的传感器组(例如，两个传感器22)来进行。来自这些附近的磁传感器的输出可以用于对磁体21的位置进行三角测量。
在一些实施方式中，传感器33用于识别传感器22中的其间定位有磁体21的两个传感器。例如，如果传感器33提供二进制输出并且两个传感器33在阈值以上，则两个对应的传感器22可以被选择。在另一示例中，如果单个传感器33提供阈值以上的输出，则相应的传感器22以及相邻的传感器22，或邻近对应传感器22的两个传感器22可以被选择。这两个被选择的传感器22可以用于对例如如上所述的磁体21的位置进行三角测量。
来自用于传感器33的霍尔传感器的用途的另一优点在于霍尔效应传感器可以被制造为单向的(即，仅响应于磁场的一个极性)。这种传感器可以忽略来自一些周围磁场的干扰。
传感器22和/或传感器33的输出信号可以通过处理器(未图示)接收。处理器可以构造成处理如上所述的输出信号以确定磁体21的位置。处理器还可以基于如上所述的传感器33的输出来选择传感器22中的最接近的一个传感器或最接近的传感器组，或识别一组传感器22，以用于来确定磁体21的位置。
在一些实施方式中，磁体21的运动范围延伸通过位于传感器22排的一端或两端处的最后传感器22的位置。在这种实施方式中，根据最后的传感器22的输出确定的角度可以用于确定磁体21沿其路径19的位置和/或利用范围中的两个或更多个传感器22的输出的三角测量可以应用于确定磁体21沿其路径19的位置。
尽管位置传感器20已经在用于测量变速器中的诸如拨叉之类的换档装置的位置的应用中被描述，但位置传感器20等也可以应用于测量其他变速器部件的位置。类似位置传感器20的位置传感器还可以应用在希望测量部件沿轴线的位置的其他情况中。这种传感器可以在部件沿其移动的轴线可以随时间推移移动的应用中特别有利。这种传感器还可以在部件沿不直的路径移动的应用中特别有利。
图6为示出了用于确定承载磁体21的换档装置14的位置的一种示例性方法的流程图。在方法60中，方框62读取传感器33的输出并且识别最靠近磁体21的当前位置的多个传感器22。在方框64中，一组附近的传感器22被选择。方框64中的选择基于方框62中读取的输出。在方框66中，来自被选择的传感器22的输出被读取，并且在需要的情况下被规范化。规范化(normalization)可以应用于补偿不同传感器22的输出中的任何偏移量和/或变化。例如，规范化可以包括将增益和偏移量应用于每个传感器22的输出。增益和偏移量已经通过校准程序确定。
在方框68中，磁体21的位置可以通过三角测量确定。该位置可以在方框70中输出。
由于存在多个传感器22，可能存在用于检查由三角测量方框68确定的位置有效的可能性。在示例性实施方式中，磁体21的位置通过利用不同组的传感器22的三角测量来确定。例如，不同组的传感器22可以包括传感器22的用于方框68的三角测量的最近邻传感器。
例如，替代性传感器在方框72中被选择。根据替代性传感器的输出的三角测量可以在方框74中被执行。
由方框68和74中的三角测量得到的位置可以在方框76处进行比较。如果位置匹配在期望的公差内，则由方框68确定的位置可以在方框70处输出。否则，可以设置警报78。
在可以与上述实施方式中的任一实施方式分开或组合的另一替代性实施方式中，传感器22可以用于补偿传感器33中的一个或更多个传感器的故障。例如，来自靠近传感器33的一个或更多个传感器22的输出可以处理成确定传感器33的输出应当是什么。如果传感器33的输出与计算值不同，则计算值可以替代传感器33的输出提供。也就是说，传感器22的输出可以用于取代传感器33的“缺失(missing)”输出。该过程可以用于补偿一个或更多个传感器33的故障。
一些实施方式利用来自靠近传感器33的一个或更多个传感器22的输出来验证霍尔效应传感器33是否正常起作用。例如，一组附近的传感器22(例如，该组传感器可以包括2个、3个、4个等传感器)的输出可以被检查以通过核查每个传感器22是否输出磁体21的指向特定的一个传感器或多个传感器33的方向来验证传感器33的输出。该组传感器22中的一个或更多个传感器可能太过远离磁体21而无法提供用于磁体21的精确位置测量，但仍可以提供足够的方向信息来确认磁体21的大致位置并且核查靠近磁体21的一个或更多个传感器33的输出。在一些实施方式中，如果没有霍尔效应传感器33的输出被检测或者如果多个霍尔效应传感器出现故障，则位置感测系统20可以发信号通知错误状态或关闭。
在另一替代性实施方式中，可以是低精度位置感测机构的替代性位置感测机构用于识别换档装置14的大致位置。来自低精度位置感测机构的信息然后可以用于识别待被用于确定换档装置14的位置的一组传感器22。低精度机构可以包括例如光编码器等。
变速器中和变速器周围的部件的温度可以根据环境条件并且还根据通过变速器本身的操作产生的热量而非常显著地改变。位置传感器22的输出电压可以随着这些温度的改变而改变。由于温度改变或其他因素而还可以使电源电压改变。传感器20被优选地设计以使其对电压变化和/或温度变化相对不敏感。
在一些实施方式中，传感器22的输出通过模数转换器(ADC)采样。该ADC可以是独立装置或者可以与处理器集成。例如，一些单片处理器具有内置ADC。在一些实施方式中，由用于测量传感器22的输出的ADC使用的参考电压直接相关于用于功率传感器22的电源电压。在来自传感器22的输出信号相关于将电力供应至传感器22的电源的电压而改变的情况下，该结构将导致来自传感器22的信号的测量值，在被数字化之后，对电源电压的波动不敏感。电源电压可以作为参考电压并且作为电源被直接供应至传感器22。在替代性方案中，参考电压可以通过电压跟随器、分压器或使ADC的参考电压随着被传输至传感器22的电源电压而改变的其他电路的方式提供。
如上所述的三角测量过程例如还有助于使传感器20对温度变化和/或电源电压变化相对不敏感。例如，在传感器22具有温度变化和/或电源电压变化通过增大或减小用于相同的检测角度的输出信号(或者增大或减小根据用于磁体21的相同位置的信号输出确定的角度θ、Φ的量值而影响传感器22的输出的特性的情况下，磁体21沿其路径的计算位置——至少对第一数量级(first order)——不受这种变化的影响。
例如参照图4，如果磁体21沿路径19的位置通过来自传感器22-1和传感器22-2的三角测量来确定并且传感器22-1、22-2同样地受任何温度变化和/或电源电压变化影响，则磁体21的(基于距离B的)检测位置将不会改变得太多或根本不改变。如果角度θ和Φ由于温度变化或电源电压变化而略微增大(或减小)，则磁体21沿路径19的检测到的线性偏移量将改变得很少或根本不改变。
图7示出了示例性电路80，该示例性电路80包括多个传感器22以及多路复用器82，该多路复用器82每次选择来自一个传感器22的输出以提供至模数转换器83。来自模数转换器83的输出供应至处理器84。处理器84读取来自传感器22的输出，并且例如可以执行类似于方法60的方法以根据由传感器22输出的信号的值来确定换档装置14的位置。在示出的实施方式中，电源85将电力供应至传感器22并且还连接至模数转换器85的参考电压输入部87。在其他实施方式中，可以设置多个ADC。每个ADC均可以被连接使得其参考电压通过电源电压提供。
换档装置14的位置通过适于被应用的控制机构的频率以及换档装置14的期望速度来确定。在示例性实施方式中，磁体21的位置以几赫兹至几百赫兹的频率确定。该采样频率在许多情况下是足够的。还可以使用更高的采样频率。
图8示出了换档装置14的位置被液压控制的示例性情况。在该实施方式中，换档装置14包括拨叉14。在示出的实施方式中，液压泵90具有输出部92，加压液压流体在该输出部92处供应。拨叉14通过活塞93致动。活塞93的两侧上的腔室94A和94B通过阀96A和96B联接至液压泵90。每个阀96A和96B均被电控制并且能够将相应的腔室联接至液压泵90的输出部92或者联接至液压储液器97。在一些实施方式中，阀96A、96B为操作成基于电控制信号来保持设定的输出压力的比例控制阀。控制器98可以控制阀96A、96B以使活塞93根据需要沿一个方向或另一方向移动以致动拨叉14。控制器98还可以接收来自位置传感器20的位置信息以提供关于拨叉14的位置的反馈。
图9和图9A示出了用于换档装置(在图9A中通过拨叉14实施)的驱动机构100的替代性设计。在该实施方式中，驱动机构包括固定杆101。缸102以可滑动的方式设置在杆101上。杆101承载凸缘或活塞104。在示出的实施方式中，活塞104围绕杆101周向地设置。活塞104将缸102内的空间分成两个腔室105A和105B。位于腔室105A和105B的端部处的密封件106防止流体从腔室的端部渗出。活塞104上的密封件107防止流体在腔室105A与腔室105B之间直接流动。例如，密封件107可以将腔室105A、105B与流过活塞104的流体基本隔离。控制流体可以通过固定杆101中的纵向流体通道109A和109B以及将通道109A和109B与相应的腔室105A和105B连接的径向流体通道108A、108B被迫进入到腔室105A和105B中或被允许流出腔室105A和105B。拨叉14安装至缸102。通过将流体引入到腔室105A中并且将流体从腔室105B移除或将流体引入到腔室105B中并且将流体从腔室105A移除，拨叉14可以进行来回移动，如由箭头112所表示的。示出的设计提供了用于拨叉14的相对紧凑的致动器，然而该致动器对于重型设备而言可以是足够稳健的。
机构100还可以具有邻近腔室105A、105B的磨损带(wear bands)110。当缸102靠近固定杆101上的任一侧(例如，图9中的左侧)上的行程的端部时，磨损带110B移动越过径向通道108B。因此，磨损带110B提供缓冲以(例如，通过限制控制流体从腔室105B的渗出)减慢拨叉14靠近行进范围的端部的运动。包括孔口或计量阀的额外的通道可以在通道109与相应的腔室105之间延伸。腔室105中的这种另外的通道的开口可以设置在活塞104中或者靠近活塞104(例如，在通道108与活塞104之间)以允许拨叉14贯穿全部行程移动，即使在磨损带110A、110B完全封锁径向通道108的情况，亦如此。
控制流体可以通过诸如现有技术中已知的泵之类的一个或更多个泵(未在图9中示出)被迫进入到腔室105A、105B中并且被允许流出腔室105A、105B。一个或更多个泵例如可以通过诸如电气控制器或电子控制器或可编程控制器之类的控制器控制。
图9A为图9的线A-A上的截面，其出于监控拨叉14的位置的目的示出了磁体21可以定位的可能位置。图9A还示出了传感器板115，该传感器板115例如可以承载如上所述的传感器22。应当理解的是，拨叉14在操作期间可以围绕杆101略微地旋转并且这将改变磁体21与传感器板115之间的距离。类似地，拨叉14的臂部中的偏转可以造成磁体21与传感器板115之间的距离的变化。
图9A示出了滑块117，该滑块117接合同步装置或移动以换档的其他部件。图9、图9A也示出了键槽119以接纳换档装置14上的键119A。键119A可以沿着键槽119来回滑动但减少或防止拨叉14围绕杆101旋转。其他合适的锁定机构可以设置成限制缸102围绕杆101的旋转。键119A和键槽119的相互作用还可以通过减小滑块117与同步装置或变速器(未明确地图示)的齿轮轴之间的接触或摩擦来减小滑块117上的磨损。
在一些实施方式中，当并不需要固定杆101移动或旋转时，固定杆101可以是变速器的结构构件。在这种实施方式中，杆101可以在每个端部处锚定至变速器的结构部件。当固定杆101用作结构构件时，固定杆101在变速器内提供另一负载路径，从而减小对其他部件的加载需求并且允许减小重量。固定杆101例如可以抵抗作用在杆101所锚定至的结构之间的轴向力。这种轴向力可以例如由于锥形滚柱轴承的预加载力和操作力和/或斜齿轮的相互作用等而产生。
换档装置14的液压致动具有如下优点：促进通过换档装置14施加的力、换档装置14的速度和/或换档装置14的加速度的控制。在一些实施方式中，腔室105A和105B中的压力通过压力传感器(未图示)监控并且来自压力传感器的反馈应用在阀96的控制中(参见图8)。
图10为用于拨叉14的换档顺序(shift sequence)的作为时间的函数的液压压力的示例性图表。图表示出了命令信号202和拨叉压力响应204。初始命令206开始使拨叉14从空档位置移动。响应204在拨叉14开始移动时增大并且在峰207处达到最大。响应204在拨叉14移动时下降并且在滑块117(在拨叉14上)与同步装置在滑块事件208期间接触时又开始增大。响应由于与滑块117接触的增大被命令信号202中的增大209遵循以进一步增大拨叉压力来开始同步事件210。响应204继续压力的增大直到在同步事件210期间达到稳定211为止。然后，响应204在拨叉14(并且同步装置)移位到齿轮的花键中期间再次下降在低谷212处。当拨叉14与齿轮达到完全接合时，响应204再次上升以匹配命令信号202并且换档事件完成。
包括缸102的机构100提供可以应用以使各种变速器部件中的任一变速器部件移动的紧凑致动器。例如，缸102可以联接成使齿轮、同步装置、离合器等移动。任何合适的连杆机构可以设置在缸102与由缸102致动的部件之间。缸102可以被控制成使部件移动以实施换档或进行换档的步骤，并且在这种实施方式中，缸102可以被称为换档装置(而在其他实施方式中，换档装置可以指例如拨叉14)。尽管包括缸102的机构可以被应用例如借助于包括拨叉的连杆使同步装置或齿轮移动，但缸102的应用不限于该背景。
在一些实施方式中，泵和缸102可以通过控制器基于由如上所述的传感器板115确定的例如拨叉14的位置来控制。例如，如果拨叉14处于没有接合齿轮的第一位置中并且变速器接合第一齿轮，则控制器可以指挥泵用流体填充腔室105A并且将一些流体从腔室105B排出，使得缸102移动至通过传感器22检测到的第二位置，这可以导致第一齿轮的接合。如果变速器然后切换至空档，则控制器可以指挥泵将流体引入到腔室105B中并且将一些流体从腔室105A排出使得缸102和拨叉14移动回第一位置，如通过传感器板115的传感器20检测到的。在另一示例中，第一位置可以对应于与第一齿轮的接合并且第二位置可以对应于与第二齿轮的接合。
在一些实施方式中，拨叉具有位于两个接合位置之间的空档位置。止动件可以可选地设置成有助于将拨叉保持在空档位置。止动件不是强制性的。在一些实施方式中，来自位置控制器的位置反馈用于主动地控制拨叉以保持在空档位置直到期望使拨叉移动到接合位置中为止。
在一些示例性实施方式中，变速器包括若干同步装置、拨叉和/或用于实现比率变化的其他可移动部件。该变速器例如可以是恒定啮合同步啮合的双离合器变速器。同步装置中的每个同步装置均可以通过相应的机构100致动。致动器机构100的操作可以通过中央控制器协调。该控制器可以包括例如可以对机构100进行电气控制的电气控制器或电子控制器或可编程控制器。单个控制器可以控制变速器中的所有拨叉的位置并且可以根据需要出于操作的目的有利于在一个齿轮与另一个齿轮之间切换。
如文中所述的齿轮接合机构可以在大功率应用(例如，涉及传输超出1800马力的动力的变速器)中是有利的，但这种齿轮接合机构不限于此。一个优点在于如文中所述的齿轮接合机构可以被控制成提供贯穿换档的扭矩的平稳传输。这可以通过由位置传感器和/或例如文中所述的方法确定的精确位置信息辅助。该平稳的档位传输转而可以减小对泵或其他从动元件由于在档位突然改变时的震动而造成的损害。在具有如文中所述的齿轮接合机构的双离合器变速器中，一个或两个离合器可以被允许以受控的方式滑动来实现不将从动部件置于过分震动的平稳升档。
术语的解释
除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求中：
·“包括”、“包括有”等应被解释为包含的意义，而不是排他或穷举的意义；也就是说，含义为“包括，但不限于”。
·“连接”、“联接”或其任何变体指两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或联接；元件之间的联接或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。
·“这里”、“上面”、“下面”以及相似意义的词语，在用于描述本说明书时将指本说明书作为整体而不指本说明书的任何特定部分。
·“或”指具有两个或更多个项目的列表，覆盖该词的以下解释中的所有解释：列表中的任一项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。
·单数形式“一”、“一个”和“该”也包括任何适当的复数形式的含义。
本说明书以及任何所附权利要求中使用的诸如“竖直”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“竖直”、“横向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“下面”、“上方”、“下方”之类的表示方向的词(在存在的情况下)取决于描述和说明的装置的特定朝向。本文所述主题可以采用多种替代性朝向。因此，这些方向性词语不被严格定义并且不应被狭窄地解释。
另外，方法的诸如步骤、行为、过程或方框之类的元素可以以给定的顺序呈现，替代性示例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程，或使用具有方框的系统，并且一些过程或方框可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改以提供替代组合或子组合。这些过程或方框中的每个过程或方框均可以以各种不同的方式实现。另外，尽管过程或方框有时被示出为连续地执行，但这些过程或方框也可以并行地执行，或可以在不同时间或以不同的次序执行。
除非另外指出，否则其中的部件(例如，齿轮、轴承、轴、组件、离合器、装置等)指对如下部件的以上应用(包括对“装置”的引用)：该部件应理解为包括执行所描述的部件的功能的任何部件(即，功能上等同)的等价物，包括在结构上不等价于执行本发明的示出的示例性实施方式中的功能的公开结构的部件。
出于说明的目的，文中已经描述了系统、方法和装置的具体示例。这些仅为示例。文中提供的技术可以应用于除上述示例性系统之外的系统。许多变化、修改、增加、删除和置换可能在本发明的实践中。本发明包括所描述的实施方式的对本领域的技术人员而言显而易见的变体，该变体包括通过以下方式获得的变体：以等效特征、元素和/或行为替代特征、元素和/或行为；混合和匹配来自不同实施方式的特征、元素和/或行为；将来自如文中所述的实施方式的特征、元素和/或行为与其他技术的特征、元素和/或行为组合；和/或省去来自所述实施方式的组合的特征、元素和/或行为。
因此，预期所附权利要求以及此后引入的权利要求被解释为包括所有这种修改、置换、添加、省略以及可以被合理地推断的子组合。权利要求的范围不应被示例中阐述的优选实施方式限制，但应当被给予与作为整体的说明书一致的最广泛的解释。

Claims (50)

1.一种位置感测系统，包括：
多个第一磁场传感器，所述多个第一磁场传感器邻近路径成一排设置，所述第一磁场传感器各自构造成提供表示相对于所述第一磁场传感器的磁场的方向的输出信号；以及
处理器，所述处理器联接成接收来自所述第一磁场传感器的所述输出信号，所述处理器构造成：
选择所述第一磁场传感器的子集；以及
基于所述第一磁场传感器的所述子集的输出信号来确定磁体沿着所述路径的位置。
2.根据权利要求1所述的位置传感器系统，其中，所述子集包括所述第一磁场传感器中的两个第一磁场传感器，并且所述处理器构造成通过三角测量来确定所述磁体的所述位置。
3.根据权利要求2所述的位置传感器系统，其中，所述两个第一磁场传感器选择为使得所述磁体在所述路径上的位置位于垂直于所述路径的第一平面与第二平面之间，所述第一平面和所述第二平面分别包括所述两个第一磁场传感器中的第一个第一磁场传感器以及所述两个第一磁场传感器中的第二个第一磁场传感器。
4.根据权利要求2或3所述的位置传感器系统，其中，所述处理器构造成根据下列关系或其数学公式来执行所述三角测量：
x = B ( tan θ tan φ + tan θ )
其中：x为通过三角测量确定的所述位置，B为所述第一磁场传感器中的所述两个第一磁场传感器之间的距离，θ为与由所述两个第一磁场传感器中的第一个第一磁场传感器输出的方向对应的第一角度以及Φ为与由所述两个第一磁场传感器中的第二个第一磁场传感器输出的方向对应的第二角度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的位置传感器系统，其中，所述第一磁场传感器包括磁阻传感器。
6.根据权利要求1至5中的任一权利要求项所述的位置传感器，其中，所述处理器构造成：识别所述传感器中的最靠近所述磁体的一个或更多个传感器并且在所述第一磁场传感器的所述子集中包括所述传感器中的最靠近所述磁体的一个或更多个传感器。
7.根据权利要求6所述的位置传感器，包括多个第二磁场传感器，其中，所述处理器连接成接收来自所述第二磁场传感器的输出信号并且基于所述第二磁场传感器的输出信号来选择所述第一磁场传感器的所述子集。
8.根据权利要求7所述的位置传感器系统，其中，所述第二磁场传感器的输出信号表示检测到的磁场是否具有比阈值更大的强度。
9.根据权利要求8所述的位置传感器系统，其中，所述第二磁场传感器的输出信号为二进制信号。
10.根据权利要求7至9中的一项所述的位置传感器系统，其中，所述第二磁场传感器仅对一个磁场极性敏感。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的位置传感器系统，其中，所述第二磁场传感器包括霍尔效应传感器。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的位置传感器系统，其中，所述第一磁场传感器各自与所述第二磁场传感器中的一个第二磁场传感器配对。
13.根据权利要求12所述的位置传感器系统，其中，所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器中的对应者均位于总体上与所述路径成直角的线上。
14.根据权利要求12所述的位置传感器系统，其中，所述第一磁场传感器和所述第二磁场传感器中的对应者均位于垂直于所述路径延伸的一个平面中。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的位置传感器系统，包括模数转换器，所述模数转换器连接成使所述第一磁场传感器的输出信号数字化，所述模数转换器包括参考电压输入部，其中，所述参考电压输入部直接地或间接地连接至电源电压，使得所述电源电压中的波动造成所述参考电压中的相应波动。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的位置传感器系统，其中，所述第一磁场传感器构造成使得：
当所述第一磁场传感器在所述磁体的当前位置处位于垂直于所述路径的平面中时，所述输出信号具有特定值；以及
当所述第一磁场传感器在所述磁体的所述当前位置处不位于垂直于所述路径的平面中时，电源电压增大使所述输出信号朝向所述特定值或远离所述特定值改变并且电源电压减小使所述输出信号远离所述特定值或朝向所述特定值改变。
17.根据权利要求1所述的位置传感器系统，其中，所述处理器构造成根据下列关系来计算所述磁体的所述位置：
x＝A tanθ
其中，x为所述磁体沿着所述路径的位置，A为所述第一磁场传感器排与所述路径之间的垂直距离，以及θ为与所述第一磁场传感器中的一个第一磁场传感器的输出信号对应的角度。
18.根据权利要求1至17中的任一权利要求项所述的位置传感器系统，包括联接至所述磁体以使所述磁体沿着所述路径移动的致动器，其中，所述处理器构造成基于所计算出的所述磁体的位置来控制所述致动器。
19.根据权利要求18所述的位置传感器系统，其中，所述磁体安装至变速器中的换档装置，并且所述换档装置被强制移动为使得所述磁体在所述换档装置通过所述致动器移动时沿着所述路径移动。
20.一种与变速器组合的根据权利要求1至19中的任一项所述的位置传感器系统，其中，所述位置传感器系统设置成确定所述变速器的部件的位置并且设置成将表示所述部件的当前位置的位置信号提供至变速器控制器。
21.根据权利要求20所述的组合，其中，所述部件包括换档装置。
22.根据权利要求21所述的组合，其中，所述换档装置包括联接成使同步装置沿着轴移动的拨叉。
23.根据权利要求22所述的组合，其中，所述变速器控制器构造成响应于来自所述位置传感器系统的反馈来控制所述拨叉的运动。
24.一种用于监控变速器的部件的位置的根据权利要求1至17中的任一项所述的位置传感器的应用。
25.根据权利要求24所述的位置传感器的应用，其中，所述部件包括换档装置。
26.一种用于变速器中的换档装置的致动器，所述致动器包括：
杆；
一对缸盖，所述一对缸盖密封地且可滑动地设置在所述杆上，缸在所述缸盖之间延伸；
活塞，所述活塞在所述缸内固定至所述杆，所述活塞被密封至所述缸使得所述活塞将所述缸的内部分成位于所述活塞的相对两侧上的第一流体腔室和第二流体腔室；以及
换档装置构件，所述换档装置构件联接至所述缸。
27.根据权利要求23所述的致动器，包括位于所述换档装置构件上的磁体。
28.根据权利要求26或27所述的致动器，其中，所述换档装置构件包括拨叉。
29.根据权利要求26至28中的任一项所述的致动器，包括在所述杆中纵向延伸的第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道分别与所述第一流体腔室和所述第二流体腔室流体连通。
30.根据权利要求29所述的致动器，包括延伸穿过所述杆进入所述第一流体腔室和所述第二流体腔室中的径向通道，所述径向通道在与所述活塞间隔开的第一开口处进入所述第一流体腔室和所述第二流体腔室。
31.根据权利要求30所述的致动器，包括位于所述缸盖上的磨损环，当所述缸盖中的一个缸盖朝向所述活塞移位时，在该缸盖能够接触所述活塞之前，该缸盖上的所述磨损环覆盖相应的流体腔室中的所述第一开口。
32.根据权利要求31所述的致动器，包括在所述第一通道和所述第二通道与所述第一流体腔室和所述第二流体腔室中的相应的流体腔室之间延伸的额外的流体通道，所述额外的流体通道各自包括孔口和/或计量阀并且在从所述第一开口朝向所述活塞定位的第二开口处进入所述第一流体腔室和所述第二流体腔室。
33.根据权利要求26至32中的任一项所述的致动器，包括分别连接成将加压流体输送至所述第一流体腔室和所述第二流体腔室的第一阀和第二阀。
34.根据权利要求33所述的致动器，其中，所述阀为构造成根据控制信号来控制输送至相应的流体腔室的流体的压力的比例控制阀。
35.根据权利要求26至34中的任一项所述的致动器，包括引导机构，所述引导机构允许所述缸沿着所述杆的滑动运动但限制所述缸绕所述杆的旋转。
36.根据权利要求35所述的致动器，其中，所述引导机构包括接合在平行于所述杆延伸的键槽中的键。
37.根据权利要求26至36中的任一项所述的致动器，包括位于所述杆的每个端部处的配件，所述配件构造用于将所述杆附接至变速器的结构的两个部分中的每个部分，使得所述杆用作所述变速器的结构部件。
38.根据权利要求26至37中的任一项所述的致动器，其与根据权利要求1至19中的任一项所述的位置感测系统组合，其中，其位置通过所述位置感测系统确定的所述磁体安装成与所述缸一起移动。
39.一种用于感测磁体沿着路径的位置的方法，所述方法包括：
感测来自所述磁体的磁场在与所述路径间隔开以及沿着所述路径彼此间隔开的多个位置中的每个位置处的方向；
识别所述多个位置中的最靠近具有所述磁场的所述磁体的至少第一位置；以及
至少部分地基于所述磁场在所述多个位置中的所述第一位置处的所述方向来计算所述磁体沿所述路径的位置。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，确定所述磁场的所述方向包括确定所述磁体与位于所述位置中的所述第一位置处的基准线之间的角度。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述角度为从所述磁体延伸至所述位置中的所述第一位置的第一线与平行于所述路径的第二线之间的锐角。
42.根据权利要求41所述的方法，包括确定所述角度的正切值。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，计算所述磁体沿所述路径的位置包括利用如下关系来计算从所述位置中的所述第一位置的线性偏移量：
x＝a tanθ
其中，x为所述线性偏移量，A为所述第一距离，以及θ为所述角度。
44.根据权利要求40所述的方法，其中，所述角度为第一角度，并且确定所述磁场的所述方向包括确定所述磁体与所述位置中的第二位置处的基准线之间的第二角度。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，计算所述磁体沿所述路径的位置包括利用以下关系或其数学公式来计算从所述位置中的所述第一位置的线性偏移量：
其中，x为所述线性偏移量，B为所述多个位置中的所述两个位置之间的距离，θ为所述第一角度以及Φ为所述第二角度。
46.根据权利要求39至45中的任一项所述的方法，其中，感测所述磁场在所述多个位置处的所述方向包括接收来自分别位于所述多个位置处的多个磁阻传感器的输出。
47.根据权利要求46所述的方法，包括：
以电源电压为所述磁阻传感器供以电力；
在将参考电压提供至模数转换器的参考输入部的同时，利用所述模数转换器对所述磁阻传感器的输出采样；
x = B ( tan θ tan φ + tan θ )
其中，所述参考电压关联于所述电源电压。
48.根据权利要求39至47中的任一项所述的方法，其中，所述磁体安装至变速器中的换档装置，并且所述方法包括至少部分地基于所述磁体的位置来控制所述换档装置的位置和/或所述换档装置的运动。
49.一种包括如本文任何地方所描述的和/或附图中所描绘的任何新的、有用的和创造性的特征、特征的组合、或特征的子组合的设备。
50.一种包括如本文任何地方所描述的和/或附图中所描绘的任何新的、有用的和创造性的步骤、行为、步骤和/或行为的组合、或步骤和/或行为的子组合的方法。
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