CN105264273A - 用于控制线控换档变速器的方法和设备 - Google Patents

用于控制线控换档变速器的方法和设备 Download PDF

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Abstract

提供一种控制线控换档变速器的方法。该方法监视换档组件的设定，其从该变速器的齿轮速比设置选择档位。当换档组件的监视指示换档组件的当前定位是在期望档位的粗调窗口之外时，马达被激活以调整换档组件的设定。粗调窗口是以针对期望档位的名义目标位置为中心，同时在选择档位的可接受范围内。当换档组件的设定的监视指示该定位是在期望档位的细调窗口之内时，马达被切断。细调窗口也是以针对期望档位的名义目标位置为中心。细调窗口比粗调窗口更窄。

Description

用于控制线控换档变速器的方法和设备
背景
传统上车辆的变速箱中档位的改变是通过机械联动装置完成的。线控换档系统已经开发，其中变速器模式在没有任何机械联动装置的汽车中被使用/改变。然而，目前的线控换档设计自身没有很好地适宜于全地形/公用任务车(ATV/UTV)等。这些类型的车辆都受到苛刻的条件并在远程位置被使用。如果线控换档变速器在远程位置处排挡失败，汽车行业中使用的当前的线控换档变速器或分动箱中的设计将会需要在车辆可能被移动之前被拆开以脱离变速器或将变速器放置到空档。
对于上面叙述的原因以及下面叙述的其他原因，这对于本领域技术人员来说阅读和理解本说明书而将变得明显，有必要在现在技术中用于将自身适宜于ATV/UTV车辆的线控换档变速器。
发明内容
当前系统的上述问题由本发明的实施例解决，并将通过阅读和研究下面的说明书来理解。以下发明内容以举例的方式而不是通过限制的方式做出。它仅仅是被提供以帮助读者理解本发明的一些方面。
在一个实施例中，提供了一种控制线控换档变速器的方法。该方法监视根据变速器的齿轮速比对选择档位进行设置的换档组件的设定。在对换档组件的监视指示换档组件的当前设定是在期望档位的粗调窗口之外时马达被激活以调整换档组件的设定。粗调窗口(courseadjustmentwindow)以针对期望档位的名义目标位置为中心，同时处在选择档位的可接受范围之内。在对换档组件的设定的监视指示该设定是在期望档位的细调窗口之内时，马达被切断。细调窗口也以针对期望档位的名义目标位置为中心。细调窗口比粗调窗口更窄。
在另一个实施例中，提供了一种控制线控换档变速器的另一种方法。该方法包括针对变速器的每个档位建立用于换档组件的细调窗口和相关联的粗调窗口。细调窗口以针对选择档位的名义目标位置为中心。粗调窗口也以针对选择档位的名义目标位置为中心。粗调窗口比细调窗口更宽，但仍然在针对选择档位的可接受范围之内。换档组件的设定然后被监视。换档组件构造成从变速器的齿轮速比设置选择档位。当对换档组件的监视指示换档组件的当前设定是在期望档位的设置的粗调窗口之外时，马达被激活以调整换档组件的设定。此外，当对换档组件的设定的监视指示该设定是在期望档位的细调窗口之内时，马达被切断。
在进一步的又一个实施例中，提供了一种用于线控换档变速器的换档控制系统。换档控制系统包括换档组件、传感器、电马达和控制器。换档组件被构造以及布置成将变速器的齿轮速比放置在选择档位中。传感器用于感测换档组件的设定。电马达被耦合以改变换档组件的设定。控制器与传感器通信。所述控制器进一步可操作地耦合以选择性地激活电马达来改变换档组件的设定。控制器还被构造成在换档组件的当前设定是在针对期望档位设置的粗调窗口之外时选择性地激活电马达以改变换档组件的设定，以及在换档组件的当前设定是在针对期望档位设置的细调窗口之内时使电马达停用。其中，粗调窗口以针对期望档位的名义目标位置为中心并且在针对期望档位的可接受范围之内，且细调窗口也是以针对期望档位的名义目标位置为中心。细调窗口比粗调窗口更窄。
附图说明
当以详细描述以及以下附图的视角被考虑时，本发明可以更容易地理解且本发明的进一步的优点以及使用将更加明显，附图中：
图1是本申请的一个实施例的无级变速器(CVT)系统的侧面透视图；
图2是图1的CVT系统的变速箱的第一侧面透视图；
图3是图2的变速箱的第二侧面透视图；
图4A是未组装的图2的变速箱的局部第一侧面透视图；
图4B是示出图4A的剩余元件的未组装的变速箱的局部第二侧面视图；
图5A是本发明的实施例的变速箱的线控换档组件的第一侧面透视图；
图5B是图5A的线控换档组件的第二侧面视图；
图5C是图5A中所示的线控换档组件的局部剖面侧面视图；
图6是本发明的一个实施例的带有线控换档组件的齿轮组的局部剖视图的侧面透视图；
图7是本发明的一个实施例的换档鼓组件的未组装的侧面视图；
图8A是本发明实施例的线控换档组件的侧面视图，示出停车爪式离合器的爪式离合器齿与停车板的停车板齿啮合；
图8B是本发明实施例的线控换档组件的侧面视图，示出停车爪式离合器的爪式离合器齿与停车板的停车板齿不啮合；
图9A示出换档鼓组件的侧面透视视图，示出了在轨道内第一位置处换档凸轮和换档鼓壳体与换档拨叉定位销之间的相互作用；
图9B示出换档鼓组件的侧面透视视图，示出了轨道内第二位置处换档凸轮和换档鼓壳体与换档拨叉定位销之间的相互作用；
图9C示出换档鼓组件的侧面透视视图，示出了轨道内第三位置处换档凸轮和换档鼓壳体与档拨叉定位销之间的相互作用；
图10是另一个实施例的换档组件的侧面透视视图；
图11是图10的换档组件的后透视图；
图12是本发明的一个实施例的换档控制系统的框图；
图13A是本发明的一个实施例的目标窗口饼图；
图13B是本发明的一个实施例的鼓凸轮轨道曲线图；
图14是本发明的一个实施例的操作流程图；以及
图15A至15E是本发明的一个实施例的示出换档操作的目标窗口饼图。
与一般惯例相一致，各种描述的特征不是按比例绘制，而是绘制以强调与本发明相关的具体特征。参考字符贯穿整个图和文本表示相同的元件。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参照了附图，这些附图形成其一部分，并且其中通过图示的方式示出本发明可在其中实践的具体的实施例。这些实施例被足够详细地描述以使能本领域的技术人员实践本发明，并且应理解的是，其他实施例可以被利用，并且可以进行改变而不脱离本发明的精神和范围。下面的详细描述，因此，不被视为具有限制意义，并且本发明的范围只由权利要求书及其等价物限定。
本发明实施例提供一种经由通过来自操作输入设备而非机械联动装置的电信号进行控制的电动换档马达来变换齿轮速比范围的变速箱。在实施例中，手动机械超驰在电力故障或电动换档马达故障的情况下被提供。此外，在实施例中，弹簧加载的凸轮机构被提供用于停车齿轮。实施例还提供控制齿轮速比范围(高/低)以及方向(正转/反转)的混合传动系统。这种混合构造使范围和方向的分离控制成为可能。实施例还提供自动换档以在车辆掉电时停车。此外，一些实施例提供马达控制算法，其作为电子制动器以在防止不必要的马达起动/停止的同时保持适当位置。
参照图1，实现本申请的线控换档实施例的无级变速器(CVT)系统50的第一侧面透视图被示出。该示例性CVT系统50包括将会被耦合到马达(未示出)的曲轴的初级离合器600，耦合到线控换档变速箱组件100(变速箱100)的输入轴272的次级离合器630以及将初级离合器600的转动传递到次级离合器630的皮带620。如本领域已知的，初级和次级离合器600和630分别具有选择性地定位皮带620与各自的中心柱的选择距离以设置当前齿轮速比的可动滑轮。图2示出不带初级和次级离合器600和630的变速箱100的第一侧面透视图。变速箱100包括第一壳体部分102和第二壳体部分104。还在图2中示出的是在其中次级离合器630被耦合到提供输入转动的输入轴272。还示出的是带有脊122a的前输出轴122，一组件被耦合在其上，以提供到典型的四轮驱动车辆(未示出)的前轮的转动力。图2还示出花键孔182a。花键孔182a被用来传送到车辆(未示出)的后轮的转动。图3示出变速箱100的第二侧面透视图。在此视图中示出的是手动换档超驰激活头部420a，其被选择性地转动以超驰电子线控换档构造。这在下面进一步详细讨论。
一个实施例的变速箱100的未组装的视图在图4A和4B中示出。如上所述，变速箱100包括构成变速箱100的壳体的第一壳体部分102和第二壳体部分104。第一壳体部分102经由紧固件106被耦合到第二壳体部分104。对准销509被用来在附接期间将第一壳体部分102对准第二壳体部分104。变速箱100包括被容纳在壳体内的多个传动装置组件。具体地，传动装置组件包括前部输出组件120，第二轴组件200，第三轴组件150，第四轴组件160，后部输出组件180，换档拨叉组件240，输入组件270和换档组件300。这个实施例中的换档组件300是换档鼓组件300。壳体部分102和104被设计成相对于彼此将传动装置组件保持在选定位置处。例如，壳体104包括接收管557以接收前部输出组件120。壳体104还包括延伸到接收管557的第一齿轮孔530。第四轴组件160的轴162在第一齿轮孔530内被接收并且与输出组件120进行可操作的连通。壳体104还包括惰轮座532以保持第三轴组件150的球轴承159。壳体104还包括主座534以保持第二轴组件200的球轴承239。壳体104包括输入孔536。输入组件270的输入轴272通过输入孔536延伸。密封件524被接收在输入孔536内。壳体104还包括后部输出组件孔522。后部输出组件180的轴承186和密封件512被接收在后部输出组件孔522中。壳体部分104还包括保持换档拨叉组件240的端部的换档拨叉座537以及保持换档鼓组件300的端部的换档鼓座538。第一壳体102具有相似的特征以将传动装置组件保持在适当位置处，这样他们可以可操作地彼此连通。例如，第一壳体组件102还包括后部输出组件孔520以接收后部输出组件180的轴承184和密封件510。
输出组件120包括，在其上安装有承载架124、齿轮137、球轴承126、138、垫圈139、保持环134、140、填隙片128和132、保持环130以及唇形密封件136的前输出轴122。第三轴组件150包括齿轮152、垫圈156、保持环158以及球轴承154及159被安装在其上的第三轴151。第四轴组件160包括在其上安装有球轴承166及176、保持环174、齿轮170以及垫圈172的第四轴162。与第四轴组件160还被包括的是轴承罩168，其被接收在第四轴162上并且被设计成经由紧固件178被附接到第二壳体部分104的内表面以覆盖轴承166。轴承166被接收在围绕壳体部分104的内表面中的第一齿轮孔530的轴承座531中。后部输出组件180包括齿轮182。轴承184和186安装在齿轮182的中心柱的相对两侧。轴承184和186被接收在围绕各自的壳体部分102和104的第二齿轮组件孔522以及第二齿轮组件孔520的座中。第二轴组件200包括在其上安装有低齿轮204、滚针轴承206、220及232、垫圈208、222、230及236、保持环210、224、228及238、停车换档爪212、球轴承214及239、带有链条218的链轮216、啮合爪226以及齿轮234的第二轴202。换档拨叉组件240包括换档拨叉导轨242，在其上安装了一对换档拨叉250和256，该对换档拨叉啮合各自的停车换档爪212和第二轴组件200的啮合爪226。换档拨叉导轨242上还装有保持环246和262、杯状垫圈244和260、压缩弹簧248、252、253和258，和换档套筒254。本实施例的输入组件270包括在其上安装有轴承274及276，以及套箍278的输入轴272。换档鼓组件300包括换档鼓302。换档鼓302包括换档鼓壳体301，其带有换档鼓柱301a，在其上安装有带有换档凸轮弹簧322的弹簧加载的换档凸轮320、保持环326以及垫圈324。在这个实施例中，换档鼓组件300包括角度位置传感器以确定换档鼓302的角位置(换档鼓302的设置)。此外，在这个示例实施例中，使用了霍尔效应位置传感器部件。特别是，安装到换档鼓的端部的是保持磁体330的非铁的衬套328。如图4A所示，霍尔效应转动位置传感器511a被安装在靠近磁体330处。霍尔效应转动位置传感器在这个实施例中经由紧固件513安装。如下面讨论的，传感器电线511被耦合到控制器，以监视换档鼓壳体301(即换档组件的设定)的角度取向。虽然，霍尔效应位置传感器被示出，也可以使用本领域公知的其他类型的位置传感器。此外，虽然在上述的霍尔效应型系统中磁体330安装在衬套328上，其他构造，例如但不限于，内部地在换档鼓壳体301之内集成磁体，将磁体安装在换档鼓壳体301上，以及实现在转子的构造中的磁体以便随着鼓壳体301该转子的转动被考虑。下面提供换档鼓组件的详细讨论。
参照图4A，第一后部安装支架106被安装在第一壳体部分102上且第二后部安装支架108经由紧固件110被安装在第二壳体部分104上。变速箱100包括被可操作地耦合以监视变速箱的部件以便确定速度的速度传感器112。这个实施例中，速度传感器112经由O形环113以及紧固件119的构造被耦合至第一壳体部分。通气管道121用来给壳体通气。第一壳体部分102还包括容纳下面所讨论的齿轮组431的外腔103。第一马达罩114被设计成经由紧固件115覆盖外腔103。对准销123被用来将第一马达罩114相对于第一壳体部分102对准，以覆盖外腔103。第一马达罩114包括电马达400被接收在其中的马达腔111。线束支架109被耦合到第一马达罩114。第二马达罩116然后被经由紧固件117耦合，来覆盖马达腔111。手动换档超驰构件420穿过第二马达罩116、第一马达罩114以及第一壳体部分102中的孔以啮合换档鼓组件300。如在下面进一步详细讨论的，手动换档超驰构件420包括构造为被操作以超驰电动换档机构的操作头部420a。手动换档超驰构件420还包括靠近第二端部的外部花键420b和靠近外部花键420b的释放部分420c。手动换档超驰构件420的释放部分420c的直径小于外部花键420b部分的直径。进一步安装在手动换档超驰构件420上的是垫圈430、保持环432、超驰偏置构件434以及可解耦合的换档齿轮436。定位在外腔103之内的是第一齿轮组轴438，在其上安装有密封件440、轴承444以及第一齿轮442及第二齿轮446。第一齿轮组轴438被耦合到马达400。也定位在外腔103之内的是在其上安装有第三齿轮452、第四齿轮454以及相应的轴承456的第二齿轮组轴450。在图4A中还示出的是可螺纹地阻塞第一壳体部分102中的输出端口(未示出)的插头502，以及可螺纹地阻塞第二壳体部分104中的输出端口503的插头504。此外，停车板506经由紧固件507被耦合到第一壳体部分102。
图5A和5B示出不带壳体的变速箱100的线控换档部件的第一和第二侧面透视图。该部件包括换档鼓组件300、换档马达400、手动换档超驰构件420、换档拨叉组件240以及第二轴组件200。图5A和5B示出这些组件如何在工作时彼此连通。换档鼓组件300包括带有壳体301的换档鼓302。弹簧加载的换档凸轮320的端部表面和壳体301的端部表面形成在其中第一换档拨叉250(或停车换档拨叉250)的换档拨叉定位销250a被接收的第一换档拨叉槽304(或停车换档拨叉槽304)。壳体301还具有在其中换档套筒254的换档套筒定位部分254a被接收的换档套筒槽306。换档鼓壳体301还包括在其中第二换档拨叉256的换档拨叉定位销256a被接收的第二换档拨叉槽308。槽304、306和208(或通常地凹槽导向装置)中每一个的形状被成形为选择性地移动相应的第一换档拨叉250、换档套筒254和第二换档拨叉256到期望位置来在换档鼓组件300转动时改变变速器100的齿轮速比。即，换档拨叉250和256和各自的爪式离合器212和226由换档鼓302移动。换档鼓齿轮组431被用于转动换档鼓302。换档鼓齿轮组431包括如以上所讨论的齿轮442、446、454、452和436。在正常操作中，与换档鼓齿轮组431操作的连通的马达400转动换档鼓302以选择性地移动换档拨叉250和256和第二轴组件200的换档套筒254以便改变变速箱100的齿轮速比。在实施例中，手动换档超驰构件420被构造成在需要时超驰马达400。在实施例中，上述的弹簧耦合机构不仅用于停车齿轮也用于变速箱组件100的所有齿轮。
图5C示出图5A的剖视图。此剖视图示出换档鼓壳体301包括内部花键331，其啮合手动换档超驰构件420上的外部花键420b。此连接将手动换档超驰构件420的转动锁定到换档鼓302的转动。可解耦合的换档齿轮436经由外部花键420b被选择性地耦合到手动换档超驰构件420。特别是，可解耦合的换档齿轮436包括内部齿轮花键436a，其选择性地啮合手动换档超驰构件420上的外部齿轮花键420b。定位在垫圈430/保持环432和可解耦合的换档齿轮436(最佳地示出在图5C中)之间的偏置构件434对可解耦合的换档齿轮436进行偏置以啮合手动换档超驰构件420的外部花键420b。如图6的局部剖视图所示，可解耦合的换档齿轮436啮合齿轮451。齿轮451也是齿轮组431的部分。还示出在图6中的是定位在第二齿轮组轴450上的齿轮454和452之间的齿轮455。齿轮446经由衬套444跨在第一齿轮组轴438上。齿轮442耦合到第一齿轮组轴438。齿轮442和446分别与第二齿轮组轴450的齿轮454和455啮合。在一个实施例中，齿轮455和454是被可操作地耦合在一起的齿轮块。同样地，452和451可以是可操作地耦合在一起的齿轮块。当马达400被激活时，齿轮组431移动可解耦合的换档齿轮436，该可解耦合的换档齿轮436耦合到手动换档超驰构件420，该手动换档超驰构件420转而转动地被锁定到换档鼓302。如果需要变速箱100的换档的手动超驰，手动换档超驰构件420的操纵头部420a被推入到换档鼓壳体301中，对抗偏置构件434的偏置力。这将可解耦合的换档齿轮436的内部齿轮花键436a从手动换档超驰构件240的外部齿轮花键420b解啮合，并且将可解耦合的换档齿轮436定位在手动换档超驰构件240的释放部分420c(最佳地示出在图5C中)。这将手动换档超驰构件420的齿轮组431解啮合。手动换档超驰420然后可以被转动以将换档鼓302转动到期望的方向以便改变变速器100的齿轮速比。
线控换档系统的实施例使用小的低重量和低成本的提供快速的换档周期时间的电马达。此外，具有大的减速齿轮比的相对高的rpm马达被用来实现在换档鼓的适当rpm。齿轮比的组合，齿轮组内的效率损失和转动马达的轴438所需的扭矩，使得难以，如果不是不可能的话，从换档鼓机构反向驱动系统而不像上面所描述的从换档鼓300关掉马达400。因此，在没有手动超驰系统的情况下，如果车辆失去动力，操作员将被困在变速箱100在动力损失的时间所在的任何齿轮速比中。如果车辆是在“停车”中，车辆将会不能被拖曳因为车轮将会被由变速箱100锁定。在传统的线控换档系统中，变速器将会必须被拆卸以便手动地通过转动换档凸轮系统来变换齿轮。上面描述的手动超驰机构允许操作员将换档鼓302从电马达400和相关联的齿轮组431解啮合以手动地换档变速箱100。
变速箱100中的组件120、150、160、180、200、240以及270的结构的另一个优点是，它提供一种变速箱100，其不仅改变齿轮比，也改变齿轮速比范围(高/低)和方向(前向/反向)两者。因此，变速箱100提供典型的汽车传动系的布局的混合，其中前向齿轮比和方向(前向/反向)将会由变速器来改变且齿轮速比范围(高/低及/或2wd/4wd)将会由分动箱来改变。ATV/UTV应用中的变速箱组件典型的CVT驱动传动系基本上以自动汽车/卡车应用中发现的分动箱为功能，但必须合并汽车不具有的倒挡，因为它们有独立的变速器以提供那个功能。
在实施例中，停车齿轮通过可操作地连接到变速箱壳体来锁定变速箱轴以防其转动。这可以使用爪式离合器来实现，该爪式离合器支撑在锁定到接地到壳体或经由爪接地到壳体的会合离合器板，该会合离合器板将爪式离合器啮合在轴中的一个之上。由于爪式离合器换档的性质，将有一个换档到停车但齿不一字排开的时间，防止零件掉入全互联。它们将坐在“阻塞”或“顶部到顶部”条件。在使用纯粹的机械换档的情况下，可以利用弹簧加载的制动器来保持对换档机构的预载荷，使得只要车辆滚动少量且齿空间一字排开，零件将完成换档并掉入全互联。在使用电动力的换档机构的情况下，马达400正试图为每个齿轮将换档凸轮组件300转动到特定的角度位置，然后关闭。在电动换档构造的情况下，如果爪式离合器212在移入停车的同时陷入阻塞状态，则不能依靠弹簧加载的制动系统来完成换档，因为那将会意味着制动将会需要一旦零件一字排开就能够反向驱动电马达齿轮组，由于比、效率以及马达自由扭矩，这并不总是可能的。要完成换档，电马达将会需要保持通电以给予稳定力矩，直到有爪式离合器齿之间的相对运动，以便实现啮合接合。这是不期望的，因为它将使马达停转，导致热量以及浪费的电消耗。虽然，有可能将马达和相关联的布线设置为大尺寸而消散足够的热量以防止失速，不期望的成本以及重量的惩罚将产生。本发明的一个实施例利用弹簧加载的换档凸轮320，它是从换档鼓302的分离件，来解决这个问题。它允许(弹簧间接\直接耦合出)功能。如果停车爪陷入阻塞状态，换档马达可以转动换档鼓到它的目标角位置并关闭。随着换档鼓302转动，扭转弹簧322保持在换档凸轮320上的扭转预载荷，使得换档凸轮片320a被使用一些预载荷力量保持在靠着表面303a。一旦车辆略微转动，允许爪式离合器啮合，则换档凸轮完成换档。换档凸轮320的直接耦合出特征允许电马达400直接将爪式离合器移动出啮合，而无需通过弹簧施加功。对于具有多个齿轮速比范围的变速箱，典型地有在换档凸轮机构(换档鼓)处可用的转动的有限量。对于电马达致动换档鼓，为了保持马达的尺寸、重量以及成本的降低，期望在换档鼓凸轮轨道中得到尽可能多的机械优势。如果对两个方向(进入和退出齿轮)简单地对换档凸轮320施加弹簧负荷，将会必须允许对于停车齿轮位置的更多的角度转动，这将会伤害最大化转动对机械优势的目标。如果移出停车和负载条件产生的试图保持停车爪式离合器啮合的摩擦，扭转弹簧将会需要先卷起直到线圈绑定，此时它将会像坚实的连接部那样起作用，该坚实的连接部然后将会开始将换档拨叉/爪式离合器移出啮合。一旦换档完成并且爪式离合器处于完全啮合，它们不能弹出，因为凸轮轨道阻塞拨叉移动。
参照图7，换档鼓组件300的未组装的侧面透视被示出。如上面所讨论的以及图7中所示，换档鼓组件300包括具有换档鼓壳体301的换档鼓302。换档鼓壳体301包括换档鼓柱301a。弹簧加载的换档凸轮320围绕换档鼓柱301a被接收。壳体301的换档鼓柱301a内形成的是弹簧保持孔301b。换档鼓壳体301还包括被定位在靠近换档鼓柱301a处的换档鼓窗口301c。换档凸轮320包括被定位在换档鼓壳体301中的换档鼓窗口301c内的换档凸轮片320a以及弹簧保持槽320b。换档凸轮弹簧322包括接收在换档凸轮320的弹簧保持槽320b中的第一端部322a以及接收在换档鼓柱301a中的弹簧保持孔301b中的第二端部322b。
图8A和8B示出换档鼓组件300、马达400、换档拨叉组件240以及第二轴组件200的侧面视图。图8A示出与停车板506的停车板齿506a啮合的停车爪212的爪式离合器齿212a。图8B示出未与停车板506的停车板齿506a啮合的停车爪212的爪式离合器齿212a。如上所述，停车板506被接地到壳体102。图9A-9B示出当停车爪式离合器212的爪式离合器齿212a不与停车板506的停车板齿506a啮合时，在换档鼓组件300的轨道304中的停车换档拨叉250的换档拨叉的定位销250a的位置以及在换档鼓壳体301的窗口301c中的换档凸轮320的换档凸轮片320a。参照图9A，停车拨叉槽304包括通常垂直于换档鼓壳体301的轴的第一部分304a，通常与第一部分304a成一定角度延伸的第二部分304b(或斜坡部分304b)，以及通常也垂直于换档鼓壳体301的轴的第三部分304c。第三部分304c从第二部分304b延伸。当齿506a和212a在阻塞位置时(当放置在停车未啮合或另一选择齿轮速比时)，停车换档拨叉250的换档拨叉的定位销250a是在示于图9A中的阻塞位置。在阻塞位置，换档拨叉的定位销250a不与停车拨叉槽304的第一部分304a对准。经由换档凸轮弹簧322施加在换档凸轮320上的扭矩引起换档凸轮片320a初始地被偏置靠着窗口301c的第一侧壁部303a，也如图9A中所示。随着换档鼓壳体301被由或者从电动换档马达400施加的扭矩或者经由从手动换档超驰420的扭矩而转动，该扭矩对抗由换档凸轮弹簧322经由啮合换档拨叉定位销250b的坡道部304b提供的偏置扭矩，允许换档鼓壳体301相对于换档凸轮320转动。如图9B所示的，当这种情况发生时，换档凸轮320的换档凸轮片320a自由地在换档鼓壳体301的窗口301c中向第二侧壁移动。这种相对运动产生在换档凸轮弹簧322中的附加的扭转预载荷，并允许换档鼓301到达其目标角位置(在本实施例中为停车)，即使换档凸轮320和换档拨叉定位销250a没有。换档系统现在处于预载荷状态。如果车辆略微转动，在车轮的转动将会导致停车爪式离合器212和停车板506之间的相对运动，这又允许齿212a和506a啮合。对于停车齿轮之外的应用，在爪式离合器的相对运动可能来自从油门的应用的输入轴的转动或者由于车辆转动的车轮的转动。当齿212a和506a对准以允许如图8A所示的啮合时，换档凸轮320转动回其如图9A所示的初始位置，并且换档拨叉的定位销250a被朝向其最终位置304a推上换档凸轮320的倾斜表面。如图9C所示的，一旦换档拨叉的定位销250a与停车换档拨叉槽304的第一部分304a对准，来自换档凸轮弹簧322的偏置力转动换档凸轮320，所以换档凸轮片320a再次啮合换档鼓壳体301的窗口301c的第一壁303a。当变速箱100被移出停车，马达400转动换档鼓302。因为换档凸轮片320a啮合壳体301的窗口301c中的第一壁303a，换档凸轮320随换档鼓302转动，而不使用换档凸轮弹簧322(直接耦合出来)。这将换档拨叉250的换档拨叉的定位销250a移出停车换档拨叉槽304的第一部分304a并且移入停车换档槽的第三部分304c中，这又移动停车换档爪212以将变速箱100的齿轮速比移出停车。如上所讨论的，这个功能被称为“直接耦合出来”，因为它不要求使用换档凸轮弹簧。在实施例中，窗口301c的角宽度与将换档拨叉的定位销250a从图9A中所示的阻塞位置移动到图9C中所示的被定位的齿轮中的位置所需要的角行程一样大或更大。
图10和11示出实现平盘凸轮代替如上所述的换档鼓的换档组件的另一实施例。图10和11的换档组件(换档凸轮盘的凸轮组件900)包括换档凸轮盘908。换档凸轮盘908包括换档切口通路引导件907a和907b，其充当上面所讨论的换档鼓组件300的换档鼓302的换档拨叉槽304和308。例如，换档拨叉930的换档拨叉销部930a被接收在换档切口通路907a中。停车换档拨叉932的销(未示出)将会被接收在换档切口通路907b中。换档拨叉930可滑动地安装在类似于如上所述的换档轴242的第二换档轴942上。安装在第二换档轴942上的换档拨叉偏置构件933偏置换档拨叉930。这个实施例中，换档拨叉930啮合可滑动地安装在输入轴912的换档爪913。在这个实施例中，还示出为被安装在输入轴912上的是轴承971、972，齿轮915和链轮971。
链轮971是转动的，经由链961耦合到链轮960。链轮960被安装在第二轴970上。还安装在第二轴970上的是将会接收在各自的容置座(未示出)中的轴承962和950。另外的齿轮952、954、956和停车锁定齿轮958也被安装在第二轴970上。停车锁定齿轮958包括被定位在停车齿轮齿958a之间的保持槽958b。盘凸轮组件900还包括停车爪920。停车爪920具有设计以适应停车锁定齿轮958的保持槽958b以锁定停车中的变速箱100的第一端部920a。停车爪920还具有可转动地安装在停车爪轴942上的中部920b。安装在停车爪轴922上的爪偏置构件924偏置停车爪920，使得停车爪920的第一端部920a被偏置出停车锁定齿轮958的保持槽958b。此外，停车换档拨叉932被构造以及布置成选择性地将停车锁定齿轮958对准停车爪920。停车坡道从换档凸轮盘908的表面911延伸。停车爪920的第二端部920c在换档凸轮盘908转动时选择性地啮合换档凸轮盘908的停车坡道911。停车坡道911在停车爪920的第二端部920c上施加力以对抗爪偏置构件924的偏置力。作为结果，停车爪920的第一端部920a被接收在停车锁定齿轮958的保持槽958b中，这将变速器锁定在停车中。变速器将保持锁定在停车中，直到换档凸轮盘908转动。停车坡道911特征可以是经由弹簧连接到换档凸轮盘908以提供与上述圆柱形换档鼓组件类似的功能的独立部分。
换档凸轮盘908由换档凸轮盘换档轴904转动。被锁定随换档凸轮盘换档轴904的转动而转动的换档齿轮构件905包括换档齿轮齿905b，其与在换档凸轮盘908的中心定位位置的轴909上的换档凸轮盘齿903相配合。耦合到位置轴909的是构造为感测变速箱100的当前齿轮速比位置的位置传感器912。该实施例进一步示出经由紧固件911安装到换档凸轮盘换档轴904的钟形曲柄902以及制动柱塞组件906。钟形曲柄902的转动改变齿轮速比。制动柱塞组件906可操作地耦合到位置轴909以，如果需要，调整换档组件900的档位设置。如上述讨论的，在实施例中，耦合到换档盘908的斜坡特征911提供与移进以及移出变速箱100的齿轮的换档凸轮320布置类似的功能。
参照图12，一个实施例的换档控制系统600的方框图被示出。如图所示，换档控制系统600包括被耦合成从位置传感器606接收信号的控制器602。控制器602(在实施例中的引擎控制单元)利用存储在其存储器604中以控制马达400的制动控制算法。在实施例中，该系统接收来自操作员的换档命令之后，马达400是在控制器602的控制下通电以驱动换档鼓302到特定角度的目标位置，它保持在该目标位置，直到随后的通过操作员的换档发生。也示于该方框图中的是输入端610(1-n)。车辆的操作员使用输入端610(1-n)以传送信号到控制器602以便换档。实施例的电动换档构造使得有可能具有多个输入端610(1-n)。例如，可以有独立的输入端(开关，控制杆，转盘，按钮等)来选择不同的齿轮速比范围及或功能。特别是，实施例允许被优化用于车辆的特定市场的不同的操作员换档方案。例如，这将允许“方向功能”和“齿轮速比范围功能”来在多个操作员设备之间进行分割。第一输入端610-1可以被使用以在高、低和停车范围之间进行选择且第二输入端610-2可以被使用以在前向和反向之间进行选择。此外，输入端610(1-n)可以包括车辆输入端，例如但不限于，控制器602使用来确定何时换档的地面速度，引擎速度，油门位置等。
控制器602可以在数字电子电路中实现，或者使用可编程处理器(例如，专用处理器或诸如计算机等通用处理器)固件、软件或者它们的组合。实施这些技术的装置可以包括适当的输入及输出装置，可编程处理器，以及有形地实施用于由可编程处理器执行的程序指令的存储介质604。实施这些技术的过程可以由执行指令程序的可编程处理器执行以便通过操作输入数据并产生相应的输出来执行期望功能。这些技术可以有利地在可在包括至少一个被耦合以从数据存储系统接收数据及指令以及向数据存储系统发送数据及指令的可编程处理器、至少一个输入设备和至少一个输出设备的可编程系统上执行的一个或多个程序中实现。通常，处理器将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。适合于有形地实施计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，包括以举例的方式，诸如EPROM，EEPROM和闪存设备等半导体存储器设备；诸如内部硬盘和可移动盘等磁盘；磁-光盘；以及CD-ROM盘。任何前述可以通过，或者被并入，专门设计的应用专用集成电路(ASIC)来补充。
如以上所讨论的，实施例使用控制算法以确定在它达到选择档位的目标位置时何时关掉马达400。由于机械惯性以及电子控制器602的反应时间，在停止位置有一些公差。因此，可接受的公差窗口被应用。即使有针对目标的相当宽的窗口，但是，有一种可能性，即，马达将在目标窗口的边缘停止。鼓302的最轻微的机械运动或电信号漂移/噪声可能导致系统被视为从目标窗口出来。这将会导致马达400暂时地通电以便使鼓302微动非常小的量。马达400最终可能会抖动(打开，关闭，打开，关闭，等等)，如果它最终就坐在目标位置的边界。问题是如何在车辆受到振动的同时保持机械部件处于一定位置。虽然机械的，弹簧加载的制动系统可以被使用，但它将会增加对整个系统的部件和成本。为了帮助减少马达的尺寸和成本，马达的占空因数中的电流消耗需要在换档事件期间被最小化。“抖动”可以导致车辆电系统上的不期望的负载周期，噪声，发热以及电流消耗。如上述讨论的，本发明的实施例使用电子制动控制算法以解决这个问题。特别是，实施例使用电马达400和位置控制算法以防止不必要的抖动以及充当电子制动器。
参照图13A，实施例的目标窗口饼图620被示出。饼图620表示凸轮轨道304、308的“挂档(in-gear)”部分的角位置和大小。目标窗口包括以名义目标为中心的窄窗口的细调窗口624。目标窗口还包括也以名义目标为中心的更宽窗口的粗调窗口622。细调窗口624和粗调窗口622之间的跨度是足够大的，使得换档装置(诸如上面讨论的换档鼓组件300或换档凸轮盘组件900)的小机械运动或小的电信号变化将处于这两个限制之间。粗调窗口622的总宽度比凸轮轨道“平坦”(即是在针对其选择档位的可接受范围内)的换档鼓“挂档”宽度更窄。在实施例中，随着马达400驱动换档组件到目标位置，位置传感器606将首先看到换档组件的设定经过粗调窗口622的边缘，然后最终看到换档组件的设定进入细调窗口624。一旦细调窗口624已经被达到，实现控制算法的控制器602命令马达400关闭。控制算法不会告诉马达400打开以校正换档组件设置(由于机械运动或电信号噪声，直到与目标的偏差大到足以落到粗调窗口622之外。这防止控制器602不断循环马达的打开和关闭(抖动)，以便处理控制信号中换档组件的小的机械运动或小的电噪声。图13B示出鼓凸轮轨道曲线图630，其描绘出展开平面图案中的换档鼓组件300的换档鼓302的换档鼓凸轮轨道304和308的中心线。粗调窗口622的角跨度少于凸轮轨道308的挂档部分636(范围)的宽度。凸轮轨道304和308的每个“平坦”部分是拨叉/爪式离合器250、256、212、226保持在特定的齿轮的地方。
图14示出一个实施例的操作流程图700。该过程开始于操作员选择新的齿轮位置(702)。一旦新的齿轮位置已被选择，马达控制单元602检查来自鼓位置传感器606的鼓位置信号，并且确定马达需要运行以获得期望的新的齿轮位置(704)的方向。马达400在期望方向转动换档组件。位置传感器606提供角位置反馈(706)。从位置传感器606接收信号，引擎控制单元602监视换档组件624朝向名义目标(607)穿过粗调窗口的边界的设定。一旦引擎控制单元602观察到换档组件的设定穿过细调窗口624的边界，引擎控制单元602停止马达400(714)。随后，如果换档组件设定(诸如换档鼓302的位置)由于振动无意中转动少量，或者引擎控制单元602检查到电信号中的轻微变化，引起引擎控制单元602观测到它已经移出细调窗口624但仍在粗调窗口622内运动，引擎控制单元602保持马达关闭(714)。如果换档鼓302无意中转动足够多以移动经过粗调窗口622的边界，引擎控制单元602命令马达400转动换档鼓302向后朝向名义目标位置(714)。一旦鼓已再次达到细调窗口624，马达400关掉(716)。然后系统继续在(712)监视换档鼓的位置(即换档组件的设定)。
图15A到15E示出具有名义目标位置802的目标窗口饼图800以及实施例中的制动控制算法如何工作。图15A表示，在换档到新的目标位置的新的命令被提供时的目标窗口饼图80。马达400打开以转动换档鼓302，以便换档部件的名义目标位置802是在目标窗口内。图15B示出名义目标位置802现在是在粗调窗口804内，但还没有达到细调窗口806，因此马达400继续驱动。图15C示出名义目标位置802已达到细调窗口806，因此马达400关闭。图15D示出其中换档鼓302由于振动转动的情况，但仍然是在粗调窗口804内。在这种情况下，马达400保持关闭。图15E示出换档鼓302已转动足够落到粗调窗口804之外的地方。在这种情况下，马达400将会由控制器602打开，以便轻推换档鼓302的位置回到细调窗口806内。
尽管具体实施例已在本文中被示出和描述，本领域的普通技术人员将理解的是，被计算以实现相同目的的任何布置，可以被代替用于所示的具体实施例。本申请意在覆盖本发明的任何修改或变化。例如，针对一些驱动线的变速器以及传动装置系统可能不需要手动超驰“停车齿轮”。因此，显然本发明旨在仅由权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种控制线控换档变速器的方法，所述方法包括：
监视换档组件的设定，该换档组件的设定根据所述变速器的齿轮速比设置选择档位；
当对所述换档组件的监视指示所述换档组件的当前设定在期望档位的粗调窗口之外时，激活马达以调整所述换档组件的设定，所述粗调窗口以针对所述期望档位的名义目标位置为中心，同时在所述选择档位的可接受范围内；以及
当对所述换档组件的设定的监视指示所述设定是在所述期望档位的细调窗口之内时，切断所述马达，所述细调窗口也是以针对所述期望档位的所述名义目标位置为中心，所述细调窗口比所述粗调窗口窄。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
当新的档位被选择时，激活所述马达以改变所述换档组件的设定；以及
一旦所述换档组件的设定指示它在所选择的新的档位的细调窗口之内，切断所述马达。
3.如权利要求1所述的方法，其中，调整所述换档组件的设定还包括：
使用所述马达转动所述换档组件的至少一部分。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
如果所述换档组件的设定指示所述细调窗口已经被超过，反转所述换档组件的至少一部分的转动方向。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
为每个档位建立细调窗口和粗调窗口。
6.如权利要求1所述的方法，其中，监视所述换档组件的设定还包括：
使用构造并布置成读取所述换档组件的至少一部分的位置的位置传感器来产生信号；以及
使用控制器处理所述位置传感器的所产生的信号来确定所述换档组件的当前设定。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
使用所述控制器控制所述马达的操作。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
使用与所述控制器通信的至少一个输入端，选择所述线控换档变速器的齿轮速比。
9.一种控制线控换档变速器的方法，所述方法包括：
针对所述变速器的每个档位建立用于换档组件的细调窗口和相关联的粗调窗口，所述细调窗口以针对选择档位的名义目标位置为中心，所述粗调窗口也以针对所述选择档位的所述名义目标位置为中心，所述粗调窗口比所述细调窗口宽但仍处于针对所述选择档位的可接受范围内；
监视所述换档组件的设定，所述换档组件构造成根据所述变速器的齿轮速比设置选择档位；
当对所述换档组件的监视指示所述换档组件的当前设定是在期望档位设定的所述粗调窗口之外时，激活马达以调整所述换档组件的设定；以及
当对所述换档组件的设定的监视指示所述设定是在所述期望档位的所述细调窗口之内时，切断所述马达。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
当新的档位被选择时，激活所述马达以改变所述换档组件的设定；以及
一旦所述换档组件的设定指示它是在所选择的新的档位的细调窗口之内，则切断所述马达。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
确定何时所述换档组件的设定是在所述细调窗口之内。
12.如权利要求11所述的方法，其中，确定何时所述换档组件的设定是在所述细调窗口之内还包括：
监视何时所述换档组件的设定经过针对新的档位的细调窗口的边界。
13.如权利要求9所述的方法，其中，监视所述换档组件的设定还包括：
使用被构造并布置成读取所述换档组件的至少一部分的位置的位置传感器来产生信号；以及
使用控制器处理所述位置传感器的所产生的信号来确定所述换档组件的当前设定。
14.如权利要求9所述的方法，还包括：
一旦使用所述线控换档变速器的车辆掉电，将所述线控换档变速器放置在停车档位中。
15.一种用于线控换档变速器的换档控制系统，所述换档控制系统包括：
换档组件，其构造并布置成将所述变速器的齿轮速比放置在选择档位中；
传感器，其感测所述换档组件的设定；
电马达，其被耦合以改变所述换档组件的设定；以及
控制器，其与所述传感器通信，所述控制器还可操作地耦合以选择性地激活所述电马达以便改变所述换档组件的设定，所述控制器还被配置为当所述换档组件的当前设定是在针对期望档位设置的粗调窗口之外时选择性地激活所述电马达以便改变所述换档组件的设定，以及当所述换档组件的当前设定是在针对所述期望档位设置的细调窗口之内时使所述电马达停用，其中，所述粗调窗口是以针对所述期望档位的名义目标位置为中心且在针对所述期望档位的可接受范围之内，并且所述细调窗口也是以针对所述期望档位的名义目标位置为中心，所述细调窗口比所述粗调窗口窄。
16.如权利要求15所述的换档控制系统，还包括：
至少一个用户输入端，其与所述控制器通信以选择所述变速器的档位。
17.如权利要求16所述的换档控制系统，其中，所述至少一个用户输入端还包括：
选择范围档位的第一输入端；以及
选择方向档位的第二输入端。
18.如权利要求15所述的换档控制系统，其中，所述换档组件还包括换档鼓组件和换档凸轮盘组件中的一个。
19.如权利要求18所述的换档控制系统，其中，所述换档组件包括还包括换档鼓组件，该换档鼓组件包括；
换档鼓，其具有至少一个槽引导件，所述至少一个槽引导件具有选定轮廓；以及
换档凸轮，其可操作地耦合到所述换档鼓，所述换档凸轮被配置并布置成不用所述电马达的辅助而完成换入一档位。
20.如权利要求15所述的换档控制系统，其中，所述控制器还被配置为在使用所述变速器的车辆掉电时激活所述换档组件以便将所述变速器放置在停车档位中。
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