CN1078945A - 强化半自动机械变速系统 - Google Patents

Abstract

一种半自动地执行机械变速系统的人工或自动 选择换高速和换低速挡的控制系统/方法。包括中 央处理装置。该装置接收输入轴和输出轴的输入信 号，接收来自驾驶员控制台的输入信号，并按照预定 的逻辑规则处理这些信号以给变速器促动器发出指 令输出信号，和给一个非人工可操作的主摩擦离合器 控制器发出指令输出信号以执行变速器换空挡，然后 根据变速器的一个人工完全同步执行选择的换挡。

Description

本发明涉及车辆半自动机械变速系统，特别涉及那种具有部分自动执行一种人工或自动选择机械传动齿轮速比换挡的半自动机械变速系统。该种变速系统转让给本申请受让人的美国专利5053961和5053962中。更具体地说，本发明涉及具有由系统控制装置控制的离合器促动器那种类型的半自动变束系统。

测量节流孔或位置，车辆速度，发动机速度等和相应地自动变换车辆传动，用于诸如重型卡车和载重汽车的重型车辆的全自动变速系统是众所同知的现有技术。这些全自动变换齿轮变速系统包括利用液压来将一个或多个构件靠摩擦啮合到其它构件或地面以达到选择速比的自动变速，和利用电子或气动逻辑电路和促动器去啮合和松开机械（传动的）离合器以达到一要求速比的自动机械变速。这些变速的例子可结合在此引用的美国专利3961546和4081065以及4361060所公开的内容来了解。

这些全自动变换齿轮变速系统可能是难以接受的昂贵，特别是对于那些销售量不大的最重型车辆更是如此。另外，采用液压或扭矩转换器的那些自动变换齿轮的变速系统在它的输入和输出轴消耗的功率比方面，往往是相对地低效率。

利用测量节流位置，发动机、输入轴、输出轴或车辆速度、以及利用自动控制的燃料节流装置、齿轮变换装置和/或主离合器操作装置来完全自动地执行操作者手工选择速比变化的半自动变速系统是公知的现有技术。这些半自动变速系统的例子可从引用的美国专利4425620;4631679和4648290中看到。

虽然这些半自动机械变速系统比全自动变速系统便宜，允许人工控制离合器进行低速工作和不要求自动选择工作速比，颇受欢迎，但由于它们要求提供、安装和维护相对大量的传感器和诸如主离合器和燃料节流装置促动器之类的可自动控制的促动器，对于某些应用来说，它们可能是太昂贵了。

上述美国专利5053961和5053962公开了一种具有一个仅由人工控制的发动机调节装置和一个仅由人工控制的主离合器的用于车辆的机械变速系统的半自动换挡执行系统/方法。这种系统包括一个用于人工选择换高速挡、低速挡或换至空挡的控制/显示面板或操纵台，一个用于接收指示传动输入和输出轴速度以及人工选挡的输入信号和按照预定的逻辑规则处理上述信号以发出指令输出信号的电子控制装置（ECU），和一个按照指令输出信号进行传动换挡的变速促动器。

这种控制/显示装置将允许驾驶员将变速器选择/预选到一个较高速比和较低速比或空挡并最好将选择的但未执行的换挡以及变速器的现时状况都显示出来。最好是使该控制装置也允许以一自动预选的工作模式进行操作选择。

因此，提供了一种不需要节流或离合器促动器和仅要求两个速度信号输入的部分地自动执行驾驶员或控制器选择的传动比的车辆半自动机构变速系统的控制系统/方法。虽然这种变速系统很受欢迎，但对于为提高其易于操作性的某些情况、特别是对于那些技术还熟练的驾驶员来说，没有自动离合器的控制器来提供自动扭矩断开（break）和/或离合器的从停到起动的啮合功能是不能令人完全满意的。

按照本发明，通过提供一种允许脱开现时啮合的传动比和/或允许车轮在停止到起动的条件下离合器啮合的扭矩断开都是自动地执行的半自动变速系统，使现有技术的半自动变速系统的缺点得到克服。

上述目的是通过提供一种具有选择地啮合和脱开车辆主离器促动器的上述美国专利5053961和5053962所述的一般式半自动变速系统来达到的。该主离合器促动器是由来自系统控制装置的指令输出信号控制的。

因此，本发明的一个目的是提供一种经改进的半自动机械变速系统。

本发明的这个和其它目的以及优点，通过阅读结合附图描述的优选实施例将会更明白。

图1  是按照本发明的部分自动车辆机械变速系统的原理图。

图1A是图1的传动变速杆变速位置图的简图。

图2  是本发明的机械变速系统的半自动换挡执行系统的原理图。

图3  是图2所示机械变速系统的原理图。

下面叙述中采用的某些术语仅为便于参考，不受限制、“向上”，“向下”，“向右”和“向左”术语用来表示图中的参考方向。“向前”，“向后”术语分别指通常在车辆内安装的变速箱的前端和后端，分别指图1所示的变速箱的左边和右边。“向内”和“向外”术语分别指着和离开装置和它的指定零件的几何中心的方向。所述的术语包括上述特别规定的术语和它的派生术语以及一些同样重要的术语。

所谓“复合变速”是用来表示有多级正向速度的主变速器部分和串联的多速辅助变器部分的一种变速或变换齿轮变速，借此，在主变速器部分选择的齿轮减速可通过在辅助变速器部分的进一步选择的齿轮减速来复合。“同步离合器组件”和同样重要的词表示一种利用一刚性离合器将一选择的齿轮不可转动地耦合到一轴上所用的离合器组件。在机械离合器中，在离合器的构件没有达到完全同步旋转，相对大容量的摩擦装置没有被离合构件利用，在离合器开始啮合时产足以引起离合器构件和与之一起转动的所有构件以完全同步的速度旋转之前，要防止前述离合器的试图啮合。

正如在这里所用的，所谓“换高速挡”将意味着是从一较低速齿轮传动比换到一个较高速的齿轮传动比。如这里使用的，所谓“换低速挡”将意味着是从一较高速齿轮传动比换到一个较低速的齿轮传动比。这里的所谓“低速齿轮”，“低齿轮”和/或“第一齿轮”全都表示传动中或传动部分中最低正向工作速度所用的齿轮传动比，即，表示相对于传动的输入轴具有最高的减速比的齿轮组。

换挡的“选择方向”是指从一个具体齿轮传动比选择一个或多个换高速挡或换低速挡。

参考图1，它说明由本发明的半自动机械变速系统部分自动型的一种量级式复合变速器10。主变速器10包括一与一量级式辅助部分14串联的主变速器部分12。变速器10置于箱H内，包括有由诸如些柴油发动机E之类的原动机通过一可选择地脱开、常啮合的摩擦主离合器C驱动的输入轴16。离合器C具有联接到发动机曲轴20的输入轴或驱动部分18和可旋转地固定到传动输入轴16的被驱动部分22。

发动机E是由一人工控制的节流装置（未画出）进行燃料节流控制的，主离合器C是由一离合器踏板（未画出）或类似物人工控制的。正如现有技术中众所周知的，最好提供一个由离合器踏板超程操纵的输入轴制动闸B以提供快速换挡。

类似于变速器10的公知变速器可通过现有技术和在此引用的美国专利3105395;3283613和4754665来了解。

在主变速器部分12中，输入轴16载有一用于同时驱动多个以相同的转速旋转的完全相同的中间轴组件26和26A。这两个完全相同的中间轴组件被设置在主轴28的径向相则侧，主轴28通常与输入轴16同轴对准。每一中间轴组件包括一由箱体H内的轴承32和34支承的中间轴30，箱体仅在图中示出了一部分。每一中间轴提供有完全相同并为旋转而固定的中间轴齿轮组38、40、42、44、46和48。有多个主轴齿轮50，52，54和58空套在主轴28上，并可通过滑动如现有技术中人所周知的离合器环60，62和64一次一个地将它们选择地耦合到主轴28使之一起旋转。也可以利用离合器环60来将输入齿轮24耦合到主轴28以在输入轴16和主轴28之间提供直接的驱动关系。

典型的情况下，正如公知的现有技术离合器环60，62和64是利用与换档箱装配体70相联的拔叉进行轴向定位的。离合器环60，62和64可以尽人皆知的非同步双作用爪离合离式的。

正如引用的美国专利4445393，4555959，4361060，4722237和2931237所述的，换挡箱或促动器70是由诸如压缩空气之类的压缩流体作用的，是可由控制装置自动控制的类型。

主轴齿轮58是利用传统的中间惰齿轮（未示出）进行反向的齿轮，是连续与中间轴齿轮48啮合的。还应注意到，虽然主变速器部分12的确提供了五级可选择的正向速比，但最低的正向速比，即由以主动关系将主轴驱动齿轮56联接到主轴28所产生的速比常常是很高的齿轮减速，因此必须考虑一个矮或“爬行”齿轮。这个齿轮仅在严酷条件下起动车辆时用，在高速传动范围通常是不用的。因此，虽然主变速器部分12的确提供了五级正向速度，但通常是指“4+1”主变速部发，因为只有4个正向速度是同时采用辅助量级变速部分14复合的。

爪式离合器60、62和64是三位离合器，它们可利用拔叉72定位在如图所示的中间非啮合的位置，或定位在完全向右啮合的位置或完全向左啮合的位置。正如众所周知的，在给定的时间，离合器60，62和64一次只能啮合一个，并要提供变速器部分互锁装置（未示出）以将其它离合器锁定在空挡位置。

辅助变速器量级部分14包括两个完全相同的辅助中间轴部件74和74A。每个中间轴部件包括一由箱体H内的轴承78和80支承的辅助中间轴76并装有两个同时旋转的辅助部分中间轴齿轮82和84。辅助中间轴齿轮82始终与量级/输出齿轮96相啮合并支承着它，而辅助部分中间轴齿轮84始终与固定到传动输出轴90的输出齿轮88啮合。

一个利用拔叉（未示出）轴向定位的双位同步爪式离合器92和量级部分换挡促动装置96是提供来将齿轮96啮合到主轴28以实现低量级工作，或将齿轮88啮合到主轴28以实现复合变速器10的直接传动或高量级工作。复合量级式变速器10的“换挡位置图”如图1A所示。

量级部分促动器96可以是引用的美国专利3648546，4440037，和4614126所述类型的促动器。

虽然这种量级式辅助部分14是作为一种采用直齿或斜齿轮装置的双连部分来说明的，但人们能够理解，本发明也可用于采用分离/量级（Splitter/range）式辅助部分相结合、具有三个或更多可选择的量级速比和/或采用行星式齿轮装置的量级式变速器。而且，离合器60，62或64的任何一个或更多个可以是同步爪式离合器形式的，变速器部分12和/或14可以是单逆换挡式（Countershift）的。

为了提供变速器10的半自动换挡执行操作，采用了输入轴速度传感器和输出轴速度传感器100。在另外一种情况下，输出轴速度传感器100，可以采用测量辅助部分中间轴齿轮82转速的传感器102。当然，如果离合器92啮合在一已知位置，一个输出轴90转速的函数，齿轮92的转速是主轴28转速的已知函数。

用于本发明机械变速系统的半自动换挡执行控制系统104被简略地示于图2。控制系统104除了上述机械变速系统10之外，包括一个电子控制装置106，。该电子控制装置最好是以微处理机为基础的装置。该电子控制装置用于接受来自输入轴速度传感器98和输出轴速度传感器100（或者在另外一种情况是主轴速度传感器102）以及来自驾驶员控制台108的输入信号。该电子控制装置106也可以接收来自辅助部分位置传感器110的输入信号。

该电子控制装置按照预定的逻辑规则有效地处理输入信号以给诸如控制主部分的部分促动器70、辅助部分促动器96和主离合器促动器CC的电磁气动阀排（Solenoid  manifold）112的变速控制器和驾驶员控制台108发出指令输出信号。

该驾驶员控制台可以使操作者按一给定的方向手工选择一个换挡，或从正在啮合的速比换到空挡，或选择一个半自动的预选工作模式，并提供显示以告诉操作者目前的工作模式（自动的或人工预选的换挡），目前传动工作的条件（正向，反向或空挡）和任何已经预选并尚未执行的速比变化或换挡（换高速挡，换低速挡或换至空挡）。

控制台108包括三个指示灯114，116和118，它们亮时将指示变速器10分别处于正向驱动，空挡或反向驱动状态。该控制台还包括三个选择发亮的按钮120，122和124。这些按钮可使操作者分别选择换高速挡、自动预选模式或换底速挡。按钮126可选择换到空挡。

（如果按钮120，124和126在执行之前）选择按或推按钮120，122，124或126中的任何一个按钮，可通过再按一次这些按钮将其取消。作为一种可供选择的方法是，多次按下按钮120和124可用作跳跃（Skip）换挡的指令。当然，这些按钮和灯式按钮用诸如钮式开关和指示灯或其它标示件来取代。可为选择反向提供一个独立的按钮或开关或可将反向选择为从空挡换到低速挡。而且，空挡可选择为从反向换至高速挡或从低速换至低速挡。

操作中，为了手工选择换高速挡和换低速挡，操作者要适当地压下按钮120或124。然后被选择的按钮灯亮，并亮到选择的换挡被执行或直到选择被取消为止。

在另外一种情况下，在一给定的发动机转速（比如1700转/分以上）时，换高速挡的按钮可被点亮并亮到通过推这按钮选择一个换高速挡为止。

为了执行一个选择的换挡，要对电磁气动阀排112进行预选以使促动器70被偏置以将主变速器部分12换挡到空挡。这是由操作者通过人工瞬间降低和/或增加对发动机燃料的供给和/或脱开主离合器C而产生一个反向力矩来达到的。离合器控制器CC有效地自动脱开主离合器C并将这控制器从人工引起的扭矩断开约束中松开。当变速器被换到空挡，并空挡被电子控制装置证实时（测量空挡的时间约1.5秒），空挡状态指示按钮116亮灯。如果选择的换挡是一个复合换挡，即主部分12和量级部分14的一个换挡，例如图1A中看到的，从第4速度到第5速度的换挡，该电子控制装置将给气阀排112发出指令输出信号以使辅助部分促动器96在空挡在前箱被测量后完成量级换挡。

当量级辅助部分以适当速比啮合时，电子控制装置便根据测出的输出轴（车辆）速度和要啮合的速比，进行计算或决定和继续修改输入轴速度的一个起动范围或段，从而会得出一个可接受的将要被啮合的速比的同步啮合。当受节流控制和/或使用输入轴制动器的控制器引起输入轴速度落入可按受的范围时，电子控制装置106就会给气动阀排112发出指令输出信号，使促动器70啮合要被啮合的主部分速比。最好，该促动器很快响应不要求操作者要将可接受范围内的输入轴速度保持一个延长的时间。为了将换挡选择到变速空挡，压下选择按钮126。指示灯116会闪动直到电子控制装置确认空挡已获得为止，在变速器保持在空挡时，指示灯将连续维持亮的状态。

如果要求提高（较平稳的）换挡质量，则在啮合目标齿轮速比期间，也可以使用离合器控制器CC。

在利用灯式按钮122选择的自动预选工作模式中，电子控制装置将根据贮存的逻辑规则，现时啮合的速比（可通过比较输入轴与输出轴的速度进行计算）和输出轴速度决定是否要换高速挡或换低速挡并进行预选。利用一个来自电子控制装置（106）并引起灯式按钮120或124闪亮的指令输出信号和/或一带声的换挡报警信号通知操作者被预选和将要半自动地执行的换高速挡或换低速挡。操作者可以按上述指示开始半自动地执行自动预选的换挡或者可以通过压下按钮122取消这种模式。

作为另一种方案，空挡状态指示灯116可以取消，空挡选择按钮126可用灯式按钮来代替。

参考图3可看到一个可供选择的驾驶员控制和显示台130。操纵杆132可对着一弹性体偏离其中心位置运动，以分别通过如图所示的向上、向下、向左或向右运动选择换高速挡、低速挡、换到空挡或自动预选模式。指示灯134和136亮分别表示预选的换高速挡或换低速挡。指示灯138和140分别亮分别指示车辆的正向或反向的工作模式。指示灯稳定地亮是指示变速器的空挡状态，闪亮是指示一预选的但尚未确认的空挡状态。指示灯144亮表示系统104正工作在自动预选的操作模式。

作为一种可能进一步增强易于操作的本发明的半自动变速系统，可给电子控制装置106提供足够的输入和逻辑规则以允许使用离合器控制器CC在车辆的从停止到起动操作期间啮合主离合器。

如果仅采用中断扭矩和/或在完全同步后增强目标齿轮啮合，离合器控制器CC可以仅仅是一个双位促动器会引起离合器C在其充分啮合和充分脱开之间进行完全未调制的运动。正如美国专利5048656所述，这种离合器在现有技术中是公知的。然而，如果要提供从停止到起动的离合器啮合功能，就要求一种较精确控制的离合器促动器和较复杂的离合器控制逻辑。

正如引用的美国专利4081065;4899858和4874070所述的，控制从停止到起动离合器啮合的自动离合器控制器和控制逻辑器是公知的现有技术。

因此可以看出，用于机械变速系统10的一种相对简单和廉价的半自动换挡执行控制系统（104）/方法仅要求将一个变速换挡促动器（112/70/96）、一个简单的离合器控制器CC和两个转速输入加到车辆机械变速系统，提供了上述控制系统（104）。也提供了用于接收两个速度输入信号和来自操作者控制台的输入信号并给促动器和操作者控制台的显示部分发出指令输出信号的电子控制装置106。该系统半自动地执行人工或自动预选的换挡，要求操作者为选择的主部分速比的啮合引起完全同步的转速，这就允许该系统在不要求自动操作的节流控制的情况下进行工作。

虽然已对本发明已用某种程度的叙述，但要理解在不脱离本发明说明书和附页权利要求书所述的本发明的精神和范围的情况下进行的各种改进和变化都将属于本发明范围。

Claims (8)

1、一种机械变换齿轮变速系统的半自动执行选择的换挡控制系统(104)，其特征包括：一手动控制的燃料节流控制发动机(E)，一个多速变换齿轮机械变速系统(10)，一个驱动地置于发动机和变速器之间的主摩擦离合器(C)，一个啮合和脱开所述主离合器的非人工可控制的主离合器控制器(CC)，一个提供表示变速器输入轴(16)转速的第一输入信号的第一传感器(98)，一个提供指示至少在某些传动工作条件下传动轴(90)可独立地相对于变速输入轴的转速的第二输入信号的第二传感器(100)，和一个控制变速器换挡的非人工可控制的变速促动器(112，70，96)，所述控制系统包括：

用于从目前啮合的变速比选择一换高速挡或一换低速挡或从空挡到一选择的速比并指示所述选择的第三输入信号的装置(120，124/132)，

和一个接收所述第一、第二和第三输入信号并按照预定的逻辑规则处理这些信号以发出指令输出信号的中央处理装置(106)，所述的中央处理装置包括：

(a)响应于从目前啮合的速比选择的变速换挡并发出指令输出信号给所述促动器以使变速器被换挡到空挡，和给所述离合控制器发出指令输出信号以瞬间脱开所述主离合器的装置；和

(b)响应于(i)从目前啮合的速比换挡到选择的速比的选择和(ii)确认用于(i)测量变速器的人工完全同步的变速器的空挡状态和(ii)之后给所述促动器发出指令输出信号以使变速器被换挡到选择的速比的装置。

2、如权利要求1所述的控制系统，其特征还包括可人工操作的主摩离合器控制器，所述的每一个离合器控制器无论所述其它的离合器控制处于何位置都可选择地脱开所述主摩擦离合器。

3、如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述选择的换挡是人工选择的。

4、如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述选择的换挡是自动地选择的。

5、一种控制半自动机械变换齿轮变速系统（104）的选择换挡半自动执行的控制方法，其中半自动机械变换齿轮变速系统（104）包括一人工控制的燃料节流控制的发动机（E），一个多速变换齿轮机械变速器（10），一个驱动地安置在发动机和变速器之间的主摩擦离合器，一个啮合和脱开所述主离合器的非人工可控制的主离合器控制器（CC），一个提供指示变速器输入轴（16）转速的输入信号的第一传感器（98），一个提供指示传动轴（90）至少在某种传动工作条件下可独立地相对于输入轴的转速的输入信号的第二传感器（100），一个控制变速器换挡的非手工可控制的促动器（70/96），一个包括用于从目前啮合的速比人工选择换高速挡或低速挡或从空挡到选择的速比并提供指示这些换挡的输入信号的装置（120，124/132）的驾驶员控制台（108），和一个接收所述输入号信按照预定的逻辑规则处理这些输入信号以发出指令输出信号的中央处理装置（106），所述方法的特征在于：

（a）通过给所述促动器和所述离合器控制器发出指令输出信号响应于从目前啮合的速比的换挡的测量选择，给所述促动器发出指令信号是将变速器偏置被换挡到空挡，给所述离合器发指令输出信号是要瞬间脱开所述主离合器;

（b）响应于（ⅰ）从目前啮合的速比换挡到选择的速比的换挡的测量选择和（ⅱ）通过（ⅰ）测量变速器的人工完全同步确认变速器的空挡状态，和（ⅱ）之后给所述变速器促动器发出指令输出信号以使变速器被换挡到选择的速比。

6、如权利要求5所述的控制方法，其特征还包括一人工可操作的主摩擦离合器，无论所述其它的离合器控制器处于何位置，所述每个离合器控制器都可选择地脱开所述主摩擦离合器。

7、如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述选择换挡是人工选择的。

8、如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述选择的换挡是自动地选择的。

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