CN108374847B - 具有传感器导轨装置的无叉同步器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有传感器导轨装置的无叉同步器装置。无叉同步器装置将一个或多个齿轮选择性地联接到能围绕旋转轴线旋转的驱动轴。由所述驱动轴旋转的换挡轴环被构造成当处于第一空档轴向位置时从第一齿轮断开接合并且当处于第一接合轴向位置时接合所述第一齿轮以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第一齿轮。导轨布置成与所述旋转轴线平行。导轨臂具有固定地联接到所述导轨的端部以及联接到所述换挡轴环的另一端部，以允许进行相对旋转并响应于所述换挡轴环在所述第一接合轴向位置和第一空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述导轨。接近所述导轨的传感器感测所述导轨的轴向位置。

Description

具有传感器导轨装置的无叉同步器装置

技术领域

本公开涉及用于使驱动输入与传动装置的一个或多个齿轮啮合的同步器装置，并且具体涉及用于工作车辆的无叉同步器。

背景技术

诸如用在各种工作车辆的传动系中的各种传动装置组件可包括集成“同步器”的传动装置，以促进旋转驱动轴(例如，由发动机或驱动马达提供动力)与一个或多个档位齿轮的选择性联接。通常，同步器由换挡叉致动，换挡叉沿着换挡导轨骑行以将通过花键连接到驱动轴的换挡轴环移动成与齿轮啮合接合，从而将来自驱动轴的旋转动力传递到齿轮，由此启动或实现对工作车辆的轮或履带的范围速度和转矩的变化。反向致动换挡叉使换挡轴环从齿轮断开接合，因此使传动装置从驱动轴断开接合，直到接合另一齿轮。换挡叉可手动致动或者在动力下(例如，经由液压动力)致动。在一些情况下，换挡叉可被取消，并且换挡轴环可通过液压活塞装置与齿轮接合以及通过其他机械手段(例如，回位弹簧)断开接合。

发明内容

本公开提供了一种诸如用于工作车辆中的传动装置等的无叉同步器组件。

一个方面，本公开提供了一种用于将一个或多个齿轮选择性地联接到能围绕旋转轴线旋转的驱动轴的无叉同步器装置。所述同步器装置包括换挡轴环，所述换挡轴环由所述驱动轴旋转并被构造成当处于第一空档轴向位置时从第一齿轮断开接合并且当处于第一接合轴向位置时接合所述第一齿轮以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第一齿轮。导轨布置成与所述旋转轴线平行。导轨臂具有固定地联接到所述导轨的端部以及联接到所述换挡轴环的另一端部，以允许进行相对旋转并响应于所述换挡轴环在所述第一接合轴向位置和第一空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述导轨。传感器布置成接近所述导轨以感测所述导轨的轴向位置。

另一方面，本公开提供了一种用于将第一齿轮或第二齿轮选择性地联接到能围绕旋转轴线旋转的驱动轴的无叉同步器装置。所述同步器装置包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨布置成与所述旋转轴线平行。第一换档组件围绕所述驱动轴同心地配置并由所述驱动轴旋转，并且该第一换档组件被构造成当处于第一空档轴向位置时从所述第一齿轮断开接合并且当处于第一接合轴向位置时接合所述第一齿轮，以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第一齿轮。所述第一换档组件具有联接到所述第一导轨的第一导轨臂，所述第一导轨臂响应于所述第一换档组件在所述第一接合轴向位置和第一空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述第一导轨。第二换档组件围绕所述驱动轴同心地配置并由所述驱动轴旋转，并且该第二换档组件被构造成当处于第二空档轴向位置时从所述第二齿轮断开接合并且当处于第二接合轴向位置时接合所述第二齿轮，以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第二齿轮。所述第二换档组件具有联接到所述第二导轨的第二导轨臂，所述第二导轨臂响应于所述第二换档组件在所述第二接合轴向位置和第二空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述第二导轨。第一传感器和第二传感器布置成接近相应的所述第一导轨和第二导轨以感测所述第一导轨和第二导轨的轴向位置。

附图和下面的描述阐述了一个或多个实施方式的细节。其他特征和优点将根据描述、附图和权利要求书而变得显而易见。

附图说明

图1是根据本公开的无叉同步器可集成在其中的工作车辆(采取农用拖拉机的形式)的侧视图；

图2是示出用于图1的工作车辆的示例传动装置组件的局部截面图，其具有根据本公开的示例无叉同步器装置；

图3是以横截面示出示例无叉同步器装置的某些部件的立体组装图；

图4是其另一截面立体组装图；

图5是沿着图2的路径5-5截取的局部截面图，示出了空档状态下的示例无叉同步器；

图6是其局部立体图；

图7是类似于图2的另一局部截面图，但是放大并聚焦于示例无叉同步器装置的传感器导轨装置；以及

图8是示出了示例轮廓化传感器导轨凹部的放大截面图。

各个图中相同的附图标记表示相同的要素。

具体实施方式

如上文简要描述的附图中示出的，下文描述了所公开无叉同步器装置的一个或多个示例实施方式。本领域技术人员可设想出示例实施方式的各种修改。

如本文所使用的术语“轴向”指的是大致平行于一个或多个部件的旋转轴线、对称轴线或中心线的方向。例如，在具有中心线和相对的圆形端部的柱体中，“轴向”方向可指大致平行于相反端部之间的中心线延伸的方向。在某些情形下，可关于非柱形(或者以其他方式径向对称)的部件利用术语“轴向”。例如，包含旋转轴的矩形壳体的“轴向”方向可视为与轴的旋转轴线大致平行的方向。此外，如本文所使用的术语“径向”可指部件关于从共用中心线、轴线或类似基准垂直向外延伸的线的方向或关系。例如，两个同心且轴向重叠的柱形部件可视为在部件的轴向重叠的部分上“径向”对准，但在部件的非轴向重叠的部分上不“径向”对准。在某些情形下，即使一个或两个部件可能不是柱形(或者以其他方式径向对称)，部件也可视为“径向”对准。

另外，如本文所使用的术语“花键”和“带花键的环面”及派生词包括用于将来自一个旋转部件的转矩转移到安装至转移转矩的旋转部件且处于旋转方向的另一个旋转部件的任何常规机械连接。这可包括各种已知的花键构造，诸如平行花键、渐开线花键、冠状花键、锯齿花键、螺旋花键和球花键。这还可包括各种键和各种构造的齿形布置。因此，这些术语不一定指定互相啮合特征和沟槽的特定轮廓，也不一定指定使旋转转矩转移的特定模式(例如，键和沟槽接合、配合齿面接触，等等)。术语“环面”指互相啮合特征和沟槽在围绕旋转部件的柱形路径中的布置，无论何种构造。

某些已知同步器用于通过换挡导轨和叉装置的移动(可手动或半自动致动)将车辆的下游传动系联接到发动机输出轴。通常，例如，一个或多个叉元件可沿着一个或多个换挡导轨骑行，以将同步器机构移位成与传动装置的驱动齿轮接合(例如，通过使同步器花键与齿轮花键啮合)。同步器可联接成与驱动轴共同旋转，因此，同步器与齿轮的接合还将齿轮联接到驱动轴以共同旋转，由此将齿轮集成到来自发动机的旋转动力(或转矩)路径中。阻挡构件可布置在同步器和齿轮之间以阻止同步器的移位，直到其花键与齿轮的花键同步。齿轮的接合和断开接合可因此(如果不是全部)在很大程度上是机械的，使得换挡导轨相对于齿轮来回致动同步器。换挡导轨和叉增加了组装复杂性以及组件重量和组件在车辆内的占用空间。

已经设计出使用流体动力(例如，液压动力)将传动装置齿轮联接到发动机输出轴的某些其他已知同步器。一些同步器使用类似于上文所述的换挡导轨和叉组件，但是以液压的方式实现换挡叉移动。其他系统完全消除了换挡导轨和叉装置。相反，这些“无叉”系统将液压流体发送到驱动活塞的腔室中，以将换挡轴环移位成与齿轮接合。换挡轴环可通过为压力腔室通气而从齿轮断开接合，使得作用在活塞上的一个或多个返回致动弹簧可将换挡轴环移动回空档位置。因此，这些系统可被认为是混合式机械液压系统，因为每种模式均在换挡轴环的致动中起作用(即，换挡轴环是液压接合和机械(弹簧)释放的)。弹簧机构增添了制造和组装复杂性并且致使同步器易于出故障(例如，通过弹簧断裂或“粘住”)。

本公开解决了某些上述问题并且可提供各种额外好处。通常，本文中公开了同步器装置，其代替由一个或多个安装导轨的叉构件进行驱动，被构造成驱动一个或多个导轨或者向一个或多个导轨施加移动，一个或多个导轨的位置被感测并用作电子控制器的输入作为同步器定位的表示，由此，表示传动装置的齿轮的接合状态。因此，不是取消导轨以及叉，所公开的无叉同步器装置利用导轨作为输入馈送的一部分以监视和控制传动装置。

因为导轨仅用于定位感测，所以不需要导轨来支撑或传递与常规叉式同步器装置中的传动装置换挡关联的负载。因此，虽然导轨一直存在，但是导轨的负载承载功能已被取消，这与常规叉式同步器装置比较减少了负载承载、磨损部件的零件数，由此提高了同步器和传动装置的使用寿命。此外，虽然导轨还在，但是常规的叉已被取消，这样可减少组件特别是在径向尺寸上的空间包络，由此与常规叉式同步器比较，提供了更紧凑的布置。

本文公开了无叉同步器装置的一个或多个实施方式，其在液压动力下操作以关于传动装置组件的一个或多个齿轮将一个或多个换挡轴环移位到接合位置和断开接合位置两者。然而，应该理解的是，除按照本文中描述的实施方式构建之外的无叉同步器装置也可整合本公开的各方面，包括非液压致动或者液压致动但具有与描述内容不同的同步器部件的这些无叉同步器。

在某些实施方式中，电液同步器能操作成经由被发动机驱动轴旋转的花键连接的轴毂将一个或多个齿轮选择性地联接到驱动轴。花键连接环和换挡轴环组件可围绕轴毂配置并且能沿着轴的轴线关于轴毂移动。换挡轴环花键可接合轴毂，并且当环处于接合轴向位置时接合齿轮。当环处于空档位置时，换挡轴环可从轴毂的带花键的环面断开接合。因此，当环处于接合轴向位置时，换挡轴环将来自轴毂的旋转输入传递到齿轮。第二环和换挡轴环可设置成将第二齿轮选择性地联接到轴毂，在这种情况下，同步器可另选地将两个不同齿轮中的任一个联接到发动机。液压活塞(例如，双作用或双向活塞装置)可接收液压流体以将环移向接合轴向位置和空档轴向位置。在某些实施方式中，弹簧偏置的阻挡环可插入每个换挡轴环和关联齿轮之间以阻止环移向接合轴向位置，直到换挡轴环的内带花键的环面与齿轮的带花键的环面旋转地对准。阻挡环可被构造成相对于换挡轴环旋转地定位，以允许换挡轴环的花键与齿轮的花键对准和接合。

另外，在某些实施方式中，所公开的无叉同步器的传感器导轨装置可以这样的方式与环或换挡轴环部件直接对接，即在将轴向平移从环和换挡轴环传递到导轨的同时允许环和换挡轴环相对旋转。例如，同步器可包括导轨臂，每个导轨臂均在一个端部处直接或间接地固定到导轨，并且在另一端部处直接或间接地联接到环或换挡轴环，以允许进行相对旋转。例如，这种旋转连接可以是导轨臂的弓形端部与环的周向特征对接的直接联接。在一个实施方式中，导轨臂的弓形端部装配在沿着环的外周连续或间断地延伸的径向向外开口沟槽内。

传感器导轨装置可包括利用可用于检测导轨的绝对或相对轴向位置或轴向位置变化的任何技术的一个或多个传感器。例如，传感器可以是各种位置传感器中的一个或多个，包括使用电磁耦合(例如，LVDT和霍尔效应传感器)、电容、红外、超声波、激光和/或其他感测技术的线性传感器或其他接近传感器。一个或多个传感器可按照固定或相对可移动关系安装到导轨，例如，直接安装到导轨或周围结构(例如，传感器导轨(或其他)壳体)。在后一种情况下，一个或多个传感器将布置成检测导轨的绝对或相对位置，而在前者中，一个或多个传感器将检测除导轨之外的周围结构(例如，壳体)。由一个或多个传感器检测的关注区域可形成在或附接至导轨或周围结构的任一者中，以向一个或多个传感器提供一定反馈(例如，向传感器提供更强、更一致和更线性的信号)。例如，轮廓化沟槽(例如，“V形”沟槽)可形成在每个导轨中，谷部或是槽形(即，平底)或是尖锐的并且或与导轨轴线对准或成一角度(例如，90度)。可使用传感器配对(例如，发射器/接收器或换能器对)，其中一对中的一个安装到导轨且一对中的另一个安装在别处。

现在参照附图，可在诸如图1所示的各种各样的工作车辆(包括农用拖拉机)的背景下利用所公开的无叉同步器。在这方面，虽然拖拉机在本文中说明并描述为示例工作车辆，但是本领域技术人员将认识到，本文中公开的无叉同步器装置的原理可容易地适用于其他类型的工作车辆，包括例如各种其他农用机器以及用在建筑、林业或其他工业中的其他车辆或固定机器。如此，本公开不应该限于与拖拉机关联的应用或示出和描述的特定示例拖拉机。

如图1所示，工作车辆10包括车辆框架12。支撑在车辆框架12上的是向传动装置16供应动力的推进源14。在一个示例中，推进源14是受发动机控制模块控制的内燃发动机(诸如柴油发动机)。应该注意的是，可设置其他形式的推进器，诸如燃料电池、电动马达、混合式气体-电动发电站，等。传动装置16将来自发动机的动力转移到与工作车辆10的一个或多个从动轮18联接的合适传动系，以使工作车辆10能够在地形上行驶。工作车辆10包括电动液压系统，该电动液压系统具有一个或多个液压泵20和电动液压阀22(由一个或多个控制器24操作以控制传动装置16的操作模式)。与传动装置相关的信息(例如，当前驱动模式或齿轮)可经由操作员舱室28中的操作员界面26(例如，显示屏幕)转达给操作员。

现在也参照图2和图3，传动装置16可包括用于工作车辆10的向前和向后运动的一个或多个齿轮，包括多个向前档位齿轮(诸如齿轮30、32)，用来以各种速度推进工作车辆10。为了在齿轮之间(诸如齿轮30、32之间)转换，传动装置16可包括一个或多个同步器，诸如轴向地配置在齿轮30、32之间的同步器40，它们都可与从驱动轴44(提供来自发动机的动力输出)延伸的旋转轴线R同心。齿轮30、32可直接安装到驱动轴44的平滑区段或各种衬套或轴环上，使得驱动轴44可相对于齿轮30、32旋转，直到齿轮30、32中的任何一者(但不是两者)由同步器40接合。同步器40可由轴毂46等安装到驱动轴44，轴毂46诸如经由配合花键48或者经由驱动轴44和轴毂46的其他配合齿形或多侧区段而安装到驱动轴44以一直共同旋转。以这种方式，发动机转矩经由驱动轴44和轴毂46施加到同步器40，并且在接合时施加到齿轮30、32中的一者。

现在也参照图4和图5，示例同步器40包括安装到轴毂46的两个环形本体或环(具体地，径向地嵌套在外环52内的内环50)并被构造成使得两个环可相对于彼此和轴毂46沿轴向方向移动。将环50、52组装到轴毂46会形成多个流体腔室，其中液压流体可按受控的方式导向以在换挡期间将内环50或外环52轴向远离轴毂46(即，将齿轮30、32中的一者与驱动轴44联接)。一个或多个流体腔室的受控通气和填充导致轴向移位环50、52返回至空档位置以及在移位到另一个齿轮30、32中期间将另一个环50、52轴向移位。

出于指定用于执行本公开原理的一个或多个示例布置的目的，现在将详细描述同步器40的说明示例。示例同步器40的其他结构和操作细节可在2016年6月20日提交的共同未决和共同拥有的申请序列号15/187,636中找到，其全部内容通过引用并入，如同本文中完全阐述的一样。然而，将理解到，可在不脱离本公开范围的情况下设计其他同步器装置。

如示出的，轴毂46是具有花键连接中心环面60的环形部件，其中花键在朝向旋转轴线R的方向上突出以接合驱动轴44的径向向外突出的花键48，使得它们以交错的方式配合足以转移发动机的旋转转矩。从中心环面60起，轴毂46沿着轴向缩窄本体径向向外延伸到加宽环形周边。环形周边限定一对间隔开的带花键的环面64、66，平分轴毂46的径向平面的每个轴向侧有一个带花键的环面。带花键的环面64、66形成在环形周边的内周上，使得花键朝向旋转轴线R径向向内突出。两个间隔开的环形壁68、70从环形周边的外侧径向向外突出，大致平滑柱形壁在它们之间。壁68、70具有支撑密封件的开槽端部。在某些实施方式中，除了壁70为单独零件(例如，由卡环保持并由O形环密封)之外，轴毂46可主要形成为单个整体式结构。

内环50是具有主环本体80和环延伸部82的环形部件。环本体80具有两个轴向间隔的环形壁84、86，环形壁84、86分别径向向内和向外延伸于环本体80的径向向内侧和径向向外侧，具有支撑附加密封件的开槽端部。除了环延伸部82连接到环本体80的地方，环延伸部82与环本体80的外周径向地间隔。在平台88处，环本体80的外周进一步径向向外延伸于环本体80的轴向侧(环延伸部82连接的地方)，并且包括用于另一密封件的沟槽。在某些实施方式中，环形壁86和环延伸部82是与环本体80分离的零件(例如，由附加卡环连接并由O形环密封，如说明示例中所示)。

外环52是具有环形壁92的环形部件，环形壁92径向向内延伸于外环52的径向向内侧，具有支撑另一密封件的开槽端部。外环52的大小和形状设计成使得外环52嵌套在内环50的环本体80周围，并且部分地嵌套在环本体80和环延伸部82之间的空间内。

内环50和外环52安装有相应的第一换挡轴环100和第二换挡轴环102。换挡轴环100具有倾斜横截面，其轴向腿朝向轴毂46轴向延伸并且与环本体80的内周径向地间隔开。换挡轴环100限定双面带花键的环面110，双面带花键的环面110具有朝向和远离旋转轴线R径向向内和向外突出的花键。换挡轴环102具有倾斜横截面，其轴向腿朝向轴毂46轴向地延伸并与外环52的内周径向地间隔并且限定另一双面带花键的环面112，另一双面带花键的环面112具有朝向和远离旋转轴线R径向向内和向外突出的花键。在某些实施方式中，换挡轴环100、102是与内环50和外环52分离的零件(由附加卡环连接，诸如说明示例所示)。

液压流体可经由各种内部通道(诸如图5所示的通道网络120，联接到从两个关联的电动液压阀22a、22b引出的液压线122a、122b)发送到同步器40。驱动轴44中的轴向流体通道和径向流体通道可与轴毂46中的轴向流体通道和径向流体通道连通。在某些实施方式中，流体通道网络120的各种流体通道形成为驱动轴44和轴毂46中的通孔或盲孔，其中某些打开端部可被堵塞。流体通道网络120将液压流体输送到通过轴毂46与内环50和外环52的组件而限定的液压腔室。液压腔室或者受约束的流体作用在其上的部件借助加压流体(提供同步器40的原动力驱动运动)而用作“液压活塞”或“活塞”。在说明的示例中，存在四个液压腔室130a、130b、130c和130d，前两者形成在轴毂46和内环50之间，而后两者形成在内环50和外环52之间。各种通气通道可形成在内环50中以允许液压腔室之间(例如，130a和130c之间以及液压腔室130b和130d之间)的连通，并且各种密封件在可移动部分之间提供动态密封以密封液压腔室130a-130d的压力。

通常，轴毂46在操作期间旋转并且不轴向移动。在移入和离开齿轮32期间，内环50相对于轴毂46和外环52轴向地滑动，外环52保持在图5所示的空档位置。在移入和离开齿轮30期间，外环52相对于轴毂46和内环50轴向地滑动，内环50保持在图5所示的空档位置。同步器40可保持在图5的空档状态下，采取两个方式中的任一种方式，即：维持液压腔室130a-130d与液压压力源的打开连通(例如，在“压力”模式下通过打开或其他方式操作控制阀22a、22b两者)，或者使液压腔室130a-130d与罐(例如，在“罐”模式下闭合或其他方式操作控制阀22a、22b两者)通气。

为了将内环50移向接合换挡轴环102所需的轴向位置，控制阀22a将处于压力模式下并且控制阀22b将被激励至罐模式。液压腔室130a(以及经由通气通道的液压腔室130c)被加压，并且液压腔室130b、130d可通气至罐。通过将两阀22a、22b返回至压力模式，(经由液压管路122b)向液压腔室130b(以及经由通气通道的液压腔室130d)供应压力。外环52将保持在其空档位置，并且内环50将返回至其空档位置。齿轮30通过将外环52从其空档位置移向接合换挡轴环100所需的轴向位置而接合。这通过将控制阀22a激励至罐模式以及将控制阀22b激励至压力模式而完成，由此加压液压管路122b。液压腔室130b(以及经由通气通道的液压腔室130d)被加压，并且液压腔室130a、130c可通气至罐。通过将两阀22a、22b返回至压力模式，(经由液压管路122a)向液压腔室130a(以及经由通气通道的液压腔室130c)供应压力。内环50将保持在其空档位置，外环52将返回至其空档位置。

换挡轴环100、102中的每者与其相应齿轮30、32的适当互相啮合可通过阻挡装置140(具有用于相关联的换挡轴环100、102的阻挡组件140a、140b)促进，阻挡装置140用于物理干涉换挡轴环100、102(以及内环50和外环52)进入齿轮30、32的路径的轴向移动，直到两个部件同步而使得换挡轴环的花键与齿轮花键之间的沟槽轴向地(或旋转地)对准。另外，因为换挡轴环100、102以及整个同步器40与驱动轴44连续地旋转，所以阻挡构件用于启动齿轮的旋转并使其达到驱动轴44的速度。只有在一对换挡轴环100、102和关联齿轮30、32以适当的同步共同旋转之后，阻挡装置才允许换挡轴环100、102轴向地滑动以互相啮合花键。上述申请详述了可用在示例同步器40中的示例弹簧偏置的阻挡装置140。

简而言之，每个阻挡组件140a、140b的环与驱动轴44一起旋转。在移位期间，随着阻挡环朝向其齿轮轴向地移动，阻挡环的锥形区段与齿轮的锥形区段配合，以在一对部件被带到一起时提供摩擦接合，可能在接合的早期阶段允许一些相对旋转(或滑动)。阻挡环和齿轮30、32的旋转速度之间的差异在阻挡环上形成转矩，这导致它相对于轴毂46轻微旋转，在此之后继续与轴毂46共同旋转。这样将阻挡环定位在干涉相关联换挡轴环100、102的轴向路径的位置。随着换挡轴环100、102继续前进，换挡轴环100、102在阻挡环上施加转矩，倾向于从换挡轴环100、102的路径清除阻挡环。然而，该转矩被来自阻挡环和齿轮30、32(仍以不同的速度旋转)的接合的转矩抵抗。在齿轮30、32加速或减速以匹配同步器40的速度时，与齿轮锥体的摩擦转矩消散以允许换挡轴环100、102穿过阻挡环。齿轮30、32可与阻挡环不同步。然而，随着换挡轴环100、102进一步前进，阻挡环将根据需要定位，直到换挡轴环100、102可以与齿轮30、32完全接合。

如前所述，无叉同步器包括传感器导轨装置，传感器导轨装置与同步器协作以确定传动装置的接合状态。传感器导轨装置可以是通向控制器24(例如，是主车辆控制器或专用子系统控制器，诸如传动装置或发动机控制器)的馈送环路的一部分，以提供输入信号(表示传动装置的状态和/或齿轮选择的确认)。控制器24可使用该反馈来控制电动液压系统(特别是控制阀22)的操作。控制器24也可向操作员界面26输出反馈信号以向操作员提供当前接合齿轮的视觉表示。控制器24也可监视来自传感器导轨装置的馈送信号，用于操作异常或诊断目的。

继续参照图2且另外参照图6至图8，现在将在示例同步器40和上述齿轮30、32的背景下描述示例传感器导轨装置。示例传感器导轨装置150包括对应于每个换挡轴环或齿轮的导轨，其在示例同步器40中包括用于关联齿轮30、32的两个换挡轴环100、102，因此包括两个导轨152a、152b。用于更少或更多数量的换挡轴环或齿轮的系统可具有相应更少(例如，一个)或更多数量的导轨(例如，三个以上)。类似地，示例传感器导轨装置150包括对应数量的传感器(这里是传感器154a、154b)，用于检测对应导轨152a、152b的轴向位置。再次，具有更少或更多数量的导轨的系统可具有相应更少(例如，一个)或更多数量的传感器(例如，三个以上)。另选地，一个或多个单独的传感器可定位成检测多个导轨的位置，并且控制器24可相应地构造成通过这种传感器的馈送输入来解析多个导轨的多个导轨位置。在这样的情况下，导轨可使用各种技术来区分，包括使用不同特性(例如，组成材料、质量或其他特性)的导轨以导致传感器发信号给具有不同特性(例如，幅度、频率、增益，等)的控制器。在这样的情况下，可结合各种其他传感器技术和/或滤波技术来区分导轨。示例传感器导轨装置150中的传感器154a、154b是电磁线性位置传感器(例如，霍尔效应传感器)，每者均检测对应那个导轨152a、152b的轴向位置。然而，如指出的，可使用任何各种传感器技术，包括各种电容、红外、超声波和激光传感器。另外，可使用各种传感器配对(例如，发射器/接收器或换能器对)，其中一对中的一个安装到导轨且一对中的另一个安装到别处。在任何情况下，传感器154a、154b均经由合适的线路、总线或无线网络联接到控制器24。

在示例传感器导轨装置150中，导轨152a、152b是细长的大致柱形金属杆。杆可以是坚固钢材料的常规叉杆。然而，可使用更轻、更便宜的非结构材料，因为导轨不需要承载负载。而且，可使用其他导轨几何形状，并且长度、横截面轮廓、材料特性及其他特性可针对每个导轨152a、152b相同或不同。在说明的示例中，导轨152a、152b的端部能滑动地捕获在传感器导轨壳体158或其他结构(例如，传动装置壳体)的向内轴向开口凹穴156a、156b内。凹穴156a、156b支撑导轨152a、152b，同时允许轴向平移。可包括提供减少的摩擦系数的衬套、轴环、套筒、表面处理等，以进一步促进导轨152a、152b的相对滑动。在说明的示例中，传感器154a、154b固定地安装(例如，使用合适的机械紧固件、粘合剂或各种钎焊或焊接技术)到传感器导轨壳体158，以检测对应导轨152a、152b的相对或绝对轴向位置。另选地，一个或多个传感器可安装成与导轨一起移动，使得传感器将定位并构造成检测除导轨之外的周围结构(例如，传感器导轨壳体的一部分)。在那种情况下，传感器将(例如，经由杆夹具)直接或间接地安装到导轨。

传感器154a、154b可安装成感测沿着导轨152a、152b的长度的对应导轨152a、152b(或周围结构)的任何部分。在说明的示例中，传感器154a、154b靠近关注区域。这样的关注区域可形成在或附接至导轨152a、152b(或周围结构)并被构造成改进控制器24的位置检测和/或馈送信号。作为一个示例，轮廓化沟槽160a、160b在沿着其长度靠近关联传感器154a、154b的位置(对应于同步器40的接合状态(或另选地，空档状态))的地方形成(例如，加工)到每个导轨152a、152b中。而且，关注区域沟槽160a、160b具有实现传感器的馈送信号的轮廓。在说明的示例中，每个沟槽160a、160b均为“V形”沟槽，其被构造成提供更强、更一致和更线性的信号。轮廓化的V形沟槽可具有谷部，谷部或是槽形(即，平底)或是尖锐的侧面(线性的或弯曲的(具有或不具有变形的变化))并且或与导轨轴线(或轴线R)对准或成一角度(例如，90度)。

在上述示例同步器40中，传感器导轨装置150响应于换挡轴环100、102之一的轴向移位通过导轨152a、152b之一的轴向移动来检测同步器40相对于任一齿轮30、32的接合状态。这在示例实施方式中通过导轨152a、152b与内环50和外环52(采取导轨臂162a、162b的形式)之间的直接机械连接来实现。每个导轨臂162a、162b均关于关联导轨152a、152b轴向固定地联接并且相对于关联内环50和外环52相对旋转地联接。导轨臂162a、162b及其连接可被构造并以各种方式实现为组件或单一部件。此外，在说明的示例中，导轨臂162a、162b根据需要具有不同的构建和大小以跨越导轨152a、152b与其关联环50、52之间的不同空间，然而，导轨臂162a、162b可在其他应用中具有相同的形状/构建。如同导轨152a、152b，导轨臂162a、162b可以是轻质的并且由成本较低的非结构材料制成，只要不向导轨152a、152b传递高负载即可。

在说明的示例中，尽管具有不同的长度和构造，但是导轨臂162a、162b各经由导轨夹具164a、164b直接联接到关联导轨152a、152b，导轨夹具164a、164b是具有轴向孔和横向螺纹紧固件(夹紧导轨152a、152b)的刚性块。导轨夹具164a、164b通过在紧固之前允许轴向位置调整(即，滑动)来促进组装到导轨152a、152b。导轨臂162a、162b的其他端部经由在转移轴向运动的同时允许相对旋转(即，允许环50、52与驱动轴44一起转动)的榫槽连接而联接到环50、52。在说明的示例中，导轨臂162a、162b形成榫构件，并且环50、52形成槽构件，然而，这可以颠倒。具体地，导轨臂162a、162b具有构造有弓形表面的缩窄端部166a、166b，每个弓形表面均遵循接近对应环50、52的向外打开的周向沟槽168a、168b的半径。导轨臂端部166a、166b的对接表面的半径可以变化(甚至线性地变化)，只要环旋转不受阻碍并且环平移被传递即可。

传感器导轨装置150可被构造成当同步器40以及传动装置处于空档状态或接合状态或这两种状态下时感测控制器24的信号，也就是说向控制器24发信号。在示例实施方式中，当齿轮30、32接合时，传感器导轨装置150向控制器24发信号。然后在操作时，将液压压力施加于同步器40会将环50、52、换挡轴环100、102、导轨臂162a、162b和导轨152a、152b的组合从空档轴向位置移向接合轴向位置。在接合轴向位置，关联导轨152a、152b的沟槽160a、160b与关联传感器154a、154b配准(即，紧密径向接近)，关联传感器154a、154b向控制器24传递“接合”状态馈送信号。控制器24可使用馈送信号处理各种机器控制的接合状态信号，状态验证和操作员反馈使用。例如，在说明的示例中，控制器24被编程(例如，通过储存在机载存储器架构中的处理代码)处理馈送信号以确认传动装置控制方案的齿轮接合并且还将齿轮指示器输出到操作员界面26。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”和“所述(the)”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是，本说明书中对术语“包括”的任何使用均指定了所陈述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

本公开的描述已出于说明和描述的目的呈现，但并非旨在是穷尽的或限于公开形式的公开内容。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化将对本领域普通技术人员是显而易见。本文中明确引用的实施方式被选择并描述以便最好地解释本公开及其实践应用的原理，并且使本领域普通技术人员能够理解本公开并认识到所描述示例的许多替代、修改和变化。相应地，除明确描述之外的各种实现落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于将一个或多个齿轮选择性地联接到能围绕旋转轴线旋转的驱动轴的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置包括：

换挡轴环，所述换挡轴环由所述驱动轴旋转，所述换挡轴环被构造成当处于第一空档轴向位置时从第一齿轮断开接合并且当处于第一接合轴向位置时接合所述第一齿轮以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第一齿轮；

导轨，所述导轨布置成与所述旋转轴线平行并且在不承载轴向负载的情况下移动；

导轨臂，所述导轨臂具有固定地联接到所述导轨的端部以及联接到所述换挡轴环的另一端部，以允许进行相对旋转并响应于所述换挡轴环在所述第一接合轴向位置和所述第一空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述导轨；以及

传感器，所述传感器布置成接近所述导轨以感测所述导轨的轴向位置。

2.根据权利要求1所述的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置进一步包括围绕所述换挡轴环同轴地设置且刚性地连接到所述换挡轴环的环形环，所述环形环具有沿着其外周延伸且在径向向外方向上开口的环形沟槽。

3.根据权利要求2所述的无叉同步器装置，其中，所述导轨臂的联接到所述换挡轴环的所述端部被至少部分地构造成装配到所述环形沟槽内。

4.根据权利要求2所述的无叉同步器装置，其中，所述导轨臂的联接到所述换挡轴环的所述端部具有弓形轴向表面，所述弓形轴向表面的曲率半径与所述环形沟槽的底表面的曲率半径大致相同。

5.根据权利要求1所述的无叉同步器装置，其中，所述导轨臂的联接到所述导轨的所述端部由螺纹杆夹具联接。

6.根据权利要求1所述的无叉同步器装置，其中，所述导轨具有沿着其长度由所述传感器进行感测的成型凹部。

7.根据权利要求6所述的无叉同步器装置，其中，所述凹部具有对称轮廓，所述对称轮廓包括沿着大致正交于所述旋转轴线的线延伸的中心谷部以及位于所述谷部的相对轴向侧的平台。

8.根据权利要求2所述的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置进一步包括轴毂，所述轴毂被构造成与所述驱动轴一起旋转，所述轴毂具有带花键的环面；

其中，所述环形环和所述换挡轴环围绕所述轴毂同心地设置并且能沿着所述旋转轴线相对于所述轴毂移动；并且

其中，所述换挡轴环具有与所述轴毂的所述带花键的环面接合的带花键的环面。

9.根据权利要求8所述的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置进一步包括：

第二换挡轴环，所述第二换挡轴环由所述驱动轴旋转，所述第二换挡轴环被构造成当处于第二空档轴向位置时从第二齿轮断开接合并且当处于第二接合轴向位置时接合所述第二齿轮以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第二齿轮；

第二导轨，所述第二导轨布置成与所述旋转轴线平行；

第二导轨臂，所述第二导轨臂具有固定地联接到所述第二导轨的端部以及联接到所述第二换挡轴环的另一端部，以允许进行相对旋转并响应于所述第二换挡轴环在所述第二接合轴向位置和所述第二空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述第二导轨；以及

第二传感器，所述第二传感器布置成接近所述第二导轨以感测所述第二导轨的轴向位置。

10.根据权利要求9所述的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置进一步包括围绕所述第二换挡轴环同轴地设置且刚性地连接到所述第二换挡轴环的第二环形环，所述第二环形环具有沿着其外周延伸且在径向向外方向上开口的第二环形沟槽；

其中，所述第二导轨臂的联接到所述第二换挡轴环的所述端部被至少部分地构造成装配到所述第二环形沟槽内。

11.根据权利要求10所述的无叉同步器装置，其中，所述轴毂具有第二带花键的环面；并且

其中，所述第二换挡轴环具有与所述轴毂的所述第二带花键的环面接合的所述第二带花键的环面。

12.根据权利要求1所述的无叉同步器装置，其中，所述换挡轴环被构造成通过液压压力在所述第一接合轴向位置和所述第一空档轴向位置之间移动，由此使所述导轨轴向移位。

13.一种用于将第一齿轮或第二齿轮选择性地联接到能围绕旋转轴线旋转的驱动轴的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置包括：

第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨布置成与所述旋转轴线平行并且在不承载轴向负载的情况下移动；

第一换档组件，所述第一换档组件围绕所述驱动轴同心地设置并由所述驱动轴旋转，所述第一换档组件被构造成当处于第一空档轴向位置时从所述第一齿轮断开接合并且当处于第一接合轴向位置时接合所述第一齿轮以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第一齿轮，所述第一换档组件具有联接到所述第一导轨的第一导轨臂，以响应于所述第一换档组件在所述第一接合轴向位置和所述第一空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述第一导轨；

第二换档组件，所述第二换档组件围绕所述驱动轴同心地设置并由所述驱动轴旋转，所述第二换档组件被构造成当处于第二空档轴向位置时从所述第二齿轮断开接合并且当处于第二接合轴向位置时接合所述第二齿轮以将来自所述驱动轴的旋转输入传递到所述第二齿轮，所述第二换档组件具有联接到所述第二导轨的第二导轨臂，以响应于所述第二换档组件在所述第二接合轴向位置和所述第二空档轴向位置之间的轴向运动而将轴向移位运动传递到所述第二导轨；以及

第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器布置成接近相应的所述第一导轨和所述第二导轨以感测所述第一导轨和所述第二导轨的轴向位置。

14.根据权利要求13所述的无叉同步器装置，其中，所述第一换档组件包括第一换挡轴环以及围绕所述第一换挡轴环同轴地设置且刚性地连接到所述第一换挡轴环的第一环形环，所述第一环形环具有沿着其外周延伸且在径向向外方向上开口的第一环形沟槽，所述第一导轨臂被构造成通过至少部分地与所述第一环形沟槽接合而联接到所述第一换挡轴环；并且

其中，所述第二换档组件包括第二换挡轴环以及围绕所述第二换挡轴环同轴地设置且刚性地连接到所述第二换挡轴环的第二环形环，所述第二环形环具有沿着其外周延伸且在径向向外方向上开口的第二环形沟槽，其中，所述第二导轨臂被构造成通过至少部分地与所述第二环形沟槽接合而联接到所述第二换挡轴环。

15.根据权利要求14所述的无叉同步器装置，其中，所述第一导轨臂和所述第二导轨臂通过设置在所述第一环形沟槽和第二环形沟槽内的第一弓形轴向表面和第二弓形轴向表面而联接到相应的所述第一换挡轴环和第二换挡轴环；并且

其中，所述第一弓形轴向表面和第二弓形轴向表面的曲率半径与相应的所述第一环形沟槽和第二环形沟槽的底表面的曲率半径大致相同。

16.根据权利要求14所述的无叉同步器装置，所述无叉同步器装置进一步包括轴毂，所述轴毂被构造成与所述驱动轴一起旋转，所述轴毂具有第一带花键的环面和第二带花键的环面；

其中，所述第一环形环和所述第一换挡轴环围绕所述轴毂同心地设置并能沿着所述旋转轴线相对于所述轴毂移动，并且所述第一换挡轴环具有与所述轴毂的所述第一带花键的环面接合的第一带花键的环面；并且

其中，所述第二环形环和所述第二换挡轴环围绕所述轴毂同心地设置并能沿着所述旋转轴线相对于所述轴毂移动，并且所述第二换挡轴环具有与所述轴毂的所述第二带花键的环面接合的所述第二带花键的环面。

17.根据权利要求13所述的无叉同步器装置，其中，所述第一导轨臂和所述第二导轨臂通过螺纹杆夹具联接到相应的所述第一导轨和所述第二导轨。

18.根据权利要求13所述的无叉同步器装置，其中，所述第一导轨和所述第二导轨具有沿着其长度由相应的所述第一传感器和所述第二传感器进行感测的相应的第一成型凹部和第二成型凹部。

19.根据权利要求18所述的无叉同步器装置，其中，所述第一成型凹部和所述第二成型凹部具有对称轮廓，所述对称轮廓均包括沿着大致正交于所述旋转轴线的线延伸的中心谷部以及位于所述谷部的相对轴向侧的平台。

20.根据权利要求13所述的无叉同步器装置，其中，所述第一换档组件和所述第二换档组件被构造成通过液压压力在相应的所述第一接合轴向位置与所述第一空档轴向位置之间以及所述第二接合轴向位置与所述第二空档轴向位置之间移动，由此使相应的所述第一导轨和所述第二导轨轴向移位。

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