CN1127544A - 车辆换挡机构 - Google Patents

Abstract

一种用于半自动地选择加速换挡或减速换挡的改进的换挡机构，该机构含有一根可沿其轴线方向移动并可绕其轴线转动以便按照所选择的齿轮进行上述一项运动或同时进行上述两项运动的轴(31)，通过与轴(31)同一轴线的活塞(36，37)使轴(31)进行轴向移动，并通过与轴垂直的活塞(46)使轴(31)转动。实际上，轴向移动是一种传递运动，而轴的转动是与齿轮接合或脱开的运动。本机构还具有节流阀控制和离合器控制功能，以便由开关(19A，19B)起动和完成换挡作业。

Description

车辆换档机构

本发明涉及换档机构，具体地说是涉及半自动地选择齿轮箱传动比的机构。

公路车辆通常含有一个可选择不同传动比的齿轮箱，这种选择作业或者用转矩转换机构或者用其他机构自动地进行(因此无需驾驶员直接操纵换档)，或者通过齿轮杆和相联的离合器进行手工换档。在后一种情况下，齿轮通常是按“H”型式排列，其齿轮选择杆通过空档位置，以便由驾驶员操纵每次换档。在每次手工换档时，驾驶员使用一个连接到齿轮箱上的传动离合器和一个发动机节流阀，以便平稳地进行换档。为了协助换档作业，齿轮箱配置一个同步啮合机构。

欧洲专利No.0350812公开过一种换档机构，其中有一根由活塞驱动作轴向移动和绕其轴线转动的轴，并带有自动控制的离合器机构。

本发明的目的在于提供一种改进的换档机构，以便能够通过一个基本上是普通的齿轮箱较为快速而简便地选择齿轮，达到容易换档的目的。

按照本发明的一个方面，齿轮箱换档机构含有：一个与齿轮箱的齿轮选择机构连接的传动机构，一个驱动该传动机构的驱动装置，和按照来自驱动装置的指令和控制装置的程序控制传动机构作业的控制装置。上述的传动机构有一根可与上述齿轮箱选择机构进行传动连接的轴，该轴可沿其轴线方向移动和绕其轴线转动，以便按照齿轮箱中被选择的齿轮而移动到几个位置上。

上述的轴最好通过与它同一轴线的一个活塞或多个活塞驱动它沿其轴线方向移动，压缩流体选择性地作用在活塞上，以便使活塞和轴沿上述轴线方向移动。

上述的轴可以由另外一个或几个可沿与该轴轴线垂直并与该轴轴线隔开的方向移动的活塞推动而绕其轴线转动，上述活塞的移动由一个连接件传递到上述轴上，从而使轴绕其中心轴线转动。

传动机构和控制装置的安排可使得在进行换档时，上述轴首先沿其轴线从一个选择齿轮的位置移向一个不选择齿轮的空档位置，然后，该轴再从空档位置沿轴向移动到另一个选择齿轮的位置，或者，在轴轴向地移向另一个选择齿轮的位置之前，可同时在空档位置转动。轴如何动作取决于所选择的齿轮，例如，在普通的齿轮箱结构中，第一档与第二档之间的移动仅仅是通过空档位置的轴向移动，而从第二档向第三档的加速变换则含有轴移向空档位置，然后在空档位置上转动，而后再沿着与第一次轴向移动相同的方向进行另一次轴向移动。当然，减速变换时，也包含同样的移动，但顺序相反。

设置了气阀机构以便使轴按照驱动机构的动作和控制装置的程序进行所需顺序的移动。

换档机构最好由带有开关装置的驱动机构来驱动，所述开关装置可选择加速换档或减速换档的模式。通常，对于每种换档模式设有单独的开关装置。

在一种结构中，公路车辆的开关装置安装在车辆转向盘上，通常是，加速换档开关安装在转向盘的一侧，而减速换档开关安装在转向盘的另一侧。

开关装置安装在转向盘上，或者换句话说，可通过一个与转向盘上的开关相连接的发送器将开关信号从开关装置传送到换档控制装置中，上述的转向盘的开关将信号(例如红外信号)传送到安装在车辆固定位置(例如车辆的仪表板)上的接收器，然后，由该接收器将信号传送到控制装置而开始换档作业。

为了进一步改进换档操作，可将一个在进行换档时，由控制装置控制的离合器控制机构与本机构相连，在换档作业时，离合器控制机构使齿轮箱与发动机的传动脱开。该离合器控制机构最好与驾驶员操作的普通离合器串联作业，因此当进行换档时，可由上述离合器控制机构取代普通的离合器。另一方面，离合器控制机构也可以是脱开发动机与齿轮箱的传动连接的专用装置。

作为另一个特征，本发明机构可设置一个节流阀控制机构，在进行换档时，该机构取代普通的由驾驶员操纵的节流阀控制器。该节流阀控制机构用来在换档操作开始时自动产生一个通常由驾驶员在换档时实施的减压功能。节流阀控制机构可采取由控制装置控制的传动机构的形式，用于在开始换档时通过减小节流阀链系的张力来减小发动机的节流阀调定值。为此可在链系中安置一个滑轮，链系绕在该滑轮上，而该滑轮则可由驱动机构带动而沿张力减小的方向移动。

节流阀控制机构的另一特征是设置了在从高速转换到低速的过程中暂时增大节流阀调定值的装置，以便平稳地实现减速换档，并且可能取消齿轮箱中的同步啮合机构。

节流阀控制操作和离合器控制操作可以通过编程的控制装置按照所需的换档作业来控制上述操作。上述控制装置也可考虑进车辆行驶速度和发动机速度，以确定每次换档所要进行的操作，并在某些情况下确定能否实现所选择的档级。

虽然上面说明了适用于汽车的换档机构，但是应当明白，这种机构也可用于其他的车辆包括工业车辆、轮船、拖拉机、地面移动设备等等，以及其他的使用齿轮箱的人工控制的传动系统中。

通过下面结合附图对本发明的一个实施例(仅作为实例)的说明将可对本发明的其他特征更加明了，附图中：

图1是表示本发明换档机构的控制装置和动力供应的平面示意图；

图2是齿轮箱的传动机构的垂直剖视图；

图3是沿图2传动机构中的3—3线的剖视图；

图4是沿图2传动机构中的4—4线的剖视图；

图5是图2传动机构沿箭头5方向的端视图；

图6是离合器控制机构的剖视图；

图7是节流阀控制机构的剖视平面图；

图8是图7机构的垂直剖视图；和

图9是图7机构的平面图。

图1所示的汽车10含有一个发动机11、离合器12、齿轮箱13和转向盘14。在所述的机构中，传动系统是气动操纵的，它含有一个对储气罐16供给压缩空气的压缩机15。车辆上装有换档机构用的电子控制装置17，该装置17与车辆本身的电子控制装置18相连接。

与齿轮箱13连接的传动机构20是通过与储气罐16相连的阀21而气动驱动的，节流阀控制机构22同样是通过一个与储气罐16相连的阀23驱动的。离合器控制机构24与离合器12相连接，并且也是通过一个与储气罐16相连的阀25来驱动。

转向盘14带有与电子控制装置17动作连接的致动开关(未示出)，并且还设有与电子控制装置17相连接的传感器，用来测定：

齿轮箱13的输入轴速度；

车辆的行驶速度；

离合器压力；

储气罐16内的气压；

齿轮箱的传动机构20所处的位置。

由上述传感器测出的有关各种功能的信号被传送到控制装置17中，并被编程组成信息，指导各种机构按所接收的信号进行工作。另外，控制装置17可接收来自车辆控制装置18的信号，并可将各种信号传给控制装置18。从下文的说明中将可更加清楚地了解控制装置17所起的作用。

车辆装有普通的节流阀控制器(加速踏板，未示出)、变速操纵杆(未示出)和离合器控制器(未示出)，这些机构可以在齿轮选择机构失效的情况下，或者其他情况下，按普通方式进行操纵。也可以不安装变速操纵杆和离合器控制器。

车辆驾驶员通过转向盘14开动换档机构。在转向盘上装有几个开关，一组开关19A装在转向盘上面对驾驶员的一侧，另一组开关19B装在转向盘的另一侧。一组开关用来变速换高档，另一组开关用来换低档。开关19A和19B安装在驾驶员容易够得着但又不会无意触及到的地方。

开关组19A和19B与发送器19C相连接，以便在按动开关19A和19B时，便将由安装在车辆固定部位(例如仪表板)上的接收器19D接收到的信号传送出去。发送器/接收器19C和19D的线路可利用红外媒介质，但也可采用无线电信号。另外，这些开关也可用导线连接而将传动信号传送给电子控制装置7。

图2～5中详细示出了齿轮箱13的传动机构或称致动器20。该传动机构20由5阀装置21供给的来自储气罐16的压缩空气气动传动。该机构20含有一个外壳30，外壳上有几个用来引入和排出压缩空气的孔(未示出)，在外壳30内安装了一根中央轴31，该轴的一端与齿轮箱13按普通方式连接。虽然在图2中示出轴31以左端与齿轮箱13连接，但是轴31的任一端都可与齿轮箱13连接。轴31与普通结构的齿轮箱输入杆33连接，为了便于说明，图中示出了一种典型的可由图2的机构操作的齿轮箱布局图35。

布局图35适用于6速齿轮箱，该种齿轮箱有5个正向齿轮和一个反向齿轮，该布局图是标准的H型，带有一个连接第五齿轮和反向齿轮的附加臂。在上述齿轮中，齿轮1和2，齿轮3和4，反向齿轮和第五齿轮是彼此反向的，在每对齿轮之间沿H型的横向上具有一个普通形式的空档位置。虽然其他的齿轮结构也可用于传动机构20中，但是，下面的说明是针对上述的齿轮结构的。

轴31可沿其轴向方向移动，并可绕其轴线转动。每一种轴向移动和转动各由一种独立的传动机构带动。在所示的结构中，对于每一种轴向运动，轴31都可处于三种位置中的任一位置，并且可根据这些位置的组合选择任一个齿轮。

上述轴向运动的传动机构带有一对位于轴31的直径扩大部分38之相反两则上的活塞36和37，该活塞36和37可相对于轴31作有限的轴向移动。围绕轴31的扩大部分38设有一套筒39，该套筒39相对于轴的外壳30是固定的，但轴31则可相对于套筒39而滑动。

为了接纳活塞36、37和套筒39，外壳30做出一个圆柱形的腔室40，在该腔室40的两端做出圆形凹座41，在该凹座41内设有轴向固定在轴31上的定位轴套42和43。

在外壳30上设有空气进、出口(未示出)，以便导入和排出空气，沿腔室40移动活塞36、37和轴套42、43，从而沿轴向移动轴31。上述的空气是由气阀21(图1)供给的。

在图2中，轴31处于其中央位置或称空档位置，在该位置，不选择任一个齿轮。在该位置，空气从上述气阀供入活塞36、37两侧的室A，气压是相等的。在该位置，每个活塞36、37都与轴31的扩大部分38的凸肩相接合，并与套筒39相对的两个侧面接合。

为了从该位置移动轴31，将空气引入位于有关活塞36或37与套筒39邻近该活塞的侧面之间的一个室，这就使活塞36或37向外移动，脱离套筒39而与相关的轴套42或43接合，从而使轴31和轴套42或43向左移动或向右移动，直到活塞到达腔室40的极端位置、轴套42或43进入其相关的凹座41为止。这个动作可使活塞36和37带动轴31移向其轴向的两端位置中的任一位置，在该位置中，活塞36或活塞37处于腔室40的端部。空气进入两个室A，又使活塞36，37移动到图2的位置，从而使轴31回到空档的中央位置上。

因此，通过操纵控制装置，可使轴31按两步从其空档位置移向其端部位置，第一步是快速的初始移动，第二步是慢速移动而完成全程的移动量，从而使齿轮在完全啮合之前有一个预定范围进行速度匹配，并允许其达到同步运转，或者说不必在齿轮箱内设置同步啮合机构。

为了使轴31转动，设置了独立的传动机构。它包含一个活塞46的壳体45，该活塞46的轴线垂直于轴31的轴线并与其彼此隔开。壳体45形成一个腔室47，活塞46可在腔室47内移动，压缩空气从气阀21(图1)通过多个孔(未示出)进入腔室内，在活塞46的中央部位设有一周缘槽或称导槽48，在该槽中安有一个与轴31连接的钉齿49。

当活塞46在腔室47的两端之间移动时，轴31绕其轴线转动，当活塞移动时，钉齿49的外端与槽48相接合，并在槽48中摆动或者说绕枢轴转动，钉齿49也可沿槽48作相对于活塞46的移动。

图3示出活塞46处于其中央位置，此时，可选择齿轮3和4。当活塞46处于左侧位置时，可选择另两个齿轮，当处在右侧位置时，可选择最后两个齿轮。

下面参看图4，设置了偏压机构将轴31偏压向齿轮箱出口的中央，因此，不必使用通常用于齿轮箱的弹簧偏压机构。臂50与轴31连接，其两侧与活塞51和52接合。该活塞51和52位于壳体55内形成的气缸53和54内。该气缸53和54分别与来自气阀21的压缩空气源连通。在气缸53和54中供入气压相等的空气，并设有一个调节阀(未示出)来调节气缸内的气压，以改变所产生的偏压程度。臂50可根据轴31的轴向位置而沿活塞51、52的轴向移动。

在传动机构上装有线性传感器，以检测轴31在任何时候的位置，因而也检测齿轮选择机构和所选齿轮的位置，这种传感器有两个，一个是检测轴31的轴向位置的传感器58，另一个是检测轴31的转动位置的传感器57。

传感器58带有一个探头60，该探头60受偏压而与钉齿49的远离活塞46的端部59接合，当轴31移动时，钉齿49沿轴向方向移动。探头60与一个位置检测器61连接，该位置检测器61检测探头60的位置，以便向控制装置17发出探头60的位置信号。

传感器57(图5)有一探头63，该探头63与连接到轴31上的薄片64接合。探头63与薄片64沿轴31的切向延伸，并且大致互相垂直。探头63与位置检测器65连接，故当轴31转动时，探头63克服弹簧的偏压而移入移出，与此同时，检测器65将轴31转动位置的信号传送到控制装置17。

换档机构含有一个离合器控制装置，因此，当换档机构动作时离合器自动作业。图6示出离合器控制装置，该装置与换档机构中的离合器主气缸70相配合，并置于普通的离合器操纵踏板(标号71所示)与标准离合器(串联的)之间。

换档机构含有一个可在气缸73内移动的活塞72，该活塞72带有一操纵杆74，它可在主气缸70的带动下操纵离合器动作。因此，当压缩空气进入气缸内使活塞72沿气缸73移动时，便带动操纵杆而使离合器工作。当空气被导入活塞72的另一侧(即图6所示的右侧)时，就使离合器脱开。但是，也可看出，如果需要的话，也可通过离合器踏板71使离合器正常工作。

压缩空气通过气阀25导入或排出气缸73，该阀25是由控制装置17根据齿轮选择机构的动作而致动的。控制装置17确保在进行换档时使离合器脱接，并在完成换档后立刻使离合器再接合。控制装置通过监控离合器中的速度传感器和压力传感器确定启动离合器控制装置的正确时间。

换档机构还设有节流阀控制装置(图7～9)。它设置在位于车辆的加速踏板与节流阀之间的链系中，用于松弛节流阀链系中的张力，从而可使节流阀移动到与加速踏板的位置无关的零点上。

节流阀链系75绕在由气动活塞和气缸78的活塞杆77支承的滑轮76上。当活塞和气缸78动作而使活塞杆77缩入气缸内时，便使滑轮76沿壳体79中的导轨移动，从而消除链系75中的张力。当完成一次换档后，根据控制装置17的指令，活塞杆70从气缸向外伸出，使链系75中的张力逐渐而可控制地恢复。缆绳80和滑块81则作为人工控制机构。

节流阀控制装置的又一个特征是设置了在换档作业时暂时打开节流阀的机构。这主要是为了在慢速换档过程中提高发动机的速度，以便使发动机的速度与齿轮速度相匹配。为了使节流阀暂时张大，设置了一个直接作用在发动机的节流机构上的气动气缸(未示出)。采用这种机构，可平稳地完成换档作业。

显然，上述的换挡机构可以在驾驶员的控制下实行半自动换档作业，驾驶员不必动用车辆的离合器、节流阀或齿轮杆。无论驾驶员选择哪一种换档，加速换档或者减速换档，本发明的换档机构都可快速实现所选择的档级。采用电子控制装置，可监测和控制换档的全部参数，以快速而平稳地实现任何方向的换档。业已发现，如此控制换档作业有可能省略普通齿轮箱中的同步啮合机构，从而节约了成本和重量。通过减小转矩转换器和类似机构中的损失，还可比其他的自动齿轮箱更减小燃料的消耗。采用控制装置也可以阻止进行未被编程输入控制装置中的换档作业特别是会产生机械损伤的、不必要的或无效的换档作业。

本换档机构的优点之一是它可以装到现有车辆上或带有现行齿轮箱和其他传动机构的车辆上，而且它也可用在为了简化机构和降低成本而对齿轮箱进行根本改造的机构，例如，去掉任何同步啮合机构的齿轮箱中。而且，采用控制装置就可以利用车速传感器而不需要任何手动操纵的离合器，即使在车辆从静止的停车状态起动时也是如此。

作为另一种改型，可通过对控制装置进行编程而使换档机构自动作业，以便按照所编程序根据节流阀的调定和开始的换档作业，使发动机与行车速度相匹配。如果需要的话，可按照要求将前面谈过的手工控制的选择方案保留在另一种自动换档机构中。

Claims (20)

1.一种齿轮箱的换档机构，它包含：一个可与齿轮箱选择器连接的传动机构；一个驱动上述传动机构的驱动机构；和按照来自驱动机构的指令和控制装置的程序控制传动机构的作业的控制装置；上述传动机构含有一根可与齿轮箱选择器连接的传动轴，该轴可沿其轴线方向移动和绕其轴线转动，以便按照齿轮箱内被选择的齿轮而移动到几个位置上，其中，通过有选择地供入压缩流体的一个与上述的轴同轴的活塞组件驱动该轴沿其轴线方向移动。

2.根据权利要求1的换档机构，其特征在于，上述活塞组件有一对置于上述轴周围的环形活塞，每个活塞都可选择性地向齿轮啮合位置和向齿轮空档位置移动。

3.根据权利要求2的换档机构，其特征在于，每个活塞可由气缸中的压缩流体推动，并且，在齿轮啮合位置中，每个活塞都移动到与安装在轴上的邻接件接合，而使轴沿上述方向移动一个预定的极限值。

4.根据权利要求3的换档机构，其特征在于，每个活塞沿齿轮接合方向的移动都受到位移有限的邻接件的限制。

5.根据权利要求2～4中任一项的换档机构，其特征在于，每个活塞向齿轮空档位置的移动都受到支承在气缸上的邻接件的限制，并且在上述移动过程中，每个活塞都可与安装在轴上上述活塞之间部位的邻接件相接合。

6.根据权利要求5的换档机构，其特征在于，压缩流体被送入活塞的两侧，将活塞向齿轮空档位置推进。

7.根据权利要求1～6中任一项的换档机构，其特征在于，上述的轴可由一个沿垂直于该轴的轴线但又与该轴线隔开的方向移动的活塞组件转动而绕其轴线转动，上述活塞的移动通过一个连接件传递给上述的轴而使轴绕其轴线转动。

8.根据权利要求7的换档机构，其特征在于，上述的使轴绕其轴线转动的活塞组件是一种置于一气缸内的双作动活塞，上述连接件带有一个可相对于活塞而绕枢轴转动的钉齿，该钉齿安装成随上述的轴转动并从上述的轴向外伸出。

9.根据权利要求7或8的换档机构，其特征在于，上述的活塞组件连接件带有可相对滑动的构件。因此，上述轴可相对于活塞组件作轴向移动。

10.根据权利要求9的换档机构，其特征在于，上述的可相对滑动的构件含有一个安装在上述的轴上并与活塞组件中的活塞呈滑动连接的可转动钉齿。

11.根据上述权利要求中任一项的换档机构，其特征在于，它含有由压缩流体控制的弹簧机构，从而可将上述的轴偏压向一个齿轮空档位置。

12.根据权利要求11的换档机构，其特征在于，上述弹簧机构含有一个通过臂件连接到轴上的活塞组件，该活塞组件含有活塞机构，并对该活塞的两侧面施加相同的压力，以便将轴偏压向上述的空档位置。

13.根据上述权利要求中任一项的换档机构，其特征在于，上述的驱动机构含有开关装置，该装置带有选择加速换档的开关和选择减速换档的开关，一个开关或另一个开关的动作可通过控制装置的工作而传输到传动机构中。

14.根据权利要求13的换档机构，其特征在于，上述开关装置装在车辆的转向盘上，其中，实施加速换档的开关位于转向盘的一侧，而实施减速换档的开关则置于转向盘的另一侧。

15.根据权利要求14的换档机构，其特征在于，通过一个与转向盘上的开关相连接并将信号传递给固定在车辆上的接收器的发送器将开关信号从开关装置传送给控制装置，该信号是红外信号或无线电信号。

16.根据上述权利要求中任一项的换档机构，其特征在于，它还含有一个可由控制装置操纵的离合器控制机构，以便在开关装置动作时，脱开发动机与齿轮箱间的传动连接，并在实现选定的换档作业后再将它们连接起来。

17.根据权利要求16的换档机构，其特征在于，离合器控制机构安排成与手动离合器相串联，并且安排成可代替手动离合器进行换档动作。

18.根据上述权利要求中任一项的换档机构，其特征在于，它含有一个节流阀控制器，当通过开关装置进行换档时，上述节流阀控制器取代手工操作节流阀，故该节流阀控制器起到了减少节流阀调定值的节流减压作用。

19.根据权利要求18的换档机构，其特征在于，上述节流阀控制器含有一种在控制装置接到减速换档指令时暂时增大节流阀调定值的机构。

20.根据上述权利要求中任一项的换档机构，其特征在于，上述的控制装置经过编程，在用于公路车辆时按照下列参数的选择来控制无档作业，所述参数是：

车辆行驶速度；

车辆发动机的速度；

要求加速换档还是减速换档；

离合器是接合还是脱开；

所选择的换档范围，和

换档机构是否含有检测有关参数的检测机构。

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