CN1172222A - 插入式换档机构和控制 - Google Patents

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Abstract

一种插入式复合传动装置(110)提供一插入离合器(180),其具有增加的间隙,和一个由微处理控制器(222)控制的三位致动器(202)。控制器接收信号用于各种传感器,包括表示手动插入选择器开关(218)的位置的传感器。

Description

插入式换档机构和控制
本发明涉及双位换档机构，特别是涉及用于复合插入式传动装置的插入换档机构和控制，更进一步涉及包括一个非同步插入离合器的插入换档机构，该离合器具有增加的间隙和一个三位插入离合器致动器。
插入式和分段插入复合式的复合变速传动装置在现有技术中是已知的，可以参见美国专利No.4,290,515；4,440,037；4,754,665；5,193,410；5,272,939；5,335,566；5,368,145；5,370,013和5,390,561，在此结合其中公开的内容作为参考。
现有技术的插入换档机构典型地包括手动控制的允许选择啮合插入高速比，或者插入低速比的双位装置，但没有插入中位。现有技术的插入换档机构也通常采用具有相对低的间隙的插入爪式离合器作为一个真正的中位，其不可以选择，如果插入换档试图在充分的非同步状态下产生不稳定的换档，其提供一个棘轮作用(即“砂轮”)式的中位。
当现有技术的插入换档机构广泛采用并且取得了商业上的成功时，其并不完全令人满意，因为插入离合器能够承受过度的磨损，并且换档在通常可接受的非同步状态以外进行，不能执行或者不能令人满意地完全执行。
按照本发明，通过提供一种插入式换档机构和控制，其包括一个允许保持在插入中位的三位插入致动器，一个非同步插入爪式离合器，其具有大大增加的间隙，和一个用于感应车辆操作状态的控制器，其包括手动或者自动选择插入换档，以及用来发出命令信号给插入致动器，将现有技术中的缺陷最小化或者得到克服。通过提供一个中位和一个用来控制的控制器，当插入爪式离合器引起啮合时，插入爪式离合器间隙可以安全地打开到一个角度，以致于几乎任何试图的啮合将不摩擦地完成。
控制器通常在各种情况下使插入爪式离合器啮合，使换档平稳，如果车辆状态要求不稳定的啮合，则控制器起动使插入爪式离合器啮合，并且大间隙爪式离合器将允许成功的虽然不稳定的啮合。
因此，本发明的一个目的是提供一个新的改进的插入换档机构和控制。
本发明的这一目的以及其它目的和优点通过结合附图阅读下面对较佳实施例的描述，将会变得更加明显。
图1是示意图，表示用于本发明的分离换档机构的复合分离式传动装置。
图2是剖视图，表示图1的传动装置。
图3表示一种用于图1和图2的传动装置的典型的换档图和典型的传动比。
图4是本发明的分离换档机构的示意图。
图5是用于本发明的换档机构和控制的传动系统的示意图。
图1，2，3示出了本发明的传动装置110。传动装置110包括一个主部112和一个副部114，二者都容纳在壳体116中。壳体116包括一个前端壁116A和一个后端壁116B，但是没有一个中间壁。
输入轴118上安装有输入齿轮120，其固定在轴上和轴一起转动，并且限定了一个向后开的槽118A，输出轴158的减小的直径的延长部分158A在其中受到控制。一个非摩擦衬套118B或类似物可以设在槽或盲孔118A中。输入轴118的前端由前端壁116A处的轴承118C支承，而输出轴158的后端158C由后端壁116B处的轴承组件158D支承。轴承组件158D可以是一对对置的锥形轴承或者是一个单滚轴承或球轴承，如图3所示。
主轴146上安装有主轴离合器148和150以及主轴离合器180，该主轴146通常采用筒形体146A，其具有一外部是花键的外表面146B和一个轴向延伸的通孔146C用于使输出轴158通过。拨叉152和154分别用来移动离合器148和150。主轴146相对于输入轴118和输出轴158独立转动，并且较好地是相对于它们作有限的径向运动。
主部112包括两个基本上相同的主部副轴组件122，各包括一个主部副轴124，上面安装固定有副轴齿轮130，132，134，136和138。齿轮副130，134，136和138分别不变地与输入齿轮118、主轴齿轮140和142以及惰轮157啮合，惰轮157与倒车主轴齿轮144啮合。
主部副轴124向后延伸进入副部，其后端124A由后端壁116B直接或间接地支承。
副部114包括两个基本上相同的副部副轴组件160，各包括一个副部副轴162，上面安装有副部副轴齿轮168，170和172，与副部副轴一起转动。副部副轴齿轮副168，170和172分别不变地与插入齿轮174、插入/分段齿轮176以及分段齿轮178啮合。插入离合器180固定到主轴146上用来可选择地连接齿轮174或176，而同步分段离合器182固定到输出轴158上，用来可选择地连接齿轮176或齿轮178。
副部副轴162通常是筒形，限定一个通孔162A，用来容纳主部副轴124的向后的延长部分。轴承或轴套162B和162C用来将副部副轴162旋转支承在主部副轴124上。轴承162D在后端壁116B处直接或间接支承副轴124和162的后端。
插入爪式离合器180是一个双位、非同步离合器组件，其可以有选择地位于右位或左位，分别将齿轮176或齿轮174与主轴146啮合。插入爪式离合器180由拨叉184进行轴向定位，该拨叉由一个三位活塞致动器控制，该致动器对驾驶员选择开关如开关按钮上的按钮或者类似物反应灵敏，这在现有技术中是已知的。双位同步分段离合器组件182是一个双位离合器，其可以选择地位于其右位或者左位，用来有选择地将齿轮178或者176与输出轴158连接。离合器组件182由一个拨叉188定位，该拨叉188由一双位活塞装置操作。
参见图2和3，通过可选择地将插入离合器180和分段离合器182在向前和向后的轴向位置进行轴向定位，可以提供四种不同的主轴转动对副轴转动的比。相应地，副部传动部分114是一个三层的分段分离联合式副部，其可以提供四种可选择的速度或输入(主轴146)与输出(输出轴158)的驱动比。主部112提供一种倒车速度和三种前进速度。但是，可选择的主部前进传动比中的一个，与主轴齿轮142相连的低速传动比，不用在高分段。因此，依赖于分离低速比的理想性和实用性，传动装置110被称作“(2+1)×(2×2)”式传动装置，其提供9种或10种可选择的前进速度。
变速传动装置110的变速图如图3所示。每个变速杆位的垂直方向表示插入式换档，而水平方向的运动从H图的3/4和5/6分支到H图的7/8和9/10分支表示传动装置从低分段到高分段的变速。如上所述，插入式换档的进行是响应汽车驾驶员操作的分离器按钮或类似物，通常是位于变速杆端的按钮，而分段离合器换档组件是自动响应变速杆在变速图的中位和右位分支之间的移动，如图3所示，并且将在下面详细描述。这种形式的分段换档装置是在现有技术中已知的，可参见前面提到的美国专利NO.3,429,202；4,455,883；4,561,325和4,663,725。
再参见图3，假设理想的传动装置通常具有相等的速比阶段，主部速比阶段通常应当相等，插入阶段通常应当等于主部速比阶段的平方根，并且分段阶段应当大约等于主部速比阶段的N次方，这里N等于发生在两个分段(即在(2+1)×(2×2)传动装置10中，N＝2)中的主部速比阶段的数目。给定所需的理想的速比，选择变速到接近这些速比。在上述的例子中，插入阶段大约为33.3％，而分段阶段大约为316％，其通常适合于一个“2+1”具有大约78％阶段的主部传动部分，因为1.78的平方根等于大约1.33和1.78的平方，大约等于3.16。
类似于传动装置110的传动装置通过参见上面提到的美国专利No.4,754,665；5,368,145；5,370,013和5,390,561，可以看到其细节。
虽然本发明用没有中间壁的复合传动装置的实施例进行描述，但是本发明适用于上述美国专利No.4,754,665；5,193,410和5,348,145中描述的形式的传动装置。
如上所述，在现有技术中，特别是用于手动传动装置，插入离合器由双位致动器操作，并且，因此提供有一个相对小的间隙(即大约.008～.012英寸间隙用于具有大约3.6英寸节距直径的离合器)，以防止不适当的不平稳的插入换档。典型地，由于上面的间隙和通常的啮合力，大约大于60转/分的输入轴同步误差将使离合器齿成为棘轮或“砂轮”，并且啮合不会发生。
已知(见美国专利No.5,052,535，结合其公开的内容作为参考)刚性离合器可以在一个允许的相对转动速度下适当地啮合(即，足够的离合器齿进行贯通)与离合器系统中整个有效间隙成正比。允许离合器啮合的最大的异步状态根据离合器的可接受的不稳定啮合来选择。
在变速传动系统中采用非同步刚性离合器结构，特别是对于载重车辆，对于给定的总间隙(即，一个给定的最大的允许的离合器的不稳定啮合)，离合器构件啮合的异步状态的范围通常比在一定条件下理想的窄，使换档更加困难。
按照本发明，插入离合器180和插入齿轮174以及插入/分段齿轮176上的相互啮合的离合器齿具有相对大的间隙(即，大约.20～.60英寸用于3.6英寸节距直径离合器)，这将保证完成插入换档。
离合器180由固定在活塞致动器组件202上的活塞杆200上的拨叉184移动。致动器组件202可以是传统的三位致动器(见美国专利No.5,054,591，结合其公开的内容作为参考)或者是一个共同未决的美国专利系列号No.08/597,304和图4中描述的一种致动器，其中可以采用一个可选择加压和排气的腔室204的脉冲宽度调制来实现拨叉的三个位置(L，N，H)。
图5表示一个采用本发明的车辆动力系206。动力系206包括一个内燃机引擎208，一个主离合器210和手动换档传动装置110。一个拨杆212操作一个换档机构214，例如一个如美国专利No.4,920,851中所描述的形式的单个换档轴机构，结合其公开的内容作为参考。
拨杆214包括一个手柄216，其带有插入主阀和选择器218，可由它选择插入高(H)或者插入低(L)。一个传感器220感应选择开关的位置并且提供一个指示信号。
一个微处理器控制器222接收输入信号224并且按照预定的逻辑规则对输入信号进行处理，向各个系统致动器包括插入致动器发出命令输出信号226。微处理器222可以是美国专利No.4,595,986中描述的形式，结合其公开的内容作为参考。
引擎208可以包括一个与一电子数据中继器DL相联系的电子控制器209，该电子中继器采用SAE J-1922，SAE J-1939和/或ISO 11898议定书。传感器还可以提供输入信号，表示输入轴(IS)和/或输出轴(OS)的转动速度和/或主部啮合的速比(GRM)。
控制器222提供有逻辑规则，通过采用该规则使插入中位到选定的目标插入速比起动，从而在正常情况下同步误差，其等于输入轴转速减去输出轴转速和传动装置目标速比的积可以等于或小于一个选定的给出平滑高质量换档((IS-(OS*GR))＝误差＜＝REF)。同步是关于感应/希望轴速，轴加速/减速和致动器反应次数。
在某些情况下，逻辑规则识别操作状态，其中较佳的同步窗(即，IS＝(OS*GR)±60RPM)必须扩大以实现一个插入换档，甚至以换档质量为代价。这些情况，通常伴随换高速档，包括期望的引擎速度在换档结束时令人讨厌的低的低引擎速度换档，输出轴减速相当高(dOS/dT＜REF)和/或同步误差的绝对值不接近可接受速率的正常值。
当逻辑规则严重偏离产生平滑的高质量插入换档，如果不能得到平滑的插入换档，若可能，逻辑将使得一个换档(可能是一个相当粗糙的换档)成功地完成。
虽然本发明已经描述了一定程度的细节，应当明白较佳实施例的描述只是采用举例的方法，并且不离开本发明在后面权利要求中的精神和范围，可以形成众多的变化和细节。

Claims (9)

1.一种复合变速传动系统，包括一个插入式复合传动装置(110)，其具有一个主传动部分(112)与一个插入式的副部传动部分(114)相串联，所述插入式副部包括一个双动插入离合器(180)，其带有一个第一套离合器齿用于啮合一个第一组离合器齿，该第一组离合器齿依赖于所述插入离合器在第一轴向到第一位置的轴向运动与第一插入离合器齿轮联合，并且一个第二套离合器齿用于啮合一个第二组离合器齿，该第二组离合器齿依赖于所述插入离合器在第二轴向到第二位置的轴向运动与第二插入离合器齿轮联合，所述传动系统的特征在于：
至少一个(i)所述第一套和第一组离合器齿和(ii)所述第二套和第二组离合器齿具有最小2.5英寸节距直径，并且限定一个间隙超过.020英寸；并且
所述插入离合器由插入致动器(202)控制有效地移动所述插入离合器进入并且保持在所述第一位置和第二位置，以及进入第三位置，位于第一位置和第二位置之间，在该位置所述第一套和第一组以及所述第二套和第二组离合器齿不啮合。
2.根据权利要求1的传动系统，进一步包括一个拨杆用于主传动部分的手动换档，和一个手动插入选择开关用于手动选择与所述第一插入齿轮啮合或者与所述第二插入齿轮啮合。
3.根据权利要求2的传动系统，进一步包括一个控制器(222)用于接收输入信号包括一个表示所述插入选择器开关位置的信号和用于根据预定的逻辑规则处理信号，向至少一个插入致动器发出命令输出信号。
4.一种复合变速传动系统，包括一个复合传动装置，其具有一个主传动部分与一个的副部传动部分相串联，所述副部包括一个双动副部离合器，其带有一个第一套离合器齿用于啮合一个第一组离合器齿，该第一组离合器齿依赖于所述副部离合器在第一轴向到第一位置的轴向运动与第一副部离合器齿轮联合，并且一个第二套离合器齿用于啮合一个第二组离合器齿，该第二组离合器齿依赖于所述副部离合器在第二轴向到第二位置的轴向运动与第二副部离合器齿轮联合，所述传动系统的特征在于：
至少一个(i)所述第一套和第一组离合器齿和(ii)所述第二套和第二组离合器齿具有最小2.5英寸节距直径，并且限定一个间隙超过.020英寸；并且
所述副部离合器由一副部致动器控制，有效地移动所述副部离合器进入并且保持在所述第一位置和第二位置，以及进入第三位置，位于第一位置和第二位置之间，在该位置所述第一套和第一组以及所述第二套和第二组离合器齿不啮合。
5.根据权利要求4的传动系统，进一步包括一个拨杆用于主传动部分的手动换档，和一个副部选择开关用于手动选择与所述第一副部齿轮啮合或者与所述第二副部齿轮啮合。
6.根据权利要求5的传动系统，进一步包括一个控制器用于接收输入信号包括一个表示所述副部选择器开关位置的信号和用于根据预定的逻辑规则处理信号，向至少一个副部致动器发出命令输出信号。
7.根据权利要求6的传动系统，其特征在于所述副部是一个插入式副部。
8.根据权利要求6的传动系统，其特征在于所述限定的间隙超过.025英寸。
9.根据权利要求6的传动系统，其特征在于所述限定的间隙超过.036英寸。
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