CN1173436A - 具有增强的自动分段式换档的手动换档变速器 - Google Patents

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Abstract

一种手动换档的分段式组合变速器(110),具有增强的自动分段式换档机构。一控制器(222)接收表明在变速器各档位置图中变速杆位置(低速档/高速档)及表明车速(OS)的输入信号,并根据两个系统参数的作用,自动发命令进行分段式换档。

Description

具有增强的自动分段式换档的 手动换档变速器
本发明涉及具有增强的自动分段式换档机构和控制的手动换档分段式组合变速器。本发明尤其是涉及具有一种“自动分段”式换档机构的“H1/2型”或“双H”型手动换档分段式变速器，这种一般的换档机构披露在专利号为3,492,202；4,275,612；4,455,883；5,000,060和5,193,410的美国专利中，在这里，上述专利所披露的内容作为参考，其中的分段式换档控制器能阻止车辆在某些速度下的分段式换档，在这些速度下这种换档被预先确定为是不适宜的。
分段式和组合分段及插入式齿轮换档变换器在现有技术中是众所周知的，这可参见专利号为4,455,883；4,754,665；5,193,410；5,000,060和5,390,561的美国专利，在这里，上述专利所披露的内容作为参考。使用和“重复H”型不同的“多H”型换档控制机构的分段式变速器是已知的，这可参见前面提到的专利号为4,455,883；4,974,468；5,000,060和5,193,410美国专利，它使用一种能响应变速杆从换档位置图的第一到第二区域或部分的动作的自动分段换档机构。
虽然用自动分段换档控制机构的手动换档分段式变换器正被广泛使用并获得商业成功，但它们也不完全令人满意，如由于错误或不注意，操作者可能选择了不适宜于当前车辆速度情况的一种分段换档，这种换档将由副变速器驱动器和通常的同步分段离合器总成自动完成。
按照本发明，通过为手动换档段式变速器提供一种增强的自动分段换档机构和控制，可以减少或克服现有技术的缺陷，它将阻止在不适宜的车速下分段式换档的发生，而和变速杆由手动变速各档位置图的一个分段区域到另一分段区域的动作无关。在具有自动分段换档系统的手动换档变速器中，前面所述的要求是这样实现的：提供一种用于检测表明车速的参数值及变速杆位置、并且用于仅当车辆小于第一参考值时才允许挂低速档和/或仅当车速大于第二参考值时才允许挂高速档的控制器。
因此，本发明的一个目的是为手动换档分段式变速器提供一种新的、改进的自动分段换档机构和控制。
结合附图，通过阅读下面对优选实施例的描述，本发明的目的及优点将变得更清楚。
图1使用本发明自动分段换档机构的一个分段及插入式组合变速器的示意图。
图2是图1变速器的剖面图。
图3显示出用于图1和图2变速器的一种典型的各档位置图和典型的变速比。
图4是本发明的分段换档机构的示意图。
图5是使用本发明换档机构和控制的变速器系统的简图。
图6是本发明自动分段换档控制的流程示意图。
在图1、2和3中，示出了使用本发明的增强的自动分段换档机构和控制的手动换档变速器110。变速器110包括一个主部分112和一个辅助部分114，两者都位于壳116内。壳116包括一个前端壁116A和一个后端壁116B，但是没有中间壁。
输入轴118上有为与它一起转动而固定的输入齿轮120，并且确定了一个向后开口的凹槽118A，其中引入了输出轴158的缩小了直径的伸出端158A。一个无摩擦轴套118B或类似部件可位于凹槽或盲孔118A内。输入轴118的前端由前端壁116A上的轴承118C支承。而输出轴158的后端158C由后端壁116B上的轴承部件158D支承。轴承部件158D可以是一对相对的锥轴承或一个滚柱或滚珠轴承，如图3所示。
带有主轴离合器148和150以及主轴插入式副变速器离合器180的主轴146具有大体上是管状体146A的形式，其上有外延的外花键表面146B以及一供输出轴158作通道之用的轴向延伸通孔146C。拔叉152和154分别提供给换档离合器148和150。主轴146相对于输入轴118和输出轴158独立转动，并且最好能自由地相对于它们作有限的径向运动。
主部分112包括两个实质上相同的主部分中间轴组件122，每个组件包括一个带有固定在其上的中间轴齿轮130、132、134、136及138的主部分中间轴124。齿轮对130、134、136及138分别与输入齿轮118、主轴齿轮140及142和中间轮157经常啮合，后者和倒档主轴齿轮144啮合。
主部分中间轴124向后延伸进入辅助部分，其后端124A直接或间接支承在壳后端壁116B上。
辅助部分114包括两个实质上相同的辅助中间轴组件160，每个组件包括一个带有辅助中间轴齿轮对168、170及172以同步转动的辅助中间轴162。辅助中间轴齿轮对168、170及172分别和插入式副变速器齿轮174，插入/分段副变速器齿轮176及分段式副变速器齿轮178经常啮合。插入式副变速器离合器180固定在主轴146上，以便有选择地接合到齿轮174或176，而同步的分段式副变速器离合器182固定在输出轴158上，以便有选择地接合到齿轮176或178。
辅助中间轴162通常为管状，其上确定了一个通孔162A以接收主部分中间轴124后面的伸出部分。提供了轴承或轴套162B和162C以便在主部分中间轴124上可转动地支承辅助中间轴162。轴承162D直接或间接支承在后端壁116B上的中间轴124及162的后端。
插入式副变速器爪式离合器180是一个两位置的非同步离合器组件，它可从被选择地定位在最右或最左位置，以便分别把齿轮176或齿轮174和主轴146相接合。插入式副变速器离合器180是通过一个被两位或三位活塞驱动器控制的拔叉184而轴向定位的，拔叉是响应于司机的选择开关的，如位于换档手把上的按钮或类似部件，这属于现有技术。两位同步分段式副变速器离合器组件182是一个两位离合器，它可以被选择地定位在最右端或最右端，以便有选择地分别使齿轮178或齿轮176与输出轴158接合。离合器组件182是通过一个由两位活塞装置189操纵的拔叉188而定位的。
参考图2及图3可见，通过把插入式副变速器离合器180和分段式副变速器离合器182一起有选择地轴向定位在前部和后部轴向位置，可提供四个不同的主轴转动对输出轴转动的传动比。相应地，辅助变速器部分114是一个组合的分段及插入式三层辅助部分，它在输入(主轴146)和输出(输出轴158)之间提供四个可选择的速度或驱动传动比。主部分112提供了一个倒档和三种有可能供选择的前进速度。但是，可选择的主部分前进传动比中的一个即和主轴齿轮142相关的低速传动比不用在超速档。因此，变速器110被相应定义为“(2+1)×(2×2)”型变速器，根据分解低传动比的需要及实用性，它可提供9或10种可选择的前进速度。
图3显示了换档变速器110的各档位置图，在每个变速杆位置垂直方向的划分表示插入式换档，而在水平方向由H图3/4和5/6分支至7/8和9/10分支的动作表示一个由变速器低速档到高速档的换档。如前所述，插入式换档是根据汽车司机操纵的插入式副变速器按钮或类似部件而完成的，通常按钮位于变速杆手把上，而分段式副变速器离合器的换档操纵则根据变速杆在各档位置图的中间分支和最右分支(即在相应的低速档和高速档位置)之间的动作自动进行，如图3所示，而且在下面还将作更详细的描述。用于手动换档变速器的这种普通类型的自动分段式换档装置属现有技术，可参见专利号为3,429,202；4,275,612；4,455,883及5,009,060的美国专利。
重新参见图3，并假设希望一变速器的传动比有大体相同级差，则主部分传动比级差通常应当相同，插入式传动比级差通常应等于主部分传动比级差的平方根，分段式传动比级差应大体上等于主部分传动比级差的NTH方，这里NTH等于存在于两个档位的主部分传动比级别的数目(即在(2+1)×(2×2)变速器110中，N＝2)。给出所期望的理想传动比，就可选择接近于这些传动比的传动系统。在上面的例子中，插入式传动比级差大约为33.2％，而分段式传动比级差大约是316％，这通常适合具有大约78％的传动比级差的“2H”主变速器部分，因为1.78的平方根大约为1.33，而1.78的2次方(即N＝2)等于3.16。
对和变速器110相似的变速器更为详细的描述可参见专利号为4,754,665；5,368,145及5,390,561的美国专利。
尽管本发明图示了一个无中间壁的组合变速器的实施例，但是本发明同样可用于专利号为4,754,665；4,193,410及4,368,145的美国专利中所图示类型的变速器。
如前所述，在现有技术中，尤其是在具有自动分段式换档机构的手动换档分段式变速器中，即使这种由于错误或不注意而选择的换档对于目前的车速情况是不希望的，同步分段式副变速器离合器有时也将完成这种所选择的分段式换档。作为例子，如果在相对高的车速下，期望把档位从第8换至第9速度，变速杆却不正确地移至3/4-5/6分支，或更槽地移至RL/RH-1/2分支然后变速杆向下移入接合位置，如果上述换档完成了，则这种换档是生硬的，它将可能造成严重的磨损和/或对同步器、离合器齿、变速器及/和车辆的破坏。同样，如果在特别低的车速时，完成了换高速档，则发动机就可能失速和/或使换挡生硬。如果没有使用偏离装置来阻止变速杆在变速器各档位置图的分支间的运动。这种不合适的分段式换档就会变得更有可能发生。
分段式副变速器离合器182被一个固定在活塞组件189的动力活塞200上的拔叉188所移动。执行元件202包括活塞组件189和一个由可以是电的、液体的和/或机械的命令输出信号操纵的阀装置203。阀装置203控制一个选择性地加压或排空的腔204以获得拔叉的两个位置(H，L)。另一方面，响应命令信号的附加阀(未示出)可用来选择性地加压及排空动力活塞/气缸组件的左侧腔，这可参见前面提到的专利号为5,000,060的美国专利。
图5示出了一个本发明的车辆动力系206。动力系206包括一个内燃机208，一个主离合器210和手动换档分段式变速器110。变速杆212操纵一个变速机构204，如专利号为4,920,815的美国专利中所示类型的单变速传动轴机构。该专利所披露的内容在这里作为参考。
变速杆212包括一个带有插入式副变速器主阀的手把216和选择器218，通过它可选择插入式高档(H)或插入式低档(L)。
一个基于微处理器的控制器222接收输入信号224，并根据预定的逻辑法则处理它们，以便向包括分段式副变速器离合器执行元件202在内的各系统执行元件提供命令输出信号226。控制器222可以是专利号为4,595,986的美国专利中所示出的那种类型，上述专利所披露的内容在这里作为参考。
发动机208可以包括一个电子控制器209，该控制器209通过一个使用SAEJ-1992，SAEJ-1993及/或IS0 11898协议的电子数据链路(DL)而通信。也可以备有传感器来提供表明输入轴(IS)及/或输出轴(OS)转速和/或变速杆(GL)位置的输入信号。输出轴速度表明车辆的行驶速度。
参考图6可见，控制器222具有逻辑规则，在这些规则下，自动分段式副变速器的换到高速档需要变速杆移至变速器各档位置图的高速档区域(7/8-9/10分支)，并且车速要大于参考值(OS＞REF2)，而自动分段式副变速器的换到低速档需要变速杆移至变速器各档位置图的低速档区域(RL/RH-1/2或3/4-5/6分支)，并且车速要小于一参考值(OS＜REF1)。逻辑规则也可能要求在命令分段式换档之前有主部分空档存在。作为例子，对于大功率柴油机和图示的变速器，不允许在5-15MPH(英里/小时)以下自动分段换高速档，而在25-35MPH以上不允许自动分段换低速档。
尽管对本发明已作了具有一定程度的特殊性的描述，但是应当明白，对优选实施例的描述只是作为一个例子，而且在不脱离下面权利要求所述的本发明的实质和范围的情况下，可能对其形状和细节作许多改变。

Claims (25)

1.一种组合的手动换档齿轮换档变速器系统，它包括一个具有与分段式辅助变速器部分(114)相串连的主变速器部分(112)的分段式组合变速器(110)，该分段式辅助部分包括一个带有第一组离合器齿和第二组离合器齿的双面作用分段式副变速器离合器(182)，第一组离合器齿在该分段式离合器沿第一轴线方向作轴向运动而达到第一位置时和连接着低速档齿轮的第一列离合器齿相啮合，第二组离合器齿在该分段式离合器沿第二轴线方向作轴向运动而达到第二轴向位置时和连接着高速档齿轮的第二列离合器齿轮相啮合，该变速器包括一个具有能确定低速档区域和高速档区域的变速器各档位置图的手动操纵变速杆(212)，以及一个分段式副变速器传感器，该传感器检测在该变速器各挡位置图中该变速杆的位置并提供表明变速杆位置的第一输入信号，该系统的特征在于：
速度传感器，它检测一个表明车速参数的值，并提供表明该值的第二输入信号(OS)；
响应命令输出信号的执行元件(202)，它使得该分段式副变速器离合器移至第一和第二两个轴向位置中的选定的一个位置。
控制器(222)，它接收包括该第一和第二输入信号在内的一系列输入信号，并以预定的规则处理它们，以便至少向该执行元件提供命令输出信号，仅当检测到该变速杆位于该变速器各挡位置图的低速档区域、并且该第二输入信号小于第一参考值(OS＜REF1)时，该控制器才发命令换到低速档。
2.如权利要求1所述的变速器系统，其特征在于：仅当检测到该变速杆位于该变速器各档位置图的高速档区域、并且该第二输入信号大于第二参考值(OS＞REF2)时，该控制器才发命令换到高速档。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：该第二参考值小于该第一参考值。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该控制器是以微处理器为基础的，而且该输入信号和该命令输出信号都是电信号。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于：该控制器是以微处理器为基础的，而且该输入信号和该命令输出信号都是电信号。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：该变速器各档位置图是一个在低档区域和高档区域各有一个或多个分支的多H型图。
7.如权利要求2所述的系统，其特征在于：该变速器各档位置图是一个在低档区域和高档区域各有一个或多个分支的多H型图。
8.一种在组合的手动换档齿轮换档变速器系统中控制自动分段式换档的方法，这种变速器系统包括一个具有与分段式辅助变速器部分(114)相串联的主变速器部分(112)的分段式组合变速器(110)，该分段式辅助部分包括一个具有第一组离合器齿和第二组离合器齿的双面作用分段式副变速器离合器(182)，第一组离合器齿在该分段式离合器沿第一轴线方向作轴向运动而达到第一位置时和连接着低速档齿轮的第一列离合器齿相啮合，第二组离合器齿在该分段式离合器沿第二轴线方向作轴向运动而达到第二轴向位置时和连接着高速档齿轮的第二列离合器齿相啮合，该系统包括一个具有能确定低速档区域和高速档区域的变速器各档位置图的手动操纵变速杆(212)，以及一个分段式副变速器传感器，该传感器检测在该变速器各档位置图中该变速杆的位置并提供表明变速杆位置的第一输入信号；该系统还包括一速度传感器，用于检测表明车速参数的值并提供表示该速度的第二输入信号(OS)，一能响应命令输出信号的执行元件(202)，它使得该分段式副变速器离合器移至第一和第二两个轴向位置中选定的一个位置，以及一控制器(222)，它接收包括该第一和第二输入信号在内的一系列输入信号，并以预定的规则处理它们，以便至少向该执行元件提供命令输出信号，该方法的特征在于：
仅当检测到该变速杆位于该变速器各档位置图的低档区域、并且该第二输入信号小于第一参考值(OS＜REF1)时，该控制器才发命令换到低速档。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：仅当检测到该变速杆位于该变速器各档位置图的高速档区域，并且该第二输入信号大于第二参考值(OS＞REF2)时，该控制器才发命令换到高速档。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该第二参考值小于该第一参考值。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于：该控制器是基于微处理器的，而且该输入信号和该命令输出信号都是电信号。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该控制器是基于微处理器的，而且该输入信号和该命令输出信号都是电信号。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于：该变速器各档位置图是在低档区域和高档区域各有一个或多个分支的多H型图。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该变速器各档位置图是一个在低档区域和高档区域各有一个或多个分支的多H型图。
15.一种组合的手动换档齿轮换档变速器系统，它包括一个具有与可换至低速比和高速比的分段式辅助变速器部分相串联的主变速器部分的分段式组合变速器，一个具有规定低速档区域和高速档区域的变速器各档位置图的手动操纵变速杆，以及一个分段式副变速器传感器，它检测该变速杆在该变速器各档位置图中的位置，并提供表明变速杆位置的第一输入信号，该系统的特征在于：
速度传感器，它检测表明车速参数的值，并提供表明该值的第二输入信号；
响应命令输出信号的执行元件，它使得该分段式副变速器部分移至第一和第二两个轴向位置中选定的一个位置；
控制器，它接收包括该第一和第二输入信号在内的一系列输入信号，并以预定的规则处理它们，以便至少向该执行元件提供命令输出信号，仅当检测到该变速杆位于该变速器各档位置图的低档区域、并且该第二输入信号小于第一参考值时，该控制器才发命令换到低速档。
16.如权利要求15所述的变速器系统，其特征在于：仅当检测到该变速杆位于该变速器各档位置图的高速档区域、并且该第二输入信号大于第二参考值时，该控制器才命令换到高速档。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于：该控制器是基于微处理器的，而且该输入信号和该命令输出信号都是电信号。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于：该控制器是基于微处理器的，而且该输入信号和该命令输出信号都是电信号。
19.如权利要求15所述的系统，其特征在于：该变速器各挡位置图是一个在低档区域和高档区域各有一个或多个分支的多H型图。
20.如权利要求16所述的系统，其特征在于：该变速器各档位置图是一个在低档区域和高档区域各有一个或多个分支的多H型图。
21.一种组合的手动换档的齿轮换档变速器系统，它包括一个具有与可换至低速比和高速比的分段式辅助变速器部分相串联的主变速器部分的分段式组合变速器，一个具有规定一系列低速档速比位置和一系列高速档速比位置的变速器各档位置图的手动操纵变速杆，以及一个分段式副变速器换档检测装置，它用于检测司机企图(a)由低速档速比位置换至高速档速比位置并提供表明这种情况的第一输入信号，以及(b)由高速档速比位置换至低速档速比位置并提供表明这一情况的第二输入信号，该系统的特征在于：
速度传感器，它用于检测表明车速参数的值，并提供指明其大小的第三输入信号；
响应命令输出信号的执行元件，它使得该分段式副变速器部分换档至低速档速比和高速档速比两者中选定的一种；
控制器，它接收包括该第一和第二输入信号在内的一系列输入信号，并以预定的方式处理它们，以便至少向该执行元件提供命令输出信号，仅当检测到司机企图由高速档速比位置换至低速档速比位置、并且第三输入信号的值小于第一参考值时，该控制器才发命令换到低速档速比位置。
22.如权利要求20所述的变速器系统，其特征在于：仅当检测到司机企图由低速档速比位置换至高速档速比位置、并且第三输入信号的值大于第二参考值时，该控制器才发命令换到高速档速比位置。
23.如权利要求22所述的变速器系统，其特征在于：该控制器是基于微处理器的并且该输入信号和该命令输出信号是电信号。
24.一种基于微处理器的系统控制器，它用于控制组合的手动换档齿轮换档变速器系统的分段式换档，该变速器系统包括一个具有与可换至低速比和高速比的分段式辅助变速器部分相串联的主变速器部分的分段式组合变速器，一个具有能规定一系列低速比位置和一系列高速比位置的变速器各挡位置图的手动操纵变速杆，以及一个分段式副变速器换档检测装置，它用于检测司机企图(a)由低速档速比位置换至高速档速比位置并提供表明这种情况的第一输入信号，以及(b)由高速档速比位置换至低速档速比位置并提供表明这种情况的第二输入信号，
速度传感器，它用于检测表明车速参数的值，并提供表明其大小的第三输入信号；
响应命令输出信号的执行元件，它使得该分段式副变速器部分换档至低速档传动比和高速档传动比两者中选定的一种；
上述的系统控制器，它接收包括该第一、第二和第三输入信号在内的一系列输入信号，并以预定的方式处理它们，以便至少向该执行元件提供命令输出信号，仅当检测到司机企图由高速档速比位置换至低速档速比位置、并且该第三输入信号的值小于第一参考值时，该控制器才发命令换至低速档速比位置。
25.如权利要求24所述的系统控制器，其特征在于：仅当检测到司机企图由低速档速比位置换至高速档速比位置，并且该第三输入信号的值大于第二参考值时，该控制器才发命令换至高速档速比位置。
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