CN1240954C - 车辆用多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多级变速器。在其输入端的分离器上设置了中立位置N。这样，发动机动力可由分离器断开，从而能够使中间轴不转动，防止了齿牙间撞击而产生的撞击音。分离分离器每隔规定的时间间隔以一定的时间从中立位置N向位置H或L作变速操作，进行间歇性润滑。时间间隔通过相应的油温来确定，而油温最好是根据中间轴转速下降状况确定。这样，由于不设置油温传感器而能够降低成本。

Description

车辆用多级变速器

本发明涉及适用于牵引车等车辆的多级变速器。

由于牵引拖车的牵引车等车辆在牵引时和不做牵引时的车辆总重量差别很大，所以，为了提高行驶性能，通常在主变速器的输入侧设置有高低速转换用的分离器(参照特开平8-159258号公报)。

但是，现有的分离器只有高速和低速两个位置，且必须在其中的一个位置。

这样，就会产生下述问题。也就是说，在长距离驾驶过程中，不少驾驶员将车内空调打开而作临时休息。这种状况下，发动机处于空转停车状态，通过分离器，发动机动力被传递给主变速器的中间轴，所以安装在中间轴上的中间齿轮与安装在主变速轴上的主齿轮始终处于啮合回转的状态中，存在有因齿轮碰撞而产生撞击音的问题。这种碰撞音是形成车内噪音的重要原因。

作为一种对策，有人考虑了附加双片齿轮改变离合器的阻尼特性等方式，但是无论哪种方式，始终未改变向中间轴传递动力，所以不是根本上解决问题的方法，此外，还会产生变速器长度加大，搭载性能恶化的问题。

为达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种车辆用多级变速器，其是在输入侧具有高低速转换用分离器，其特征在于：上述分离器内设置有中立位置。

记述的发明，其特征在于：

设置了分离器控制装置；通过该分离器控制装置，在所定条件成立的前提下，在进行使上述分离器处于中立位置的变速操作的同时，实现使该分离器每隔一定的时间间隔，以规定的时间完成向中立位置以外位置移动的变速操作。

记述的车辆用多级变速器，其特征在于：

上述分离器控制装置，根据油温可以确定上述时间间隔或者向上述中立以外的位置的一次变速时间中的至少一项时间。

记述的车辆用多级变速器，其特征在于：

具有被上述分离器驱动的中间轴；上述分离器控制装置根据上述中间轴转速下降状况推定上述油温。

本发明中，在输入侧具有高低速转换用分离器(スプリツタ)的车辆用多级变速器中，上述分离器内设置有中立位置(ニヱ一トラルポジシヨン)。

这样，由于动力能被分离器切断，所以消除了分、中间轴(カウンタシヤフト)的转动，从而能够防止齿牙间的碰撞及撞击音的发生。

理想的方法是，设置分离器控制装置，在所定条件成立的情况下，进行上述分离器移至中立位置操作的同时，使该分离器在每隔所定的时间间隔仅以规定的时间进行移动至中立位置以外位置操作。

上述分离器控制根据油温至少可以确定上述时间间隔或者向上述中立位置以外位置移动的一次变速时间中的一项时间。

上述分离器中具有被驱动的中间轴；上述分离器控制装置根据上述中间轴转速下降状况推定上述油温。

本发明具有如下良好效果：

1.能够防止因齿轮轮齿碰撞而引起的碰击音。

2.能够确保润滑和可靠性。

3.能最大限度的确保润滑性能和静音性的平衡。

附图的简要说明

图1是多级变速器的转动系统简图

图2是发动机动力系统结构示意图。

图3是分离操纵器结构示意图。

图4是分离操纵器的动作矩阵。

图5是油温推定图。

图6是分离器基本控制过程的流程图。

图7是时间间隔等确定过程的流程图。

下面根据附图详细说明本发明适用的实施形态。

图2表示了适用于本发明的车辆发动机驱动系统。如图所示，多级变速器(多级变速箱)3通过离合器2安装在发动机1(本例中是柴油发动机)上，该变速器3的输出轴4(见图1)与驱动轴5相连，从而驱动后轮车轴(图中未示)。发动机1由发动机控制单元(ECU)6进行电子控制。也就是说，ECU6通过发动机旋转传感器7和加速踏板张开度传感器8的输出信号读取当前发动机回转速度和发动机的负荷，并主要根据所读取信息，控制燃料喷射泵1a，控制燃料喷射时间及喷射量。

这里，离合器2和变速器3也可以通过变速箱控制单元(TMCU)9自动进行操作。ECU6和TMCU9相互之间用总线电缆等连接，可相互联系。

离合器2是机械摩擦式离合器，通过离合器操纵器10进行自动开合，也可以通过离合器踏板11人工操作。这就是所谓的可选择式自动离合器。离合器操纵器10由气动操作，具体说，是根据由TMCU9控制的电磁阀单元12的转换动作控制压力气体的供给和排放，从而实现离合器2的自动开合。另一方面，离合器操纵器10内部设有油压阀，当离合器踏板11被踏下或松开时，由主油缸13供给或排出压力油，通过该油压，油压阀作开、合动作，从而向离合器操纵器10进行压力气体的供给和排放，实现离合器2人工操作的断开和连接。当离合器2的自动操作和人工操作发生干涉时，人工操作优先。

TMCU9分别与检测离合器行程的离合器行程传感器14和检测离合器踏板11的踏下行程的离合器行程传感器16相连接。

变速器3基本上是常啮合式的结构，其输入侧具有分离齿轮段17，输出侧具有量程选择齿轮段19；在该量程段19和分离齿轮段17之间具有主齿轮段18；传递到变速器3的输入轴15(见图1)的发动机动力依次经分离齿轮段17、主齿轮段18和量程选择齿轮段19传递给输出轴4。分离齿轮段17可作为输入侧副变速机的同时，也构成本发明中的分离器。量程选择齿轮段19构成输出侧的分离器，主齿轮段18构成变速器3的主变速器。

在变速器3中，分离齿轮段17、主齿轮段18、量程选择齿轮段19分别具有自动变速操作的分离操作器20、主操作器21和量程操作器22。上述这些操作器与离合器操作器10一样由气压驱动，并由TMCU9控制。该TMCU9与所设置的用于检测各齿轮段17、18、19当前位置的分离齿轮位置传感器23、主齿轮位置传感器24、量程选择齿轮位置传感器25相连接。TMCU9与设置于变速器3的主中间轴转速传感器26、主轴转速传感器27、输出轴转速传感器28相连接。

离合器2的开合控制以及变速器3的变速控制主要根据驾驶室内变速操纵杆装置29发出的信号进行的。也就是说，驾驶人员将变速操纵杆装置29的变速操纵杆29a置于所定档的相应位置时，与之相对应的变速指示信号被送往TMCU9；TMCU9根据上述信号使离合器操作10、分离操作20、主操作器21以及量程操作22作相应的动作，以完成一系列的变速操作。然后，TMCU9通过显示器31显示当前移动的位置。

此外，与TMCU9还连接有停车制动开关及PTO开关等，始终可以知道车辆的行驶、使用等状态。

图1表示了变速器内部的结构。如图所示，变速器箱体3a内设置有输入轴15、主中间轴32(本发明中作为中间轴)、主轴33、量程选择中间轴34以及输出轴4。输入轴15、主轴33以及输出轴4同轴配置；主中间轴32与量程选择中间轴34同轴配置在上述输入轴15等的下方且与其平行。

输入轴15设置在变速器的前端侧(图中左前侧)，并由变速箱3a轴支承。该输入轴15的最前端与离合器2的输出侧相连，其后端部以收容状态轴支承着主轴33的前端部。该主轴33的后端部也以收容状态轴支承着输出轴4的前端部。该输出轴4的后端部被变速箱3a支承。主中间轴32及量程选择中间轴34分别独立地被变速箱3a。该变速箱3a内贮留有变速箱油，其油面用H表示。量程选择中间轴34后端部处设置有油泵35，用于循环驱动变速箱油。

输入轴15上可回转地安装有分离高速侧齿轮SH。主轴33上从前向后依次可回转地安装有主齿轮M4、M3、M2、M1、RR。除了MR以外，齿轮SH、M4、M3、M2、M1分别与主中间轴32上固定设置的中间齿轮CH、C4、C3、C2、C1始终处于啮合状态。齿轮MR与反转空转齿轮IR始终啮合，该反转空转齿轮IR与固定安装在主中间轴32上的中间齿轮CR始终啮合。

主轴33的后端部固定安装有主齿轮MRH，在输出轴4上可回转地安装有量程选择齿轮RL。上述齿轮MRH、RL分别与固定安装在量程选择中间轴34上的量程选择中间齿轮RCH、RCL始终啮合。

在输入轴15、主轴33以及输出轴4上安装的各齿轮SH、M4等上，整体地设置有花键36，用于选择上述各齿轮；且为了使上述花键36前后或后部分别相邻接，分别设置了第1～第5花键37～41。第1花键37设置在输入轴15后端部并与其成一体，第2、第3花键38、39与主轴33成一体设置，第4花键轴40安装在主轴的后端部并可自由回转，第5花键41设置在输出轴4上，并与其成一体。并且设置有分别与第1～第5花键37～41卡合的第1～第5花键套42～45，其可前后滑动。第1～第5花键套42～46如图中箭头所示，由于滑动与邻接的齿轮侧花键36卡合或脱开，从而使第1～第5花键37～41与齿轮侧花键36连接或分离。

设置与第1～第5花键套42～46卡合的第1～第5拨杆47～51，第1拨杆47与上述分离操纵器20相连接，第2～第4拨杆48～50分别与上述主操纵器21相连接，第5拨杆51与上述量程操纵器22相连接。

这样，变速器3形成通过各操纵器能进行自动变速的常啮合式结构，通过移动合适的第1～第5花键套42～46，而连接各个花键，各操纵器能选择任意齿轮。并且，在通常情况下，在各花键部位处，通过图中未视的同步机构，使连接时达到同步动作。这里，分离齿轮段的高速(HIGH)与低速(LOW)上分别有前进8档(共16档)，后退1档可供选择。

如图所示，从主齿轮M4以及中间齿轮C4往前部分是分离齿轮段17，从主齿轮M4以及中间齿轮C4起到MR、中间齿轮CR以及反转空转齿轮IR的部分是主齿轮段18，从主齿轮MRH以及量程选择齿轮RCH向后的部分是量程选择齿轮段19。主齿轮M4以及中间齿轮C4兼用做分离齿轮段17的低速侧和主齿轮段18的7或8速齿轮。

尤其是分离齿轮段17，通过第1拨杆47向前方移动第1花键套42，则处于高速位置，使该花键套42向后方移动则处于低速位置；如果移动到中间时，则处于中间(N)位置。在处于中间(N)位置上时，由于第1花键套42仅处于第1花键37的位置上，所以与前后相邻的花键36都不啮合。现有结构中没有这种中立位置，必须在高、低两档中二者择一。

通过设置上述中立位置，可以防止产生前面提到的撞击音。也就是说，车辆处于空转停车状态时，离合器2接合，主齿轮18在中立位置处。这时，当分离齿轮段17被移动到高速一侧时，发动机动力通过输入轴15、第1花键37、第1花键套42、高速分离齿轮SH的花键36、高速分离齿轮SH、中间齿轮CH传递给主中间轴32。这样固定设置的中间齿轮C4、C3、C2、C1、CR和主轴33上安装的可自由回转的主齿轮M4、M3、M2、M1、MR、反转中间轮IR相啮合而转动，由于齿牙碰撞而产生了撞击音。

另一方面，当分离齿轮段17被移至低速侧时，发动机动力经输入轴15、第1花键37、第1花键套42、主齿轮M4的花键36、主齿轮M4、中间齿轮C4传递给主中间齿轮32。这样，由于上述各齿轮组回转啮合而产生齿牙碰撞也发出撞击音。

但是，当分离齿轮段17处于中立位置时，发动机动力到输入轴15就不往下传递了，即回转运动只传递到输入轴15、第1花键37以及第1花键套42，这样，就防止了上述各齿轮的回转，也就防止了因齿轮碰撞而产生的撞击音。

能够实现上述中立位置操作的分离操纵器20的结构如图3所示。在变速箱壳体3a内部形成有柱腔52，该柱腔52内收容有第1活塞53及第2活塞54，从而将柱腔52分隔为三个柱腔52N、52L、52H。各该柱腔52N、52L、52H分别与变速箱壳体3a内形成的压缩空气气道53N、53L、53H相连接；各该气口又分别通过电磁阀54N、54L、54H与压力气罐55相连。在上述第2活塞54与推杆56装配在一起并可前后滑动(图中的左侧为滑动的前方)，该推杆56上固定安装有与上述第1花键套42相卡合的第1拨杆47。

这样，第1拨杆47通过第1及第2活塞53、54可实现前后三阶段移动，从而使第1花键套42能够分别定位于中间(N)、高速(H)、低速(L)的三个位置上。

为了检测出上述各个位置，于推杆56附带设有由定位滚珠式开关组成的位置传感器58N、58L、58H，而推杆56上只在一处设有定位槽59。只有当定位滚珠进入定位槽59时，位置传感器接通(ON)，这样就能有选择地检测各位置。各该位置传感器58N等和上述各电磁阀54N等都与TMCU9相连接。

各个位置与各电磁阀54N等以及各位置传感器58N等的对应关系如图4所示。假定现在当选择高速位置时，只有电磁阀54接通(ON)，而其余的电磁阀54L、54N处于断开位置(OFF)。通过接通的电磁阀可以供给压力气罐55的压力气体，而未接通的电磁阀不供给压力气体，相应的柱腔与大气连通。在这种组合状态下，只有柱腔52H被供给压力气体，活塞53、54同时向最前端移动，分离齿轮段17被移动至高速位置。

如果选择低速位置，只有电磁阀54L接通，第1活塞53向最前端移动，第2活塞54向最后端方向移动。这样，使分离齿轮段17被移动至低速位置。

当选择中立位置时，电磁阀54H、54N同时接通，电磁阀54L断开。这样，第1活塞53和第2活塞54向相互靠近的方向移动，当第1活塞53移动至活塞档肩端面60时停止移动，而第2活塞54磁到第1活塞53时停止移动。这时，两活塞基本位于柱腔54的中立位置上，分离齿轮段17就能够移动至中立位置上。

但是，如果分离齿轮段17长时间位于中立位置时，会发生如下问题。即如图1所示，在变速器3中所有轴的支承部都设有轴承，这些轴承都是由被中间齿轮C4等溅起的油或油泵35供给的油进行润滑的。

但是当分离齿轮段17处于中立位置时，由于主中间轮轴32未被驱动而不回转，则润滑油的回转飞溅或油泵35的供油驱动停止，会导致轴承的润滑不良。

当停车空转即分离齿轮段17处于中立位置时，实际上只有输入轴15回转。这样，其它轴支承部的润滑不良问题并不存在，但是输入轴15的支承部存在有润滑不良的危险。具体地讲，如图1所示的轴承61A、61B、61C存在有由于没有被润滑而发生摩损，甚至烧蚀的危险。

因此，分离每隔规定的时间间隔仅在规定操作时间内分离齿轮段17从中立位置移动向其它位置，这样，使主中齿轮轴32产生回转运动，进行轴承的润滑。

下面具体说明上述内容。图6表示了有关变速操作基本控制的内容。该控制是由TMCU9进行的。这里，假定驾驶人员打开空调的同时，使发动机处于空运转的状态。

首先，TMCU9在第601步判断分离齿轮段(分离器)17变动到中立位置(N)的条件(分离器N条件)是否成立。该条件是指主齿轮段在中立位置、车速接近零、停车制动处于动作状态以及PTO开关断开等所有条件均能在规定时间(如3秒)内完成。当该条件成立时，进入第602步，否则，反复执行第601步。

在第602步，离合器2自动断开，其后的第603步中，使分离操纵器20动作，分离齿轮段17移至中立位置。然后，在第604步中，离合器2自动连接。在第605步中，通过位置传感器58N确认分离齿轮17是否已在中立位置。确认后，进入第606步，通过内藏时钟计时，判断是否经过了规定的时间间隔t_int。该时间间隔t_int根据后面将要说明的方法即根据油温来确定。

当经过了规定的时间，在第607步中，自动断开离合器2；在第608步中，将分离齿轮17移至高速位置(H)；在第609步中，由位置传感器58H确认向高速位置移动动作的结束；在第610步中，自动接通离合器2。这样，主中间轴32开始回转，进行向轴支承部的润滑。

其后的第611步中，内藏时钟开始计时，判断是否经过了规定时间t_H。该时间t_H由后面将要说明的方法确定。当经过了规定的时间，进入第612步，离合器2自动断开；在第613步中，分离齿轮段17移至中立位置；在第614步中，离合器2自动接通。至此，本次控制结束。

下面说明第606步中的时间间隔t_int以及第611步中的1次润滑时间t_H(即分离齿轮段17处于高速位置的时间)的确定方法。而润滑时间t_H正是本发明中所谓的变速时间。

如上所述，有关的基本控制是指每隔规定的时间间隔，使分离齿轮段17移至高速位置，并使主中间轴32以规定的时间作回转运动，进行润滑。上述时间间隔和一次润滑的时间的确定很大程度上取决于所要求的润滑性能和静音性的平衡。这里，通过油温即粘度判断是否需要润滑的程度，并以此来确定时间间隔等。

基本考虑方法如下。即，当润滑油因高温而粘度下降时，由于轴支承部位的油膜易于被破坏，所以每隔较短的时间间隔进行润滑。另一方面，由于润滑油易于浸入滑动部，所以将一次润滑的时间设定较短。当润滑油因低温而粘度较高时，由于轴支承部位的油膜不易被破坏，则可以设定较长的时间间隔。另一方面，由于润滑油难以浸入滑动部，所以一次润滑的时间设定较长。如果润滑油的温度极低而粘度很高时，为了能够使润滑油迅速升温而尽快发挥所要求的润滑性能，将时间间隔设定为零，使分离齿轮段17保持在高速位置，主中间齿轮32持续运转，润滑油得以大力搅拌，润滑得以持续进行。这时，齿轮间由于产生了很大的粘性阻尼，齿间碰撞很难发生，所以也不会发生撞击音。

基于上述考虑方法，进行实际的运行试验，通过对润滑保持时间的安全率的预测确定时间间隔和1次润滑时间。

但是，如果使用油温作为直接参数，就需要另外的油温传感器。因此，这里使用了如图1、图2所示的主中间轴转速传感器26，通过主中间轴32转速的减速状况推定油温，并据此确定时间间隔和一次润滑时间。由于主中间轴转速传感器26拾取的是中间齿轮CH回转产生的脉冲，虽然本来是用作变速控制用的必要参数，但是这里兼用于油温推定，这样，可以减少成本。

在上述过程中使用的油温推定图如图5所示。该图中，横轴表示时间t，纵轴表示主中间轴转数Nc(rpm)。两条曲线A、B分别表示在油温Toil为Toil1、Toil2时的主中间轴转速NC的减速状况。这里设定Toil1＞Toil2，Toil为30℃，Toil2为0℃。转速的下降是从发动机空转中的主中间轴转速Ncidle到转速为0开始计算的。Ncidle这里是500(rpm)。转速下降的开始时刻是离合器断开的时刻，用tst表示。

如图所示，低油温时(Toil2)比高油温时(Toil1)的转速下降速度快、到达零转速的时间也短(Δt₂＜Δt₃)。在曲线B下方区域中，Toil1＜Toil2，在曲线A、B之间的区域中，Toil2＜Toil＜Toil1曲线A上方区域中，Toil1＜Toil。

由实际转速的下降推定油温的方法有两种。一种是先求出从开始时间到一定时间间隔(Δt₁)内转速的减速度，然后与图相比较的方法；另一种是测定从开始到结束的时间，然后与图中时间Δt₂、Δt₃相比较的方法。这里，因测定时间短等理由选择前一种方法，但第二种方法也可以。油温推定用图预先存贮在TMCU9中。

图7表示了确定时间间隔和一次润滑时的流程图。该流程图由TMCU9进行。这里，时间间隔等的确定是与车辆起动时离合器的控制一起进行的。

首先，起动的初始条件设为拨杆在中立位置(即主齿轮段在中立位置)，离合器合上，发动机处于空转状态。在该状态下，当驾驶人员将拨杆在驱动范围内进行操作时，为了使变速器的齿轮相啮合，离合器被自动断开。这时，同时将分离齿轮段移动至中立位置，并进行油温推定以及时间间隔等的确定。

图中所示流程是在上述驾驶人员操纵拨杆的同时开始的。首先，在第701步中，离合器自动断开，与此同时在第702步中，分离齿轮段(分离器)移动至中立位置(N)上。这样，由于主中间轴转速从Ncidle开始下降，所以第703步中计算出相应减速度，第704步中推定油温Toil。

下面，进入第705步，将事先设定的温度Toil1与推定的油温Toil相比较。当Toil1＜T_oil时，进入第706步，将时间间隔tint作为tA(这里约为2小时)，一次润滑时间t_H定为比t_c更短的时间(这里约为5分钟)。当Toil1≥Toil时，进入第707步，将油温Toil1与设定温度T_oil2相比。当Toil2＜Toil时，进入第708步，将时间间隔tint作为tB(tB＞tA，这里约为4小时)，使一次润滑时间t_H等于t_c。当T_oil2≥T_oil时，进入第709步，将时间间隔定为0，在油温Toil达到Toil2之前，使主中间轴持续转动，润滑持续进行。

这样，当时间间隔tint和一次润滑时间t_H确定后，进入第710步，进行主齿轮段的变速控制和离合器的结合控制，本控制过程结束。

这样，根据本控制过程，为了获得与实际油温对应的尽可能长的时间间隔和最短的必要润滑时间，使润滑性能和静音性获得最大限度的平衡，同时能确保高可靠性。

如上述说明，分离器操纵器20和TMCU9构成了本发明的分离控制手段。

本发明的实施形态并不限于上述实例。如图6中第607、610等步所示，本实施形态中，为了机械保护，在分离齿轮段变速时离合器暂时断开，变速后可再次接上；但是由于有同步机构，当主齿轮段处于中立位置、发动机处于断开状态时，不断开离合器也能进行变速。此外，本实施形态中，润滑时，分离齿轮段进入高速位置。这是因为，这样主中间轴的转速高对润滑有利。但是，也有可能进入有些效果会下降的低速位置。因此，进入中立位置以外的任何位置都可以。离合器也可以是没有手动的全自动离合器或通常的手动离合器。各数值(Toil1，Toil2等)的具体值可以作适当的变更。本实施形态中，时间间隔以及润滑时间两方面均根据油温来确定，也可确定其中任意一方。这种情况下，由于润滑时间变化幅度很小，所以根据油温，只对时间间隔进行大的改变也可。

本发明具有如下良好效果：

1.能够防止因齿轮轮齿碰撞而引起的碰击音。

2.能够确保润滑和可靠性。

3.能最大限度的确保润滑性能和静音性的平衡。

Claims (3)

1、一种车辆用多级变速器，其是在输入侧具有高低速转换用分离器，其特征在于：上述分离器内设置有中立位置；以及

该车辆用多级变速器还设置了分离器控制装置；通过该分离器控制装置，在所定条件成立的前提下，在进行使上述分离器处于中立位置的变速操作的同时，实现使该分离器每隔一定的时间间隔，以规定的时间完成向中立位置以外位置移动的变速操作。

2、根据权利要求1记述的车辆用多级变速器，其特征在于：

上述分离器控制装置，根据油温可以确定上述时间间隔或者向上述中立以外的位置的一次变速时间中的至少一项时间。

3、根据权利要求2记述的车辆用多级变速器，其特征在于：

具有被上述分离器驱动的中间轴；上述分离器控制装置根据上述中间轴转速下降状况推定上述油温。

Images