CN1945065A - 控制车辆变速器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在换档过程中控制车辆变速器的方法，车辆变速器包括输入轴，输出轴，输入传动装置和输出传动装置，以及第一离合器和第二离合器。所述第一离合器用于建立输入轴和输入传动装置之间的驱动连接，以便在第一方向上驱动输出轴，所述第二离合器用于建立输入轴和输入传动装置之间的驱动连接，以便在一相反的方向上驱动输出轴，该控制方法包括下列步骤：通过第一离合器断开输入轴与输入传动装置之间的驱动连接，随后通过第二离合器建立输入轴与输入传动装置之间的驱动连接以降低输入传动装置的转速。

Description

控制车辆变速器的方法
技术领域
本发明涉及一种控制车辆变速器的方法。所述车辆变速器置于车辆原动机和车辆地面行走装置之间并提供使车辆行走装置被原动机驱动的多个齿轮传动比。本发明主要用于(但不限于)物料处理的车辆变速器，例如，拖拉机，装料机或类似用于工业和/或农业的车辆，这里所述的地面行走装置主要包括轮子，但也可以包括履带式行走装置。
背景技术
诸如拖拉机或装料机的车辆通常利用变速器提供一系列不同的齿轮传动比，例如四传动比。这种变速器主要包括多个离合器，其中一个通常已知为“前进”离合器，还有一个通常已知为“倒退”离合器。“前进”离合器可操作地啮合变速器里的齿轮从而使输出轴转动，以使得车辆前进。“倒退”离合器可操作地啮合变速器里的另一齿轮从而使输出轴以相反的方向转动。至少还有另外一个离合器也可操作地进一步啮合变速器里的其他齿轮以提供不同的齿轮传动比。
这种同步啮合变速器的一个问题是，在换高速档过程中，例如从一档换至二档，二档换至三档或三档换至四档，必须尽可能快地完成换档，特别是当车辆在斜坡上行驶时。这是因为一个慢的换档过程会导致车辆急剧减速甚至倒退。已经建议降低变速器输入传动装置的转速以便可以在变速器内获得平稳地换档。解决该问题的一个办法就是在换高速档的过程中用制动来降低输入齿轮的转速。但是，这样做会导致变速器的整体尺寸变大，对变速器的要求也会提高，这是不期望的。
发明内容
本发明的目的就是提供一种可解决上述问题的车辆变速器。
根据本发明的第一方面，提供一种在车辆换档过程中的控制车辆变速器的方法，车辆变速器包括输入轴，输出轴，输入传动装置和输出传动装置，以及第一离合器和第二离合器。所述第一离合器用于建立输入轴和输入传动装置之间的驱动连接，以便在第一方向上驱动输出轴，所述第二离合器用于建立输入轴和输入传动装置之间的驱动连接，以便在一相反的方向上驱动输出轴，该方法包括下列步骤：
通过第一离合器断开输入轴与输入传动装置之间的驱动连接；以及
随后通过第二离合器建立输入轴与输入传动装置之间的驱动连接以降低输入传动装置的转速。
优选地，在换高速档，例如从前进一档至前进二档或从倒退一档至倒退二档的过程中执行本方法。
通过第二离合器建立的驱动连接可以是仅一次的，随后该驱动连接即被中止。
可选地，第二离合器建立的驱动连接可以通过重复的建立输入轴与输出轴之间的驱动连接获得。
该方法可以包括一附加的步骤，即在通过第一离合器建立的输入轴与输入传动装置之间的驱动连接被断开后，在变速器中选择空档。
输入传动装置的转速可以被降低，直至输入轴和输出轴的转速比达到一特定值。
所述特定值可以响应所述输入传动装置和输出传动装置所需部件的旋转速度确定，保持实质相等即可。
输入传动装置的旋转速度可以通过第一传感装置检测。
输出传动装置的旋转速度可以通过第二传感装置检测。例如，变速器副轴的转速也可以被检测。
可以比较从第一、二传感装置获得的数据以便决定输入传动装置是否需要进一步的减速。
所述第一离合器可以是变速器中的前进离合器，所述第二离合器可以是变速器中的倒退离合器。
可选择地，第一离合器可以是变速器中的倒退离合器，第二离合器可以是变速器中的前进离合器。
根据本发明的第二方面，我们提供一可操作执行本发明第一方面的控制方法的控制单元。
附图说明
接合如下附图，以具体实施例来描述本发明。
图1是车辆变速器的侧视、部分剖面图。
图2a是图1中A-A处的剖视图；
图2b是图1中B-B处的剖视图；
以及
图3是本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
附图显示了一个车辆变速器，包括一般用10表示的壳体，所述壳体包括多个由螺栓连接在一起的壳体部件。变速器也包括输入轴15，输出轴26，主轴34，以及副轴45。
一个用11表示的壳体部件包括一被制成钟形的腔体部分12，腔体部分12用于连接内燃机的原动机。钟形腔体可以被制成容纳公知的扭矩转换器的形状，尽管扭矩转换器在本发明中不是必须的。壳体部件11构成变速器壳体10的一端：壳体10的另一端由壳体部件13形成，还有一中间壳体部件14位于它们之间。
输入轴15被分别支撑在壳体部件13，14内的滚柱轴承16，17上。输入轴15贯穿壳体部件11突出进入钟形部分12内，终止在用于与扭矩转换器(未示出)的输出端接合的花键部分18，扭矩转换器的输入端与内燃机的输出端，例如曲轴连接。
输入轴15支撑两个间隔的齿轮20，21，一“倒退”离合器22和一“前进”离合器23。离合器22，23都是多片液压操作的离合器，由此可以建立输入轴15与其各自的齿轮20，21之间的扭矩-传递连接。每个离合器22，23的结构，除了其包括多个相互交错的环形盘和一离合器轮轴外，其余都是公知常规的，在此不再赘述，所述环形盘各自与离合器鼓旋转紧固，所述轮轴依次与输入轴15及其上的齿轮20，21旋转紧固。当离合器在阀24控制产生的压力下供入液压流体时，多个相互交错的盘被安排用于产生相互摩擦的扭矩传递连接，流体从输入轴15内的孔引入并操纵一与离合器22，23相配合的活塞。
输出轴26通过轴承27，28支撑在壳体部件13内。在壳体部件13的外面，输出轴26具有一输出驱动连接器29，该连接器用于与车辆地面行走装置的驱动系元件的进一步连接。在本例中，这种元件可以包括分动齿轮和/或一个或多个万向驱动轴，分动齿轮及万向驱动轴用于与车辆的一对车轮或履带行走装置连接。
在壳体部件13内，输出轴26支撑一个输出齿轮30，在输出齿轮30的最内处的凹槽里，通过轴承32支撑主轴34的一端35。主轴34的另一端由壳体部件14内的锥轴承33支撑。主轴34靠近齿轮30的一端支撑一离合器36。离合器36位于齿轮30和齿轮37之间。齿轮37由主轴34可旋转地支撑，主轴34同时支撑三个相互分开的齿轮38，39，40，三个齿轮均与主轴34旋转固定。
离合器36可操作地建立主轴34与输出轴36之间或齿轮37与主轴34之间的扭矩传递连接。
副轴45由壳体部件13，14内的轴承46，47分别支撑。副轴45具有一可旋转紧固的齿轮48，齿轮48与齿轮30啮合。副轴45还支撑其他四个齿轮49，50，51，52。齿轮49旋转紧固于副轴45并与主轴34上的齿轮37啮合。
齿轮50，51在离合器60的两端由副轴45旋转支撑。离合器60可操作地建立齿轮50或齿轮51与副轴45之间的扭矩传递连接。
齿轮50与主轴34上的齿轮38啮合，齿轮51与主轴34上的齿轮39啮合，齿轮40与输入轴15上的齿轮21啮合。
齿轮52位于齿轮51和滚拄轴承47之间并与副轴45旋转紧固。齿轮52与由附加的输出轴54可旋转支撑的齿轮53啮合，齿轮53与轴54可通过离合器55离合，离合器55与上述提及的离合器22，23相同。轴54由锥轴承56，57支撑并伸出附加壳体部件62之外。轴54的这端支撑驱动接盘61，驱动接盘61用于连接诸如万向联接轴等的驱动元件，进一步驱动车轮。
在传统车辆中，只有车辆需要应用在四轮驱动模式中时，通过离合器55的接合，驱动接盘61的输出才得以应用，车辆一般应用在只被驱动接盘29驱动的两轮驱动中。
从附图2a和2b中可以看出，变速器还包括另一副轴70，副轴70偏向轴15，34，45的一侧并支撑倒档齿轮71。倒档齿轮71与输入轴15上的齿轮20、以及主轴34上的齿轮38啮合。倒档齿轮71一旦通过离合器22与主轴15连接，就会改变输出轴26的旋转方向，通过地面行走装置，改变车辆行驶方向。
变速器还包括第一、第二传感器，如附图标记80，81所示。第一传感器80置于输入传动装置附近以检测其旋转速度，第二传感器81置于输出齿轮30附近(当然也可以放在其他位置)以检测输出传动装置的转速。来自传感器的信号被传送至控制单元82，控制单元82接收线路83的命令信号并控制阀24。
这里的输入传动装置指的是所有由输入轴15，主轴34和副轴45支撑的齿轮，当变速器处于空档状态时，输入传动装置(也就是齿轮20，21，38，39，40，50，51和71)处于相互驱动的状态。进一步说，输出传动装置指的是所有由输出轴26(或输出轴54)，主轴34和副轴45支撑的齿轮，当变速器处于空档状态时，输出传动装置(也就是齿轮30，37，48，49，52和53)处于相互驱动的状态。
当变速器处于空档状态，或选择空档时，我们指的是没有机械齿轮被选中以至于变速器中没有扭矩通过路径。
所需部件，我们指的是提供输入传动装置与输出传动装置之间驱动连接以通过各自的齿轮在输入轴15与输出轴26之间产生扭矩通路的、必须使用的变速器元件(也就是齿轮和/或轴的组合)。
变速器还包括分别布置在输入传动装置和输出传动装置附近的第一、第二传感器80、81。传感器80布置在输入传动装置的齿轮20附近以检测其转速。输入传动装置其他部件的转速可以由齿轮20的转速推算出。类似地，传感器81布置在输出轴26附近以检测其转速。其他输出传动装置部件的转速可以由输出轴26的转速推算出。
上述的变速器包括四个前进驱动路径，所述每个传动路径在输入轴和输出轴之间提供一个齿轮传动比，所述传动比从第一至第四前进驱动路径依次增加。第一前进驱动路径(第一前进档)是沿输入轴15和齿轮21，40，39，51，48和30至输出轴26提供的。第二前进驱动路径(第二前进档)是沿输入轴15和齿轮21，40，38，50，48和30至输出轴26提供的。第三前进驱动路径(第三前进档)是沿输入轴15和齿轮21，40，37，49，48和30至输出轴26提供的。最后，第四前进驱动路径(第四前进档)是沿输入轴15和齿轮21，40至输出轴26提供的。在这个实施例中，第四前进驱动路径提供输入轴15的转速与输出轴26的转速之间1∶1的传动比。
同样有四个倒退驱动路径与四个前进驱动路径相对应。第一倒退驱动路径(第一倒档)是沿输入轴15和齿轮20，71，38，39，51，48和30至输出轴26提供的。第二倒退驱动路径(第二倒档)是沿输入轴15和齿轮20，71，38，50，48和30至输出轴26提供的。第三倒退驱动路径(第三倒档)是沿输入轴15和齿轮20，71，38，37，49，48和30至输出轴26提供的。最后，第四倒退驱动路径(第四倒档)是沿输入轴15和齿轮20，71，38至输出轴26提供的。
第一前进档接合，离合器60建立齿轮51与副轴45之间的扭矩传递连接，并且离合器36在中立位置。离合器23随后建立齿轮21与输入轴15之间的扭矩传递连接。这样，齿轮21便旋转，依次致使齿轮40也旋转。由于齿轮40与主轴34旋转紧固，主轴34和齿轮39也跟着转动。由于齿轮39与齿轮51啮合，齿轮51和副轴45也跟着转动。副轴45的转动导致齿轮48的转动，齿轮48依次带动齿轮30和连接于其上的输出轴26旋转。
当需要换高速档时，换档控制方法如图3中的流程框图所示，换档可以由用户或自动选择系统请求。换档需求被送至控制器82。一旦换档开始，控制器82在步骤85中验证换档是否是换高速档。倘若换档是换高速档，例如在步骤86中从前进一档至前进二档，“前进”离合器23被操作，以断开齿轮21和输入轴15之间的连接。在步骤87中，离合器60随后断开齿轮51和副轴45之间的连接。这样，变速器便处在空档位置，即没有档位被选择。
如步骤88所示，控制器82可操作地提供一预装填时间。离合器22，23有一个离合器充满(液压油)时间，即在离合器供入工作流质与离合器接合之间存在一个延迟。通过提供一个与步骤86和87平行的换高档预装填步骤88，离合器22可以在步骤89中可以减少延迟甚至没有延迟地立即执行。
在步骤89中，倒退离合器22可操作地一次或多次将齿轮20和输入轴15接合。倒退离合器22的这个操作会导致输入传动装置的转速降低。因为输入轴15被通过离合器22，齿轮20，倒退齿轮71和齿轮38连接至主轴34。而主轴34以相反的方向旋转。
通过“倒退”离合器22的一次或重复的操作，离合器22起到一个换高速档时的制动作用，这种制动作用导致输入传动装置的减速。这种制动作用一直持续到输入传动装置与输出传动装置的传动比达到一特定或预定的值，此时输入传动装置的必须部件的转速和输出传动装置的必须部件的转速基本相等。
当从前进一档换至前进二档时，输入传动装置的必须部件是齿轮50，输出传动装置的必须部件是副轴45。这样，输入传动装置必须减速，直到齿轮50的转速与副轴45的转速实质相等。
在这个例子中，比较从安装在齿轮20和输出轴26附近的速度传感器80，81提供的数据来确定何时输入传动装置与输出传动装置的必须部件的转速实质相等。一旦转速达到实质相等，“倒退”离合器22就断开齿轮20与输入轴15之间的连接。
可选择地，一个预定的最佳处理时间可以允许失效(90)。如此，对离合器20来说，根据选择的档位有一个预程序化的操作时间。这种选择不需要来自传感器80，81的数据。
在步骤91中，另一离合器，这里指的是离合器60，随后建立齿轮50与副轴45之间的扭矩传递连接。当齿轮50和副轴45的转速几乎相等时，齿轮50与副轴45之间的接合比较平稳。当然，他们的转速不必是配合的十分精确，事实上，理想的情况是速度不要精确相等，因为离合器的牙会交互排列，永远不啮合。
在步骤92中，离合器23再次建立齿轮21与输入轴15之间的扭矩传递连接，该连接驱动齿轮40，齿轮38，齿轮50，齿轮48，齿轮30和输出轴26。变速器就这样驱动经过第二前进驱动路径(第二前进档)。
当用户决定从第二前进档换至第三前进档时，进行类似的顺序。首先，离合器23断开齿轮21与输入轴15之间的连接。离合器60随后断开齿轮50与副轴45之间的连接。“倒退”离合器22随后与上述相同被操作，一次或多次地接合齿轮20与输入轴15，致使输入传动装置的转速降低。
这种作用一直持续到输入传动装置15与输出传动装置的传动比达到一特定值，此时输入传动装置的必须部件的转速和输出传动装置的必须部件的转速基本相等。当从前进二档换至前进三档时，输入传动装置的必须部件是主轴34，输出传动装置的必须部件是齿轮37。这样，输入传动装置必须减速，直到主轴34的转速与齿轮37的转速实质相等。
“倒退”离合器22随后使齿轮20与输入轴15分离。
离合器36随后建立齿轮37与主轴34之间的扭矩传递连接。离合器23随后再次建立齿轮21与输入轴15之间的扭矩传递连接，该连接驱动齿轮40，齿轮37，齿轮49，齿轮48，齿轮30和输出轴26。变速器就这样通过第三前进驱动路径(第三前进档)驱动。
当使用者决定从第三前进档换至第四前进档时，首先，离合器23断开齿轮21与输入轴15之间的连接。离合器36随后断开齿轮37与主轴34之间的连接。“倒退”离合器24随后再次与上述相同被操作，一次或多次地接合齿轮20与输入轴15，致使输入传动装置的转速降低。
这种作用一直持续到输入轴15与输出轴26的传动比达到一特定值，此时输入传动装置的必须部件的转速和输出传动装置的必须部件的转速基本相等。当从前进三档换至前进四档时，输入传动装置的必须部件是主轴34，输出传动装置的必须部件是输出轴26。这样，输入传动装置必须减速，直到主轴34的转速与输出轴26的转速实质相等。
“倒退”离合器22随后使齿轮20与输入轴15分离。
离合器36随后建立主轴34与输出轴26之间的扭矩传递连接。离合器23随后再次建立齿轮21与输入轴15之间的扭矩传递连接，该连接驱动齿轮40和输出轴26。变速器就这样通过第四前进驱动路径(第四前进档)驱动。在本例中，第四前进驱动路径提供输入轴15的转速与输出轴26的转速之间1∶1的传动比。
当换至一低速档(换低档)时，“前进”离合器23从输入轴15断开齿轮21，然后离合器36或60接合以提供必须的驱动路径或齿轮，一旦这些完成，“前进”离合器23随后再次建立齿轮21与输入轴15之间的扭矩传递连接，该连接通过选择的前进驱动路径驱动输出轴26。
值得注意的是，如果车辆在倒退驱动路径间换高速档，“前进”离合器23的作用与“后退”离合器22的作用是相反的。首先，一旦一个后退换档开始，控制器确定该后退换档是换高速档还是换低速档。如果后退换档是换高速档，例如从第一后退档换至第二后退档，“后退”离合器22断开齿轮20和输入轴15之间的连接。离合器60随后断开齿轮51与副轴45之间的连接。这样变速器便处在空档位置，也就是没有档位被选择。
“前进”离合器23随后一次或多次被操作将齿轮21和输入齿轮15连接。离合器23的这个操作导致传动装置的转速降低。
在这个例子中，通过离合器23一次或重复的操作导致输入传动装置的减速一直持续到输入传动装置与输出轴的传动比达到一特定值，此时输入传动装置的必须部件的转速和输出传动装置的必须部件的转速基本相等。一旦转速实质上相等，离合器23就断开齿轮21和输入轴15之间的连接。
离合器60随后建立齿轮50与副轴45之间的扭矩传递连接，离合器22随后再次建立齿轮20和输入轴15之间的扭矩传递连接，该连接驱动齿轮71，齿轮38，齿轮50，齿轮48，齿轮30和输出轴26。变速器就这样通过第二倒退驱动路径(倒退二档)驱动。
为了便于清楚说明，这里所说的变速器有4个前进传动比和4个后退传动比，显然也可以提供任何理想数目的档位，例如，作业控制块(JCB)
“Fastrac”(RTM)有54个前进档和18个倒退档。
在说明书和权利要求中，使用的术语“包含”及其各种变体指的是具体的特征、步骤或数字均被包括。该术语不能被理解成排除其他特征、步骤或元件的存在。
在上述说明书中或在下述权利要求或附图中公开的特征，以他们具体特征的形式，或其执行的功能或方法或步骤所达到的结果的适当的、可能的、独立的形式，或与其他特征接合的形式来表达。所述其他特征被用来以不同的形式实现本发明。

Claims (18)

1、一种在换档过程中控制车辆变速器的方法，所述车辆变速器包括输入轴，输出轴，输入传动装置和输出传动装置，以及第一离合器和第二离合器，所述第一离合器用于建立输入轴和输入传动装置之间的驱动连接，以便在第一方向上驱动输出轴，所述第二离合器用于建立输入轴和输入传动装置之间的驱动连接，以便在一相反的方向上驱动输出轴，控制方法包括下列步骤：
通过第一离合器断开输入轴与输入传动装置之间的驱动连接，以及
随后通过第二离合器建立输入轴与输入传动装置之间的驱动连接以降低输入传动装置的转速。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括随后的通过第二离合器断开输入轴与输入传动装置之间的驱动连接的步骤。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述方法包括随后的通过第一离合器再次建立输入轴与输入传动装置之间的驱动连接的步骤。
4、根据前述任意一项权利要求中所述的方法，其特征在于：所述方法在换高速档的过程中实施。
5、根据前述任意一项权利要求中的方法，其特征在于：通过第二离合器建立的驱动连接是仅一次的，随后该驱动连接不再继续。
6、根据权利要求1至5中任意一项的方法，其特征在于：通过第二离合器建立的驱动连接由重复建立所述的输入轴与输出轴之间的驱动连接获得。
7、根据前述任意一项权利要求中的方法，其特征在于：所述方法包括一附加的、在通过第一离合器建立的输入轴与输入传动装置之间的驱动连接被断开以后、在变速器中选择空档的步骤。
8、根据前述任意一项权利要求中的方法，其特征在于：输入轴的转速被降低直至输入传动装置的转速与输出传动装置的转速之间的传动比达到一特定值。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述特定值响应于所述输入传动装置必须部件的转速与所述输出传动装置必须部件的转速达到基本上相等。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述方法包括操作另一离合器使输入传动装置必须部件与所述输出传动装置必须部件接合的步骤。
11、根据前述任意一项权利要求中的方法，其特征在于：所述输入传动装置的转速由第一传感装置检测。
12、根据权利要求9至11中的任意一项的方法，其特征在于：所述输出传动装置的转速由第二传感装置检测。
13、根据从属于权利要求11的权利要求12所述的方法，其特征在于：比较从第一、第二传感装置得到的数据以确定输入传动装置是否需要进一步的减速。
14、根据前述任意一项权利要求中的方法，其特征在于：所述第一离合器是变速器中的前进离合器，所述第二离合器是变速器中的倒退离合器。
15、根据权利要求1至13中的任意一项的方法，其特征在于：所述第一离合器是变速器中的倒退离合器，所述第二离合器是变速器中的前进离合器。
16、一种参照附图并如附图所示的、在上文中充分描述的方法。
17、一种可以执行上述任一项权利要求中所述方法的控制单元。
18、在此和/或在附图中描述的任何新颖的特征或特征的新颖的组合。
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