EA008816B1 - Трансмиссионная система и способ управления крутящим моментом в трансмиссиях - Google Patents

Abstract

Трансмиссия, содержащая множество передаточных отношений (15, 17), средство (13) переключения для избирательного включения передаточных отношений и управляющую систему, включающую средство для измерения деформации, вызванной крутящим моментом в трансмиссии (63, 64), по меньшей мере в одном статичном компоненте или узле (50), который деформируется за счет крутящего момента в трансмиссии, и средство для управления крутящим моментом в трансмиссии (2, 24), при этом управляющая система выполнена с возможностью измерения деформации и регулирования крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией и известного соотношения между передаточными отношениями.

Description

Данное изобретение относится к трансмиссиям, имеющим управляющие системы для выбора передаточных отношений, и к способу управления крутящим моментом в трансмиссиях. Данное изобретение можно использовать в соединении с трансмиссионными системами типа, описанного в РСТ/СВ2004/001976. и с устройством и способом для измерения крутящего момента, описанными в РСТ/СВ2004/002946. поданными одновременно. Признаки каждого из этих документов включены в данное описание, хотя изобретение не следует рассматривать как ограниченное трансмиссионными системами описанного типа.

В обычных трансмиссионных системах с синхронизацией зацепления пар зубчатых колес с единственным сцеплением для транспортных средств, необходимо отсоединять трансмиссию от источника мощности, такого как двигатель или электродвигатель, посредством приведения в действие сцепления перед выключением текущей передачи и включения новой передачи. Если мощность не отключена при попытке включения новой передачи, то синхронизатор коробки передач не способен вводить в зацепление новое зубчатое колесо и необходимо прикладывать силу с риском повреждения трансмиссии и создания пиков крутящего момента в трансмиссии. Это обусловлено тем, что в большинстве случаев скорость двигателя не согласована со скоростью новой передачи. Для автомобилей, таких как автомобили, имеющие обычные коробки передач и получающие мощность от двигателя, выбор нового передаточного отношения обычно занимает от 0,5 до 1 с до завершения. Так, например, когда выбирается более высокая передача, то задержка во времени позволяет двигателю уменьшить скорость (за счет собственной инерции) для более близкого согласования скорости новой передачи перед тем, как сцепление снова соединит двигатель и трансмиссию, за счет чего уменьшается возможность появления пиков крутящего момента, когда снова прикладывается мощность.

В трансмиссионных системах, где выбор нового передаточного отношения осуществляется почти мгновенно, по существу без прерывания мощности, в таких как трансмиссионная система, описанная в РСТ/СВ2004/001976. могут создаваться большие пики крутящего момента, когда включается новая передача при определенных условиях переключения. Пики крутящего момента вызывают распространение ударных волн через трансмиссию, которые могут слышать и чувствовать пассажиры автомобиля. Ударные волны могут вызывать толчки при движении автомобиля и могут приводить к износу компонентов трансмиссии и к возможному выходу из строя компонентов. Несмотря на это, желательно использовать такие трансмиссии в транспортных средствах, поскольку они являются более эффективными и поэтому приводят к меньшему расходу топлива, меньшим вредным выбросам и улучшению характеристик автомобиля, поскольку приложение мощности является, по существу, непрерывным.

Для успешной работы системы управления важно, чтобы она содержала средство для контроля рабочих условий внутри трансмиссии. Например, часто полезно измерять или вычислять величину и направление крутящего момента внутри трансмиссии для работы устройств управления, которые могут регулировать крутящий момент в трансмиссии. Один подход к измерению крутящего момента состоит в установке датчика крутящего момента на выходном вале трансмиссии для измерения величины скручивания между двумя известными точками на вале. Датчики крутящего момента являются очень дорогими и поэтому редко используются на практике. Другим недостатком является то, что поскольку датчик устанавливается на вале, сигналы должны передаваться с датчика в блок обработки через беспроводную систему передачи, или же необходимо устанавливать вокруг вала контактные щетки. Существуют трудности в установке датчиков крутящего момента с использованием контактных щеток, и щетки изнашиваются при использовании и поэтому могут приводить к неточному считыванию или выходу из строя датчика.

Задачей данного изобретения является создание трансмиссии, содержащей управляющую систему для регулирования величины крутящего момента в трансмиссии во время смены передачи и средство для измерения величины крутящего момента внутри трансмиссии, которая смягчает, по меньшей мере, некоторые из указанных выше проблем.

Согласно данному изобретению, создана трансмиссия, содержащая множество передаточных отношений, средство переключения для избирательного включения передаточных отношений, и управляющую систему, включающую средство для измерения деформации, вызванной крутящим моментом в трансмиссии, по меньшей мере, в одном статичном компоненте или узле, который деформируется за счет крутящего момента в трансмиссии, и средство для управления крутящим моментом в трансмиссии, при этом управляющая система расположена с возможностью измерения деформации и регулирования крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией и известной взаимосвязи между передаточными отношениями.

Каждое передаточное отношение вызывает различную величину деформации в компоненте или в узле при конкретной величине крутящего момента в трансмиссии за счет различных физических свойств и расположения каждого передаточного отношения. Известная взаимосвязь величины деформации, вызываемой при выборе каждого передаточного отношения, позволяет управляющей системе регулировать деформацию, измеренную в соответствии с известным соотношением, когда выбрано новое передаточное отношение. При этом управляющая система может управлять величиной крутящего момента в трансмиссии во время переключения передач для создания более плавного переключения передач без

- 1 008816 необходимости вычисления абсолютной величины крутящего момента в трансмиссии. Статические компоненты и узлы относятся к компонентам и узлам, отличным от вращающихся компонентов и узлов трансмиссии. Статический компонент или узел предпочтительно выполнен с возможностью опоры или размещения вращающихся компонентов трансмиссии, шасси транспортного средства или опорной системы между шасси и трансмиссией.

Известное соотношение предпочтительно является по существу линейным, и величины, соответствующие измеренной деформации, регулируются с помощью масштабного коэффициента. В некоторых вариантах выполнения соотношения может быть не линейным, и для регулирования измеренных величин можно использовать алгоритмы.

Управляющая система предпочтительно выполнена с возможностью управления скоростью изменения крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией.

Средство для управления крутящим моментом в трансмиссии предпочтительно содержит средство сцепления. Средство сцепления предпочтительно имеет первый и второй элементы зацепления для избирательной передачи приводного усилия от источника привода в трансмиссию, и управляющее средство для управления силой сцепления между элементами зацепления. Управляющее средство может автоматически уменьшать силу сцепления перед выбором переключательным средством не находящегося в зацеплении передаточного отношения для обеспечения относительного вращательного движения между элементами зацепления, когда не находящееся в зацеплении передаточное отношение вводится в зацепление переключательным средством.

Средство для управления крутящим моментом в трансмиссии предпочтительно содержит средство для управления скоростью источника привода. Например, средство для управления источником привода может быть блоком управления двигателем или механизмом управления дроссельной заслонкой карбюратора.

Управляющая система предпочтительно содержит средство для вычисления величины крутящего момента в трансмиссионной системе и включает оценочное средство для оценки крутящего момента в трансмиссии, когда переключательное средство вводит в зацепление не находящееся в зацеплении передаточное отношение. Оценочное средство предпочтительно прогнозирует крутящий момент в трансмиссии, когда переключательное средство выбирает не находящееся в зацеплении передаточное отношение в соответствии с измеренной деформацией непосредственно перед сменой передачи и известным соотношением между находящимся в зацеплении передаточным отношением и не находящимся в зацеплении передаточным отношением.

Управляющая система содержит сенсорное средство для обнаружения положения переключательного средства. Сенсорное средство можно использовать для точного измерения положения переключательного узла для идентификации, какое передаточное отношение находится в зацеплении, и какое передаточное отношение выбирается. Это позволяет управляющей системе определить, какое известное соотношение необходимо использовать для управления крутящим моментом в трансмиссии во время смены передачи.

Трансмиссия предпочтительно содержит средство для идентификации колебаний в измерениях деформации, вызванных факторами, отличными от крутящего момента в линии привода. Например, таких факторов, как движение транспортного средства из-за неровностей в дорожном покрытии. Управляющая система предпочтительно выполнена с возможностью записи множества отсчетов и вычисления разницы между измерениями, и управления крутящим моментом с учетом колебаний в измерениях деформации (за счет факторов, отличных от крутящего момента в линии привода). Если измерения деформации искажаются, например, за счет нагрузки вследствие неровной поверхности дорожного покрытия, то управляющая система управляет уровнем крутящего момента для исключения колебаний крутящего момента в трансмиссии.

Управляющая система может содержать, по меньшей мере, средство для измерения скорости двигателя или средство для измерения скорости движения или установленный на транспортном средстве акселерометр.

Средство для измерения деформации предпочтительно измеряет величину деформации кручения в компоненте или узле.

Средство для измерения деформации предпочтительно определяет направление крутящего момента в трансмиссии.

Компонент или узел предпочтительно содержит по меньшей мере один подшипник трансмиссии, корпус, опорный элемент, подвеску или установочные болты. Корпус предпочтительно содержит корпус коробки передач или корпус консольной части вала.

Средство для измерения деформации предпочтительно содержит по меньшей мере один датчик нагрузки, и предпочтительно несколько датчиков нагрузки. В одном варианте выполнения средство для измерения деформации установлено на корпусе, имеющем продольную ось, и корпус расположен так, что крутящий момент в трансмиссии вызывает деформацию скручивания корпуса вокруг продольной оси. Первый и второй датчики нагрузки предпочтительно установлены на корпусе так, что деформация

- 2 008816 корпуса приводит к созданию первым и вторым датчиками нагрузки различных выходных сигналов. Датчики нагрузки предпочтительно расположены в мостовой схеме Уитстона.

В одном варианте выполнения средство для измерения деформации измеряет величину деформации в компоненте или узле. Средство для измерения деформации содержит по меньшей мере один датчик деформаций. Датчик деформаций предпочтительно расположен в мостовой схеме Уитстона.

Согласно изобретению, создан способ управления крутящим моментом в трансмиссии, имеющей несколько передаточных отношений и средство переключения для избирательного включения передаточных отношений, включающий измерение деформации, вызванной крутящим моментом по меньшей мере в одном компоненте или узле, выполненном с возможностью опоры или размещения вращаемых компонентов трансмиссии, выбор не находящегося в зацеплении передаточного отношения, регулирование крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией и известного соотношения между передаточными отношениями.

Способ предпочтительно включает управление скоростью изменения крутящего момента.

Способ предпочтительно включает оценку величины крутящего момента в трансмиссии при введении в зацепление не находящегося в зацеплении передаточного отношения.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, создана трансмиссия, содержащая несколько передаточных отношений, переключательное средство для избирательного ввода в зацепление передаточных отношений, содержащая средство для измерения деформации, вызванной крутящим моментом в трансмиссии по меньшей мере в одном компоненте или узле, выполненном с возможностью опоры или размещения вращаемых компонентов трансмиссии.

Трансмиссионная система предпочтительно содержит первый и второй вращаемые валы, и средство для передачи приводного усилия с одного вала на другой вал, включая первое и второе зубчатые колеса, каждое из которых установлено с возможностью вращения на первом вале и имеет приводные конструкции, сформированные на нем, переключательный узел для избирательной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, при этом переключательный узел содержит исполнительный узел и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью перемещения в зацепление и из зацепления с первым и вторым зубчатыми колесами независимо друг от друга, при этом указанный переключательный узел выполнен так, что когда передается приводное усилие, то один из первого и второго комплектов элементов зацепления входит с передачей приводного усилия в зацепление со сцепленным зубчатым колесом, а другой комплект элементов зацепления находится в это время в ненагруженном состоянии, при этом исполнительный узел выполнен с возможностью перемещения ненагруженного комплекта элементов зацепления в зацепление с передачей приводного усилия с не сцепленным зубчатым колесом для осуществления смены передачи.

Переключательный узел расположен таким образом, что при передаче усилия торможения, первый комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии, а при передаче приводное усилие, второй комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия со сцепленным зубчатым колесом, при этом второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии.

Исполнительный узел выполнен с возможностью поджатия нагруженного комплекта элементов зацепления в направлении не сцепленного зубчатого колеса без вывода из зацепления нагруженного комплекта элементов зацепления со сцепленным зубчатым колесом.

Первый и второй комплекты элементов зацепления могут быть выполнены с возможностью вращения при использовании вместе с первым валом. Первый вал предпочтительно является входным валом, а второй вал является выходным валом, и привод передается с входного вала на выходной вал.

Ниже приводится в качестве примера подробное описание варианта выполнения данного изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1а - наружные корпуса трансмиссии, согласно изобретению в изометрической проекции;

фиг. 1Ь - разрез трансмиссионной системы, согласно фиг. 1а;

фиг. 1с - блок-схема управляющей системы, согласно изобретению;

фиг. 16 - график зависимости крутящего момента от времени при изменении передачи с первой на вторую передачу;

фиг. 2 - часть переключательного узла в изометрической проекции;

фиг. 3 - расположение группы кулачков на стороне передачи;

фиг. 4 - дисковая пружина на виде сверху;

фиг. 5а-£ - диаграмма работы переключательного узла;

фиг. 6 - схема работы управляющей системы при выборе более высокой передачи;

фиг. 7 - график зависимости давления сцепления от времени;

фиг. 8 - схема работы управляющей системы при выборе более низкой передачи;

фиг. 9 - схема датчика деформаций;

фиг. 10 - разрез выходного вала, показывающий альтернативное расположение для крепления брусков зацепления к выходному валу; и

- 3 008816 фиг. 11 - дисковая пружина для второго варианта выполнения изобретения, вид сверху.

На фиг. 1а и 1Ь показана трансмиссионная система, выполненная для использования в транспортном средстве, таком как автомобиль, и на фиг. 1с показана блок-схема управляющей системы для управления выбором передаточных отношений. Трансмиссионная система содержит выходной вал 1, имеющий первое и второе зубчатые колеса 3, 5, установленные на нем, входной вал 7, имеющий третье и четвертое зубчатые колеса 9, 11, установленные на нем, и переключательный узел 13. Первое и второе зубчатые колеса 3, 5 установлены с возможностью вращения на выходном вале 1, а третье и четвертое зубчатые колеса 9, 11 выполнены в виде единого целого с входным валом 7 и заблокированы для вращения вместе с ним. Первое и второе зубчатые колеса 3, 5 входят в зацепление с третьим и четвертым зубчатыми колесами 9, 11, соответственно, которые выполнены в виде единого целого с входным валом, с образованием первой и второй пары 15, 17 зубчатых колес. Входной вал 7 соединен со сцеплением 2, имеющим первый и второй диски 4, 6 сцепления. Первый диск 4 сцепления соединен посредством первого вала 8 с выходом двигателя 10, а второй диск 6 сцепления соединен посредством второго вала 12 с входным валом 7 через пятое зубчатое колесо 14. Пятое зубчатое колесо 14 заблокировано для вращения вместе со вторым валом 12. Расположение таково, что сцепление 2 избирательно прикладывает привод от двигателя 10 к выходному валу 1 трансмиссии через входной вал 7 и передаточные отношения 15, 17.

Первый и второй датчики 16, 18 расположены в сцеплении 2 для измерения частоты вращения первого и второго дисков 4, 6 сцепления, соответственно. Первый и второй датчики 16, 18 являются датчиками Холла, однако можно использовать также другие типы датчиков, такие как оптические датчики или устройства измерения скорости зубчатых колес. Первый и второй датчики 16, 18 соединены с компьютерным процессором 20, который управляет работой управляющей системы. Не обязательно, но можно использовать третий датчик 18Ь для измерения частоты вращения выходного вала двигателя. Сцепление 2 включает исполнительный механизм 22 для управления давлением и тем самым величиной трения между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления и поэтому крутящим моментом, который может передаваться с двигателя 10 в трансмиссию. Управление исполнительным механизмом 22 выполняется электронно с помощью сигналов, принимаемых из компьютерного процессора 20, для увеличения или уменьшения давления между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления, и за счет этого управления вращением первого и второго дисков сцепления с одинаковой частотой вращения (при полном зацеплении) или с движением относительно друг друга (с проскальзыванием). Компьютерный процессор 20 может обнаруживать проскальзывание в сцеплении 2 из измеряемой частоты вращения выходного вала двигателя посредством обнаружения изменений в частоте вращения и известных свойств трансмиссии, таких как какое передаточное отношение находится в зацеплении и сколько зубцов имеет каждое зубчатое колесо. Аналогичным образом, компьютерный процессор 20 может обнаруживать проскальзывание сцепления посредством сравнения сигналов датчиков скорости на обеих сторонах сцепления. Процессор 20 может определять, какая передача находится в зацеплении, посредством считывания сигналов датчиков скорости на выходной стороне сцепления (входной скорости коробки передач) и выходной скорости коробки передач.

Компьютерный процессор 20 соединен также с механизмом 24 управления дроссельной заслонкой для управления числом оборотов и крутящим моментом двигателя 10. Механизм 24 управления дроссельной заслонкой является механизмом дроссельной заслонки карбюратора, который выполнен с возможностью избирательной корректировки управления двигателя водителем для обеспечения управляющей системе возможности более точного управления выходным крутящим моментом двигателя для содействия сохранению требуемого значения градиента выходного крутящего момента коробки передач во время быстрого включения передач. Сигналы, передаваемые из компьютерного процессора 20 в механизм 24 управления дроссельной заслонкой, могут увеличивать или уменьшать число оборотов или крутящий момент двигателя в соответствии с принимаемыми сигналами управления, управляя тем самым скоростью вращения первого вала 8 и первого диска 4 сцепления. Число оборотов двигателя 10 измеряется с использованием обычного датчика, выход которого соединен с компьютерным процессором 20.

Действие пиков крутящего момента, вызываемых при включении переключательным узлом 13 нового передаточного отношения, можно уменьшать до допустимого уровня, т. е. до уровня, который не обнаруживается пассажирами автомобиля, посредством уменьшения давления между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления перед выбором нового передаточного отношения без полного расцепления дисков для обеспечения проскальзывания дисков сцепления (относительного вращательного движения между дисками сцепления), когда переключательный узел 13 вводит в зацепление новое зубчатое колесо и создает пик крутящего момента в трансмиссии. Давление между дисками 4, 6 сцепления предпочтительно уменьшается до примерно начала проскальзывания сразу же после инициирования смены передачи, например, вручную посредством перемещения рукоятки 26 переключения передач или же автоматически с помощью управляющей системы после измерения определенного числа оборотов двигателя, но перед введением в зацепление новой передачи. Пик крутящего момента, создаваемый переключательным узлом 13, вводящим в зацепление новое зубчатое колесо, рассеивается, поскольку он вызывает быстрое проскальзывание между дисками 4, 6 сцепления, так как диски сцепления уже находятся в начале проскальзывания перед приемом дополнительной нагрузки, вызванной пиком крутящего момента. Это так

- 4 008816 же обеспечивает время для двигателя 10 на согласование своего числа оборотов с числом оборотов нового передаточного отношения.

Сцепление 2 размещено в первом корпусе 32, известном как колоколообразный картер, и трансмиссия размещена во втором корпусе 34, известном как картер коробки передач. Колоколообразный корпус 32 содержит трубчатый элемент по существу в форме усеченного корпуса, а корпус 34 коробки передач содержит трубчатый элемент, имеющий прямоугольное поперечное сечение. Первая и вторая концевые пластины 36, 38 прикреплены каждая к корпусу 34 коробки передач болтами. Концевые пластины 36, 38 выполнены с возможностью отсоединения от корпуса 34 коробки передач для обеспечения выполнения работ по техническому обслуживанию. Колоколообразный корпус 32 прикреплен к первой концевой пластине 36 болтами (не изображены). В первой концевой пластине 36 выполнено сквозное отверстие 40, и второй вал 12 проходит от второго диска 6 сцепления через отверстие 40 в корпус 34 коробки передач. Первый вал 8 опирается на подшипник 42 внутри корпуса коробки передач для вращательного движения относительно корпуса коробки передач. Подшипник 42 запрессован в первую концевую пластину 36.

Входной вал 7 опирается на два подшипника 44 для вращательного движения относительно корпуса 34 коробки передач. Подшипники 44 запрессованы в первую и вторую концевые пластины 36, 38.

Во второй концевой пластине 38 выполнено сквозное отверстие 48, и выходной вал 1 проходит через отверстие 48 в третий корпус 50, известный также как кожух консольной части вала. Выходной вал 1 опирается на подшипник 52, который запрессован во вторую концевую пластину 38 для вращательного движения относительно корпуса 34 коробки передач. Корпус 50 консольной части вала прикреплен ко второй концевой пластине 38 с помощью втулки 52, которая приварена ко второй концевой пластине. Корпус 50 консольной части вала содержит, по существу, цилиндрическую трубу с закрытым концом, который расположен коаксиально с выходным валом 1. В конце корпуса 50 консольной части вала выполнено отверстие 56, и выходной вал 1 проходит через корпус 50 консольной части вала и через отверстие 56 для соединения с дифференциалом (не изображен). Выходной вал 1 опирается на подшипник 58 для вращательного движения относительно корпуса 50 консольной части вала.

По существу, жесткая опорная система 60 для опоры первого и второго датчиков 62, 64 нагрузки установлена на нижней стороне кожуха концевой части вала. Опорная система 60 установлена перпендикулярно продольной оси корпуса консольной части вала и тем самым выходному валу 1. Датчики 62, 64 нагрузки расположены на балке шасси (не изображена), которая является структурным элементом шасси, проходящим сбоку поперек шасси, но не прикреплены к балке шасси.

Когда выходной вал 1 приводится во вращение двигателем 10 через трансмиссионную систему, то крутящий момент передается с входного и выходного валов 7, 1 по пути, включающему подшипники 42, 44, 52, 58, корпус 34 коробки передач, первую и вторую концевые пластины 36, 38 и кожух 50 консольной части вала. Крутящий момент во входном и выходном валах 7, 1 вызывает деформацию подшипников 42, 44, 52, 58, корпуса 34 коробки передач, первой и второй концевых пластин 36, 38 и корпуса 50 консольной части вала. Величина деформации пропорциональна величине крутящего момента на выходном вале 1, и поэтому измеренную величину деформации можно использовать для управления величиной крутящего момента, приложенного к трансмиссии, при переключении между передаточными отношениями. Направление крутящего момента является важным, поскольку оно указывает, выполняет ли двигатель, автомобиль или трансмиссия ускорение или замедление (торможение).

В данном варианте выполнения величина и направление крутящего момента в трансмиссии измеряются с использованием системы датчиков нагрузки, показанной на фиг. 1Ь. Когда крутящий момент передается на корпус 50 консольной части вала, то корпус деформируется посредством скручивания. Опорная система 60 скручивается вместе с корпусом 50 консольной части вала, вызывая тем самым увеличение усилия, прикладываемого одним из первого и второго датчиками 62, 64 нагрузки к балке шасси, и уменьшения усилия, прикладываемого другим датчиком нагрузки к балке шасси. С датчиков 62, 64 нагрузки можно считывать сигналы. Величина разницы между считываемыми с первого и второго датчиков 62, 64 сигналами пропорциональна величине деформации корпуса 50 консольной части вала и поэтому величине крутящего момента в трансмиссии. Направление крутящего момента устанавливается посредством определения, какой из первого и второго датчиков 62, 64 нагрузки имеет больший считываемый сигнал.

Корпус 50 консольной части вала деформируется на разную величину при данной величине крутящего момента на выходном вале 1, когда включаются различные передаточные отношения посредством переключательного механизма 13. Это обусловлено различными относительными положениями зубчатых колес на валах 1, 7, физическими свойствами зубчатых колес, такими как размер, геометрическая форма, используемый материал, форма зубьев и т.д. Поэтому необходимо корректировать величины измеренной деформации при сравнении измеренных величин, созданных, когда разные передаточные отношения включаются посредством переключательного механизма. В противном случае эквивалентные измеренные величины будут относиться к различным величинам крутящего момента на выходном вале 1.

Соотношение между величиной деформации, вызванной в корпусе 50 консольной части вала, когда переключательный узел 13 включает разные передаточные отношения, например, первое и второе пере

- 5 008816 даточные отношения 15, 17, известно и поэтому величиной крутящего момента в трансмиссии можно управлять посредством измерения деформации в корпусе 50 консольной части вала, или в любом другом компоненте или узле, на которые опираются или в которых расположены вращающиеся компоненты трансмиссии. Обычно соотношение является, по существу, линейным и поэтому величину деформации, измеренную при включении первого передаточного отношения 15, можно умножать на масштабный коэффициент для сравнения с деформацией, измеренной при включении второго передаточного отношения 17. В некоторых вариантах выполнения соотношение может быть не линейным.

Для управляющей системы необходимо знать правильное соотношение для применения при выборе между передаточными отношениями. Когда можно выполнять более одного выбора, и поскольку существует несколько соотношений между различными передаточными отношениями, то для управляющей системы необходимо знать положение переключательного узла 13, так чтобы она могла идентифицировать текущее включенное передаточное отношение, новое выбранное передаточное отношение и соотношения между этими передаточными отношениями для корректировки величины измеренной деформации. Это можно обеспечить посредством датчиков 70 положения. Датчики 70 могут быть датчиками Холла, механическими переключателями или оптическими датчиками. Датчики 70 соединены с компьютерным процессором 20 для правильного информирования процессора о положении комплектов брусков и тем самым о включенном передаточном отношении. Это обеспечивает также дополнительное средство для управления приведением в действие переключательного штока 35 и обеспечивает средство подтверждения того, что изменение передачи выполнено.

Когда включается не находящееся в зацеплении передаточное отношение, то величина крутящего момента в трансмиссии изменяется и определяется выбранным передаточным отношением. Например, нижняя передача (например, первая передача в автомобиле) создает больший крутящий момент в трансмиссии, чем выбор более высокой передачи (например, второй передачи в автомобиле). Когда выбрано новое передаточное отношение, то крутящий момент в трансмиссии необходимо корректировать из крутящего момента, определенного при старом передаточном отношении, в крутящий момент, определенный при новом передаточном отношении. Предпочтительно управлять увеличением или уменьшением крутящего момента в трансмиссии для обеспечения более плавного перехода между передачами.

Это достигается посредством измерения деформации в корпусе 50 консольной части вала непосредственно после инициирования смены передачи, но перед выполнением выбора передачи, и после выполнения выбора нового передаточного отношения. В управляющей системе используется известное соотношение между двумя передаточными отношениями для согласования выполненных измерений деформации. Первый и второй датчики 62, 64 нагрузки соединены с компьютерным процессором 20. Компьютерный процессор управляет величиной крутящего момента в трансмиссии посредством контролирования величины деформации в корпусе 50 консольной части вала и контролирования давления между дисками 4, 6 сцепления посредством исполнительного механизма 22 сцепления и частоты вращения и крутящего момента двигателя посредством механизма 24 управления дроссельной заслонкой для обеспечения увеличения или уменьшения контролируемым образом, например, с заданной скоростью, крутящего момента для обеспечения плавной замены передачи. Управляющая система может сохранять крутящий момент внутри заданного диапазона допуска выбранной величины.

Управляющая система минимизирует действие пика крутящего момента, вызываемого при включении нового передаточного отношения, посредством регулирования крутящего момента до уровня, который он имел перед сменой передачи, при этом управляющая система обеспечивает приближение к требуемому значению крутящего момента для нового передаточного отношения с заданным градиентом крутящего момента.

Можно также калибровать крутящий момент на выходном вале 1 посредством измеренной деформации, которую можно измерять лишь с целью калибровки посредством обычного датчика крутящего момента. Имеется известное соотношение между величиной измеренной деформации и величиной крутящего момента, действующего на выходной вал 1. Однако нет необходимости для управляющей системы получать плавную смену передач, поскольку необходимо лишь сохранять и/или управлять скоростью изменения крутящего момента вместо управления абсолютной величиной крутящего момента, что обеспечивается посредством контролирования величины деформации в корпусе 50 консольной части вала при регулировании посредством управляющей системы давления в сцеплении и дроссельной заслонки.

Вращательный привод передается с входного вала 7 на выходной вал 1 через первую или вторую пары 15, 17 зубчатых колес, при этом выбор пар зубчатых колес определяется положением переключательного узла 13. Переключательный узел 13 вводит в зацепление первую 19 или вторую 21 группы приводных конструкций, расположенных на первом или втором зубчатых колесах 3, 5, соответственно.

Приводные конструкции содержат каждая группы кулачков. Первая группа 19 кулачков расположена на одной стороне первого зубчатого колеса 3. Кулачки выполнены предпочтительно в виде единого целого с первым зубчатым колесом, однако это не является существенным. Первая группа 19 кулачков содержит три кулачка, равномерно распределенных по окружности торцевой поверхности зубчатого колеса, т.е. угол между центрами пары кулачков приблизительно равен 120 (см. фиг. 3). Вторая группа 21 кулачков содержит три кулачка и расположена аналогичным образом на одной стороне второго зубчато

- 6 008816 го колеса. Используются три кулачка, потому что такое расположение обеспечивает большие окна зацепления, т.е. пространства между кулачками для размещения переключательного узла 13. Большие окна зацепления обеспечивают большие возможности для полного зацепления зубчатых колес 3, 5 с помощью переключательного узла перед передачей в них приводного усилия. Если переключательный узел 13 передает приводное усилие в зубчатое колесо, лишь частично находящееся в зацеплении, то это может приводить к повреждению кулачков и/или переключательного узла 13.

Первое и второе зубчатые колеса 3, 5 установлены на расстоянии друг от друга на выходном вале 1 на роликоподшипниках 23, 25 и расположены так, что их стороны, включающие первую и вторую группы кулачков обращены друг к другу.

Переключательный узел 13 содержит первый и второй комплекты 27, 29 брусков зацепления и исполнительный узел 31 в виде вилочного узла 33 и переключательного штока 35.

Первый и второй комплект 27, 29 брусков зацепления установлены на выходном вале 1 между первым и вторым зубчатыми колесами 3, 5. Как показано на фиг. 2, первый комплект 27 брусков зацепления содержит три бруска, прикрепленных к первому соединительному кольцу 37, например, с использованием установочных винтов с плоским концом. Первое соединительное кольцо 37 удерживает бруски 28 в фиксированном положении. Бруски 28 равномерно распределены вокруг внутренней окружности первого соединительного кольца 37, так что их основания направлены внутрь, а бруски 28 расположены по существу параллельно. Второй комплект 29 брусков зацепления содержит три бруска 30, которые удерживаются в аналогичном фиксированном положении вторым соединительным кольцом 39.

Первый и второй комплекты 27, 29 брусков зацепления установлены на выходном вале 1 между первым и вторым зубчатыми колесами 3, 5. Комплекты 27, 29 брусков зацепления расположены с возможностью вращения вместе с выходным валом 1, однако выполнены с возможностью скольжения в осевом направлении по валу в результате переключательного воздействия исполнительного узла 31, причем на выходном вале 1 выполнены шесть шпоночных канавок 41, образованных в его кривой поверхности, при этом каждый брусок 28, 30 зацепления имеет комплементарное образование на своем основании. Расположение комплектов 27, 29 брусков таково, что бруски конкретного комплекта расположены в чередующихся шпоночных канавках 41, и комплекты 27, 29 брусков выполнены с возможностью скольжения вдоль выходного вала 1. Каждый комплект 27, 29 брусков перемещается в виде блока, и каждый комплект брусков движется независимо друг от друга. Когда имеется относительное перемещение между первым и вторым комплектами 27, 29 брусков, то второе соединительное кольцо 39 скользит над первым комплектом 27 брусков, а первое соединительное кольцо 37 скользит над вторым комплектом 29 брусков.

Каждый брусок 28 в первом комплекте 27 имеет первый конец 28а, выполненный с возможностью введения в зацепление с первой группой 19 кулачков, прикрепленной к первому зубчатому колесу 3, и второй конец 28Ь, выполненный с возможностью введения в зацепление со второй группой 21 кулачков на втором зубчатом колесе 5. Первый и второй концы 28а, 28Ь обычно имеют одинаковую конфигурацию, но направлены в противоположные стороны, так что первый конец расположен с возможностью введения в зацепление с первой группой 19 кулачков во время замедления первого зубчатого колеса 3, а второй конец 28Ь расположен с возможностью введения в зацепление со второй группой 21 кулачков во время ускорения второго зубчатого колеса 5. Каждый брусок 30 во втором комплекте 29 расположен аналогичным образом, за исключением того, что первый конец 30а расположен с возможностью введения в зацепление с первой группой 19 кулачков во время ускорения первого зубчатого колеса 3, а второй конец 30Ь расположен с возможностью введения в зацепление со второй группой 21 кулачков во время замедления второго зубчатого колеса 5.

При введении первого и второго комплектов 27, 29 брусков в зацепление с зубчатым колесом, приводное усилие передается с входного вала 7 на выходной вал 1 независимо от ускорения или замедления зубчатого колеса.

Первый и второй концы 28а, 30а, 28Ь, 30Ь каждого бруска имеют, по существу, вертикальную торцевую поверхность 43 зацепления группы 19, 21 кулачков и скос 45, который наклонен в направлении торцевой поверхности 43 зацепления для обеспечения выхода брусков 28, 30 из зацепления с группами 19, 21 кулачков для предупреждения блокирования трансмиссии. Когда бруски первого и второго комплектов 27, 29 перемежаются, как показано на фиг. 2, то торцевые поверхности 43 зацепления первого конца 28а первого комплекта 27 брусков расположены смежно с торцевыми поверхностями 43 зацепления второго конца 30а второго комплекта 29 брусков. Когда первый и второй комплекты 27, 29 брусков находятся полностью в зацеплении с зубчатым колесом, то один кулачок расположен между каждой парой смежных торцевых поверхностей 43 зацепления. Размеры групп 19, 21 кулачков и концов брусков предпочтительно таковы, что имеется небольшое перемещение кулачка между торцевой поверхностью 43 зацепления ускоряющего бруска и торцевой поверхностью 43 замедляющего бруска, когда зубчатое колесо перемещается от ускорения к замедлению, или, наоборот, для обеспечения небольшого или отсутствия мертвого хода в передаче.

- 7 008816

Бруски предпочтительно расположены вблизи выходного вала для предотвращения значительных консольных эффектов за счет больших радиальных расстояний загруженных зон, что уменьшает вероятность структурных разрушений.

Исполнительный узел 31 установлен так, что вилочный узел 33 расположен на переключательном штоке 35, а переключательный шток проходит параллельно выходному валу 1 и вблизи него. Вилочный узел 33 содержит вилку 46 и первую и вторую кольцевые дисковые пружины 47, 49, установленные вокруг выходного вала 1 (см. фиг. 1а). Первая и вторая дисковые пружины 47, 49 имеют три плеча, при этом каждое плечо имеет первую часть, которая проходит по окружности вокруг части пружины, и вторую часть, которая проходит радиально внутрь (см. фиг. 4).

Вилка 46 имеет первую пару дугообразных элементов 51, выполненных с возможностью зацепления с первой дисковой пружиной 47. Первая дисковая пружина 47 выполнена с возможностью вращения с выходным валом 1 между дугообразными элементами 51, причем осевое перемещение вилки 46 параллельно выходному валу 1 приводит к перемещению дугообразных элементов 51 и тем самым первой дисковой пружины 47 в осевом направлении вдоль вала, если первая дисковая пружина 47 может перемещаться, или же нагружает первую дисковую пружину 47 для перемещения в том же направлении, что и вилка 46, если дисковая пружина 47 не способна перемещаться. Вилка 46 имеет вторую пару дугообразных элементов 53, выполненных с возможностью зацепления и воздействия аналогичным образом на вторую дисковую пружину 49.

Положение вилки 46 относительно первого и второго зубчатых колес 3, 5 можно регулировать посредством перемещения переключательного штока 35 в осевом направлении.

Внутренние кромки первой дисковой пружины 49 прикреплены к брускам 30 во втором комплекте 29 брусков. При перемещении вилки 46, которая двигает или нагружает тем самым дисковые пружины 47, 49, комплекты 27, 29 брусков зацепления также перемещаются или нагружаются для перемещения.

Трансмиссия может быть выполнена с возможностью ручного переключения передач, при этом передачи выбираются посредством перемещения рычага переключения передач между заданными положениями (как показано на фиг. 1Ь), в виде полуавтоматической трансмиссии, в которой водитель инициирует смену передач посредством управления электронными переключателями, например, пультами управления, установленными вблизи рулевого колеса, или же полностью автоматической трансмиссии, в которой управляющая система вызывает смену передач в трансмиссионной системе в соответствии с определенными заданными условиями, включая, например, скорость и крутящий момент двигателя.

Ниже приводится описание процесса выбора более высокой передачи (т.е. второй пары 17 зубчатых колес), когда автомобиль ускоряется (так называемое переключение вверх), и более низкой передачи (т.е. первой пары 15 зубчатых колес), когда автомобиль замедляется (так называемое переключение вниз), со ссылками на фиг. 5а - 5£, на которых для ясности показаны диаграммы перемещения первого и второго комплекта 27, 29 брусков с помощью относительных положений лишь одного бруска из каждого комплекта (см. фиг. 1а-с и фиг. 6 - 9).

На фиг. 5с показано состояние, в котором первое зубчатое колесо 3 находится в полном зацеплении, то есть, бруски 28, 30 перемежаются с первой группой 19 кулачков.

Переключательный шток 35 расположен так, что вилка 46 удерживает первый и второй комплекты 27, 29 брусков в зацеплении с первым зубчатым колесом 3. В соответствии с этим, приводное усилие передается в выходной вал 1 через первую пару 15 зубчатых колес с помощью первого комплекта 27 брусков при замедлении и второго комплекта 29 брусков при ускорении.

Во время ускорения (первое зубчатое колесо 3 вращается в направлении стрелки В на фиг. 5с) с использованием первой пары 15 зубчатых колес, торцевые поверхности 43 зацепления брусков первого комплекта 27 брусков не нагружены, при этом торцевые поверхности 43 зацепления брусков второго комплекта 29 брусков нагружены. Когда пользователь или управляющая система двигателя инициирует выбор второй пары 17 зубчатых колес, то компьютерный процессор снимает величины измерения с первого и второго датчиков 62, 64 нагрузки и сравнивает измеренные величины. Если величина, измеренная вторым датчиком 64 нагрузки, больше величины, измеренной первым датчиком 62 нагрузки, то это указывает управляющей системе, что автомобиль ускоряется и разрешена смена передачи. Затем процессор 20 передает управляющие сигналы в исполнительный механизм 22 сцепления для регулирования давления между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления. Скорость вращения каждого диска сцепления измеряется посредством датчиков 16, 18 дисков сцепления. Во время полного зацепления дисков сцепления датчики 16, 18 показывают, что они вращаются с одинаковой скоростью. При уменьшении давления между дисками 4, 6 сцепления достигается состояние, в котором крутящий момент, передаваемый сцеплением 2, превосходит трение между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления, вызывая движение первого и второго дисков 4, 6 сцепления относительно друг друга (начало проскальзывания В, см. фиг. 7). Компьютерный процессор 20 обнаруживает начало проскальзывания, когда измеряется разница между скоростями вращения первого и второго дисков 4, 6 сцепления. Затем процессор 20 подает команду в исполнительный механизм 22 сохранять это давление (давление проскальзывания).

После измерения компьютерным процессором 20 деформации перед переключением, процессор 20 вычисляет величину, на которую необходимо корректировать измерения из датчиков 62, 64 нагрузки для

- 8 008816 инициирования величины крутящего момента в трансмиссии для согласования с крутящим моментом перед переключением, когда вводится в зацепление новое передаточное отношение (каждое передаточное отношение вызывает различную величину измерения в датчиках 62, 64 нагрузки, даже когда выходной крутящий момент сохраняется во время переключения, поскольку силы момента изменяются за счет различного осевого положения, диаметра зубчатого колеса и передаточного отношения каждой передачи). Это становится первой требуемой величиной после введения в зацепление нового передаточного отношения.

Процессор 20 передает управляющие сигналы для приведения в действие переключательного штока 35, при этом вилка 46 воздействует на первую дисковую пружину 47, вызывая скольжение брусков первого комплекта 27 в осевом направлении вдоль шпоночных канавок 41 в выходном вале 1, выводя тем самым бруски из зацепления с первым зубчатым колесом 3 (см. фиг. 56).

Вилка 46 воздействует также на вторую дисковую пружину 49 для поджимания брусков второго комплекта 29 брусков для перемещения в направлении второго зубчатого колеса 5. Однако, поскольку бруски второго комплекта 29 брусков нагружены, т.е. приводят во вращение первое зубчатое колесо 3, то они не могут выходить из зацепления с первым зубчатым колесом 3, и поэтому бруски второго комплекта 29 брусков остаются неподвижными.

Когда бруски первого комплекта 27 скользят в осевом направлении вдоль выходного вала 1, то торцевые поверхности 43 зацепления входят в зацепление со второй группой 21 кулачков (см. фиг. 5е) на втором зубчатом колесе 5. При этом вращение второго зубчатого колеса 5 по существу мгновенно блокируется с вращением выходного вала 1, что создает пик крутящего момента в трансмиссии. Пик крутящего момента вызывает существенное проскальзывание между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления, поскольку в дисках 4, 6 сцепления сохранялось давление проскальзывания, что обеспечивает рассеяние энергии в пике крутящего момента. В то же время компьютерный процессор 20 измеряет величину деформации в корпусе 50 консольной части вала и передает управляющие сигналы в исполнительный механизм 22 сцепления и к механизму 24 управления дроссельной заслонкой для регулирования давления между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления и для регулирования числа оборотов и крутящего момента двигателя 10 для согласования измеренной с помощью датчиков 62, 64 нагрузки деформации с конечной требуемой величиной для нового передаточного отношения управляемым образом, например, с заданной скоростью. Управляющая система первостепенно восстанавливает полное давление в сцеплении 2 для ограничения износа дисков и регулирования числа оборотов и крутящего момента двигателя для обеспечения этого, без превышения требуемой величины датчиков нагрузки в любое время, пока не будет достигнута конечная целевая величина. Когда сцепление 2 входит в полное зацепление, то управление дроссельной заслонкой быстро возвращается к водителю, без превышения установленных допусков требуемой величины датчиков нагрузки в любое время, пока не будет достигнута конечная требуемая величина для нового передаточного отношения, после чего управление дроссельной заслонкой возвращается к водителю и восстанавливается полное давление передачи в сцеплении.

Затем бруски первого комплекта 27 начинают приводить во вращение второе зубчатое колесо 5 в направлении стрелки С на фиг. 5е, и энергия передается с выходного вала 1 на входной вал 7 через вторую пару 17 зубчатых колес. При этом бруски второго комплекта 29 перестают быть нагруженными и освобождаются для выхода из зацепления с первой группой 19 кулачков. Поскольку вторая дисковая пружина 49 поджата вилкой 46, то бруски второго комплекта 29 выполнены с возможностью скольжения в осевом направлении вдоль шпоночных канавок 41 в выходном вале 1, завершая тем самым выход из зацепления первого зубчатого колеса 3 с выходным валом 1. Бруски второго комплекта 29 выполнены с возможностью скольжения вдоль шпоночных канавок 41 в выходном вале 1, пока не войдут в зацепление со вторым зубчатым колесом 5, завершая тем самым зацепление второго зубчатого колеса 5 с выходным валом 1 (см. фиг. 51). Этот способ выбора пар зубчатых колес по существу исключает прерывание крутящего момента, поскольку вторая пара 17 зубчатых колес входит в зацепление перед выходом из зацепления первой пары 15 зубчатых колес, таким образом, мгновенно осуществляется одновременное зацепление первой и второй пар 15, 17 зубчатых колес.

Когда зубчатое колесо находится в зацеплении, как с первым, так и вторым комплектами 27, 29 брусков, то можно выполнять ускорение или замедление с использованием пары зубчатых колес с очень небольшим мертвым ходом, возникающим при переключении между двумя состояниями. Мертвый ход является потерей движения, возникающей при перемещении кулачка от торцевой поверхности 43 зацепления ускоряющего бруска к торцевой поверхности 43 зацепления замедляющего бруска во время перемещения от ускорения к замедлению, или наоборот. Обычная трансмиссионная система кулачкового типа имеет мертвый ход около 30°. Типичная трансмиссионная система для автомобиля, согласно данному изобретению, имеет мертвый ход менее 4°.

Мертвый ход уменьшается за счет минимизации зазора, необходимого между бруском зацепления и кулачком во время переключения передачи: то есть, зазора между кулачком и следующим бруском зацепления (см. размер А на фиг. 5Ь). Зазор между кулачком и следующим бруском зацепления находится в диапазоне 0,5мм - 0,03 мм и обычно меньше 0,2 мм. Мертвый ход является также функцией угла удерживания, то есть угла торцевой поверхности 43 зацепления, который является одинаковым с углом под

- 9 008816 реза на торцевой поверхности зацепления кулачка. Угол удерживание оказывает влияние на наличие относительного перемещения между кулачком и торцевой поверхностью 43 зацепления. Чем меньше угол удерживания, тем меньше ощущаемый мертвый ход. Угол удерживания обычно находится между 2,5 и 15° и предпочтительно составляет 15°.

Переход со второй пары 17 зубчатых колес на первую пару 15 зубчатых колес достигается с помощью аналогичного процесса.

При замедлении во второй паре 17 зубчатых колес поверхности 43 зацепления брусков первого комплекта 27 не нагружены, а поверхности 43 зацепления брусков второго комплекта 29 брусков нагружены. Когда водитель или управляющая система инициирует смену передачи для введения в зацепление первой пары 15 зубчатых колес, то процессор 20 передает управляющие сигналы в исполнительный механизм 22 сцепления для регулирования давления между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления. Скорость каждого диска 4, 6 сцепления измеряется датчиками 16, 18 дисков сцепления. Когда диски 4, 6 сцепления находятся в полном зацеплении, датчики показывают, что они вращаются с одинаковой скоростью. При уменьшении давления между дисками 4, 6 сцепления достигается состояние, когда передаваемый сцеплением крутящий момент превосходит трение между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления, что вызывает движение первого и второго дисков сцепления относительно друг друга (начало проскальзывания, см. фиг. 7). Компьютерный процессор 20 обнаруживает начало проскальзывания, когда имеется разница измерений скорости вращения первого и второго дисков сцепления. Тогда процессор выдает команду в исполнительный механизм 22 сцепления на сохранение давления на давлении проскальзывания. Затем процессор снимает величины измерения с первого и второго датчиков 62, 64 нагрузки и сравнивает измеренные величины. Компьютерный процессор 20 записывает величину деформации в корпусе 50 консольной части вала и направление крутящего момента.

После измерения деформации компьютерным процессором 20 перед переключением, процессор 20 вычисляет величину, на которую необходимо регулировать величину измерения датчиков 62, 64 нагрузки для вызова крутящего момента в трансмиссии, согласованного с крутящим моментом перед переключением, когда вводилось в зацепление новое передаточное отношение (каждое передаточное отношение вызывает в датчиках 62, 64 нагрузки другой сигнал, даже если выходной крутящий момент сохраняется во время переключения, поскольку силы момента изменяются за счет различного осевого положения, диаметра зубчатого колеса и передаточного отношения каждой передачи). Это становится первой требуемой величиной после введения в зацепление нового передаточного отношения.

Если величина, измеряемая первым датчиком 62 нагрузки, больше величины, измеряемой вторым датчиком 64 нагрузки, то это указывает на то, что двигатель 10 замедляется и что было инициировано тормозящее двигатель переключение. Тогда процессор передает управляющие сигналы в переключательный шток, так что вилка 46 скользит в осевом направлении относительно выходного вала 1. Вилка 46 воздействует на первую дисковую пружину 47, прикрепленную к первому комплекту 27 брусков, вызывая скольжение брусков первого комплекта 27 брусков в осевом направлении в шпоночных канавках 41 вдоль выходного вала в направлении первого зубчатого колеса 3, выводя тем самым из зацепления первый комплект 27 брусков со вторым зубчатым колесом 5.

Вилка 46 воздействует также на вторую дисковую пружину 49, но поскольку бруски второго комплекта 29 брусков нагружены, то есть они находятся в зацеплении с передачей приводного усилия с кулачками 21 второго зубчатого колеса, то второй комплект 29 брусков остается неподвижным, однако вторая дисковая пружина 49 поджимается вилкой 46 для перемещения второго комплекта 29 брусков в направлении первого зубчатого колеса 3.

При скольжении брусков первого комплекта 27 брусков в осевом направлении в шпоночных канавках 41, бруски 28 входят в зацепление с кулачками 19 на первом зубчатом колесе 3. При этом вращение первого зубчатого колеса 3 по существу мгновенно синхронизируется с вращением выходного вала 1, что создает пик крутящего момента в трансмиссии. Пик крутящего момента вызывает существенное проскальзывание между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления, поскольку между дисками сцепления сохранялось давление проскальзывания, что приводит к рассеянию энергии в пике крутящего момента. В то же время компьютерный процессор 20 измеряет величину деформации в корпусе 50 консольной части вала и передает управляющие сигналы в исполнительный механизм 22 сцепления и к механизму 24 управления дроссельной заслонки карбюратора для регулирования давления между первым и вторым дисками 4, 6 сцепления и для регулирования числа оборотов и крутящего момента двигателя 10 для вызывания регулирования измеряемой датчиками 62, 64 нагрузки деформации до конечной требуемой величины для нового передаточного отношения управляемым образом, например, с заданной скоростью. Управляющая система первостепенно восстанавливает полное давление в сцеплении 2 для ограничения износа сцепления и регулирования числа оборотов и крутящего момента двигателя для обеспечения этого, без превышения требуемой величины датчиков нагрузки в любое время, пока не будет достигнута конечная требуемая величина. Когда сцепление 2 находится в полном зацеплении, то управление дроссельной заслонкой быстро возвращается к водителю без превышения допусков требуемой величины датчиков нагрузки в любое время, пока не будет достигнута конечная требуемая величина для нового пере- 10 008816 даточного отношения, после чего управление дроссельной заслонкой возвращается к водителю и в сцеплении восстанавливается полное давление передачи.

Когда бруски 28 входят в зацепление с группой 19 кулачков на первом зубчатом колесе 3, то они начинают приводить во вращение первое зубчатое колесо 3, при этом энергия передается с входного вала 7 на выходной вал 1 через первую пару 15 зубчатых колес. При этом происходит, что бруски второго комплекта 29 становятся не нагруженными. Вторая дисковая пружина 49 воздействует на бруски второго комплекта 29, вызывая их скольжение в осевом направлении внутри шпоночных канавок 41 вдоль выходного вала 1 в направлении первого зубчатого колеса 3, завершая тем самым вывод из зацепления второго зубчатого колеса 5. Второй комплект 29 брусков продолжает скользить внутри шпоночных канавок 41 вдоль выходного вала 1, пока он не войдет в зацепление с первым зубчатым колесом 3, завершая тем самым выход из зацепления первого зубчатого колеса 3 с выходным валом 1.

Если второй датчик 64 регистрирует более высокую величину, чем первый датчик 62 нагрузки, то имеется ускорение двигателя, и водитель или управляющая система пытаются выполнить замену передачи вниз, то есть переключение с высшей передачи на более низшую передачу для ускорения автомобиля, например, когда автомобиль едет вверх по склону, и водитель выбирает более низкую передачу для ускорения вверх по склону. В этот момент поверхности 43 сцепления брусков второго комплекта 29 брусков не нагружены, а поверхности 43 зацепления брусков первого комплекта 27 брусков нагружены. В этих условиях невозможно введение в зацепление нового передаточного отношения, пока не будет полностью выведено из зацепления предыдущее передаточное отношение. Для достижения этого компьютерный процессор 20 мгновенно прерывает подачу топлива в двигатель для обеспечения полного вывода из зацепления предыдущего передаточного отношения перед введением в зацепление более низкой передачи. Затем управляющая система использует бруски зацепления второго комплекта 29 для зацепления первого зубчатого колеса 3 аналогичным образом, как было описано выше. Затем выполняется смена передачи аналогично переключению вниз для торможения двигателя.

На фиг. 5а первый и второй комплекты 27, 29 брусков показаны в нейтральном положении, т.е. ни один брусок не находится в зацеплении с зубчатым колесом, двигатель работает на холостых оборотах. На фиг. 5Ь показаны первый и второй комплекты брусков, перемещающиеся в зацеплении с первым зубчатым колесом 3 под действием вилки 46. Процесс перемещения из нейтрального положения в зацепление с первым зубчатым колесом 3 по существу одинаков с переключением вверх для ускорения.

Использование трансмиссионной системы приводит к улучшению рабочих характеристик, низкому потреблению топлива и меньшим выбросам, поскольку по существу исключается прерывание крутящего момента. Кроме того, система имеет более компактную конструкцию, чем обычные коробки передач, что приводит к снижению веса коробки передач. Управляющая система снижает действие пиков крутящего момента посредством предотвращения распространения ударных волн через трансмиссию, что приводит к плавной замене передач.

Для специалистов в данной области техники понятно, что возможны различные модификации приведенного выше варианта выполнения, которые находятся внутри объема данного изобретения, например, на выходном вале может быть установлено несколько переключательных узлов с соответствующими парами зубчатых колес для обеспечения большого числа передаточных отношений между выходным валом и входным валом. Можно иметь также трансмиссионные системы с более чем двумя валами для обеспечения дополнительных передаточных отношений.

Можно использовать преобразователь крутящего момента вместо сцепления или в комбинации со сцеплением или в комбинации с несколькими сцеплениями. Например, выход двигателя может быть соединен последовательно с преобразователем крутящего момента и затем со сцеплением. В качестве альтернативного решения, выход двигателя может быть соединен последовательно с преобразователем крутящего момента и затем параллельно с сетью сцеплений. Термин сцепление подразумевает включающее все указанные выше комбинации.

Датчики нагрузки могут быть установлены на корпусе коробки передач или на любом другом компоненте или узле, на которые опираются или в котором размещены вращающиеся компоненты трансмиссии.

На фиг. 9 показан датчик 66 деформаций и схема мостика Уитстона, которые можно использовать для измерения величины крутящего момента на выходном вале 1. Датчик 66 деформаций имеет принцип действия, аналогичный принципу действия датчиков нагрузки, поскольку он измеряет напряжения в компонентах или узлах, в которых расположены или на которые опираются вращающиеся компоненты трансмиссии, вдоль пути прохождения крутящего момента, такие как корпуса подшипников, опоры подшипников, корпус 34 коробки передач, концевые пластины 36, 38 корпуса коробки передач, болты, используемые для крепления концевых пластин 36, 38 к корпусу 34 коробки передач, и корпус 50 консольной части вала. Датчики 66 деформаций могут быть расположены также на дифференциале.

Деформация является отношением изменения размера к первоначальному размеру. Датчик 66 деформаций неподвижно прикреплен к компоненту или узлу, в котором расположены или на который опираются вращающиеся компоненты, например, с использованием цемента или клея. Любая деформация компонента или узла, вызванная крутящим моментом внутри трансмиссии, вызывает также деформацию

- 11 008816 датчика 66 деформаций. Датчик 66 содержит проводящий материал и поэтому деформация приводит к изменению его сопротивления. Посредством измерения изменения сопротивления можно определять деформацию. Изменение сопротивления измеряется посредством схемы моста Уитстона. Он имеет четыре плеча, расположенных квадратом. Каждое плечо содержит резистор с известным сопротивлением или датчик 66 деформаций - датчики деформаций занимают одно, два или четыре плеча.

В случае одного датчика 66 деформаций в мосте Уитстона, так называемой системы четверти мостика, линии электропитания соединены с противоположными углами моста, см. позиции А и С на фиг. 9, для обеспечения напряжения возбуждения. Измерения выполняются поперек других углов мостика, см. позиции В и И на фиг. 9. Если сопротивление датчика деформаций изменяется, то ток в мостике изменяется (в соответствии с законом Ома, V = ΙΚ). Это изменение измеряется и может быть получена величина механической деформации.

Величина механической деформации, обнаруженной в этих компонентах или узлах, пропорциональна величине крутящего момента в выходном вале 1, и поэтому датчик 66 деформаций можно калибровать аналогично датчикам 62, 64 нагрузки, например, с помощью использования обычного датчика крутящего момента. Если используется более одного датчика деформаций, то можно определять направление крутящего момента.

Датчики 70 можно использовать для измерения относительных скоростей вращения и/или относительных положений поворота комплектов брусков зацепления и зубчатого колеса, подлежащего зацеплению. Это обеспечивает управляющей системе возможность управления перемещением брусков зацепления таким образом, что бруски зацепления не ударяются в кулачки на зубчатых колесах, а входят в зацепление с зубчатыми колесами посредством вхождения в пространства между кулачками. Это существенно снижает величину износа кулачков и брусков зацепления. Датчики могут быть датчиками Холла, оптическими датчиками или датчиками любого другого подходящего типа для определения скорости вращения или положения тела.

Вместо использования механизма 24 дроссельной заслонки карбюратора для управления скоростью двигателя, можно использовать блок управления двигателем для предотвращения зажигания некоторых цилиндров и уменьшения за счет этого выходной мощности двигателя.

Датчики 70 для обнаружения положения и/или скоростей вращения комплектов брусков зацепления и зубчатых колес можно использовать во взаимодействии с блоком управления двигателем для предотвращения зажигания в цилиндре или в нескольких цилиндрах во время, когда бруски зацепления входят в зацепление с кулачками на стороне зубчатого колеса. Это мгновенно уменьшает величину крутящего момента в трансмиссии в момент времени, когда бруски зацепления входят в соприкосновение с кулачками, и за счет этого уменьшается действие пиков крутящего момента в трансмиссии. Крутящий момент в трансмиссии в этот момент времени определяется в основном инерцией компонентов трансмиссии. Временем отсутствия зажигания в цилиндре точно управляет компьютерный процессор 20 в ответ на измерения положения и/или скорости, выполняемые датчиками 70.

Не обязательно, управляющая система может включать механизм управления тягой (не изображен) для предотвращения проскальзывания колес.

Шпоночные канавки 41 могут быть выполнены с профилями в виде ласточкина хвоста, так что бруски удерживаются в радиальном направлении внутри шпоночных канавок (см. фиг. 10). В качестве альтернативного решения, шпоночные канавки могут иметь профиль в виде прорезей или Т-образный профиль для сдерживания брусков в радиальном направлении. Это обеспечивает значительное преимущество, поскольку это исключает потребность в первом и втором соединительных кольцах 37, 39 для соединения вместе брусков в первом и втором комплектах брусков. Такое расположение является предпочтительным, поскольку оно обеспечивает улучшенные средства для сдерживания радиального положения брусков 28, 30 относительно выходного вала 1, что приводит к большей структурной целостности трансмиссионной системы. Поскольку больше нет необходимости в соединительных кольцах 37, 39, то можно уменьшить длину брусков 28, 30, за счет чего создаются более компактные трансмиссионные системы. В качестве альтернативного решения, шпоночные канавки могут быть сформированы в выходном вале 1 или же могут быть выполнены в отдельном от выходного вала компоненте, который затем неподвижно прикрепляется к выходному валу с использованием, например, шпоновочной системы.

Кроме того, это обеспечивает возможность использования вариантов выполнения изобретения, имеющих лишь одну дисковую пружину 147 (см. фиг. 11), соединяющую вместе все шесть брусков, т. е. бруски из первого и второго комплектов, при соответствующем приспособлении исполнительной системы. При использовании три бруска будут нагружены, когда первая передача является ускорительной, а три бруска не нагружены, и перемещение вилки для поджатия дисковой пружины в направлении второго зубчатого колеса приводит к перемещению трех ненагруженных брусков из зацепления с первым зубчатым колесом, оставляя три бруска еще в зацеплении. После входа брусков в зацепление со вторым зубчатым колесом остальные три бруска выходят из зацепления с первым зубчатым колесом, и после нагрузки дисковой пружиной перемещаются в зацепление со вторым зубчатым колесом. Эта конфигурация обеспечивает очень компактную систему, что приводит к возможности создания небольших, легких коробок передач.

- 12 008816

Осевое пространство между первым и вторым зубчатым колесом для размещения переключательного узла можно сократить до около 20 мм для типичных применений в автомобилях.

На фиг. 5а показаны выемки 28с вверху каждого бруска первого комплекта брусков и выемка 30с вверху бруска из второго комплекта брусков. Выемки 28с, 30с обеспечивают выполнение соединений между брусками первого и второго комплектов 27, 29 брусков посредством плеч первой и второй дисковых пружин 47, 49, соответственно. Форма выемок 28с, 30с такова, что выемки обеспечивают перемещение каждого рычага пружины под не перпендикулярным углом относительно брусков 28, 30 во время переключения передач. Выемки 28с, 30с, показанные на фиг. 5а, предназначены для конфигурации с двумя дисковыми пружинами. Для вариантов выполнения, имеющих лишь одну дисковую пружину 147, выемки 28с, 30с расположены более центрально по длине брусков 28, 30.

Когда кольцо не используется для фиксации положений брусков в комплекте, бруски в комплекте могут перемещаться на небольшую величину относительно друг друга в осевом направлении. Это обусловлено тем, что единственное соединение между брусками в комплекте обеспечивается деформируемой дисковой пружиной. Единичный брусок прикреплен к каждому рычагу дисковой пружины, и каждый рычаг может деформироваться независимо от других, что обеспечивает относительное перемещение между брусками. Тем не менее, бруски в комплекте перемещаются, по существу, в унисон.

Число кулачков на каждом из зубчатых колес не ограничивается тремя, например можно использовать любое практически осуществимое число кулачков. Было установлено, что 2-8 кулачков пригодны для большинства применений. Аналогичным образом, число брусков в комплекте брусков может быть любым осуществимым на практике числом, однако наиболее предпочтительно, чтобы число брусков в комплекте соответствовало числу кулачков в группе.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что трансмиссионную систему можно приспособить так, что переключательный узел и первое и второе зубчатые колеса установлены на входном вале, а фиксированные зубчатые колеса установлены на выходном вале.

Трансмиссионную систему можно использовать в любом транспортном средстве, например, в дорожных автомобилях, гоночных автомобилях, грузовых автомобилях, мотоциклах, велосипедах, транспортных машинах для земляных работ, таких как бульдозеры, краны, военные автомобили, летательных аппаратах, таких как самолеты и вертолеты. Систему можно также использовать в любой машине, которая имеет первое и второе вращаемые тела, при этом приводное усилие необходимо передавать с одного вращаемого тела на другое тело, например в токарных и фрезерных станках.

Claims (25)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Трансмиссия, содержащая множество передаточных отношений, средство переключения для избирательного включения передаточных отношений и управляющую систему, включающую средство для измерения деформации, вызванной крутящим моментом в трансмиссии по меньшей мере в одном статичном компоненте или узле, который деформируется за счет крутящего момента в трансмиссии, и средство для управления крутящим моментом в трансмиссии, при этом управляющая система выполнена с возможностью измерения деформации и регулирования крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией и известного соотношения между передаточными отношениями, причем известное соотношение является, по существу, линейным, и величины, соответствующие измеренной деформации, регулируются посредством масштабного коэффициента.
2. 2. Трансмиссия, содержащая множество передаточных отношений, средство переключения для избирательного включения передаточных отношений и управляющую систему, включающую средство для измерения деформации, вызванной крутящим моментом в трансмиссии по меньшей мере в одном статичном компоненте или узле, который деформируется за счет крутящего момента в трансмиссии, и средство для управления крутящим моментом в трансмиссии, при этом управляющая система выполнена с возможностью измерения деформации и регулирования крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией и известного соотношения между передаточными отношениями, причем в трансмиссии выбор нового передаточного отношения осуществляется почти мгновенно, по существу, без прерывания мощности.
3. 3. Трансмиссия по п.1 или 2, в которой управляющая система выполнена с возможностью управления скоростью изменения крутящего момента в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией.
4. 4. Трансмиссия по любому из пп.1-3, в которой средство для управления крутящим моментом в трансмиссии содержит средство сцепления.
5. 5. Трансмиссия по любому из пп.1-4, в которой средство для управления крутящим моментом в трансмиссии содержит средство для управления числом оборотов источника привода.
6. 6. Трансмиссия по любому из пп.1-5, в которой управляющая система содержит средство для вычисления величины крутящего момента в трансмиссионной системе.
7. 7. Трансмиссия по любому из пп.1-6, в которой управляющая система содержит оценочное средство для оценки крутящего момента в трансмиссии, когда переключательное средство вводит в зацепление не находящееся в зацеплении передаточное отношение.

   - 13 008816
8. 8. Трансмиссия по любому из пп.1-7, в которой управляющая система содержит сенсорное средство для обнаружения положения переключательного средства.
9. 9. Трансмиссия по любому из пп.1-8, содержащая средство для идентификации колебаний в измерениях деформации, вызванных факторами, отличными от крутящего момента в линии привода.
10. 10. Трансмиссия по п.9, в которой управляющая система выполнена с возможностью записи множества считываний и вычисления разницы между измерениями и управления крутящим моментом с учетом колебаний в измерениях деформации.
11. 11. Трансмиссия по любому из пп.1-10, в которой управляющая система содержит по меньшей мере одно средство для измерения числа оборотов двигателя или средство для измерения скорости движения, или установленный на транспортном средстве акселерометр.
12. 12. Трансмиссия по любому из пп.1-11, в которой средство для измерения деформации выполнено с возможностью измерения величины деформации кручения в компоненте или узле.
13. 13. Трансмиссия по любому из пп.1-12, в которой средство для измерения деформации выполнено с возможностью определения направления крутящего момента в трансмиссии.
14. 14. Трансмиссия по любому из пп.1-13, в которой компонент или узел содержит по меньшей мере один подшипник трансмиссии, корпус, опорный элемент, подвеску или установочные болты.
15. 15. Трансмиссия по любому из пп.1-14, в которой средство для измерения деформации содержит по меньшей мере один датчик нагрузки, предпочтительно множество датчиков нагрузки.
16. 16. Трансмиссия по любому из пп.1-15, в которой средство для измерения деформации установлено на корпусе, имеющем продольную ось, и корпус расположен таким образом, что крутящий момент в трансмиссии вызывает деформацию скручивания корпуса вокруг продольной оси.
17. 17. Трансмиссия по любому из пп.1-16, в которой средство для измерения деформации выполнено с возможностью измерения величины механического напряжения в компоненте или узле.
18. 18. Трансмиссия по п.17, в которой средство для измерения деформации содержит по меньшей мере один датчик деформаций.
19. 19. Трансмиссия по любому из пп.1-18, содержащая первый и второй вращаемые валы, а также множество передаточных отношений для передачи приводного усилия между первым и вторым валами, включая первое и второе зубчатые колеса, каждое из которых установлено с возможностью вращения на первом вале и имеет приводные конструкции, сформированные на нем, средство переключения, содержащее переключательный узел для избирательной передачи крутящего момента между первым валом и первым зубчатым колесом и между первым валом и вторым зубчатым колесом, при этом переключательный узел содержит исполнительный узел и первый и второй комплекты элементов зацепления, которые выполнены с возможностью перемещения в зацепление и из зацепления с первым и вторым зубчатыми колесами независимо друг от друга, при этом указанный переключательный узел выполнен так, что когда передается приводное усилие, то один из первого и второго комплектов элементов зацепления входит с передачей приводного усилия в зацепление со сцепленным зубчатым колесом, а другой комплект элементов зацепления находится в это время в ненагруженном состоянии, при этом исполнительный узел выполнен с возможностью перемещения ненагруженного комплекта элементов зацепления в зацепление с передачей приводного усилия с несцепленным зубчатым колесом для осуществления смены передачи.
20. 20. Трансмиссия по п.19, в которой переключательный узел выполнен так, что при передаче усилия торможения первый комплект элементов зацепления входит в зацепление с передачей приводного усилия со сцепленным зубчатым колесом, а другой комплект элементов зацепления находится при этом в ненагруженном состоянии, а при передаче приводного усилия второй комплект элементов зацепления входит с передачей приводного усилия в зацепление со сцепленным зубчатым колесом, и затем второй комплект элементов зацепления находится в ненагруженном состоянии.
21. 21. Трансмиссия по п.19 или 20, в которой исполнительный узел выполнен с возможностью поджатия нагруженного комплекта элементов зацепления в направлении несцепленного зубчатого колеса без вывода из зацепления нагруженного комплекта элементов зацепления со сцепленным зубчатым колесом.
22. 22. Трансмиссия по любому из пп.2-21, в которой известное соотношение является, по существу, линейным, и величины, соответствующие измеренной деформации, регулируются посредством масштабного коэффициента.
23. 23. Способ управления крутящим моментом в трансмиссии, содержащей множество передаточных отношений и средство переключения для избирательного включения передаточных отношений, в котором измеряют деформацию, вызванную крутящим моментом, по меньшей мере в одном компоненте или узле, выполненном с возможностью опоры или размещения вращаемых компонентов трансмиссии, выбирают не находящееся в зацеплении передаточное отношение, регулируют крутящий момент в трансмиссии в соответствии с измеренной деформацией и известным соотношением между передаточными отношениями, причем известное соотношение является, по существу, линейным, и величины, соответствующие измеренной деформации, регулируют посредством масштабного коэффициента.
24. 24. Способ по п.23, в котором управляют скоростью изменения крутящего момента.

    - 14 008816
25. 25. Способ по п.23 или 24, в котором выполняют оценку величины крутящего момента в трансмиссии при введении в зацепление не находящегося в зацеплении передаточного отношения.