手动变速器的副变速部分的控制

手动变速器的副变速部分的控制

本发明涉及一种手动换档的分段型(range-type)复合变速器的分段换档和/或分段-分级(range-and-splitter)换档的控制。尤其是，本发明涉及一种手动换档的、分段型变速器的自动超控，其中在某一车速时变速器能防止无意地挂入不允许的传动比。

现有技术中，分段型的车用复合变速器，包括组合式分级-分段型是公知的，可以参阅美国专利4754665,5370013,5737969和15950491，在此，引用它们所公开的内容作为参照。

手动换档的、分段型的变速器一般使用一“双-H(double-H)”型换档模式，也使用一“重复-H(repeat-H)”型换档模式，其中“双-H(double-H)”型的分段换档是自动，而“重复-H(repeat-H)”型需要驾驶员手动控制一分段选择器，通常是一个位于换档球头组件上的按钮或开关。典型的“双-H”换档分段的换档机构可以参阅美国专利5661998和5911787，而典型的“重复-H”换档机构可以参阅美国专利5899121，在此引用所有的公开内容作为参照。在现有技术中，具有手动或自动控制分级换档的变速器也是公知的，可以参阅美国专利5435212和6015366，在此，引用所有的公开内容作为参照。

在现有技术中，同步变速器和利用增强同步器，如助力同步器，自接合同步器，双锥形或三锥形同步器和/或由各种辅助装置启动的同步器的变速器是公知的，可以参阅美国专利5588516,5713447,5738194和5738196，在此，引用所有的公开内容作为参照。

在现有技术中也公开了换档辅助系统，它包括一分离式离合器和/或牙嵌式离合器，当主部分换档时，为了减少主部分同步器的惯性，该分离式离合器保持在空档，可以参阅美国专利5974906,6904068,5661998,5651292和经受理的系列申请09/346381，在此，引用所有的公开内容作为参照。

虽然利用这样的增强同步器的变速器系统和/或换档辅助系统对于减少重型变速器换档所需力是有效的，但它们同样可以允许挂入某一传动比，而该传动比的挂入对现有车况是不适宜的。

现有技术也包括阻止不恰当换档(见美国专利5471893和WO99/31409)的装置，并且该装置引起随车速自动的分段换档(见美国专利5263379和5673592)。

由于这些现有技术的装置复杂和/或昂贵，和/或过度限制操作者对传动比的选择，和/或引起不希望的变速器的空档，因此它们是不能令人完全满意。

根据本发明，通过为一分段型手动换档的变速器提供一分段或组合的分段-分级换档的控制，使现有技术的缺点最小化，或被克服，只需增加最少量的部分，并且，尤其对主变速部分的传动比，将防止无意的选择和挂入总变速器传动比，并且带来一可接受的或至少更加可接受的被啮合的总变速器传动比，这种无意的选择和挂入总变速器传动比将导致不能接受的车辆工况和/或对变速器的灾难性损失。

通过检测变速杆在换档模式中的位置，并接合或选择副变速部分的传动比，并且，如果操作者想要换档至一不接受的总变速器传动比时，不论手动操作的分段和/或分级选择器装置的位置在什么部位，对于所选择的主变速部分位置，自动换入分段、分级和/或分段-分级传动比都会获得一可接受的总变速器传动比。

因此，本发明的一个目的是提供一手动换档、分段型变速器的一分段或一组合的分段-分级换档的控制，防止潜在的不希望和/或灾难的变速器传动比的挂入。

本发明的这个和其它的优点将结合附图从下面的最佳实施例的说明中变得明显。

图1是一复合变速器的示意的例图，其中带有一分段型副变速部分，并利用本发明的分段部分控制。

图1A是图1的变速器的换档机构的示意例图。

图1B是图1变速器的一“重复-H”型换档模式的示意例图。

图1C是图1变速器的一“双-H”型换档模式的示意例图。

图1D是本发明的图1变速器的一分段控制系统的示意例图。

图2是组合的分段-分级型的复合变速器的示意例图，其中其利用增强的同步离合器和本发明的分段控制系统。

图2A是图3变速器的“重复-H”型换档模式的示意例图。

图2B是图2变速器的“双-H”型换档模式的示意例图。

图3A和3B是以流程图的形式，示意的例解了利用本发明的分段换档控制的控制逻辑。

术语“复合变速器”用来指一变速或齿轮换档传动装置，其包括一多个前进档的主变速器部分和一与之串联的多档副变速器部分，由此，主变速器部分内的一所选的齿轮减速装置可以通过进一步的选择副变速器部分的齿轮减速装置来组合。“同步离合组件”和类似的词语指一非磨擦的牙嵌式离合器组件，以非旋转地将一所选的齿轮借助一非磨擦离合器耦合到一轴上，其中，在离合器部件件大致同步地旋转之前，离合器内其企图的接合被阻止。在离合器接合的开始，对于离合器部件，可以采用比较大容量的摩擦装置，以使离合器部件和与其一起转动的所有部件以大致同步的速度转动。

如公知的，可以参阅上述的美国专利4754665，副变速器部分有三种常用型式：分段型，分级型或组合分段/分级型。在带有一分段型副变速部分的复合变速器中，分段的传动比级比主变速部分的总传动比范围大，并且主变速部分在每一分段内的传动比上是逐步地换档。在带有一分级型副变速部分的复合变速器内，分级副变速部分的传动比级小于主变速部分的传动比级，并且这个分级变速部分切分或细分每一主变速传动比。在一组合分段-分级型副变速部分中，既可以提供分段型传动比，也可以提供分级型传动比，在至少两个分段中允许主变速部分在传动比间逐步地换档，并也允许在至少一个分段内切分主变速部分的传动比。

参照图1,1A,1B,1C和1D，可以看到一种利用本发明的分段换档控制的分段型变速器10。复合变速器10包括与一分段型副变速部分14串联的多档主变速部分12。变速器10放置在一外壳H内，包括一输入轴16，其通过一选择性地脱离，常接合的主离合器C，由一发动机，如一柴油机E驱动，该主离合器C包括一和发动机曲轴20驱动连接的输入或主动部18，以及一可旋转地固定到变速器输入轴16上的从动部22。

在主变速部分12中，为了同时以大致同样的转速带动多个大致相同的中间轴组件26和26A，输入轴16装有一输入齿轮24。这两个大致相同的中间轴组件设置在主轴28的沿直径的相对侧，而主轴28通常与输入轴同轴地对齐。每一中间轴组包括由外壳H内的轴承32和34支承的一中间轴30，在此只示意地图示了一部分。每一中间轴配备有一组同样的固定的，与之一起旋转的中间齿轮38,40,42,46和48。多个主轴齿轮50,52,54,56和58环绕主轴28，并且为了与主轴一起旋转，每次只有一个齿轮通过滑动离合器套环60,62和64与之选择地接合，就象现有技术所公知的那样。离合器套环60也可以用于接合离合器输入齿轮24和主轴28，以提供输入轴16和主轴28间的直接的驱动关系。

通常如现有技术所公知的那样，离合器套环60,62和64分别借助与换档外壳组件70相联的换档拨叉60A,62A和64A进行轴向定位。离合器套环60,62和64可以是公知的同步或非同步的双动式牙嵌离合器。

主轴齿轮58是倒档齿轮，借助通常的中间惰齿轮(无图示)与中间轴齿轮48连续地啮合。虽然主变速部分12提供了五个可选的前进档传动比，但是最低前进档传动比，即通过连接主轴驱动齿轮56和主轴28而提供的传动比，常常是一个如此高的齿轮减速装置，以致于它不得不被认为是一个低的或“爬行”齿轮，而其只在恶劣的工况下起动车辆时使用，并且在高变速分段内通常也不使用它。因此，虽然主变速部分12提供了五个前进档，但因为只有四个前进档与副分段部分14进行组合，通常称之为一“4+1”主变速部分。

由于牙嵌离合器60,62和64可以定位在中间、如例解的非接合位置，或借助变速杆72处于完全向右的啮合位置，或完全向左的啮合位置，故是三位离合器。如公知的，由于主变速部分互锁装置(无图示)锁定其它的离合器处于空档位置，因此，在给定的时间，离合器60,62和64中只有一个可啮合。

副变速分段部分14包括两个大致相同的副中间轴组件74和74A，它们的每个都包括一由轴承78和80支承的在外壳H内的副中间轴76，轴上装有两个与之一起转动的副变速部分的中间轴齿轮82和84。副中间轴齿轮82与分段/输出齿轮86常啮合并对其进行支承，齿轮86是固定的，与主轴28一起转动。副变速部分中间轴齿轮84与环绕变速器输出轴90的输出齿轮88常啮合。

一两位的同步牙嵌离合器组件92借助换档拔叉94和分段部分换档致动器组件96轴向定位。牙嵌离合器组件92用于连接齿轮88和输出轴90(进行低变速分段操作)，或用于连接齿轮86和输出轴90(进行直接或高变速分段操作)。

图1B示意地例解了组合分段型变速器10的一“重复-H”型换档模式。利用一操作者-起动的开关或按钮96能实现选择和/或预选变速器10的高或低分段操作，开关或按钮96一般处于变速杆72上。图1C例解了变速器10的一“双-H”型换档模式202。换档模式202包括一低分段部分204和一高分段部分206。当变速杆经过点208时，这一动作被检测，或作动一开关，引起分段部分换档。

尽管例解的分段型副变速部分14是一使用正齿轮或螺旋齿轮的两档部分，但可以理解，本发明也应用于使用组合的分级/分段型副变速部分的分段型变速器，副变速部分可以有三个或更多的可选择的分段的传动比，和/或使用行星齿轮。同样，如上指出的，离合器60,62或64的任一个或更多个可以是同步的牙嵌离合器型。同样，变速部分12和/或14可以是单中间轴型。

主变速部分12通过拔叉导轨或换档轴的轴向运动来控制，拔叉导轨或换档轴装在换档杆壳70内，并通过操作变速杆72来控制。如所知的，变速杆72可以直接或间接安装到变速器上。现有技术中这种装置是公知的，可以参阅美国专利4621537，在此引用其所公开的内容作为参数。通过操作按钮96或分段开关RS，或通过传感器或开关控制分段部分，按钮96或分段开关RS具有“重复H”换档的一低或高位置，传感器或开关对“双-H”换档通过点208的情况进行检测，如现有技术所公知的(见美国专利5193410,5904635和5231895)。现有技术中公知的换档杆壳70可以是一通常的多级换档导轨，如可以参阅美国专利4782719,4738863,4722237和4614126，在此引用其公开的内容作为参考，或者是一单换档轴，这也是公知的。

设置一速度传感器100，以检测输出轴的转速，并提供一表示车速的OS信号。传感器102提供分段开关96的位置(高或低)，发出一信号RS。

一传感器104提供一表示变速杆72在换档模式中的位置的信号SL。这种传感器的一个实施例例解在美国专利5743143和5950491中，在此引用其公开的内容，作为参考。

参考图1D，基于微处理器的控制器106接收输入信号108，并根据逻辑规则处理，以发出命令输出信号110至各个系统的致动器。输入信号108至少包括信号RS,SL和OS，并且命令输出信号将发送到至少分段致动器96和一警示装置112。最好，分段致动器具有一操作模式，其中不论分段开关96的位置如何，控制器都判断致动器的位置(高或低分段)(例如，见美国专利5893292)。

信号可以通过一数据链路传送，如符合SAE J-1922或SAE J-1939的数据传输装置，控制器106可以是发动机或变速器的控制器。

操作者利用变速杆72，接合主变速部分传动比齿轮。驾驶员或操作者只控制主变速部分传动比的接合和脱离。驾驶员也选择分段传动比。通过移入换档模式200内的换档模式的位置210，或移入换档模式202中的换档模式位置212或214，牙嵌离合器62向右移动，连接第一/第五传动比齿轮54和主轴28。在变速器10中，如果操作者手动地移入210位置(或“双-H”换档模式202的212或214位置)，齿轮54手动地接合，并且总变速器传动比(输入轴转速/输出轴转速)将是第一传动比(通常在一典型重型车辆复合变速器中大约为8至10∶1)或第五传动比(通过大约为2.5至3.5∶1)，这取决于是否是低分段还是高分段被接合。

类似地，如果驾驶员移入换档模式200的换档位置216，或是换档模式202的换档位置218或220，离合器60使输入齿轮24连接主轴28，并且总变速器传动比将是第四传动比(大约为2至3∶1)或第八传动比(大约为1～0.90∶1)，这取决于所接合的分段传动比。

在正常情形下，所接合的分段传动比，从而所接合的总变速器传动比，将通过操作者利用开关96选择得出，或通过操作换档模式202的左204或右206的位置得出。

如果操作者欲选择一不接受的和/或如果以当前车速啮合，将导致灾难性故障的总传动比，本发明的系统将判断用手动啮合主变速部分齿轮可获得的最可或较可接受的总传动比，并据此切换分段部分。

如果在现有的或期望的车况下，接合的发动机的期望速度(ES=OS×GRT)比发动机的最大速度的基准值(ESMAX)大，或比最小的发动机速度的基准值(ESMIN)小，那么一目标变速器传动比是不接受的，即是不允许的。现有车辆操作状况包括当前车速，和完成换档时车速的估计值。如果允许，如果FSMAX＞ES＞ESMIN，那么该控制将允许这个所选的分段传动比啮合或保持啮合。可允许的发动机转速的讨论参见美国专利43261060。

例如，如果操作者手动地换入换档模式200的选择分段低的位置210，或换入“双-H”换档模式202的212位置，并且车速超过20或30MPH，那么允许接入第一齿轮传动比很可能导致剧烈的冲击和/或变速器的严重损坏。系统在操作者选择的目标传动比中确定期望发动机转速(ES=OS×GRT)(在这个实例中首先作此确定)，确定在现有车况下连接第一传动比是不允许，并且不管驾驶员的意向如何，选择高-分段(即接合第五齿轮传动比)，并发出警报102，通知操作者应选择正确的分段传动比。

对于许多现有技术的变速器，在高速时挂一档是困难的或是不可能的，并且离合器齿刮擦警告驾驶员，不要继续进行向其所想方向的换档。但是，在配备有改进的和/或增强同步器和/或换档辅助系统的变速器中，这样的换档可以相对较容易地完成。

可选择地和或另外地，在十分低速下，由于发动机将要停止(stall)，换入换档模式200的所选高分段(range-high)的位置216，或换入换档模式202的位置220也是不接受的。在这样的情形中，如果操作者想完成这样的换档，控制器将使分段切换到低分段，并发出警报。

如果一代用传动比GRALT的值比目标传动比GRT小，而通过这个代用传动比，ES大于ESMAX，或ESMIN大于ES，那么该代用传动比可接受，或比目标传动更可接受。

在这种情形下，控制器促使进行自动换入非选择分段的传动比，与分段选择器96的位置相反，或使变速杆在一“双-H”换档模式，并将起动一视觉警报或听觉警报102。最好，在操作者手动地选择换入适宜的分段位置之前，警报102保持有效，并且分段将保持在非选择的分段传动比，而不管选择器的位置，车速等。

本发明的分段控制的操作可以参照图3的流程看到。

图2,2A和2B分别例解了一组合分级-分段型变速器，和为此的“重复-H”和“双-H”换档模式，其有利地利用了本发明的分段控制。

变速器402是一“2×4×2”型16档的变速器，其具有一两档分级部分408，一四个前进档的主变速部分406，和一两档的分段部分408，它们相互串联。变速器402的齿轮可以是螺旋齿轮。

简言之，一输入轴410由轴承411支承在变速器外壳的前壁(无图示)内，并且两个输入齿轮412和414环绕其上，同步离合器416使所选的一个输入齿轮与输入轴接合，以提供一两档分级输入部分。每一前中间轴组件418包括一装有中间齿轮422,424,426,428,430和432的一中间轴420。齿轮422和424与输入轴412和414常啮合。在主变速部分416中，齿轮426,428,430和432与主轴齿轮434,436,438和一倒档惰轮(无图示)常啮合，惰轮与倒档主轴齿轮440啮合。双动的，同步牙嵌离合器442和444设置在主轴446上，以连接主轴446和所选的一个输入轴410，或主轴齿轮434,436或438。非同步离合器448用以连接倒档主轴齿轮440和主轴446。

主轴446后端延伸入两档分段部分408，并装有固定的与之一起转动的齿轮450。一对副变速部分的中间轴组件452的每个包括一副变速部分中间轴454，其上装有两个副变速部分中间齿轮456和458。齿轮456与副输入齿轮450常啮合，而齿轮458与环绕输出轴462的一输出齿轮460常啮合。输出轴462由轴承463支承在外壳后端壁(无图示)内。一两位同步分段离合器464装在输出轴462上，并连接输出齿轮460和输出轴462，或连接主轴446和输出轴462。

轴承466和468用以使前中间轴420可转动地安装到一变速器外壳的前后端壁(未示出)。副中间轴454通常是管形件，其可伸缩地环绕前中间轴的后端部，并且可以由滚针轴承470和472或类似物支承。主轴由输入轴和/或输出轴支承。

同步牙嵌离合器442和444最好是增强型的，和/或由增强的或辅助的机构操作，允许相对容易地完成几乎任何想要的换档。

根据本发明，当驾驶员手动地接合齿轮438和主轴446时，“重复-H”换档模式242中的换档模式位置240提供四个可能的传动比，第一，第二，第九和第十。通过控制分级部分的致动器和分段部分的致动器，如果驾驶员选择的目标传动比是不可接受的，系统控制器将获得四个可作为更加可接受的或最可接受的传动比可供选择的潜在的传动比。

例如，如果目标传动比是第一传动比，而它是不能接受的，但判定第二传动比是可接受的，将完成从低分级(splitter-low)到高分级(splitter-high)的简单的自动换档，并且分段部分将以手动选择的分段传动比啮合或保持。

尽管本发明已经就某种程度的特殊性进行了描述，但应理解为本发明的最佳实施例的描述只是作为例举，并且可能有许多形式和细节的改动，而不脱离本文所请求的本发明的精神和范围。