本发明涉及具有用于控制齿轮比(gear ratio，齿轮对)选择的 控制系统的传动装置(transmission)。本发明可与 PCT/GB2004/001976中所描述的类型的传动系统结合使用，并与和 本发明同时申请的PCT/GB2004/中的用于测量传动装置中的扭矩 的设备和方法一起使用。虽然本发明并不局限于所述类型的传动装 置，但是将这些文件中的每个的特征结合于此作为参考。

在用于车辆的传统单离合器同步啮合传动系统中，必须通过在 释放当前齿轮并且啮合新齿轮之前操作离合器，以使传动装置从功 率源(诸如发动机或马达)脱离。如果在试图啮合新齿轮时动力未 脱离，则同步啮合不能够啮合新齿轮(gear wheel)或必须迫使其进 入啮合，这有损坏传动装置以及在传动装置中产生扭矩尖峰(spike) 的危险。这是因为大多数情况中，发动机的速度与新齿轮的速度不 匹配。对于诸如具有传统变速箱并由发动机驱动的汽车的机动车辆 而言，新齿轮比的选择通常花费0.5到1秒的时间来完成。因此， 例如，当选择较高档时，时间延迟允许发动机在离合器再连接发动 机和传动装置之前减小其速度(由于其惯性)以更密切地匹配新齿 轮的速度，从而减小在再施加功率时出现扭矩尖峰的可能性。

在新齿轮比的选择几乎在瞬间发生而没有大幅度的功率中断 的传动系统(诸如PCT/GB2004/001976中描述的传动装置)中，当 新齿轮在特定的换档条件下被啮合时，能够产生大的扭矩尖峰。这 些扭矩尖峰引起冲击波(shock wave)通过传动装置传播，这可以 由车辆上的乘客听到并感觉到。冲击波可以使车上乘客感到颠簸并 会导致传动部件的磨损以及部件失效的可能性。然而，在车辆中使 用这样的传动装置是理想的，因为其更有效，从而需要操作较少燃 料，并且由于功率的施加基本上不中断，因此产生较低的污染排放 并提高汽车的性能。

对于控制系统成功地操作而言，在传动装置内并入用于感测操 作状况的装置是重要的。例如，测量或计算传动装置中的扭矩的大 小和方向对操作能够调整传动装置中的扭矩的控制装置是有用的。 一种用于测量扭矩的方法是将扭矩传感器安装在传动输出轴上用 于测量发生在轴上的两个已知点之间的扭转量。扭矩传感器非常昂 贵，因此实践中很少使用。另一个缺点是由于传感器被安装在轴上， 所以信号必须经由无线传输系统从传感器发送到处理单元，否则必 须绕该轴安装接触电刷。使用接触电刷装配扭矩传感器比较困难， 并且电刷随着使用而磨损，因此可能导致传感器读数不精确或失 效。

因此，本发明致力于提供具有用于控制齿轮比的选择的控制系 统的传动装置，其能够减轻扭矩尖峰问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种传动装置，具有：多个齿 轮比；选择器装置，用于选择性地采用齿轮比；离合器装置，用于 选择性地将驱动力从驱动源传递到传动装置；以及控制系统，用于 控制扭矩极限，所述控制系统被构造和设置为在选择器装置选择未 采用的齿轮比之前自动地调整离合器扭矩极限值，以便如果当选择 器装置采用未采用的齿轮比时扭矩超过预定值，则允许离合器的输 入和输出侧之间的相对旋转运动。

离合器扭矩极限是离合器被设置为在给定的操作条件中传递 到传动装置的扭矩量。离合器扭矩极限的值可以通过控制离合器的 输入和输出侧的操作设置来调整。

有利地，控制系统包括：传感器，被设置为检测装置的操作状 态；以及致动器，用于控制离合器扭矩极限，使得致动器在使用中 减小离合器扭矩极限，直到传感器在选择未采用的齿轮比之前检测 预定的操作状态。例如，致动器可以被设置为控制离合器啮合元件 之间的力，以控制传递到传动装置的扭矩量。

有利地，离合器装置被设置为当已经选择新齿轮比时增大离合 器扭矩极限。

优选地，控制系统被设置为在选择器装置选择未采用的齿轮比 之前减小离合器扭矩极限，直到离合器的输入和输出侧滑动(slip)。

优选地，传感器装置被设置为检测离合器的输入和输出侧之间 的滑动，并且其中，用于控制离合器扭矩极限的致动器在选择未采 用的齿轮比之前减小离合器扭矩极限，直到传感器装置检测到离合 器的输入和输出侧之间的滑动。优选地，离合器装置被设置为当已 经选择新齿轮比时增大离合器扭矩极限。

有利地，控制系统包括用于控制驱动源的速度和扭矩的装置。 优选地，用于控制驱动源的速度和扭矩的装置是发动机控制单元， 其被设置为当选择器组件采用新齿轮比时调整发动机输出。

有利地，用于控制驱动源的速度和扭矩的装置被设置为增大或 减小驱动源的速度和扭矩，以当选择新齿轮比时控制传动装置的输 出扭矩。

优选地，控制系统包括用于感测传动装置内的选择器装置的位 置的装置。

优选地，控制系统包括用于感测齿轮和选择器装置的相对旋转 位置的装置和用于根据感测的旋转位置通过选择器装置来控制齿 轮的啮合的装置。

优选地，离合器装置是离合器、变矩器、或与离合器结合的变 矩器中的一种。

优选地，控制系统包括用于在选择未采用的齿轮比之前测量或 估计并记录传动装置中的扭矩的装置，以及用于在选择新齿轮比之 后估计传动装置中的扭矩的装置。

优选地，控制系统包括在换档控制序列完成时预测目标扭矩并 以预定梯度接近该扭矩级直到满足目标扭矩并且离合器和节气门 的状态被复位到变速激励(instigation)前的状态的装置。

优选地，离合器被设置为在满足最终目标扭矩之前恢复到变速 激励前的状态，并且从此以后仅使用节气门控制来达到目标扭矩。

有利地，控制系统包括用于测量由传动装置中的扭矩引起的至 少一个静态部件或组件的变形的装置，该静态部件或组件由于传动 装置中扭矩而变形，以及用于控制传动装置中的扭矩的装置，其中， 控制系统被设置为测量变形，并根据测量的变形和齿轮比之间的已 知关系来调整传动装置中的扭矩。

优选地，已知的关系基本上是线性的，并且通过比例因数来调 整对应于测量的变形的值。

优选地，用于测量变形的装置测量部件或组件中的扭矩变形的 量。

有利地，用于测量变形的装置确定传动装置中的扭矩的方向。

优选地，部件或组件包括传动轴承、套管(casing)、支承件， 固定件(mounting)、或装配螺栓中的至少一个。优选地，套管包括 变速箱体和尾轴套管中的一个。

优选地，用于测量变形的装置包括至少一个测压元件(load cell)，并优选地包括多个测压元件。在一个实施例中，用于测量变 形的装置被安装在具有纵轴的套管上，并且套管被设置为使得传动 装置中的扭矩绕纵轴扭转变形套管。优选地，第一和第二测压元件 被安装在套管上，使得套管的变形引起第一和第二测压单元生成不 同的输出。优选地，测压单元被设置在惠斯通电桥电路中。

在一个实施例中，用于测量变形的装置测量部件或组件中的应 变量。用于测量变形的装置包括至少一个应变仪。优选地，应变仪 被设置在惠斯通电桥电路中。

优选地，传动系统包括：第一和第二可旋转轴；以及用于将驱 动力从一个轴传至另一个轴的装置，该装置包括分别可旋转地安装 在第一轴上并且其上具有驱动构造的第一和第二齿轮；选择器组 件，用于在第一轴和第一齿轮之间以及第一轴和第二齿轮之间选择 性地传递扭矩，其中，选择器组件包括致动器组件以及可彼此独立 地移动至与第一和第二齿轮啮合或者脱离的第一及第二组啮合元 件，所述选择器组件被设置为使得当传递驱动力时，第一和第二组 啮合元件中的一组与啮合齿轮驱动地啮合，并且另一组啮合元件处 于空载状态，其中，致动器组件被设置为将空载的一组啮合元件移 动至与未啮合的齿轮驱动啮合，从而实现齿轮变速。

选择器组件可以被设置为使得当传递制动力(braking force)时， 第一组啮合组件与啮合的齿轮驱动啮合，而第二组啮合元件处于空 载状态，并且当传递驱动力时，第二组啮合元件与啮合的齿轮驱动 啮合，并且然后第二组啮合元件处于空载状态。

致动器组件可以被设置为向尚未啮合的齿轮偏压有载的一组 啮合元件，而不使有载的该组啮合元件与啮合的齿轮脱离。

第一和第二组啮合元件可以被设置为在使用中与第一轴一起 旋转。优选地，第一轴是输入轴并且第二轴是输出轴，并且驱动力 从输入轴传递到输出轴。

现在将参照附图仅通过实例的方式描述本发明的实施例，其 中，相同的标号表示相同的特征，其中：

图1a是根据本发明的传动系统的局部的总布置图；

图1b是图1a的传动装置的外部套管的透视图；

图1c是根据本发明的控制系统的示意图；

图1d是从第一齿轮变到第二齿轮的齿轮变速的扭矩对时间的 曲线图；

图2是选择器组件的一部分的透视图；

图3示出在齿轮一侧的一组止动块(dog)的布置；

图4是盘式弹簧的平面图；

图5a-f示意性地示出选择器组件的操作；

图6是示出当选择高速档时控制系统的操作的示意图；

图7是示出离合器压力对时间的曲线图；

图8是示出当选择低速档时控制系统的操作的示意图；

图9示出应变仪的电路图；

图10是输出轴的截面图，示出用于将啮合杆(engagement bars) 连接到输出轴的可选布置；以及

图11是用于本发明的第二实施例的盘式弹簧的平面图。

图1a和1b示出被设置用于车辆(诸如机动车)的传动系统， 以及图1c是用于控制齿轮比选择的控制系统的示意图。传动系统 包括：输出轴1，具有安装于其上的第一和第二齿轮3、5；输入轴 7，具有安装于其上的第三和第四齿轮9、11；以及选择器组件13。 第一和第二齿轮3、5可旋转地安装在输出轴1上，并且第三和第 四齿轮9、11与输入轴7一体地形成并被锁定以与其一起旋转。第 一和第二齿轮3、5分别与和输入轴一体地形成的第三和第四齿轮9、 11啮合，以形成第一和第二齿轮对15、17。输入轴7被连接至具 有第一和第二离合器盘4、6的离合器2。第一离合器盘4由第一轴 8连接至发动机10的输出，并且第二离合器盘6由第二轴12经由 第五齿轮14连接至输入轴7。第五齿轮14被锁定以与第二轴12一 起旋转。这样的布置使得离合器2能够选择性地将驱动力从发动机 10经由输入轴7和齿轮比(齿轮对)15、17施加到传动输出轴1。

第一和第二传感器16、18位于离合器2中，以分别测量第一 和第二离合器盘4、6的旋转速度。第一和第二传感器16、18是霍 耳效应型传感器，但也可以使用诸如光学传感器的其它类型的传感 器或齿轮速度测量装置。第一和第二传感器16、18被连接至控制 控制系统的操作的计算机处理器20。可选地，第三传感器18b可用 于测量发动机输出轴的旋转速度。离合器2包括用于控制压力的致 动器22，因此控制第一和第二离合器盘4、6之间的摩擦量，并因 此控制能够从发动机10传递到传动装置的扭矩。

致动器22由从计算机处理器20接收的信号电控制，以增大或 减小第一和第二离合器盘4、6之间的压力，并从而控制第一和第 二离合器盘以相同的速度旋转(完全啮合)，或者它们彼此相对移 动(出现滑动)。计算机处理器20可以通过检测速度的改变和传动 装置的已知特性(诸如采用哪个齿轮比和每个齿轮具有的齿数)， 来从测量的发动机输出轴的速度检测离合器2中的滑动。类似地， 计算机处理器20可以通过比较离合器每一侧的速度传感器来检测 离合器滑动。处理器20可以通过读取离合器输出侧上的速度传感 器(变速箱输入速度)和变速箱输出速度来确定哪个齿轮被啮合。

计算机处理器20还被连接至节气门控制机构24用于控制发动 机10的速度和扭矩输出。节气门控制机构24是节气罐(throttle pots) 结构，其被设置为选择性地忽略驾驶员对发动机的控制，从而使得 控制系统能够更密切地控制发动机的扭矩输出，以在快速齿轮啮合 过程中辅助维持目标变速箱输出扭矩梯度。从计算机处理器20发 送至节流罐24的信号可以根据接收的控制信号增大或减小发动机 速度或扭矩，从而控制第一轴8和第一离合器盘4的旋转速度。使 用其输出连接至计算机处理器20的传统传感器来测量发动机10的 速度。

当选择器组件13啮合新齿轮并在传动装置中产生扭矩尖峰(峰 值)时，通过在不完全脱离盘的情况下在选择新齿轮比之前减小第 一和第二离合器盘4、6之间的压力以允许离合器盘滑动(离合器 盘之间的相对旋转运动)，可以将当选择器组件13采用新齿轮比时 产生的扭矩尖峰的影响降低到可接收水平，也就是降低到车辆的乘 客察觉不到的水平。优选地，紧随已经启动齿轮变速之后，离合器 盘4、6之间的压力被减小到类似于滑动的开始，例如在测量某个 发动机速度之后但在新齿轮被啮合之前，由驾驶员手动地移动变速 杆26或由控制系统自动完成。由于离合器盘在接收由扭矩尖峰产 生的额外负载之前已经发生滑动，因此由啮合新齿轮的选择器组件 13生成的扭矩尖峰消失，这是因为其引起离合器盘4、6之间的快 速滑动。这还允许发动机10有时间调整其速度以匹配新齿轮比的 速度。

离合器2被容装在第一套管32内，通常称为离合器壳(bell housing)，并且传动装置被容装在第二套管34内，通常称为变速箱 体(gearbox casing)。离合器壳32包括大致平截头管状构件，并且 变速箱体34包括具有矩形横截面的管状构件。第一和第二端板36、 38的每个都通过螺钉连接至变速箱体34。端板36、38可以从变速 箱体34上拆卸下来，以允许进行维护工作。离合器壳32通过螺钉 (未示出)固定到第一端板36。第一端板36具有通孔40，并且第 二轴12从第二离合器盘6穿过孔40延伸到变速箱体34中。第一 轴8由变速箱体内的轴承42支承，以相对于变速箱体旋转运动。 轴承42被压配合到第一端板36中。

输入轴7由两个轴承44支承，以相对于变速箱体34旋转运动。 轴承44被压配合到第一和第二端板36、38中。

第二端板38具有通孔48，并且输出轴1穿过孔48延伸到第三 套管50中，也称为尾轴套管(tail shaft casing)。输出轴1由轴承 52支承，该轴承被压配合到第二端板38中以相对于变速箱体34旋 转运动。尾轴套管50由焊接到第二端板的套筒(sleeve)52固定到 第二端板38上。尾轴套管52包括带有被设置为与输出轴1同轴的 密闭端54的大致圆柱形管。在尾轴套管50的端部有孔56，并且输 出轴1延伸穿过尾轴套管50并穿过孔56，以与差速器(differential) (未示出)连接。输出轴1被支承以通过轴承58相对于尾轴套管 50旋转运动。

用于支承第一和第二测压元件62、64的大致刚性支承装置60 被固定在尾轴套管的下面。支承装置60被固定为大致垂直于尾轴 套管的纵轴以及输出轴1。测压元件62、64位于底盘杆(chassis bar) (未示出)上但不固定在底盘杆上，底盘杆是底盘的结构性元件， 其横跨底盘延伸。

当输出轴1由发动机10经由传动系统驱动时，扭矩从输入和 输出轴7、1沿负载路径传递，负载路径包括：轴承42、44、52、 58；变速箱体34；第一和第二端板36、38；以及尾轴套管50。输 入和输出轴7、1中的扭矩引起轴承42、44、52、58，变速箱体34， 第一和第二端板36、38以及尾轴套管50变形。变形的程度与输出 轴1中的扭矩的大小成比例，从而测量的变形程度可以用于当在齿 轮比之间选择时控制施加到传动装置上的扭矩的量。扭矩的方向很 重要，这是因为其指示发动机、车辆、或传动装置是否经历加速或 减速(刹车)。

在本实施例中，使用图1b中所示的测压元件装置来测量传动 装置中扭矩的大小和方向。当扭矩被传递到尾轴套管50时，套管 因为扭曲而变形。支承装置60与尾轴套管50一起扭曲从而引起第 一和第二测压单元62、64中的一个增加施加到底盘杆上的力，并 且另一个测压单元减小施加到底盘杆上的负载。可以从测压单元 62、64获得读数。来自第一和第二测压单元62、64的读数之间的 差值的大小与尾轴套管50的变形量成比例，并因此与传动装置中 的扭矩的大小成比例。通过确定第一和第二测压单元62、64中的 哪一个具有较大读数来建立扭矩的方向。

当选择器机构13采用不同齿轮比时，对于输出轴1中的给定 的扭矩大小，尾轴套管50变形不同的量。这是因为齿轮沿轴1、7 的不同相对位置，以及诸如尺寸、几何形状、所使用的材料、齿牙 形式等齿轮的物理特性。因此当比较在选择器机构采用不同齿轮比 时所产生的测量的值时，有必要调整测量的变形值。否则，相同的 测量值将涉及输出轴1中的扭矩的不同值。

当选择器组件13采用不同齿轮比(例如，第一和第二齿轮比 15、17)时，尾轴套管50内引起的变形的量之间的关系是已知的， 从而可以通过测量尾轴套管50或用于支承或容放可旋转传动部件 的一些其它部件或组件中的变形来控制传动装置中扭矩的量。通 常，该关系基本是线性的，因此当采用第一齿轮比15时测量的变 形量可以乘以比例因数，用于与当采用第二齿轮比17时测量的变 形相比较。在一些实施例中，该关系可以是非线性的。

控制系统有必要了解在齿轮比之间选择时应用的正确关系。当 可以做出一个以上的选择，并且因此不同比之间存在多个关系时， 控制系统有必要了解选择器组件13的位置，以便可以识别当前采 用的齿轮比、新近选择的齿轮比、以及这些齿轮比之间的关系，用 于调整测量的变形量。这可通过使用位置传感器70来实现。传感 器70可以是霍耳效应传感器、机械开关、或光学传感器。传感器 70被连接至计算机处理器20，以精确地告知处理器杆组的位置以 及所采用的齿轮比。本发明还提供了用于控制选择器杆35的致动 的附加装置，以及提供了用于确认已经发生齿轮变速的装置。

当选择未被采用的齿轮比时，传动装置中的扭矩量改变并且由 所选择的齿轮比确定。例如，低速档(如车辆中第一档)比选择高 速档(如车辆中第二档)在传动装置中产生更大的扭矩。当选择新 齿轮比时，必须将传动装置中的扭矩从由旧齿轮比确定的扭矩调整 到由新齿轮比确定的扭矩。优选地，控制传动装置中的扭矩的增大 或减小，以提供更平滑的齿轮过渡。

这可通过在紧随已经启动齿轮变速之后但是在作出齿轮选择 之前，并且在已经选择新的齿轮比之后，通过测量尾轴套管50中 的变形来实现。控制系统使用两个齿轮比之间的已知关系来调整作 出的变形测量。第一和第二测压单元62、64被连接至计算机处理 器20。计算机处理器通过监视尾轴套管50中的变形量并用离合器 致动器22来控制离合器盘4、6之间的压力以及用节流罐24来控 制发动机的速度和扭矩，来控制传动装置中的扭矩的大小，以允许 扭矩以受控方式(例如以预定的速率)增大或减小，从而提供平滑 的齿轮变速。控制系统可将扭矩维持在所选择的值的预定扭矩范围 内。

控制系统通过将扭矩调整至齿轮变速前的水平使得当采用新 齿轮比时引起的扭矩尖峰的影响最小化，从而使得遵循扭矩梯度的 控制系统到达新齿轮比的目标扭矩。

还可以用测量的变形来校准输出轴1中的扭矩，可以仅使用传 统扭矩传感器来测量变形用于校准。因此在测量的变形量和对输出 轴1作用的扭矩大小之间有已知的关系。然而，由于仅需要维持和 /或控制扭矩的变化率而非控制扭矩的绝对值大小，因此对于控制系 统要获得平滑齿轮变速而言，这不是必需的，扭矩绝对值大小的控 制可以当控制系统调整离合器压力和节气门时通过监视尾轴套管 50中的变形量来实现。

旋转驱动力经由第一或第二齿轮对15、17中的任一个从输入 轴7传递到输出轴1，其中齿轮对的选择由选择器组件13的位置确 定。选择器组件13采用分别位于第一和第二齿轮3、5上的第一和 第二组驱动构件19、21。

每个驱动构件均包括止动块组。第一止动块组19位于第一齿 轮3的一侧。止动块优选地与第一齿轮一体地形成，但这不是主要 的。第一止动块组19包括均匀地围绕齿轮面分布的三个止动块， 即一对止动块的中心之间所对的角约为120度(见图3)。第二止动 块组21包括三个止动块并且类似地布置在第二齿轮的一侧上。使 用三个止动块是因为该布置提供大的啮合窗口(即止动块之间的间 隔)以容纳选择器组件13。大啮合窗口为选择器组件在向齿轮3、 5传递驱动力之前完全地与齿轮啮合提供了较大机会。如果选择器 组件13当仅部分地啮合齿轮时将其驱动，则可能导致止动块和/或 选择器组件13损坏。

第一和第二齿轮3、5有间隔地固定在滚柱轴承(roller bearing) 23、25上的输出轴1上，并被设置为使得包括第一和第二止动块组 的侧彼此面对。

选择器组件13包括第一和第二组啮合杆27、29以及致动器组 件31，致动器组件31采用叉组件33和选择器杆35的形式。

第一和第二组啮合杆27、29被安装到第一和第二齿轮3、5之 间的输出轴1上。具体参考图2，第一组啮合杆27包括例如使用平 头螺钉固定到第一连接器环37上的三个杆28。第一连接器环37将 杆28保持在固定布置中。杆28均匀地分布在第一连接器环37的 内圆周以便它们的基准面(base face)向内，并且杆28基本平行地 设置。第二组啮合杆29包括三个杆30，其被第二连接器环39保持 在类似的固定布置中。

第一和第二组啮合杆27、29被安装在第一和第二齿轮3、5之 间的输出轴1上。啮合杆组27、29被设置为与输出轴1一起旋转， 但是能够响应于致动器组件31的交换动作沿着轴轴向滑动。为了 便于这一点，输出轴1包括形成在弯曲表面中的六个销槽(keyways) 41，其中每个啮合杆28、30在其底部中具有互补的构件。杆组27、 29的布置是这样的，即特定组的杆交替地位于销槽41中，并且杆 组27、29可以沿着输出轴1滑动。每个杆组27、29作为一个单位 移动，并且每个杆组彼此独立地移动。当第一和第二组杆27、29 相对移动时，第二连接器环39在第一组杆27上滑动并且第一连接 器环37在第二杆组29上滑动。

第一杆组27中的每个杆28具有：第一末端28a，被设置为啮 合固定到第一齿轮3上的第一组止动块19；以及第二末端28b，被 设置为啮合在第二齿轮5上的第二组止动块21。第一和第二末端 28a、28b通常具有相同的结构但是手性相反，以便第一末端28a 被设置为在第一齿轮3减速期间啮合第一组止动块19，而第二末端 28b被设置为在第二齿轮5加速期间啮合第二组止动块21。第二杆 组29中每个杆30被类似地设置，除了第一末端30a被设置为在第 一齿轮3加速期间啮合第一组止动块19，而第二末端30b被设置为 在第二齿轮5减速期间啮合第二组止动块21。

当第一和第二组啮合杆27、29均啮合齿轮时，无论齿轮是加 速或减速，驱动力都从输入轴7传递到输出轴1。

每个杆的第一和第二末端28a、30a、28b、30b包括：基本垂 直的表面43，用于啮合止动块19、21；以及斜坡45，在啮合表面 43的方向上倾斜，以确保杆28、30从止动块19、21脱离从而防止 传动装置被锁住。如图2所示，当第一和第二组杆27、29交错时， 第一组杆27的第一末端28a的止动块啮合表面43邻近第二组杆29 的第一末端30a的止动块啮合端面43。当第一和第二组杆27、29 与齿轮完全地啮合时，止动块位于每对邻近的啮合表面43之间。 优选地，止动块19、21的尺寸和杆的末端使得在齿轮从加速向减 速移动时，止动块在加速杆的啮合表面43和减速杆的啮合表面43 间几乎不移动，反之亦然，从而确保齿轮中有很少的或没有齿隙。

优选地，杆被配置为靠近输出轴1，以防止由于负载区域的径 向距离过大而导致的显著的悬臂作用，从而减小结构失效的可能 性。

将致动器组件31设置为使得叉组件33被固定在选择器杆35 上，并且选择器杆被设置为平行并邻近输出轴1。叉组件33包括叉 46和绕输出轴1固定的第一和第二角形盘式弹簧47、49(参看图 1a)。第一和第二盘式弹簧47、49具有三个臂，其中每个臂具有绕 弹簧的一部分延圆周延伸的第一部分和径向向内延伸的第二部分 (参看图4)。

叉46具有第一对弧形元件51，其被设置为啮合第一盘式弹簧 47。弧形元件51被设置为使得第一盘式弹簧47能与输出轴1一起 在弧形元件51之间旋转，并且使得平行于输出轴1的叉46的轴向 运动移动弧形元件51，并且因此如果第一盘式弹簧47能够自由运 动，则使第一盘簧47沿着轴轴向运动，或者如果第一盘式弹簧47 不能够移动，则偏压第一盘式弹簧47以使其在与叉46相同的方向 上移动。叉46具有被设置为以类似的方式啮合并作用于第二盘式 弹簧49的第二对弧形元件53。

可以通过选择器杆35在轴方向上的移动来调整叉46相对于第 一和第二齿轮3、5的位置。

第一盘式弹簧47的内边缘被固定到第一杆组27中的杆28上， 并且第二盘式弹簧49的内边缘被固定到第二杆组29中的杆30上。 当叉46移动从而移动或装载盘式弹簧47、49时，啮合杆组27、29 被类似地移动或被偏压移动。

传动装置可以被设置为手动齿轮换档，其中，通过在预定位置 之间移动变速杆(gear stick)来选择齿轮(如图1b所示)，也可以 被设置为半自动传动装置，其中，驾驶员通过控制电子开关(例如 邻近方向盘固定的叶片)来启动齿轮变速，或被设置为全自动传动 装置，其中，控制系统使得传动系统根据某个预定条件(包括例如 发动机速度和扭矩)来改变齿轮。

现在将参照附图5a-5f描述当车辆加速(所谓的挂高档)时使 用控制系统选择高速档(即，第二齿轮对17)以及当车辆减速(所 谓的挂低档)时使用控制系统选择低速档(即第一齿轮对15)的过 程，为了清楚起见，通过每个组中仅一个杆的相对位置来图解示出 第一和第二杆组27、29的移动，图1a-c和图6到图9。

图5c示出当第一齿轮3被完全地啮合时的状态，也就是，杆 28、30与第一组止动块19交错。选择器杆35被定位使得叉46维 持第一和第二杆组27、29与第一齿轮3的啮合。因此，驱动力在 减速时由第一杆组27并且在加速时由第二杆组29经由第一齿轮对 15传递到输出轴1。

在用第一齿轮对15加速(第一齿轮3按图5c中的箭头B的方 向旋转)时，第一杆组27的杆的啮合表面43没有负载，而第二杆 组29的杆的啮合表面43有负载。当用户或控制系统启动第二齿轮 对17的选择时，计算机处理器从第一和第二测压单元62、64获取 测量，并比较测量值。如果由第二测压单元64测量的值大于由第 一测压单元62测量的值，这就指示控制系统发动机正在加速并且 允许齿轮变速。然后处理器20发送控制信号给离合器致动器22， 以调整第一和第二离合器盘4、6之间的压力。通过离合器盘传感 器16、18测量每个离合器盘的旋转速度。当离合器盘完全地啮合 时，传感器16、18将显示它们正在以相同的速度旋转。随着离合 器盘4、6之间的压力减小，将达到由离合器2传递的扭矩克服使 得第一和第二盘4、6彼此相对运动的第一和第二盘4、6之间的摩 擦(见图7，开始滑动B)的状态。当第一和第二离合器盘4、6的 旋转速度之间存在测量的差值时，计算机处理器20将检测滑动的 开始。然后处理器20指示致动器22维持此压力(“滑动压力”)。

在计算机处理器20已经在换档之前测量变形之后，处理器20 计算为了使得当采用新齿轮比时传动装置中的扭矩值与换档前的 扭矩相匹配而需要调整的来自测压单元62、64的测量的量(即使 输出扭矩在换档期间保持不变，每个齿轮比也会引起测压单元62、 64中的不同读数，这是因为力矩力(moment force)会由于不同的 轴向位置、齿轮直径、和每个齿轮比而改变)。当采用新齿轮比时， 这就变成第一目标值。

处理器20发送控制信号以致动选择器杆35，使得叉46对第一 盘式弹簧47作用，引起第一杆组27的沿着杆输出轴1中的销槽41 轴向滑动，从而使杆从第一齿轮3脱离(参看图5d)。

叉46也对第二盘式弹簧49作用，以偏压第二杆组29的杆使 其朝第二齿轮5移动。然而，因为第二杆组29的杆有负载，即， 正在驱动第一齿轮3，因此它们不能从第一齿轮3脱离，并且因此 第二杆组29的杆保持静态。

当第一杆组27的杆沿着输出轴1轴向滑动时，啮合表面43与 第二齿轮5上的第二组止动块21啮合(见图5e)。由于出现这种情 况，第二齿轮5的旋转基本上瞬时被锁定到在传动装置中生成扭矩 尖峰的输出轴1的旋转。由于离合器盘4、6被保持在滑动压力， 因此扭矩尖峰引起第一和第二离合器盘4、6之间的显著滑动，从 而驱散扭矩尖峰中的能量。同时，计算机处理器20测量尾轴套管 50中的变形量，并且将控制信号发送至离合器致动器22和节流罐 24，以调整第一和第二离合器盘4、6之间的压力，并调整发动机 10的速度和扭矩，从而使得由测压单元62、64测量的变形以受控 方式(例如以预定的速率)调整到用于新比率的最终目标值。控制 系统优先恢复离合器2至满压以限制离合器磨损，并调整发动机速 度和扭矩以允许其发生，而在任何时刻都不超过目标测压单元值， 直到达到最终目标值。当离合器2被完全啮合时，节气门的控制被 尽可能快地返回给驾驶员，而在任何时刻都不超过目标测压单元值 规定公差，直到达到用于新比率的最终目标值，因此节气门被返回 到驾驶员控制并且离合器被恢复到满齿轮压力。

接下来，第一杆组27的杆开始在图5e中的箭头C的方向上驱 动第二齿轮5，并且将能量通过第二齿轮对17从输出轴1传递到输 入轴7。该情况出现时，第二组杆29的杆停止被加载，并且自由地 从第一组止动块19脱离。因为第二盘式弹簧49通过叉46偏压， 第二杆组29的杆沿着输出轴1中的销槽41轴向滑动，从而完成第 一齿轮3从输出轴1脱离。第二杆组29的杆沿着输出轴1中的销 槽41滑动，直到它们啮合第二齿轮5，从而完成第二齿轮5与输出 轴1的啮合(见图5f)。由于第二齿轮对17在第一齿轮对15脱离 之前被啮合，因此这种选择齿轮对的方法基本消除了扭矩干扰，从 而第一和第二齿轮对15、17同时在瞬间被啮合。

当齿轮被第一和第二杆组27、29啮合时，可以使用齿轮对加 速或减速，其中当在两个状态之间切换时出现非常小的后冲 (backlash)。后冲是当止动块在从加速改变到减速时从加速杆的啮 合表面43移动到减速杆的啮合表面43时或相反动作时的无效运 动。传统的止动块型传动系统具有约30度的后冲。根据本发明的 用于汽车的典型传动系统具有小于四度的后冲。

通过在齿轮换档期间最小化啮合杆和止动块之间所需的间隙， 也就是，止动块和随后啮合杆之间的间隙(参看图5b中的测量“A”) 来减小后冲。止动块和随后啮合杆之间的间隙在0.5mm-0.03mm 的范围内，并且通常小于0.2mm。后冲还是保持角(retention angle) 的函数，也就是，啮合表面43的角，其与止动块的啮合表面上的 底切角相同。保持角影响止动块和啮合表面43之间是否有相对运 动。保持角越小，则经历的后冲越小。保持角通常在2.5到15度之 间，并且优选地为15度。

减速时从第二齿轮对17到第一齿轮对15的过渡通过类似的过 程来实现。

在第二齿轮对17中减速时，第一杆组27的杆的啮合表面43 没有被加载，而第二杆组29的杆的啮合表面43被加载。当驾驶员 或控制系统启动齿轮变速以啮合第一齿轮对15时，处理器20发送 控制信号至离合器致动器22，以调整第一和第二离合器盘4、6之 间的压力。每个离合器盘4、6的速度通过离合器盘传感器16、18 来测量。当离合器盘4、6被完全地啮合时，传感器将示出它们正 在以相同的速度旋转。随着离合器盘4、6之间的压力减小，将达 到由离合器传递的扭矩克服引起第一和第二盘彼此相对移动(见图 7，滑动B的启动)的第一和第二盘4、6之间摩擦的状态。当在第 一和第二离合器盘的旋转速度之间存在测量的差值时，计算机处理 器20将检测滑动的启动。然后，处理器指示致动器22将压力保持 在滑动压力。接着处理器从第一和第二测压单元62、64获得测量， 并比较测量值。计算机处理器20记录尾轴套管50中的变形量和扭 矩的方向。

在计算机处理器20已经在换档之前测量变形之后，处理器20 计算为了使得当采用新齿轮比时传动装置中的扭矩值与换档前的 扭矩相匹配而需要调整的来自测压单元62、64的测量的量(即使 输出扭矩在换档期间保持不变，每个齿轮比也会引起测压单元62、 64中的不同读数，这是因为力矩力会由于不同的轴向位置、齿轮直 径、和每个齿轮比而变化)。当采用新齿轮比时，这就变成第一目 标值。

如果由第一测压单元62测量的值大于第二测压单元64，这表 示发动机10正在减速，并且已经启动发动机刹车降速换档。然后 处理器发送控制信号以致动选择器杆35，使得叉46相对于输出轴 1轴向滑动。叉46对固定到第一杆组27的第一盘式弹簧47起作用， 引起第一杆组27的杆在第一齿轮3的方向上沿着输出轴1在销槽 41中轴向滑动，从而使第一杆组27从第二齿轮5脱离。

叉5也对第二盘式弹簧49起作用，但是由于第二杆组29的杆 被加载，即，它们与第二齿轮上的止动块21驱动啮合，因此第二 杆组29保持静态，然而，第二盘式弹簧49被叉46偏压以朝第一 齿轮3移动第二杆组29。

随着第一杆组27的杆在销槽41中轴向滑动，杆28啮合第一 齿轮3上的止动块19。随着其发生，第一齿轮3的旋转基本上瞬时 被锁定到在传动装置中产生扭矩尖峰的输出轴1的旋转。由于离合 器盘被保持在滑动压力，因此扭矩尖峰引起第一和第二离合器盘4、 6之间的显著滑动，从而驱散扭矩尖峰中的能量。同时，计算机处 理器20测量尾轴套管50中的变形量，并且将控制信号发送至离合 器致动器22和节流罐24，以调整第一和第二离合器盘4、6之间的 压力，并调整发动机10的速度和扭矩，从而使得由测压单元62、 64测量的变形以受控方式(例如以预定的速率)调整到用于新齿轮 比的最终目标值。控制系统优先恢复离合器2至满压以限制离合器 磨损，并调整发动机速度和扭矩以允许其发生，而在任何时刻都不 超过目标测压单元值，直到达到最终目标值。当离合器2被完全啮 合时，节气门的控制被尽可能快地交还给驾驶员，而在任何时刻都 不超过目标测压单元值规定公差，直到达到用于新比率的最终目标 值，因此节气门被返回到驾驶员控制并且离合器被恢复至满齿轮压 力。

当杆28啮合第一齿轮3上的止动块19时，它们开始驱动第一 齿轮3，使得能量通过第一齿轮对15从输入轴7传递到输出轴1。 随着其发生，第二杆组29的杆停止被加载。第二盘式弹簧49对第 二杆组29的杆起作用，引起其在销槽41内沿着输出轴1朝第一齿 轮3滑动，从而完成第二齿轮5的脱离。第二杆组29继续在销槽 41内沿着输出轴1滑动，直到其啮合第一齿轮3，从而完成第一齿 轮3与输出轴1的啮合。

如果第二测压单元64具有比第一测压单元62较高的值，那么 发动机加速，并且驾驶员/控制系统正在试图执行低速档齿轮变速 (也就是，从高速档到低速档的齿轮换档)以加速车辆，例如当车 辆在爬坡时驾驶员选择低速档以加速爬坡。在该情形中，第二杆组 29的杆的啮合表面43没有被加载，而第一杆组27的杆的啮合表面 43被加载。在这些情况下，在前一个齿轮比被完全地脱离之前不可 能啮合新齿轮。为了实现这一点，计算机处理器20瞬时切断对发 动机的燃料供应，以允许前一个齿轮比在采用低速档之前完全地脱 离。控制系统然后使用第二杆组29的啮合杆以与上述类似的方式 啮合第一齿轮3。然后以类似的方式将齿轮变速进行至发动机减速 档。

图5a示出空档中的第一和第二杆组27、29，即，任一杆组都 不与齿轮啮合，发动机空转。图5b示出第一和第二杆组在叉46的 作用下移动至与第一齿轮3啮合。从空档移动到与第一齿轮3啮合 的过程基本上与加速升档的过程相同。

传动系统的使用产生改进的性能、较低的燃料损耗、和较低的 污染排放，这是因为已经基本上消除驱动中断。而且系统的设计比 传统的变速箱更紧凑，这使得变速箱重量减小。控制系统通过防止 冲击波在整个传递装置中传播来减小扭矩尖峰的影响，从而使齿轮 变速更平滑。

本领域技术人员可以理解，在本发明的范围之内可以对上述实 施例做出各种改变，例如，多个选择器组件可以安装在带有相应的 齿轮对的输出轴上，以提供输出轴和输入轴之间的较大数目的齿轮 比。还可以使传动系统具有两个以上的轴，以提供额外的齿轮比。

可以使用扭矩变换器来代替离合器，或与离合器结合或与多个 离合器结合。例如，来自发动机的输出可以串联到扭矩变换器然后 连接到离合器。可选地，来自发动机的输出可以串联到扭矩变换器， 然后并联到离合器网络。术语离合器装置应理解为包括所有上述组 合。

测压单元可以安装在变速箱体或用于支承或容放可旋转传动 部件的一些其它部件或组件上。

图9示出应变仪66和用于测量输出轴1中扭矩大小的惠斯通 桥式电路68。应变仪66以类似于测压单元的原理工作，因为其沿 着扭矩负载路径测量容放或支承可旋转传动部件的部件或组件，诸 如轴承套管、轴承固定件、变速箱体34、变速箱体端板36、38、 用于将端板36、38固定到变速箱体34和尾轴套管50的螺钉。应 变仪66也可位于差速器上。

应变是尺寸改变对原始尺寸的比率。通过使用例如结合剂或粘 合剂将应变仪66固定地连接至用于容放或支承可旋转传动部件的 部件或组件。由传动装置中扭矩引起的部件/组件中的任何变形也会 引起应变仪66的变形。应变仪66包含导电材料，并且因此变形导 致其电阻的改变。通过测量电阻变化可以确定应变。通过惠斯通电 桥电路68来测量电阻的变化。其具有4个臂，排列在正方形中。 每个臂含有已知电阻的电阻器70，或应变仪66——应变仪将使用 四个臂中的一个、两个、或四个臂。

以惠斯通电桥中的一个应变仪66为例子，也就是所谓的四桥 布局(quarter bridge arrangement)，电源线连接至电桥的相对角(见 图9中的A和C)以提供激励电压。跨过电桥的其他角(见图9中 B和D)来进行测量。如果应变仪的电阻改变，则跨桥电流将改变 (根据欧姆定律，V＝IR)。可以测量此变化并且可以确定应变量。

在这些部件或组件中检测的应变大小与输出轴1中的扭矩大小 成比例，因此应变仪66可以类似于测压单元62、64的方式校准， 例如通过使用传统扭矩传感器。如果使用一个以上的应变仪，则可 以确定扭矩的方向。

传感器72可以用于测量啮合杆组和待被啮合的齿轮的相对旋 转速度和/或相对旋转位置。这使得控制系统控制啮合杆的运动，使 得啮合杆不进入齿轮上的止动块，而是通过进入止动块之间的间隙 来啮合齿轮。这显著地减小了对止动块和啮合杆的磨损量。检测器 可以是霍耳效应传感器、光学传感器、或用于确定器身的旋转速度 或位置的任何其它合适类型的传感器。

可以使用发动机控制单元74来防止某些活塞点火并因此减小 发动机的输出，而不使用节流罐机构24来控制发动机的速度。

用于检测齿轮的啮合杆组的位置和/或旋转速度的传感器70、 72可以与发动机控制单元74结合使用，以防止一个或多个活塞在 啮合杆在齿轮一侧啮合止动块时点火。这在啮合杆接触止动块的瞬 间迅速减小了传动装置中的扭矩量，从而减小了传动装置中的扭矩 尖峰的影响。在该瞬间传动装置中的扭矩主要是由于传动部件的惯 性。通过计算机处理器20响应于由传感器70、74做出的位置和/ 或速度测量来精确地控制活塞的误点火定时。

可选地，控制系统可以包括牵引控制机构(未示出)以防止车 轮空转。

销槽41可以被设置为具有楔形轮廓，使得杆可在径向上限制 在销槽(见图10)内。可替换地，销槽可以具有狭槽或T-形轮廓， 以在径向上限制杆。由于不再需要第一和第二连接器环37、39将 第一和第二杆组中的杆连接在一起，因此这提供了显著的优势。该 布局是优选的，因为其提供了用于限制杆28、30相对于输出轴1 的径向位置的改进的装置，获得了传动系统的更高的结构完整性。 由于不再需要连接器环37、39，因此可以减小啮合杆28、30的长 度，从而产生更紧凑的传动系统。可替换的销槽可以形成在输出轴 1中，或可以形成在与输出轴分开的部件中，然后该部件可通过例 如使用多齿布置固定地连接至输出轴。

此外，允许待使用的本发明的实施例仅具有一个盘式弹簧147 (见图11)，其用于将所有六个杆(即第一和第二组中的杆)和被 相应的采用的致动器布置连接到一起。在使用中，三个杆将在第一 齿轮加速时加载，而另外三个不加载，并移动叉以将盘式弹簧向第 二齿轮偏压，这将三个未加载的杆移出与第一齿轮啮合的状态，而 另外三个杆仍处于啮合中。一旦杆与第二齿轮啮合，则剩余的三个 杆将从第一齿轮脱离，并在盘式弹簧的加载下移动至与第二齿轮啮 合。该配置提供了使变速箱较小、较轻的高度紧凑的布局。

用于容纳选择器组件的第一和第二齿轮之间的轴向间距可以 减小到约20mm，以便普通道路车辆应用。

图5a示出第一杆组的每个杆的顶部中的凹槽28c和第二杆组 的杆的顶部的凹槽30c。凹槽28c、30c允许第一和第二杆组27、29 的杆分别与第一和第二盘式弹簧47、49的臂连接。凹槽28c、30c 的形状使得凹槽允许每个弹簧臂在齿轮换档期间相对于杆28、30 移动到非垂直的角度。图5a中所示的凹槽28c、30c用于两个盘式 弹簧结构。对于仅具有一个盘式弹簧147的实施例，凹槽28c、30c 沿着杆28、30的长度方向上位于更中央的位置。

当不使用环来固定组中的杆的位置时，组中的杆可彼此相对地 在轴向上小量移动。这是因为组中的杆之间的唯一连接是由可变形 的盘式弹簧提供的。单个杆被连接到每个盘式弹簧臂上，并且每个 臂可以彼此独立地变形，因此允许杆之间的相对移动。然而，组中 的杆将基本上一致的移动。

每个齿轮上的止动块的数目不局限于三个，例如可以使用任何 可行数目的止动块。已经发现，两个到八个止动块对多数应用都是 合适的。类似地，杆组中的杆的数目可以是任何可行数目，但是优 选地，组中的杆的数目等于组中的止动块的数目。

本领域的技术人员还可以理解，可以修改传动系统，使得选择 器组件以及第一和第二齿轮被安装到输入轴上，并且固定的齿轮被 安装到输出轴上。

传动系统可以用于任何交通工具中，例如公路汽车、赛车、卡 车、摩托车、自行车、诸如推土机、起重机的挖掘车、军用车辆、 诸如飞机和直升飞机的航空器、诸如艇、轮船、和气垫船的船只。 本系统也可以用于具有第一和第二可旋转器身的任何机器中，其 中，驱动力将从可旋转器身中的一个传递到另一个，例如在车床和 铣床中。