本发明涉及一种用于控制车辆组合变速器的副变速器部分的机构 和/或方法。更具体地说，本发明涉及用于控制这种组合变速器的副 变速器部分的同步颚形离合器的啮合的机构和/或方法，这种组合变 速器包括一个或多个与一个多速主变速器部分串接的多速副变速器部 分。更确切地说，本发明涉及在组合变速过程中用于保护重型车辆的 组合变速器的副变速器部分的同步颚形离合器的机构和/或方法。

具有一个或多个与主变速器部分串接的副变速器部分的这种组合 换档变速器已经公知，这种变速器一般用在重型车辆上，如大型卡车、 牵引车/半拖车及类似车辆。简而言之，通过使主变速器部分和副变 速器部分串接，并设定适当大小的传动比的间隔，可获得的总传动比 就等于主和副变速器部分的传动比的乘积。例如，至少在理论上，具 有与一个3速副变速器部分串接的4速主变速器部分的组合换档变速 器将提供12(4×3＝12)个有用的传动比。

副变速器部分通常具有三种形式：分段式，插入式分段/插入组 合式。

在具有分段式副变速器的组合变速器中，分段式部分的传动比间 隔大于主变速器部分的总传动比范围，且主变速器部分是通过每级中 的速比逐渐变速的。带有分段式副变速器的组合变速器的例子可以参 见下列美国专利：4974474,4964313,4920815,3105395,2637222和 2637221，其内容在比作为参考。

受让入的公知的RT/RTO 11609和RT/RTO 11610“Roodranger” 变速器是“(4＋1)×(2)”、9速和“(5)×(2)”10 物理学重载分段式变速器的例子。

在具有插入式副变速器的组合变速器中，插入式副变速器的传动 比间隔小于主变速器的传动比间隔，并且，各主变速器传动比被副变 速器分解或细分。具有插入式副变速器的组合变速器的实例可以参见 下列美国专利：4290515,3799002,4440037和4527447，其内容在 此作参考。

在分段和插入组合式的副变速器中，提供了分段式和插入式责任 中形式的传动比，使得主变速器按至少两种系列逐渐转变其传动比， 并且按至少一种系列分解主变速器的传动比。

具有一单一组合的分段插入式变速器的组分变速器的一个实例可 以参见下列美国专利：3283613,3648546，其内容在此作为参考。一 个三组齿轮4速组合的插入/分段式副变速器可以参见美国专利 4754665，其内容在此作为参考。受让人的公知的RT/RT 11613和RT/ RTO 14718“Eaton Roadranger”变速器是“(4＋1)×(3)” 13速和“(4＋1)×(4)”18速分段/插入组合式变速器的 实例。

另一个例子是联邦德国Friedrichshafen的zahnredfabrik Friedrivhshafem Aktiengeseushaft锁售的“Evosplit”型变速 器，它在主变速器的前后分别使用了一个单独的插入式和分段式副变 速器。

应注意到，术语主变速器和副变速器是相对的，如果主变速器和 副变速器的命名颠倒过来，那么副变速器的类型(分段式或插入式) 也将被颠倒。换言之，给出一个通常作为具有两速分段式副变速器的 4速主变速器的例子，若将通常指定的副变速器作为主变速器，则通 常指定的主变速器被视为具有4速的插入式副变速器。按传动领域通 常认可的惯例，且如在本发明说明书中使用的那样，组合变速器的主 变速器部分是这样的，它具有最多数量的(或至少不少于其它部分) 前进挡传动比，且它允许选择空档，并包含倒车档传动比，和/或它 (在手动或半自动变速器中)靠操纵与主阀/随动阀/气缸装置或类 似装置不同的变速杆或变速轨或-变速轴或变速指组件变速。

在分段式或分段/插入组合式或插入/分段组合式的组合变速器 中，主变速器的变速通常是借助由手动操纵的变速杆或类似件控制的 一个变速杆箱组件或单个的变档轴组件来完成的。在“叠H”型变速 器中副变速器变速是借助一般手动按钮或开关来完成的。该按钮或开 关控制一个远程随动阀/致动器机构。在所谓“双H”或“1加 H” 型控制中，靠响应变速杆位置的开关使分段式变速部分变速。双H式 控制已公知，且可参见美国专利：4633725和4275612， 其内容在此作为参考。

由于分段式变速部分经常使用同步颚形离合器，为了提供满意的 变速质量和防止分段式变速部分的同步颚形离合器的过度磨损和/或 损害，已有技术的一个目的就是提供这样的装置，在主变速器处于空 档时它确保分段式变速部分的变速的起动和顺利完成。

鉴于如上所述，已有组合的分段式变速器一般包括通常为气动控 制系统的一个控制系统，该系统具有联锁装置，它可借助于主控制阀 上的选择器按钮戒开关预选择分段式变速部分的变速，但该变速直到 主变速换到空档或至少向空档转换时才起动。这种系统一般在分段式 变速部分的驱动器的机械连杆上使用机械式联锁机构，以在主变速器 转控制空档之前实际上防止分段式变速部分的拨叉的移动，即在这种 系统中，向分段式变速部分的活塞提供压力气体的阀(一般叫“随动 阀”)不是不能就是不提供带压力流体，直到检测到主变速器转换到 空档为止，或者在主变速器转换到并保留在空档时，该阀才动作或向 其供给压力流体。这种变速器和控制系统的例子可以参见美国专利 2654268,3138965和4060005，其内容在些作 为参考。使用当主变速器在空档时才联锁的的分段式变速部分的控制 阀(供给和/或排出)的变速器可以参见美国专利3229551, 4450869,4793378和4974474，其内容在此作 为参考，

在已有的系统中，尽管通过在主变速器转换到空档之前通过防止 分段式变速部分的变速的起动已对分段式变速部分的同步器提供了相 当的保护，但其并不完全令人满意，因为尽管它们确保了在主变速器 转换到空档时才起动分段式变速器部分的变速，它们并不能防止主变 速器的变速快于分段式变速部分的变速的情况发生(即差相)。正如 已知的，在一定条件下，如果分段式变速部分的同步离合器试图啮合 而主变速器已啮合时，发动机扭矩的一部分将由啮合的同步器磨擦面 全部传递到车辆驱动轮上，这会很迅速地损坏同步器磨擦件。在这种 情况下，分段式变速部分的同步器，特别是增速或高速分段式变速部 分的同步器可能会相当快地损坏或破坏。在无意识地只对分段式变速 部分进行变速时，这种损坏在2秒钟内就可发生。

使用一个刚性和一个弹性式机械联锁装置的变速器可以参见美国 专利4974474；4944197和4296642，其内容在 此作为参考。这种装置通常将分段式变速部分的离合器锁定在高速位 或低速位，此时主变速器不在空档和/或如果分段式变速部分的离合 器没有在高速、位或低速位啮合的话，将主变速器锁定在空档。尽管 这些系统在操作合适时将能防止当主变速器不在空档时由啮合离合器 所引起的分段式变速部分的同步器的损坏，但其不完全令人满意，因 为(i)主变速器的快速变速可能导致副变速器锁定在一个不希望的 传动比上，(ii)如果分段式变速部分的离合器挂在联锁块上，操纵 离合器则主变速器将不能啮合，(iii)弹性装置可能不正确地联锁 或紧固，(iv)联锁和/或变速驱动件可能产生相当大磨损和应力， (v)由于磨损，联锁机构可能产生磨擦锁紧。

本发明通过提供副变速器致动器的控制系统和方法，克服或大大 减少了现有技术的上述缺点，采用这种控制系统和方法，当主变速器 在副变速器试图完成变速以前进行啮合时，能够保护副变速器的同步 器，而且当正在啮合的同步离合器的颚形啮合件达到基本的同步旋转 时，也允许副变速器完成试图进行的变速。

上述方案通过提供检测装置来实现，用于检测主变速器是处于空 档还是非空档位置，然后响应，如果主变速器在空档，则对选定的分 段式变速部分的离合器施加一个较大的第一力，如果主变速器在非空 档位，则时选定分段式变速部分的离合器施加一个较小的第二力。

本发明特别适于控制分段式高速或增速同步离合器的啮合。对低 速或减速同步离合器的保护一般不需要，因为副变速器转换到低速的 变速时，横向作用在同步器磨擦面的扭矩将有助于使锁住的同步器解 锁，使离合器快速接合，在锁式同步器中尤为如此。

因此，本发明的一个目的是为在其副变速器部分中利用同步颚形 离合器的这种组合变速器提供一种新的经过改进的副变速器部分的变 速控制系统。

本发明的另一个目的是提供一种副变速器的致动器的控制系统/ 方法，用于在主变速器处于非啮合状态时用一个较大的力而在主变速 器处于啮合(非空档)状态时用一较小的力促进所选定副变速器的同 步离合器(通常为增速或高速分段式的变速部分的传动比)的啮合。

本发明的其它目的和优点通过阅读与附图有关的最佳实施例的详 细描述将变得更加清楚。

图1是本发明的具有分段式副变速器部分并使用气动控制系统的 组合变速器的示意图。

图1A是图1的变速器的变速机构的示意图。

图1B是图1的变速器的“叠H”型变速方式的示意图。

图1C是图1的变速器的“双H”型变速方式的示意图。

图2是具有一个插入/分段组合式副变速器部分的组合变速器的 示意图，有了它，本发明的气动控制系统特别有利。

图3(A和B)是组合变速器100的副变速102的部分剖视 图。    

图4是一单于变速轴式变速机构的透视图。

图5是实现本发明的气动控制系统的示意图。

图6是另一个气动控制系统的示意图。

图7是实现本发明的优选的气动控制系统的示意图。

图8中用于图7所示气动控制系统的阀组件的剖视图。

图9是图8的阀组件在不同工作位置的剖视图。

图10是图8所示阀组件的分解示意图。

图11是图7所示气动控制系统的另一个结构的示意图。

图12A-12B是用于图11所示气动控制系统另一个阀组件 结构的部分剖视图。

为参照方便起见在下面的描述中将使用某些特定的术语，但它们 并不由此而受到限制。术语“向上”、“向下”、“向右”和“向左” 表示在附图中所参照的方向，术语“向前”、“向后”将分别指的是 按习惯安装在车辆中的变速器的前端和后端，即图1所示变速器的左 侧和右侧，术语“向内”和“向外”将分别指的是向着和离开装置及 所指部件的几何中心的方向。所述术语将包括上述特定的词、其派生 词和类似含义的词。

术语“组合传动装置”用于表示一个变速或换档的变速器，它具 有多个前进速度的主变速器部分和一个串接的多速副变速器部分，从 而，在主变速器部分所选定的齿轮减速可与副变速器部分中所进一步 选定的齿轮减速来组合。“同步离合器组件”和类似含义的词将表示 一个颚形离合器组件，它借助于一个刚性离合器将一个选定的齿轮不 回转地联接到一个轴上，其中，在离合器的件实际上同步旋转之前可 防止所说的离合器进入啮合，并且可将相当大容量的摩擦装置与离合 器一起使用，在离合器开始啮合时，它足以使离合器的件以及所有与 之一起转动的部件以基本同步的速度旋转。

术语“空档”和“非啮合”是可互换的，指的是没有扭矩由变速 器输入轴传递到主轴(在图1、2所示的普通型变速器中)上时主变 速器的状态，术语“非空档”和“啮合”是可互换的，指的是在主变 速器传动比进入啮合且驱动扭矩由主变速器输入轴传到主轴(在图1、 2中所示的普通变速器中)时主变速器的状态。

术语“高速”传动比指的是对于给定的输入转速输出转速为最大 时的变速器的传动比。

参照图1、1A和1B，其中表示了一个分段式组合变速器10。 组合变速器10包括与分段式副变速器部分14串接的多速主变速器 部分12。变速器10位于一个壳体H内并具有一个输入轴16和一 个可转动地固定到变速器的输入轴16上的驱动部分22，输入轴16 由一个初级发动机(如柴油机)E经过一个可选择地脱离但通常不啮 合的主摩擦离合器C来驱动，离合器C具有一个可驱动地连接到发动 机曲轴20上的输入或驱动部分18。

在主变速器部分12中，输入轴16承载着一个输入齿轮24， 用于以基本相同的转速同时驱动多个基本相同的副轴组件26和26 A。两个基本相同的副轴组件安装在主轴28径向相对的两侧，通常， 主轴28与输入轴16在同一轴线上。每个副轴组件包括一个由壳体 H(只示意地表示它的一部分)内的轴承32和34支承的副轴30。每 个副轴上装有相同组合的副轴齿轮38、40、42、44、46和 48，它们被固定在副轴上并随副轴一起转动。多个主轴齿轮50、 52、54、56和58套装在主轴28上并且通过如在现有技术中 已知的滑动离合器套60、62和64可选择地、一次一个地被连接 到主轴28上，与主轴28一起转动。离合器套60也可用来将输入 齿轮24连接到主轴28上，以在输入轴16和主轴28之间提供一种 直接的驱动关系。

通常，离合器套60、62和64借助于分别与现有技术中公知 的变速箱组件70相连的拔叉60A、62A和64A轴向定位。离 合器套60、62和64可以是公知的同步或非同步双作用颚形离合 器。

主轴齿轮58是反向齿轮，并借助惯用的中间惰齿轮(未示出) 与副轴齿轮48保持连续啮合连接。也应注意到，尽管主变速器部分 12确实提供了5种可供选择的前进速比，但最低前进速比，即将主 轴驱动齿轮56可驱动地连接到主轴28上所提供的速比，是经这样 一种高的齿轮减速的，从而它应当作为一个低速或“蠕动”齿轮，其 仅用于恶劣条件下车辆的起动，且通常不用于高变速范围。相应地， 尽管主变速器部分确实提供5个向前速度，一般称真为“四加一”或 “(4＋1)”的主变速器，因为只有4个向前速度与所用的副分段 式变速器部分部分14组合。

颚形离合器60、62和64是三位离合器，它们可借助变速杆 72定位在如图所示的中间非啮合位置，或完全向右或向左的啮合位 置。正如已知的，在给定的时间上离合器60、62和64中只有一 个可以啮合，并且设有主变速器锁定机构(未示出)以将其它离合器 锁定在空档位置上。

副分段式变速器部分14具有两个基本相同的副轴组件74和74A， 每个组件具有一个由在壳体H内的轴承78和80支承的副轴76， 并且承载着两个副变速器的副轴齿轮82和84，以便与副轴一起转 动。副轴齿轮82与分段式/输出齿轮86保持啮合并支承着它，齿 轮86与主轴28固定在一起以便转动，副变速器的副轴齿轮84与 套装在变速器输出轴90上的输出齿轮88保持啮合。

一个两位同步颚形离合器组件92借助拔叉94和分段式变速部 分的变速致动器组件96在轴向定位，用于将齿轮88连接至输出轴 90上使组合变速器10进行低速运行，或将齿轮86连接到输出轴 90上使组合变速器10进行直接传动或高速运行。用于分段式组合 变速器的“叠H”型变速方式图示于图1B中，变速器10的低或高 速运行的选择和/或预选择借助于一个通常位于变速杆72上的操作 器致动开关或按钮98来实现。

尽管分段式副变速器14被描述为一个使用直齿或斜齿传动的两 速变速器，但应当理解，本发明也适于采用组合的插入分段式副变速 器的分段式变速器，它具有三个或多个可供选择的传动比和/或应用 行星式传动装置。同样如上所述，任一个或多个离合器60、62或 64也可以是同步的颚形离合器，并且变速器12和/或14可以是 单独的副轴的形式。

主变速器12由在变速杆的箱70内的并由操纵变速杆72控制 的至少一个变速轨或变速轴的轴向运动来控制。正如已知的，变速杆 72可直接安装到变速器上，或离开变速器安装。这类装置在现有技 术中已经公知并可参见美国专利4621537，其内容在此作为参 考。分段式变速部分通过操纵已公知的按钮98或“双H”型控制形 式中的位置开关98A来控制。变档杆的箱70也可以是更普通的公 知的多变速轨型的，这可参见下列美国专利4782719,4738863, 4722237和4614126，其内容在此作为参考。

本发明的控制系统同样适用于具有分段式，组合的分段/插入式 或插入/分段式副变速器的组合变速器。

参见图2，组合齿轮机械变速器100是一个有十八个前进速度 的变速器，它具有一个与前述现有变速器10相同或基本相同的主变 速器12A，变速器100的主变速器12A与变速器10的主变速 器12的区别仅在于主轴28A伸入副变速器102的长度比主轴28 伸入副变速器14的长度稍多一些。由于主变速器12和12A具有 基本相同的结构，所以对主变速器12A将不再详述。

副变速器102包括两个基本相同的副轴组件104和104A， 每个副轴组件包括一个由在箱体H中的轴承108和110支承的并 载有三个与之固定以便一起转动的副轴齿轮112、114和116。 副轴齿轮112支承着套装在主轴28A上的副变速器的插入式齿轮 118，并与之保持啮合。副轴齿轮114支承着在邻近主轴28A 同轴端的输出轴122的端部套装在输出轴122上的副变速器的插 入/分段式齿轮120，并与之保持啮合。副变速器的副轴齿轮116 支承着套装在输出轴122上的副变速器的分段式齿轮124，并与 之保持啮合。相应地，副变速器的副轴齿轮112和插入式齿轮118 限定了一个第一传动级，副变速器的副轴齿轮114和插入/分段式 齿轮120限定了一个第二传动级，以及副变速器的副轴齿轮116 和分段式齿轮124限定了一个第三传动级或组合的插入式和分段式 副变速器102的齿轮组。

一个滑动二位颚形离合器套126用于有选择地将插入式的齿轮 118或插入/分段式的齿轮120连接到主轴28A上，而一个二 位同步组件128用于有选择地将插入/分段式的齿轮120或分段 式的齿轮124连接到输出轴122上。双作用滑动颚形离合器套1 26的结构和功能基本上与变速器10所使用的滑动离合器套60、 62和64的结构和功能相同，而双作用同步离合器组件128的结 构和功能则基本上与变速器10中使用的同步离合器组件92的结构 和功能相同。同步离合器组件，例如组件92和128已为公知，并 且其实例可以参见下列美国专利：4462498,4125179 和2667955，其内容在此作为参考。

这种离合器通常包括一对可轴向啮合的颚形啮合件，一个用于检 测颚形啮合件的同步旋转并锁闭其轴向啮合的传感/锁闭装置，以及 一对一般为锥形的摩擦面，该摩擦面可与上述颚形啮合件摩擦啮合并 产生与之基本同步的旋转。这些离合器组件在试图啮合时，如果处于 一种基本上非同步的条件，离合器将处于锁闭位置，锁闭装置阻止颚 形啮合件的轴向啮合，并且摩擦面是在受力状态下啮合。如果离合器 组件在高轴向啮合力的作用下保持在锁闭位置而主变速器啮合相当长 时间的话，过高的扭矩载荷可能损坏和/或破坏摩擦面。

副变速器102的最佳实施例的详细结构示于图3A和3B中， 从中可以看到，伸入副变速器102的主轴28A的后端带有外花键 130，它与离合器套126上的内花键132相配合，以将离合器 套126可转动地连接到主轴28A上，同时允许两者之间的相对轴 向运动。离合器套126上带有啮合齿134和136，用于分别与 齿轮118和120上的啮合齿138和140进行有选择地轴向啮 合。离合器套126上还具有容纳拔叉142的凹槽141。

齿轮118套装在主轴28A上并且通常可相对轴28A自由旋 转，并借助保位环144相对主轴28A轴向定位。啮合齿136和 138具有斜面146和148，其相对主轴28A的轴线倾斜约35°， 这提供了一种有利的相互作用，即有助于阻止非同步啮合和产生同步 啮合，这在美国专利3265173中已作了更详细的描述，其内容 在此作为参考。啮合齿136和140具有类似的辅助斜面。

插入/分段式的齿轮120借助一对止推轴承可旋转地支承在输 出轴122的内端150上，而分段式的齿轮124套装在输出轴 122上，并借助止推垫圈轴向保持在轴122上。双作用二位同步 离合器组件128位于齿轮120和124轴向之间且借助外花键和 内花键可旋转地固定到输出轴122上。许多公知的同步刚性离合器 结构也适用于本发明的副变速器。所示的同步离合器组件128在上 述的美国专利4462489中是锁式的。简单地说，它具有一个可 滑动的颚形啮合件162，颚形啮合件162由拔叉164轴向定位 并载有啮合齿166和168，可分别依次与分别位于齿轮120和 124上的啮合齿170和172作轴向啮合。齿轮120和124 上分别具有锥形摩擦面174和176，可分别依次与分别位于同步 离合器组件摩擦环182和184上的配合摩擦锥面174和176 作摩擦同步啮合。锁闭锁186和188可回转地分别固定到摩擦环 184和182上，并与滑动件162上的锁闭孔190相互配合， 以提供在现有技术中已公知的锁闭功能。同步组件128也可以具有 若干个弹簧锁(未示出)，以在离合器开始啮合时使锥形摩擦面进行 初始啮合。

输出轴122由箱体H中的轴承192支承并从箱体H中伸出与 一个叉件Y或类似件相连，该叉件Y通常构成万向节的一部分，用于 驱动去差速器或类似传动装置的万向节轴。输出轴122上也可以装 有一个速度表齿轮194和/或各密封件(未示出)。

由图2和图3可以看到，通过使插入式的离合器126和分段式 的离合器128在其向前和向后轴向位置上有选择地进行轴向定位， 可以提供四种明显不同的主轴到输出轴的传动比，相应地，副变速器 102是一个组合的分段和插入功的三级副变速器，它在输入(主轴 28A)和输出(输出轴122)之间提供了四种可供选择的速度或 传动比。这种类型的变速器已经公知并已由受让人伊顿公司(Eaton Corporatin)以商标名“Super 10“和Super 18”销售，其更详 细的说明可参见美国专利4754665，其内容在此作为参考。

变速器100的变速形式示于图2A中，其中“S”箭头表示插 入式的变速，“R”箭头表示分段式的变速。

在本发明的最佳实施例中，使用了图4所示形式的一个单变位轴 式变速机构200，该类机构已经公知并可参见美国专利4920815和 4621537，其内容在此作为参考。

简单地讲，变速杆98将与锁闭件102相互配合，以使轴204 相对变速杆箱产生转动或轴向运动，转动运动将使键，如键206和 另一个看不见的键与拔叉60A、62A和64A轴套内的齿格或槽 相配合，以便相对箱壳轴向固定两个拔叉并将另外的拔叉轴向固定到 轴204上，然后轴204和选择的轴向固定在它上面的拔叉的轴向 运动将导致与之相关的颚形离合器的啮合或脱离。

因此，通过监测所选择的变速轴204选定部分的轴向位置，例 如一个或多个空档制动槽210，可以测得组合变速器10的主变速 器12的空档-非空档状态。

本发明也适合于使用公知的多平行轨式变速杆箱组件变速器，可 参见美国专利4445393,4275612,4584895和4722237，其内容在 此作为参考。这种装置一般包括一个与变速轨(它通常与一个变速轨 联锁机构相连)垂直的组件，当所有的变速轨处于轴向中间的空档位 置时，该组件将处于第一位置，当任一个变速轨由轴向中间空档位置 发生位移时，组件将处于第二个位置。

本发明还适用于使用其它机械的、电的、电磁的或其它类型传感 器来测取主变速器空档(非啮合)或非空档(啮合)状态的组合变速 器。

尽管副变速器一般连接到主变速器上，但所用的术语“副变速器 ”与适用于分离的传动系装置，如多级速轴、多级速度变速箱及其它 类似装置。

由于本发明同等地适用于图1中的变速器10、图2和图3中的 变速器100以及其它使用同步副变速器颚形离合器组件的组合变速 器，为简便及易于理解起见，本发明将主要结合图1、1A、1B和 1C中所示的组合分段式变速器予以描述。

假定为图1B所示形式的变速控制，即“叠H”式控制，那么， 一个第4到第5档的组合换档包括使颚形离合器60脱离第4/第8 档输入齿轮24，然后将离合器92与分段式低速或减速齿轮86脱 开，再将离合器92与高速或增速齿轮88啮合，然后将颚形离合器 62与第1/第5档主变速器齿轮54啮合。为完成上述过程，车辆 驾驶员将通过分段式的选择按钮98预选择“高档”(“HI”)， 通过变速杆72将档由4/8位变到空档(N)然后再变至1/5位。 在现有的分段式变速器中，例如由伊顿公司制造并销售的9-速RT/ RTO 11609”Roadranger＂变速器中，一个两位随动阀具有产生所要 选择的“高”换档的一个第一位置和一个产生所要选择的“低” (“LO”)换档的第二位置，该随动阀由一个柱塞或类似件联锁在它 的两个位置之一上，而无论主变速器10是否处于非空档位置。这种 阀和联锁机构的实例可参见前述的美国专利3229551,4450869, 4793378和4974474。

如前所述，尽管这些装置在大多数情况下在主变速器换档到空档 之前通过防止分段式换档的起动将能保护分段式部分的同步器，但在 某些情况下，主变速器可能会先于分段式换档，这将使分段式的同步 器处于危险之中，这个问题对于分段式变速器向高速换档(第4到第 5档)来说比分段式变速器向低速(由第5到第4档)换档会更加严 重，因为增速档齿轮88啮合时，作用在同步器整个摩擦锥面(图3A 中的174/178)的扭矩将有助于增加同步器挂到同步联锁块上 的倾向，而在啮合低速分段式齿轮86时，作用在整个摩擦锥面(图 3B中的176/180)上的扭矩将同步器拉到非联锁状态。通常， 在图1和图2中所示类型的变速器中，在分段式变速器挂低速时，分 段式变速器的同步器的烧坏不视为一个突出问题。

参见图1的变速装置，如果司机在第4档决定换高速、然后预选 一个分段式变速器的高速，接着将变速杆移到或移向空档位时，可能 会发生另一个严重问题，即如果司机马上改变决定并将变速杆移回到 4/8档位而没改变对分段式变速器的选择，那么分段式变速器的离 合器会试图只使分段式变速器完成一个4-8的高速，从而横贯同步 器锥形摩擦面的大的速度差会使摩擦面迅速损坏。在这种情况下，两 秒钟的时间即可严重损坏或破坏一个同步器。    

类似疏忽地试图复合快速改变增速将会具有同样的结果。再例如， 如果司机误预选或忘记了预选的分段式变速器的升档，然后试图进行 4-3降档时，实际的结果将是一个试图的4-7的升档，这样，横 贯同步器摩擦面将产生大的速度差。

本发明的副变速器控制系统/方法在主变速器被检测处于非空档 位置时，通过逐渐减小拔叉94施加的使高速换档齿轮86啮合的力， 将该力减小到一个较小的值，来克服现有技术的上述缺点。应这样选 择这个较小的力，当具备同步条件时，足以产生同步啮合，且这个较 小的力要小到足以保证使同步器烧坏的危险减到最小或消除。

虽然本发明特别适于控制分段式的离合器、尤其是组合变速器的 高速或增速离合器的啮合，但并不限于这些用途，它还能用于控制插 入式的同步离合器或类似件的啮合。

为简化起见，本发明将结合其所希望的最有利的用途进行描述， 即，控制使组合变速器的分段式副变速器(10)/分段/插入或插 入/分段式副变速器(100)的增速或高速分段式副变速器同步离 合器啮合(图3中的离合器齿166和170)所施加的力。

尽管使一个分段式离合器啮合所施加的典型力是施加在有效活塞 面积上的有效流体压力(一般为气压)产生的，但也可以用诸如电机 驱动的滚珠螺杆或类似形式的电-机械装置、诸如螺线管式装置类的 电磁装置或其它施力装置来施加啮合力。借助流体压力施力装置时， 加于分段式离合器的力可改变有效流体压力和/或有效活塞面积来加 以调整，在使用电磁和电-机械装置时，可以通过改变电流、电压或 其它类似参数来调整作用力。

本发明将通过气动系统的最佳方式进行描述，但并不局限于此。

在现有的分段式离合器的致动器中，假定已选择/预选了一个分 段式变速，主变速器换至空档而且选档阀联锁被释放，该阀将给所选 择的分段式离合器致动气缸/活塞的腔室提供一个压力(通常到约60 -80磅/时2)，该压力足以提供一个大约(300-400磅) 的力以快速将选择的离合器移至啮合/或锁闭位置，并且上述压力还 通过同步器摩擦锥面提供一个足够的同步力，以使啮合件迅速同步旋 转，使同步器解除锁闭，并使啮合件穿过联锁块进入可靠的啮合。如 果主变速器保持在空档，或分段式副变速器转移到低速或低传动比时， 上述力将不会损坏同步器并将会使分段式副变速器较快进入啮合。然 而，当主变速器在分段式副变速器试图完成向高速或增速传动比转换 之前进入啮合时，同步器可能会较快地严重损坏和/或破坏，在试图 快速换档时，上述的损坏和/或破坏一般会在2秒钟之内发生。

已经发现，当检测显示主变速器在分段式副变速器试图完成向高 速或增速传动转换之前进入啮合时(即非空档)，如果使增速换档离 合器啮合所施加的力小到一个较小的第二力(约40-80磅)，直 接传动的同步分段式离合器将仍然与啮合件(图3A中的套162和 齿轮114)产生基本同步的旋转，而同步器至少在一定的时间内(如 20-45秒)不会损坏或破坏。

上述第二个较小的力不适于使分段式同步离合器作正常啮合，因 为可能向同步摩擦离合器提供足够的力，而且许多分段式换档会不合 适地用去较长的时间。

当使用一个可调压的压力调节器来获得用于施加到增速转换离合 器上的第二力时，在最佳实施例中使用了一种差动活塞的方法。如图 5、6和7所示，分段式离合器致动器活塞组件220是一个差动活 塞221，它具有一个用于低速啮合增压的第一表面积222(约3.96 英时2)和一个用于高速啮合增压的能提供第一个力(P*a222约等 于371磅)的较大的第二表面积(约4.65英时2)，对这两个 表面积加压将会在相差的面积(等二面积224减第一面积222) 上产生经调节的压力(80磅)并将一个较小的第二力(P*(a224 -a222)约等于54磅)施加到增速档离合器上。

活塞221密封地可滑动地装于一个被分隔为两腔室222A和 224A的缸体中。活塞221包括一个轴226，其上固定有拔叉 164，用于将同步离合器128或92转换到所选定位置。

为了保护同步器，同时使增速档离合器进入啮合，本发明的方法 是(i)当选择分段式换档进入增速档而主变速器处于空档时，仅对 第二表面224加压，(ii)当选择分段式换档进入增速档而主变速 器处于传动啮合(即非空档)时，对第一和第二两个表面(222和 224)加压。

第二个力必须足够大，以在高速档离合器啮合件达到同步或基本 同步旋转时使增速档离合器啮合，并且最好使增速离合器保持在啮合 位置(或设置啮合稳定装置)。第二个力还应足够小，以便当主变速 器处于啮合位置同步器在联镇块上啮合时使同步器锥形啮合件或类似 件在预定时间如20-45秒之内基本不会遭到损坏。

作为一个例子，第一个力为约300-400磅，第二个力为约 40-80磅证明是非常满意的。

达到上述效果的气动系统的简图可以参见图5、6和7，而特别 适于达到上述效果的阀组件则可以参见图8、9和10。

如前所述，变速器(10)的主变速器(12)的非啮合(空档) 及啮合(非空档)位置可以通过检测主变速器变速轴(204)的轴 向未位移和已位移位置来测得，变速轴或变速轨的这种轴向位移可以 通过变速轴或变速轨本身上测得，也可以通过其延伸部分测得，或通 过一个横向轴或类似件测得。

向拔叉施加一个第一力或第二较小力的装置，例如它用一个较大 的第一力进行啮合而用一个较小的第二力脱离，在现有技术中已经公 知，可参见美国专利4928544，其内容在此作为参考。

图5中示了一个同步器保护变换档气动控制系统230。主换档 阀232经过滤调节器234与已过滤和调节的气源相连。在重载车 辆中，经调节的空气压力通常为60-80磅/时2。控制开关或杆 98用于对低压信号或控制管路236加压(低位)或排气(高位)， 低速控制管236与换档随动阀238相连，阀238是一个二位四 通阀，弹簧240向高速位偏压(即腔224A加压而腔室222A 排气)且响应控制管线236的压力，移动到低档位(腔222A加 压而224A排气)。

一个即可移至一个啮合位置又可移至空档位的轴242上具有一 个联锁柱塞244，用于在主变速器转换至空档之前阻止随动阀238 的初始运动。控制系统230的前述的所有部件在现有的分段式变速 器中均是比较标准的。    

上述部件还附加有一个二位三通换档保护阀246，换档保护阀 246经管路248与压力源保持连接，并连接到与低档腔222A 相连的随动阀的出口250上。换档保护阀246包括一个用于检测 主变速器啮合或空档位置的柱塞252，阀246的出口253与换 档致动器塞组件220的低档腔室222A相连。

当主变速器处于空档时，如图5所示，随动阀238的出口250 直接经换档保护阀246连接到腔室222A上，当主变速器啮合时， 换档保护阀246将低档腔室222A连接到压力源，而不管随动阀 238的位置如何。

因此，如果在一分段式换档开始后的任意时间上主变速器转换到 啮合(非空档)位置，那么低档腔室222A将加压，而不管随动阀 238的位置如何，这将会使分段式的低档或高档的变速在一个相当 小的第二力的作用下顺利完成。

一个类似的控制系统270示于图6中。系统270与上述系统 230的区别主要是，一个与单变速轴204上的凹槽210相互作 用轴272为换档保护阀246提供一种机械驱动，并驱动一个气动 联锁阀274，而不是一个机械联锁机构。简单地讲，二位二通联锁 阀274将防止低档控制管线236在随动阀238处的加压或排气， 直到主变速器转换到空档。

和在系统230中一样，当主变速器处于啮合(非空档)位置时， 换档保护阀246将对低档腔室222A加压，而不管其它阀件的位 置如何。这样，当选择低档及主变速器转换到空档时，活塞组件220 的高档腔空224A排气，然后，当主变速器进入啮合时，低档腔室 加压而完成分段式的减速转换。

另一方面，阀246靠弹簧273向右偏压，系统270与上述 系统230的功能基本一样。

具有基本相同结构和功能的部件的系统230、270和300 (将在下面描述)已经给予相同的标号。

图7中示出了气动控制系统300。它包括一个与前述主阀232 类似的并具有一个用于选择高(H1)或低(L0)分段式的传动比 选择开关的主阀301。主阀301还可以包括一个第二选择开关302， 用于选择插入式的高传动比或插入式的低传动比。一个插入式的低档 控制管线304控制着二位三通插入式的随动阀306的动作。主阀 如301与图1和图2所示的分段和插入组合式的组合变速器相连。

选择随动阀组件310包括一个三位四通阀312和一个闭锁和 超越机构314，阀312的孔口316与排气口相连，孔口318 与来自过滤器/调节器的气源(80磅/时2)相连，孔口320与 差动活塞组件220的分段式的高档腔室224A相连，孔口322 与差动活塞组件220的分段式的低档腔室222A相连。

阀312具有一个第一位置324(图7中的上位)，用于选择 高档，在此，分段式的高档腔室224A与压力源相连而分段式的低 挡腔室222A与排气相连。阀312还具有一个第二位置326(图 7中的下位)，用于选择低档，在此，分段式的低档腔室222A与 压力源相连而分段式的高档腔室224A与排气相连。阀312还具 有一个中间第三位置328，在此，分段式的高档腔室(224A) 和分段式的低档腔室(222A)均与压力源相连。

阀312被弹簧330加偏压进入第一(324)或分段式的高 档位，并可受来自管线236的低挡控制压力的作用移到第二(326) 或分段式的低挡位。借助超越致动器的杆或连杆332与变速轴204 上的槽210和邻近台肩的相互作用，如果主变速器在阀312处于 第一位置时转换到啮合位置，则阀312可从第一位置(324)移 到中间的第三位置(328)。

闭锁和超越组件314的闭锁功能是在主变速器在空档时防止 312由第一位置324移到第二位置326，或由第二位置326 移到第一位置324，但不阻止阀312由第一位置324向中间第 三位置328的移动。这样，上述闭锁和超越组件在主变速器进入空 档之前就提供了分段式的锁定功能，防止分段式的换挡起动。阀312 和闭锁及致动器组件314的具体结构示于图8、9和10中，并在 下面进行详细描述。

参见图11和12，作为另一种结构，可将低挡控制管线236 省略而使用一个改变的或附加的驱动杆332和变速轴204，用来 抵抗弹簧330向第二低挡位(326)加的偏压，使阀312进行 机械式换位，相应于“双H”型变速方式的分段式部分的低挡转换 (低分段位置)。该结构将在下面讨论，并且更详细地示于图11、 12A和12B中。

操作时，对于由高到低分段式的传动比的转换，要移动选择器98 选择/预选“L0”位，并使控制管线236加压。一旦变速轴的位 置显示出主变速器处于空档，闭锁装置314将释放，使阀机构312 处于第二位置326，这将使分段式的低挡腔室222A增压而分段 式高挡控室224A排气。超越装置314件不对位于第二326的 阀312产生影响，因此阀312将保持原有定位直到选择器98运 动。

为了从低到高转换分段式的传动比，要移动选择器98以选择“ 高”位，并使控制器线236排气。一旦变速轴的位置显示出主变速 器处于空挡，闭锁装置即被释放，并且阀312将在弹簧330偏压 的作用下移到第一位置324。分段式的高挡腔室224A将被加压 而分段式的低挡腔室222A排气。然后，当主变速器啮合时，致动 器连杆332将使阀312由第一位置(324)移至第三或中间位 置(328)，此时，分段式的高传动比腔室(224A)和分段式 的低传动比腔室(222A)均被加压，以便给拔叉94或164提 供一个减小的力，推动高挡转换同步离合进入啮合。

分段式的随动阀组件的结构示于图8、9和10中。分段式的随 动阀组件310装在一个由两个零件构成的壳体340内，壳体340 包括一个滑阀壳件部分342和一个闭锁和超越机构部分344。滑 阀壳体342具有一个内孔346，在孔中具有一个阀芯348，滑 阀壳体342还具有孔316(两个)、318、320和322， 它们分别与排气口、压力气源、分段式的低挡活塞腔室222A和分 段式的高挡活塞腔室224A相连。在闭锁和锁和超越部分344上 具有一个用于与低挡控制管线236相接的孔350。阀芯的向左端 具有一个密封地且可滑动地位于与孔口350相通的腔室354中的 活塞表面352。偏压弹簧330位于孔348的向右端并与阀芯 348的端部接触，向左压迫阀芯348。

阀312的第一位置324对应于阀芯348的最靠在的位置， 如图8的上半部所示。在该位置，孔318和322流体相通，孔 320和左孔316流体相通，右孔316与其它孔密封隔绝。

阀312的第二位置326对应于阀芯348最向右的位置，如 图9所示。在该位置，孔318和320流体相通，孔322和右端 孔316流体相通，左端孔316与其它孔密封隔绝。如图所示，在 图9的左上和下部，阀芯348向右或第二位置的推移可以经孔350 和低挡控制管线236(图9)对腔室352的加压来实现，或者借 助一个与杆332类似但却作用在一个用于双H型变速方式的轴的大 直径表面及阀芯348的推杆部分356(图12A和12B)上的 杆或连杆355来实现。

阀312的第三或中间位置328示于图8的下部。在该位置， 两个孔口320和322均与压力气源孔318流体相通，而两个排 出孔均与其它孔密封隔绝。由图8可以看到，当杆332靠在轴204 的外表面上时，它将与推杆356的一部分接合，向着中间位置推动 阀芯。要注意，当阀芯处于最右位置，即阀312的第二位置326 时，超越杆332(见图8)将不再影响阀芯的位置。

闭锁和超越组件314的闭锁功能是在主变速器转换至空挡前提 供防止分段式的换挡起动的换挡联锁功能，该功能是由弹簧套筒360， 闭锁滚珠362和在阀芯推杆延伸部分上的凹槽364和366来实 现的。渚锁滚珠362装在壳体344的槽内，用于作径向移动，推 杆伸出部分356的外表面具有一个第一闭锁槽364和一个加长的 第二闭锁槽366，当阀芯处于第二位置时(见图9)，第一闭锁槽 364将与闭锁滚珠对齐，在阀芯处于第一或第二位置或在这两个位 置之间时，第二闭锁槽366将与闭锁滚珠对齐。当弹簧套筒360 在弹簧368的偏压下处于缩回位置时，见图8的上部和图9，闭锁 滚珠或滚子362可以径向向外运动且不影响阀芯348的轴向运动， 然而，当弹簧套筒被杆332向右推动时，见图8的下部，闭锁滚珠 362被锁位不能轴向向外运动，并且阀芯348被锁定在第一到中 间(第三)轴向位置或被锁定在第二轴向位置。

图10给出了选挡阀组件310的一个分解图。为清晰起见，各 个密封件，垫圈及类似件没有注明标号。

图7-10所示气动控制系统300和选挡阀组件310的布置 可以参见图11、12A和12B。

图11、12A和12B示出了一个用于“双H”变速机构的气 动控制系统400，其中没有使用开关98A而用一个变速轴204 A。该轴204A具有较小直径的部分402和较大直径部分404  它们分别对于应于“双H”型变速的高挡或低挡部分的操作。主阀 406与主阀301的区别仅在于提供了一个插入式的选择器开关或 按扭302。

阀组件408的阀部分312与阀组件310的阀部分312相 同。阀组件408的致动器部分410与阀组件310的阀锁定和超 越部分314有显著不同。

连杆332与空档槽210相配合，当检测到主变速器进入啮合 就将阀部分312由第一位置324移至第二位置328，此外，还 装有一个独立的第二连杆或杆412。杆412是分段式的高/低档 的致动器，它与变速轴204A上的凸面404相配合，以便当变速 轴204A转动到“双H”形的分段式的高档部分时将阀部分312 移至它的第二位置326。

从图12A和12B可以看到，杆412取代了用于阀组件310 中的活塞组件352/354，从而可将分段式的低档控制口350 用衬套414密封。

图12A表示了阀组件410处于分段式的高档位置，图12B 表示阀组件410处于分段式的低档位置。由于省去了分段选择器开 关，也就排除了预选分段式的转换的可能。在这种情况下，尽管使用 了弹簧套筒360，因为不须要闭锁功能，便不再须要闭封滚珠。

虽然对本发明作了相当详细的描述，但是应该明白，这些描述只 是通过举例而完成的，在本发明的要求保护的原则和范围内，可以对 各部分进行改变和调整。

本发明涉及下列同时待审的美国专利申请：申请号为824673，名 称为“用于分段式部分的随动阀的联锁机构”；申请号为824675，名 称为“选挡阀予排气装置”；申请号为824961，名称为“两级分段式 部分的活塞/气缸组件”；申请号为824925，名称为“可变压力分段 式部分的致励器活塞”；申请号为824960，名称为“复式压力调节器”； 申请号为824672，名称为“可变压力分段式部分的致动器组件”；申 请号为824957，名称为“副变速器的致动器的气动控制系统”； 申请号为824638，名称为“用于防止分段式部分的同步器损坏 的分段式部分的致动器的控制系统和方法”；和申请号为824956，名 称为“同步的插入式部分的保护系统和方法”。这些申请和本申请一 样，都转让给同一个受让人伊顿公司(Eaton Corporation)并在同 一天1992.1.23申请。