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CN1044030C - 一种用于车辆组合变速器的副变速器部分的致动器组件的控制系统 - Google Patents

一种用于车辆组合变速器的副变速器部分的致动器组件的控制系统 Download PDF

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Abstract

提供一个副变速器部分(14)的变速控制系统(230)。在副变速器部分换档过程中，如果主变速器部分处于非空档位置，控制件(246)能防止副变速器部分的同步离合器(92，128)损坏。在转换到副变器部分的高速传动比的过程中，根据检测到的同步颚形离合器组件锁止位置的情况，把啮合高速传动比所用的力从第一个力(p*a224)减少到相当小的第二个力(P*(a224-a222))。

Description

一种用于车辆组合变速器的副变速器部分的致动器组件的控制系统
本发明涉及下列同时待审的美国专利申请：申请号为824924，名称为“副变速器部分的致动器的控制系统和方法”；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“选档阀预排气装置”；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动器活塞”；申请号为824960，名称为“复式压力调节器”；申请号为824645，名称为“可变压力分段式部分的致动器活塞”；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。
本发明涉及一种用于车辆组合变速器的副变速器部分的致动器组件的控制系统/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压力流体(气动)致动器的组件。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分段式组合变速器的副变速器部分的同步颚式离合器，特别是分段式副变速器的高速同步颚形离合器的压力流体致动器组件的控制系统/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，插入式或分段/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，其内容在此作为参考。
受让人的公知的RT/RTO 11609和RT/RTO 11610＂Roadranger＂变速器是“(4+1)×(2)”、9速和“(5)×(2)”10速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两种形式的传动比，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合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/RTO 11613和RT/RTO 14718＂Eaton Roadrarger＂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ZahnredfabrikFriedrichshafen Aktiengeseushaft销售的“Ecosplit”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)前进档传动比，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的按钮或开关来完成的。该按扭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1/2H”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或开关预选择分段式变速部分的变速，但该变速直到主变速器转换到空档或至少向空档转换时方起动。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，以在主变速器转换到空档之前实际上防止分段式变速部分的拔叉的移动，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，其内容在此作为参考。使用当主变速器空档时才联锁的分段式变速器分的控制阀(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(即差拍)。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摩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的磨损和应力，(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的组件控制系统和方法，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，当正在接合的同步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。
上述方案通过提供一个副变速器部分的致动器组件控制装置来实现。该装置用于检测致动器是否处于相应于同步器摩擦啮合表面啮合和同步离合器的颚形啮合件的轴向啮合锁止的位置(即同步颚形离合器的“锁止位置”)，并相应地使选择的换档啮合，通常是高速传动比换档啮合，如果离合器不处于锁止位置，就施加第一个较大的力，如果离合器处于锁止位置，就施加一个逐渐减小的第二个较小的力。
在气动致动器组件的最佳实施例中，比较大的力是通过给差动活塞的较大的表面加压获得的，而逐渐减小的较小的力是通过给较小的表面逐渐增压，同时在差动活塞的较大的表面上保持充分地加压获得的。
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，作用在同步器全部摩擦面的扭矩将有助于使锁止的同步器解锁，使离合器快速啮合，在销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压力流体操纵的副变速器部分的致动器系统，用于将可选择的副变速器部分的同步离合器(通常是增速或高速档传动比)推入啮合位置，如果离合器处于非锁止位置，就用第一个较大的力，如果离合器处于锁止位置，就用从所述的较大的力逐渐减小到较小的第二个力的力。
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的副变速器102的部分剖视图。
图4是一单一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5A是图5的部分放大图。
图6是另一个气动控制系统的示意图。
为参照方面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连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中所示的普通型变速器中)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，其中表示出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为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26A。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可选择地一次个地被连接副主轴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相连的拨叉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，是经过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，一般称其为“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借助拨叉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连接到输出轴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，本发明也适用于采用组合的插入/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可直按安装到变速器上，或离开变速器安装。这类装置在现有技术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也可以是更普遍的公知的多变速轨型的，这可参见下列美国专利4782719,4738863,4722237,4614126，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10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126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到美国专利：4462498,4125179,2667955，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，锁闭装置阻止颚形合件轴向啮合，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上还具有容纳拨叉142的凹槽141。
齿轮118套装在主轴18A上并且通常可相对轴28A自由旋转，并借助保位坏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中是销式的。简单地说，它具有一个可滑动的颚形啮合件102，颚形啮合件162由拨叉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122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。锁闭销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。
通过监测拨叉91/164或轴向可移动的件的轴向位置，就可确定同步离合器组件的现行情况。
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式的三级副变速器，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(EatonCorporation)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202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拨叉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拨叉并将另外的拨叉轴向固定到轴204上，然后轴204和选择的轴向固定在它上面的拨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的组合变速器，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。
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”也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“高速”(“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/RTO11609＂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施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档时，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档决定换高档，然后预选一个分段式变速器的高档，按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的高档，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升档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。
本发明的副变速器的控制系统/方法，在检测到高速同步离合器处于闭锁位置的条件下，通过逐渐减小拨叉94施加的使高速档齿轮88啮合的力，将该力减到较小，来克服现有技术的缺点。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档或直接档离合器的啮合，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)的增速或高速档同步离合器啮合(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，加入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/英寸2)，该压力足以提供一个大约(300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快进入可靠的啮合。如果主变速器保持在空档，或分段式副变速器转换到低档或低传动比时，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档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，当检测显示在分段式部分试图转换到它的高速或增速传动比的过程中，同步转换离合器处于闭锁位置时，如果用于啮合增速转换离合器所施加的力逐渐减少到较低的第二力(约40至80磅)，增速传动比同步转换离合器当啮合件(图3A中的套162和齿轮114)达到基本同步的旋转速度时仍然啮合，而同步器至少在一定时间内(如20至45秒)不会损坏或破坏。
当因为没有足够的力施加到同步器的摩擦啮合件上，较小的第二个力不能使分段式的同步器的啮合件作正常啮合时，第二个较低的力只能是从第一个较大的力逐渐减小而获得，许多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，和5A所示，分段式离合器致动器活塞组件220是一个差动活塞221，它具有一个用于低档啮合增压的第一表面积222(约3.96英寸2)和一个用于高档啮合增压的能提供第一个力(P*a224约等于371磅)的较大的第二表面积224(约4.65英寸2)，对这两个表面积加压将会在相差的面积(第二面积224减第一面积222)上产生经调节的压力(60至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，其上固定有拨叉114，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(高速)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离合器处于非闭锁位置时，仅对第二表面224加压，(ⅱ)当选择分段式换档进入增速档而同步颚形离合器处于闭锁位置时，继续对第二表面(224)加压并对第一表面(222)逐渐加压。
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，并且最好使增速档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，同步器在联锁块上啮合时，使同步器锥形啮合件或类似件在预定的时间，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和6，而特别适于达到上述效果的检测器/阀组件则可以参见图5A。
如上面所指出的那样，高速同步分段式离合器的闭锁和非闭锁位置可通过检测拨叉94/164和/或可轴向移动的件如活塞221或轴226的位置来测得。
向拨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)，低档控制管236与换档随动阀238相连，阀238是一个二位四通阀，弹簧240向高档位偏压(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)。
一个既可移至一个啮合位置又可移至空档位置的轴(未画出)上具有一个联锁柱塞(未画出)，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和节流器250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252和低档腔222A上。换档保护阀246包括一个用于检测高档同步离合器的闭锁位置和非闭锁位置的柱塞254。
当高速档同步颚形离合器处于非啮合位置时，如图5所示，随动阀238的出口250通过换档保护阀246直接与腔室222A相连。当高速档同步颚形离合器处于啮合位置时，柱塞254将与轴226上的缺口或凹槽256相配合，换档保护阀246经节流器250将低档腔室222A与压力流体源相连，不管随动阀238处于什么位置。
因此，在开始换到高档位后的任意时间，如果高速档同步颚形离合器处于闭锁位置，那么低档腔室222A将逐渐加压，不管随动阀238处于什么位置。如果闭锁位置得到保持，则可正常完成向高档位的换档，即用一个相当小的第二力换向高档位。
图6示出了一个类似的控制系统260。系统260与上述系统230的主要区别在于，它是“残压”系统，其中腔室222A和224A既可加压又可排放，然后将腔室与外界隔绝。
系统260使用了一个换档保护阀262，它具有一个柱塞254，用于与闭锁部分256配合，以便检测高速档同步离合器的非闭锁和闭锁位置。阀262是一个两位双通阀，它通过节流排放口264将腔室224A逐渐排放减压到一个预定的最小压力，这时柱塞254进入轴226上的闭锁槽256，表示高档离合器处于闭锁位置。
换档保护阀246或262可以是致动器220活塞的两个零件，而槽或缺口256可轴向延伸，从而可以检测被监测的同步颚形离合器的即刻的和执行中的闭锁位置。
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，在本发明要求保护的原则和范围内，可以对各部分进行改变和调整。

Claims (6)

1．一种控制系统，用于控制与一个同步鄂形离合器(92)相关的变速驱动器(96)，以便在一个组合变速器(10)的一个第一变速器部分(14)中有选择地啮合和脱离一个可选择的传动比，该组合变速器(10)包括串接的第一和第二(12)变速器部分，所说的同步鄂形离合器具有一个非锁止和一个锁止位置，所说的系统包括：
(a)用于检测所说的第一变速器部分可选择的传动比选择啮合的装置(98/236)；
(b)用于检测所说的同步鄂形离合器是处于锁止位置还是处于非锁止位置的装置(254/256)；
(c)响应检测的结果(ⅰ)所述第一变速器部分的可选择的传动比啮合和(ⅱ)所述同步鄂形离合器处于非锁止位置，则用于第一个力使所述驱动器推动所述同步鄂形离合器进入啮合的装置；和
(d)响应检测的结果(ⅰ)所述第一变速器部分的可选择的传动比啮和(ⅱ)所述同步鄂形离合器处于锁止位置，用于用比所说的第一个力小的第二个力使所述驱动器推动所述同步鄂形离合器进入啮合的装置。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的组合变速器是一个手动分段式变速器，所说的第一变速部分是一个具有一个高速和一个低速传动比的分段式副变速部分，所述的可选择的传动比是分段式副变速部分的高速传动比。
3．如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的副变速器部分(14)是一个两速分段式副变速部分，所述的高速传动比是增速传动比。
4．如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的第一个力至少是所述的第二个力的两倍。
5．如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的同步鄂形离合器包括一个销式同步器。
6．如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的组合变速器是一个具有最大额定输入转矩的车辆变速器，并且可用于具有所希望的最大车辆额定总重的车辆，选择所说第二力，(a)当所述的副变速器部分的同步鄂形离合器的鄂形啮合件以基本相同的速度旋转时，足以使该离合器啮合，和(b)当(ⅰ)所说的主变速器啮合时，使所说的离合器啮合，(ⅱ)所述的鄂形啮合件以明显的非同步速度旋转，(ⅲ)将所述的最大额定输入扭矩施加给变速器的输入轴和(ⅳ)所说的车辆具有所希望的最大车辆额定总重时，在超过预定的时间后，对副变速器的高速同步离合器的摩擦面不足以引起比预定的磨损更严重的磨损。
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