专利名称：一种变速器和变速方法
技术领域：
本发明涉及自动化手动变速器领域。本发明尤其但不排除性地涉及自动化手动变速器传动和控制自动化手动变速器的换挡的至少一部分的方法。
背景技术：
常规的手动变速器使用换挡系统，由此驾驶员通过转换变速杆到齿轮箱中的某一位置来手动地选择所要的排档。变速杆直接与通常包括某些形式的变速轨、调档叉和变速环的内部传动机构连接。这种系统的一个缺点是变速箱和变速杆必须装置成所有的部件可易于通过机械连接相互连接的结构。为了能够更灵活的安装，改进了系统，其中机械连接被这样一种系统取代，其中电子液压螺线管将油引导向或从安装在变速轨端部的活塞来控制变速轨的位置。关于这种系统众所周知的问题是变速机构在空档位置的定位和固定。机构的积极中立状态对于防止错误的齿轮啮合和同时啮合多个齿轮组是至关重要的。如果这样失效会导致失控的机器行为和严重的机械损伤。先前的装置，像例如英国伍尔弗汉普顿的特纳动力系的5级动力同步变速箱，利用多重活塞装置由此复合活塞的设定根据液压原理运行来使变速轨变空档。该装置具有几个缺点例如部件和机械程序即因此成本的复杂性。
本发明的目的是解决一个或多个以上阐述的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种换挡装置，具有第一和第二变速元件，相应地为第一和第二机构的一部分。该装置还具有适于监控第一变速元件相对于空档位置的位置的传感装置，和基于来自传感装置的至少一个信号可操作以将第一变速元件定位在空档位置中的致动装置。包括有机械装置并适于防止如果第一变速元件不在空档位置第二变速元件的移动。
本发明的第二个目的是提供一种操作换挡装置的方法，所述换挡装置具有第一和第二变速元件，相应地为第一和第二机构的一部分。该方法包括以下步骤电子地确定对第一变速元件空档位置的位置，基于来自上述步骤的至少一个决定将第一变速元件置入空档位置和机械地防止如果第一变速元件不在空档位置第二变速元件的移动。
图1是通过根据本发明的变速箱的垂直剖视图；图2是用于图1变速箱的定位器的剖视图；以及图3a、3b和3c是用于图1变速箱的调档叉的示意图。
具体实施例方式
参见图1和2，变速箱10具有用于第一和第二齿轮啮合的第一变速机构11，和用于第三和第四齿轮啮合的第二变速机构111。可增加更多齿轮和/或齿轮机构。简单起见，由于第一变速机构11和第二变速机构111都基本相似，仅详细描述变速机构11。在第一变速机构11和第二变速机构111中的相似标号表示相似的结构。
第一变速机构包括三个变速元件，即变速轨12、变速环16和调档叉14。调档叉14与变速轨12固定连接，但与变速环16浮动连接。图3a-3c示出了调档叉14，具有与对应物如变速环16上的圆周槽19啮合的两叉子17。尽管实例中调档叉14是两叉子型的并通过槽19与变速环16以浮动方式啮合，该原理可应用于其它类型的调档叉和环装置。本发明考虑的变速环16包括现行的齿轮啮合离合器，例如同步离合器。
连接到变速轨12相对端的是作为致动装置21部件的单作用活塞18和20(标号20未示出，标号120代替示出)。但如果首选的，一个双作用活塞(未示出)可用于代替两个单作用活塞18和20。活塞18和20可通过流体如空气等，在这里为机油受压，机油通过泵(未示出)产生流动并相应地通过螺线管阀门22和24引导向或从活塞18和20导出。或者，变速轨12可通过电磁螺线管(未示出)而不是电子液压系统致动。其它电子液压螺线管装置也是可能的，由此一个或多个电子液压螺线管可与方向阀或机械连接一起作用来简化系统或减少部件数量或成本。
先具体参见图2，互锁装置30在该实例中是一种具有一连串球32a、32b、32c、32d的定位装置，较佳地由金属制成，其中该串两端的球32a和32d各可与变速轨12和112内的凹槽33和133啮合。当凹槽和相应的球32a和32d排列起来时，变速轨12和112内的凹槽33和133位于轨道上与空档位置相应的位置。变速轨12和122的空档位置限定为变速环16和116没有齿轮被啮合或被啮合的位置。该串球32a-d的总长度大于变速轨12和112两最近外表面之间的距离。这防止在正常操作时，第一、第二、第三和第四齿轮中任何多重的啮合。可使用不同数量的球如32a-d或具有圆柱形或其它形状的不同装置或非金属部件。
变速轨12还具有一串邻近的凹槽34a、34b和34c，基本上类似于具有凹槽134a、134b和134c的变速轨112。两变速轨的原理相同，因此简单起见下文中将仅讨论具有凹槽34a-c的变速轨12。凹槽34a-c与定位器如球37和弹簧38来限定三个不连续的位置作为机械装置36的部件。第一位置可相应于与第一齿轮啮合的变速机构11。第二位置可相应于空档位置的变速机构11，而第三位置可相应于与第二齿轮啮合的变速机构11。偏置定位有助于将变速轨12定位到三个位置中的任何一个并保持在该位置。球37较佳地由金属制成，但可使用其它材料和其它形状。图1示出了定位器的变体35，由此原理上是相同的，但机构的位置是不同的。
此外，有传感装置39和139。同样为了简单起见，这里仅讨论一个这样的装置，因为两个变速机构11和111的原理和部件基本相似。传感器40可装到变速箱10的一个位置，或为了便于外部维修而至少部分突出通过变速箱10的壁面。传感器部件较佳地位于邻近调档叉14的位置，因为传感器40响应于或者装载调档叉14上或者是调档叉14的整体部件的触发器42。传感器和触发器装置的一种可能类型是与铁触发器在一起的非接触线性位置传感器。传感器可为例如由英国汉普郡的Gill Technology，Lymington生产的叶片传感器。传感器40较佳地为成比例和可调整传感器以给予探测一较宽的范围并能够用校准程序。但也可用其它适合的传感器装置，例如接触传感器。如果要求某些类型的触发器，它也可安装在不同的位置，例如在变速轨或变速环上。由于变速轨12、调档叉14和变速环16都具有相对彼此的固定位置，哪个部件用于传感器的触发并不显著，因为在正常操作时所有其它部件的位置一旦检测到一个就可确定。
由传感器40产生的信号较佳地送到电子控制单元(ECU)44。ECU44可被编程以监控和控制变速器和其它功能，但也能够处理从传感器40送来的信号。ECU44还可接收来自例如车辆驾驶员的输入并可处理信号然后向控制螺线管阀22和24发出信号。或者可具有没有ECU44的系统，其中螺线管阀22和24直接或间接由来自传感器或多种类似传感器40的信号触发。ECU44能够控制变速机构11和111。
工业应用在正常操作时，变速箱10以及因此变速机构11和111可在空档位置。车辆驾驶员选择需要的档，其向ECU44发出信号。ECU44还接收来自传感器40和140的信号。如果所有的参数是可接受的，ECU44可触发螺线管阀22、24、122和124中的一个来引导机油从泵(未示出)流到活塞18、20、118和120之一上来转换变速机构11和111之一。作用在活塞上非机油压力可在换挡时通过例如螺线管阀改变来给予平稳的档的啮合和脱开。
例如，车辆驾驶员希望从空档啮合到第一档。通过输入装置，他的选择被信号送到ECU44。ECU44还通过传感器40和140探测变速机构11和111的空档位置。如果满足所有的条件，ECU44向螺线管阀24发出信号来将机油从泵(未示出)引导到活塞20并向螺线管阀22发出信号来引起被活塞18移动的机油的返回连接。作用在活塞20上的机油移动变速轨12和由此变速环16到变速环16啮合到第一档的位置。一旦变速完成，螺线管22和24都打开从活塞18和20到返回管线的机油连接，因此所有活塞被减压。在变速时作用在活塞18上的机油压力已经达到足够高以克服实际的档啮合阻力并将球37移出凹槽34b，一旦完成或接近完成第一档啮合，球37与凹槽34c啮合。因为变速轨12不在空档位置，互锁装置30防止由于球32d现在与凹槽133牢固啮合而变速轨移动。
如果驾驶员决定变到仅由变速机构112啮合的档，例如第三档，将发生以下作用。在变速机构112可被触发前，变速机构12被放到空档位置。在正常操作情况下，ECU44在受到来自传感器40的信号变速机构12在空档位置之前将不触发变速机构112。但在发生电子失效或错误和ECU44试图同时啮合变速机构12和112的情况下，互锁机构30防止该情况发生。机械互锁特征对于避免对变速箱10的严重损伤是极其重要的。为了使变速机构12空档，ECU44向螺线管阀22发送信号来将机油引导到活塞18上，并向螺线管阀24发出信号以引起被活塞20移动的机油的返回连接。然后变速轨12将移向空档位置。触发器42继续被传感器40检测，传感器40向ECU44发出相应于标号42和由此变速机构11的位置的信号。一旦变速轨12靠近空档位置，ECU44可向螺线管阀22发出信号来降低到活塞18的机油流量，以而降低变速轨12的速度，并因此防止轨12通过空档位置的过位情况。当变速轨12基本上在空档位置时，ECU44可向一个或者两个螺线管阀22和24发出信号来阻止所有向或从活塞18和20的流动。在大约同样的阶段，定位器36与凹槽34b啮合来帮助变速轨12迁入空档位置并给于变速轨12在空档位置积极的保持力。
由于变速轨12和112现在都处于空档位置，变速轨12和112两者都不能通过互锁装置30来防止移动。
以下步骤是在变速机构112必须与第三档啮合处。ECU44接收或已经接收来自传感器40的关于变速轨空档位置的信号。ECU44向螺线管阀124发出信号引导机油到活塞120上并向螺线管阀122发出信号来打开被活塞118移动的机油的返回连接。剩余的变换基本上类似于以上第14段描述的与第一档的啮合。尽管描述的一些步骤必须在某一指令下执行，并不是对所有的步骤都这样。一些步骤还可至少部分交叠。
权利要求
1.一种换挡装置，包括形成第一变速机构(11)的一部分的第一变速元件(12、14、16)；形成第二变速机构(111)的一部分的第二变速元件(112、114、116)；适于监控所述第一变速元件(12、14、16)相对于空档位置的位置的传感装置(39)；致动装置(21)，基于来自所述传感装置(39)的至少一个信号可操作以将所述第一变速元件(12、14、16)定位在所述空档位置中；以及机械装置(36)，适于防止如果所述第一变速元件(12、14、16)不在所述空档位置时所述第二变速元件(112、114、116)的移动。
2.如权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述传感装置包括非接触位置传感器(40)和铁触发器(42)。
3.如权利要求2所述的换挡装置，其特征在于，所述第一变速元件为调档叉(14)和所述铁触发器包含在所述调档叉中。
4.如权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述传感装置包括电子控制单元(44)。
5.如权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述第一变速元件为变速轨(12)。
6.如权利要求1所述的换挡装置，其特征在于，所述第一变速元件与变速轨相连接，且所述致动装置还包括连接到所述变速轨的活塞(18)；适于控制作用在所述活塞上的机油的供应的电动液压阀(22)。
7.如权利要求1所述的变速装置，其特征在于，所述机械装置包括适于与所述第一和第二变速元件啮合的定位器(37、38)。
8.一种操作换挡装置的方法，所述换挡装置包括形成第一变速机构(11)的一部分的第一变速元件(12、14、16)和形成第二变速机构(111)的一部分的第二变速元件(112、114、116)，所述方法包括以下步骤a)电子地确定相对于所述第一变速元件的空档位置的位置；b)基于步骤a)作出的至少一个确定将所述第一变速元件定位在所述空档位置中；c)如果所述第一变速元件不在所述空档位置机械地防止所述第二变速元件的移动。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤a)是至少部分通过电子控制单元(44)联合适于监控所述第一变速元件位置的传感器(40)进行的。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤b)是至少部分通过电子控制单元(44)和电动液压阀(22)进行的。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤c)是通过定位器(30)进行的。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤a)是至少部分通过非接触位置传感器(40)和铁触发器(42)进行的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一变速元件为调档叉(14)，并且所述铁触发器包含在所述调档叉中。
全文摘要
一种变速器，其中机械换挡装置被电动液压操作的变速机构取代，其必须能够确实地变空档以确保正确运行。本发明示出了一种装置和确定变速轨位置的方法，因此变速可仅在条件正确时才能进行。为了防止两变速元件同时啮合以及因此在电子失效情况下的损害，包括了机械安全特征如定位器。
文档编号F16H63/32GK101027510SQ200580018952
公开日2007年8月29日 申请日期2005年6月9日 优先权日2004年6月11日
发明者J·F·伯克尔, S·J·沃克 申请人:特纳动力系统有限公司