专利名称：控制器辅助、人工换档的分离器式复合传动机构内的起动速比啮合控制的制作方法
本申请与下列两个共同未决的申请有关，该两申请也转让给本申请的受让人EATON公司序号09／148，873，98．08．09申请，题为“控制器辅助、人工换档的分离器式复合传动机构的控制”序号09／148，882，98．08．09申请，题为“控制器辅助、人工换档、同步的分离器式复合传动机构的控制”本发明涉及一种控制器辅助、人工换挡的包括分离器式复合传动机构的车辆传动系统。该系统能检测极低的车速、控制离合器的分离、并将主区换档到空挡位置，从而自动将分离器区换档到空档，使主区能啮合到目标的起动速比上而不会过分磨损或需要离合器制动器。在检测主区已被完全换档到目标的起动速比上时，便可使分离器区以一个合适的分离器速比啮合。
更具体点说，在本发明的一个优先实施例中，为重载车辆设有一个分离器式或分离器和并列结合式的复合同步传动机构及控制与驱动件以便用人工来完成主区起动速比啮合的换档而无须过分磨损或使用离合器制动器。
并列式、分离器式及／或并列和分离器结合式的复合的人工换档的机械传动机构在重载车辆中被广泛采用并在现有技术中为大家所熟知，可参阅美国专利4，754，665；5，272，929；5，370，013；和5，390，561；5，546，823；5，609，062和5，642，643等，它们在这里被参考引用。典型的做法是，这种传动机构包括一个可用手动变速杆直接或遥控换档的主区，和一个或多个与主区串行连接的辅助区。辅助区通常根据一个或多个主变换器的人工操作而被一个伺服驱动件换档，驱动件通常用气动、液压、机械及／或电操作。关于这种系统的变速控制可参阅美国专利4，455，883；4，550，627；4，899，607；4，920，815；4，974，468；5，000，060；5，272，931；5，281，902；5，222，204；5，350，561和5，737，696等，它们在这里被参考引用。
三位置分离器驱动件及使用该件的传动系统曾在美国专利5，651，292号和5，661，998号中公开过，这两专利在这里被参考引用。
完全或部分自动化的传动系统，其中有一个以微处理器为基础的电子控制单元(ECU)可以接收各种指示系统运行状态的输入信号，并根据逻辑规则处理这些信号，从而对一个或多个系统驱动件发出指令输出信号，这样的系统已在现有技术中被公开，可参阅美国专利4，361，060；4，593，580；4，595，986；4，850，236；5，435，212；5，582，069；5，582，558；5，620，392；5，651，292；5，679，096；5，682，790和5，735，771等。它们在这里被参考引用。
在这里被参考引用的美国专利4，527，446号曾公开一种完全自动化的封闭式的传动机构，其中在每一次变速的主区都被自动换档到空档。
离合器制动器也被称为起动制动器已被公开为现有技术，可参阅在这里被参考引用的美国专利5，713，443号。当主离合器被完全分离使能在一辆停止的或基本停止的车辆内作起动速比的啮合时，离合器制动器被用来阻止由于惯性及／或偶然的离合器接合而引起的传动机构输入轴的旋转。在人工系统中，离合器制动器通常是由离合器脚蹬的超常行动驱动的。
离合器制动器的供应、安装、维修及／或调节能涉及相当多的工时和费用。离合器制动器能被误用为加速制动器使能更快地动力加速，从而会使离合器制动器造成过分磨损及／或损坏。
本发明的一个优先实施例包括一个计算机辅助的、机械的复合传动系统，其中主区设有爪式离合器并被一个人工控制的变速杆换档，而发动机被加注燃料，及／或辅助区由被ECU至少部分控制的驱动件换挡以改善换档工作。ECU使用检测的及／或计算的各种输入，这些输入指示系统的各种运行参数，如车速、主离合器状态，变速杆的位置及／或位置改变速率、啮合的齿轮速比、发动机转速、输出轴转速、及／或节油阀脚蹬的位置，来控制三位置分离器驱动件的换档驱动件，并且最好还要控制发动机的加注燃料及／或并列式传动机构换档驱动件的操作以便协助换档。
按照本发明，现有技术的一些缺点可被减少或克服，这是因为设有一个控制方法／系统，其中包括逻辑规则或使用多个输入值的算法，能够确定在什么时候车辆可停止，主离合器可分离，主传动区可处在空档，从而可自动使分离器区被换档到分离器区的空档。由于主区爪式离合器所接合的旋转元件的惯性被减少，这样便可大幅减少离合器制动器的磨损及／或对该器的需要，从而可使主区被啮合在一个相当不同步的起动速比上，而不会造成有害的磨损量或对车辆操作者生硬的感觉。
采用本发明的控制，可将对离合器制动器的磨损、误用和损坏减少到最低限度或者可以免除对离合器制动器的需要。这样便可节省初始费用和安装、维修及／或调节的费用。
因此，本发明的一个目的是要提供ECU的帮助，以促使机械的复合分离器式传动机构被换档到超动速比而可极少需要或不需要离合器制动器。
在阅读下面结合附图对优先实施例所作的说明后当可对本发明的目的和优点有清楚的了解。
图1为有效地采用本发明的控制技术的一个ECU辅助的、不同步的、复合分离器式机械传动系统的概略图示。
图2为图1中的复合机械传动机构的结构的概略图示。
图3为本发明的控制的以流程图表示的概略图示。
一种特别适宜采用本发明的变速控制的计算机辅助的(即以微处理器为基的控制器辅助的)车辆复合机械传动系统10可从图1-2看到。
系统10具有通常在重载车辆如传统的拖拉机／半挂车的拖拉机内使用的那种型式，包括一个发动机，通常为柴油机12，一个包含在离合器壳体内的主摩擦离合器14，一个多速的复合传动机构16，和一个驱动轴组合件(未示出)。传动机构16包括一根输出轴20用万向接头可驱动地联接到一根车辆驱动轴上使驱动轴组合件被驱动。传动机构16被容纳在传动机构壳体内，其上直接安装着变速杆组合件30的变速塔轮。本系统同样适用于远离安装的变速杆，如用于司机室在发动机顶上的型式的车辆上。
虽然系统10被图示为具有一个手动的变速杆和一个人力的离合器脚蹬，但这只是为了说明的目的并不想对本发明有所限制。
通常，变速杆组合件包括一个变速指形件或类似物(未示出)向下延伸到变速机构如多轨变速杆壳体组合件或单独的变速轴组合件内，这种情况为现有技术所熟知并在上面提到的美国专利4，455，883；4，550，627；4，920，815和5，272，931中有说明。
具有与辅助区16B串行联接的不同步主区16A的传动机构16的变速由车辆的传统系统10半自动地执行／协助。主区16A包括一根输入轴26由主离合器14可操作地联接在车辆发动机12的驱动轴或曲轴28上，而辅助区16B的输出轴20通常用驱动轴可操作地联接到车辆的驱动轮上。辅助区16B为分离器式，最好为并列和分离器结合的型式，如在美国专利4，754，665和5，390，561中说明的那样。
从主传动区16可得到的变速齿轮速比可由变速杆的手动定位来手动选择，选择时可按规定的变速图样来得到具体所需的齿轮速比。
该系统可包括传感器30(用来检测发动机的转速(ES))，32(用来检测输入轴的转速(IS))，和34(用来检测输出轴的转速(OS))并提供指示这些转速的信号。显然，当离合器14(无滑动)被接合并且传动机构以已知的齿轮速比被啮合时，ES=IS=OS*GR(GR为齿轮速比)(见美国专利4，361，060)。因此，如果离合器14被接合，发动机转速和输入轴转速可被认为等同。输入轴转速传感器可被省掉，而发动机转速可由一个传感器检测或通过数据链路(DL)置换出来。还可知道，输出轴20的转速(OS)可指示车辆在地面上的速率。
发动机12由电子控制，包括一个与电子数据链路(DL)连通而在工业标准草案如SAEJ-1922、SAEJ-1939、ISO 11898等下操作的电子控制器36。节油阀的位置(操作者的需求)是一个用来选择换档点和在其他的控制逻辑中需要的参数。可设置一个分开的节油阀位置传感器(未示出)或从数据链路上来检测节油阀的位置(THL)。总发动机转矩(TEG)和基本发动机摩擦转矩(TBEF)也都可在数据链路上得出。
一个人力的离合器脚蹬40控制着主离合器14，而传感器42提供信号(CL)指示离合器的接合或分离的状态。离合器的状态也可由比较发动机转速和输入轴转速来确定，如果这两信号都可得到的话。设有包括一个并列换档驱动件和一个分离器驱动件46的辅助区驱动件44用来按照来自ECU48的指令输出信号操作并列离合器和分离器区离合器。
有一离合器制动器27可被用来有选择地阻挡输入轴26的转速。离合器制动器通常是能量较低的摩擦装置，可自动操作或由离合器脚蹬的超常行动操作。离合器制动器的目的是要在车辆停止而要按起动速比接合时使用。
离合器脚蹬40有一个使正常接合的离合器接合和分离的正常行动范围40A和一个超常行动范围40B，利用该超常范围，司机可选用离合器制动器27来操作。机械转换器40C可被用来检测离合器脚蹬40的超常行动。
该系统包括一个控制单元或ECU48，最好是一个以微处理器为基的控制单元，其型式如同在美国专利4，595，986；4，361，056和5，335，566中所说明的那样，这些专利在本文中被参考引用，控制单元用来接收输入信号68，按照预定的逻辑规则处理这些信号，然后将指令输出信号70发给系统的驱动件，如分离器区驱动件46，发动机控制器36，并列换档驱动件及／或显示器。一个分开的系统控制器可被使用，或者与一电子数据链路连通的发动机控制器ECU36可被使用。
如在上面提到的美国专利5，651，292和5，661，998中所示，分离器驱动件46最好为一个三位置的装置，使它可被选择并维持在分离器区的空档上。或者，当分离器离合器处在一个中间的、不接合的位置时将分离器驱动件的电流切断可提供一个“假”的分离器的空档。
10个向前速率的并列和分离器结合式的、同步传动机构16的结构在图2中概略地示出。这种一般型式的传动机构曾在上面提到的美国专利5，000，060；5，370，013和5，390，561中公开过。
传动机构16包括一个不同步的主区16A和一个辅助区14B，两者都被包含在一个壳体内，该壳体包括一个可由离合器壳体形成的前端壁16C，和一个后端壁16D，但没有一个中间壁(在本具体实施例中)。
输入轴26载有固定的输入齿轮76以资一同旋转。主轴82载有同步的主轴离合器84和86，和主轴分离器离合器88。设有拨叉(未示出)可用来换档离合器84和86，并且被作用在变速组合件32上的变速杆31控制着。主轴82可相对于输入轴26和输出轴20独立地旋转，并且最好没有相对于这两轴的有限的径向运动。
如所周知，离合器84和86为双作用的装置，它们可从其中心位置向前和向后移动以资啮合出一个选定的主区速比。例如，第一爪式离合器84A是由离合器件84左端所载第一列离合器齿84B形成的，该列齿可与输入齿轮78所载第二列离合器齿84C啮合。
主区16A包括两个基本相同的对轴组合件94，每一组合件都有一根主区对轴96，其上载有固定的对轴齿轮98、100、102、104和106。齿轮对98、102、104和106经常与输入齿轮76啮合，而主轴齿轮108和110和一个惰齿轮(未示出)则分别与反向主轴齿轮112啮合。对轴齿轮100被设来驱动PTO(动力输出轴)或类似物。
传动机构16的辅助区16B包括一个分离器区16E和一个并列区16F。辅助区16B包括两个基本相同的辅助对轴组合件114，每一组合件都有一根辅助对轴116，其上载有与它一同旋转的辅助对轴齿轮118、120和122。辅助对轴齿轮118、120和122经常分别与分离器齿轮124、分离器／并列齿轮126和并列齿轮128啮合。分离器离合器88被固定在主轴82上，用来可选择地与齿轮124或126接合，而固定在输出轴20上的同步的并列离合器130则用来可选择地与其上的齿轮126或128接合。
分离器的爪式离合器88为一个双边的、不同步的离合器组合件，它可被选择地定位在最右边或最左边的位置上以资分别将齿轮126或齿轮124接合到主轴82上，或者定位在一个空档上，使齿轮124或126都不与主轴接合。用拨叉98使分离器爪式离合器88在轴向上定位，拨叉由一个三位置驱动件如活塞驱动件来控制，而驱动件则根据司机的选择转换开关如现有技术公知的变速头上的按钮之类和来自ECU48的控制信号来行动(见美国专利5，661，998)。两位置的同步的并列离合器组合件130是一个两位置的离合器，它可被选择地定位在其最右边或最左边的位置上，以资可选择地分别将齿轮128或126接合到输出轴20上。用一个两位置活塞装置操作的拨叉(未示出)可使离合器组合件130定位。任一个活塞驱动件都可用一功能相当的驱动件如滚珠丝杠机构、滚珠斜坡机构之类来替代。
由于分离器离合器88和并列离合器130都可被选择地定位在其前方和后方的轴向位置上，因此可以得到主轴旋转对输出轴旋转的四个不同的速比。那就是说，辅助传动区16B是一个并列和分离器结合式的三层辅助区，它能在其输入(主轴82)和输出(输出轴20)之间提供四种可供选择的速率或驱动速比。主区16A提供一种反转速率和三种可供选择的前进速率。但在这些主区可供的前进的齿轮速比中，有一个与主轴齿轮110结合的低速齿轮速比在高速范围内是不使用的。这样，传动机构16可合适地被称为“(2+1)×(2×2)”型传动机构，它能根据分离出低齿轮速比的需要性和实用性提供九个或十个可供选择的前进速率。
最好，传动机构16的分离器变速是由车辆操作者作用在一个通常位在变速杆头上的分离器按钮之类来启动完成的，而并列离合器变速组合件的操作会自动响应到齿轮变速杆的变速图样的中央位置和最右边腿之间的行动上，如图2所示。或者，分离器变速可被自动化(见美国专利5，435，212)。这种一般型式的并列变速装置为现有技术中所公知，并且可参阅上面提到的美国专利3，429，202；4，455，883；4，561，325和4，663，725。
在本发明的另一个可替代的方案中，变速头包括一个传感器或一个意欲变速的按钮，和用该设施，司机表示他将启动一个杆变速程序。在接到这个意欲变速的信号后，控制器将给发动机控制器发出指令通过燃油的管理来松开转矩锁，并可能通知辅助区驱动件预先选择所需的分离器变速。这样可容易从啮合的速比转变到空档而可不需操作者作节油管理或使离合器分离。不需使离合器分离而可松开转矩锁的发动机管理在上面提到的美国专利4，850，236和5，105，357中有较详细的说明。
虽然本发明在所示的复合传动机构的实施例中没有中间壁，但本发明同样可适用于上面提到的美国专利4，754，665；5，193，410和5，368，145中所示的那种传动机构。
按照本发明所示的实施例和在上面提到的美国专利5，651，292中的较完整的说明，设在分离器离合器88上的互联的离合器齿及设在分离器齿轮124和分离器／并列齿轮126上的齿都具有较大的齿间隙(即对于一个节圆直径为3．6英寸的离合器来说约为．020-．060英寸)，这样可以保证任何一种打算用全力进行的分离器变速都可完成。
离合器88由连结在活塞驱动件组合件44的活塞杆上的拨叉98来使它移动。驱动件组合件44可以是传统的三位置驱动件(见美国专利5，054，591号，在本文被参考引用)或在美国专利5，682，790或5，661，998中所示的那种驱动件(这两专利在本文被参考引用)，其中一个可供选用的加压和抽空室144的脉冲宽度调制被用来达到拨叉的三个分离器位置(L．N．H)。
最好，分离器离合器驱动件44能从供应的压力中施加一个可变的力如被脉冲宽度调制的力。当分离时及／或当同步状态未能被证实时可用不到全部力量的力。
变速杆或其他受控制的变速机构的位置可用位置传感器来检测。在现有技术中已知有各种定位检测组合件，其中较好的一种型式曾在美国专利5，743，143号中示出，该专利也是委托本申请的受托人代理的并在本文中被参考引用。
按照本发明，当车辆被检测在停止状态，主离合器分离，并且主区是在空档时，分离器区就被换档到分离器的空档上并维持在该位置。此后主区被接合到适当的起动速比上，分离器区也被接合到适当的分离器速比上。
当主区16A和分离器区16E都在空档上时，主轴与输入轴26及其相关齿轮(齿轮76、98、102、104、106、108、110和112)还与输出轴20及其相关齿轮(齿轮118、120、122、124、126和128)脱离连接。
如果分离器没有使主轴82与车辆载荷脱离连接，那么这些离合器将会受到对轴、众多齿轮、输入轴和某些主离合器构件的惯性的影响。这个惯性约在0．21磅尺／秒2左右，而采用本发明时，主轴、主轴垫圈和主轴所载部分同步构件的惯性只有约为0．007磅尺／秒2。
采用惯性较低的主轴，主区爪式离合器连同目标起动速比可在相当不同步的状态下被啮合而可不会造成不适当的磨损、损坏或不稳定。因此，对离合器制动器的需要可减少或消除。
已知(见美国专利5，052，535，该专利在本文被参考引用)刚性离合器能适当接合(即有足够的离合器齿互相穿插)的容许的较高转速为在离合器系统内总有效齿间隙的正比函数。
按照本发明，并且如同在美国专利5，651，292中较详细的说明(该专利在本文中被参考引用)，设在至少离合器8b上的互相啮合的离合器齿和齿轮110上的齿可具有较大的齿间隙(即对节圆直径为3．6英寸的离合器约为．020-．060英寸)这样可保证差不多任何一种打算要的变速都可完成。这样将不会有不适当的、不稳定的变速，因为当主传动区和分离器区在空档时，主轴82并没有与输入轴26及其相关齿轮(齿轮76、98、102、104、106、108、110和112)连接，也没有与输出轴20及其相关齿轮(齿轮118、120、122、124、126和128)连接。
在检测主区已啮合在一选定的速比后，控制器48将使分离器区16E啮合在适当的分离器速比上。适当的速比可由轴的转速、检测的变速杆的位置及／或由转换开关来的信号来确定，该信号可提供上／下及／或分离器高／分离器低的换档信号。
本发明的控制可参阅图3从流程图上看到。
由此可见，这个适用于计算机辅助的、复合的分离器式机械传动机构的新颖的改进的变速控制将可减少或免除对设置离合器制动器的需要。
虽然本发明已经具体说明到一定程度，但应知道对优先实施例的说明只是为了举例而已，在不偏离随后权利要求书所提出的本发明的精神和范围的情况下仍有可能对上述实施例的结构和细节进行各种改动。
权利要求
1．一种复合车用传动系统(10)，具有一个复合的分离器式机械传动机构(16)，其上有一根输入轴和一根输出轴，所说输入轴(12)用一主摩擦离合器(14)连接到发动机(12)上，所说传动机构(16)有一主传动区(16A)，与一分离器式辅助区(16B)串行连接，所说主传动区形成多个被爪式离合器接合的可供选择的速比，所说辅助传动区(16E)被插置在所说主传动区(16A)和所说输出轴(20)之间；一个分离器驱动件(46)用来将所说分离器区换档到一个第一分离器速比、一个第二分离器速比、或一个分离器空档中的一个选定的位置上；一个控制器(48)用来接收输入信号(68)，并按逻辑规则处理这些信号，然后将指令输出信号(70)发给包括所说分离器驱动件(44)的系统驱动件，所说逻辑规则包括那些用来检测车速、主离合器的接合或分离状态及换档动到主传动区速比和主传感区空档和有效速比的规则，在检测到车速小于一个参照值时，使所说主离合器分离，并换档到主传动区内的空档，从而使所说分离器区转档到分离器空档位置。
2．按权利要求1的系统，其特征为，所说逻辑规则还包括用来确定适当的分离器区啮合速比的规则和在检测到主传动区啮合到选定速比时用来使所说适当的分离器区啮合速比啮合。
3．按权利要求1的系统，其特征为，所说主传动区是用变速杆(30)手动换档的。
4．按权利要求1的系统，其特征为，所说参照值小于3MPH。
5．按权利要求1的系统，其特征为，所说参照值约为0MPH。
6．按权利要求1的系统，其特征为，所说逻辑规则包括用来确定发动机转速并在检测到发动机转速大于零的情况下使所说分离器区换档到分离器空档上的规则。
7．按一种用来控制复合的车用的传动系统(10)的方法，该系统具有一个复合的分离器式的机械传动机构(16)，其上有一根输入轴和一根输出轴，所说输入轴用主摩擦离合器(14)连接到发动机(12)上，所说传动机构有一主传动区(16A)，与一分离器式辅助区(16B)串行连接，所说主传动区限定多个由爪式离合器接合的可供选择的速比，所说辅助传动区(16E)插置在所说主传动区(16A)和所说输出轴(20)之间；一个分离器驱动件(46)，用来将所说分离器区换档到一个第一分离器速比、一个第二分离器速比、或一个分离器空档位置中的一个选定的位置上；一个控制器(48、36)用来接收输入信号，并按逻辑规则处理这些信号，然后将指令输出信号(70)发给包括所说分离器驱动件(44)的系统驱动件，所说方法包括下列步骤检测车速、主离合器的接合或分离状态及换档到主传动区速比和主传感区空档；在检测到车速小于一个参照值时，所说主离合器分离，并换档到主传动区空档，从而使所说分离器区换档到分离器空档位置。
8．按权利要求7的方法，还包括下列步骤确定适当的分离器区啮合速比，并在检测到主传动区啮合到选定的速比时，使所说适当的分离器区啮合速比啮合。
9．按权利要求7的方法，其特征为，所说参照值小于3MPH。
10．按权利要求7的方法，其特征为，所说参照值小于3MPH。
11．按权利要求7的方法，其特征为，所说参照值约为0MPH。
12．按权利要求7的方法，其特征为，还包括确定发动机转速的其它步骤，和在检测到发动机转速大于零时使所说分离器区换档到分离器空档的步骤。
全文摘要
一种在计算机辅助的车用的分离器式的复合传动机构(16)内用来换档到起动速比的控制装置,该装置有一个用手操作的变速杆(31)换档的主区(16A)和一个控制器(42)。分离器区(16E)设有一个三位置(L、H、N)的驱动件(46),并在检测到主区换档到空档位置上、主离合器(14)分离而且车辆进入低速(OS<REF<3MPH)时被指令换档到分离器的空档,以减少主轴组合件的惯性,从而当在起动速比啮合时可减少对离合器制动器的需要。
文档编号F16H61/28GK1291564SQ00130500
公开日2001年4月18日 申请日期2000年10月12日 优先权日1999年10月12日
发明者J·M·瓦尔克 申请人:易通公司