專利名稱：傳動系統(tǒng)及用于控制傳動扭矩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于控制齒輪傳動比(gear ratios)選擇的控制系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)，以及在傳動系統(tǒng)中控制扭矩的方法。本發(fā)明可與PCT/GB2004/001976中所描述類型的傳動系統(tǒng)相結(jié)合，同樣也可與和本發(fā)明同時申請的PCT/GB2004/中所提出的傳動系統(tǒng)中用于測量扭矩的裝置和方法相結(jié)合應(yīng)用。因此，這些文獻(xiàn)中所述的一些特點會在這里被作為具體參考引用，但是本發(fā)明并不局限地用于所述類型的傳動系統(tǒng)中。
車輛中，傳統(tǒng)的單離合器同步配合變速器中，在取消當(dāng)前檔位而新的檔位還沒有被接合之前，需要通過操縱離合器來斷開傳動系統(tǒng)(變速器)與諸如發(fā)動機(jī)或馬達(dá)這些動力源之間的連接。當(dāng)嘗試接合新的檔位時，如果沒有斷開與動力源之間的連接，同步齒輪將不能接合下一個檔位的齒輪，或者冒著損壞傳動系統(tǒng)并且在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生扭矩峰值的風(fēng)險，強(qiáng)行與下一個檔位的齒輪接合。這是因為，大多數(shù)情況下，發(fā)動機(jī)的速度與下一個檔位齒輪的速度并不相匹配。因為在諸如汽車這類具有傳統(tǒng)變速箱并由發(fā)動機(jī)提供動力的機(jī)動車輛中，通常新傳動比選定是在0.5到1秒之間完成的。所以，舉例來說，當(dāng)高檔位被選定后，在離合器將發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)重新連接起來之前，時間延遲可以使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(由于慣性)降低至能更好地與新的檔位匹配的速度，從而可以降低在動力源被再次連接時發(fā)生扭矩峰值的可能性。
在諸如PCT/GB2004/001976所描述的傳動系統(tǒng)中，新傳動比的選定幾乎不需要實質(zhì)上的動力中斷就可以在瞬間完成，當(dāng)新的齒輪檔位在特定的變速條件下被接合時，會產(chǎn)生很大的扭矩峰值。這些扭矩峰值會引起沖擊波，沖擊波沿傳動系統(tǒng)傳播，會被車輛中的乘客聽到或者感覺到。沖擊波會使車內(nèi)乘客感到震動，而且會導(dǎo)致傳動零件的磨損甚至可能導(dǎo)致零件失效的發(fā)生。然而，因為油耗低，使得效率更高；而且因為動力應(yīng)用實質(zhì)上沒有中斷，使得散熱減少、汽車性能提高，所以人們?nèi)匀辉敢庠谲囕v中采用這樣的傳動系統(tǒng)。
對于傳統(tǒng)系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)來說，要成功地發(fā)揮作用，很重要的就是包括有感知傳動系統(tǒng)運行條件的裝置。例如，在傳動系統(tǒng)中，為了運行可以調(diào)節(jié)扭矩的控制裝置，經(jīng)常需要測量或者計算扭矩的大小和方向。測量扭矩的一種方法是，在傳動輸出軸上安裝扭矩傳感器，用以測量軸上兩已知點之間發(fā)生的扭轉(zhuǎn)量。扭矩傳感器非常昂貴，所以很少在實踐中應(yīng)用。另一個缺點是，由于傳感器是安裝在軸上，來自傳感器的信號必須通過無線傳輸系統(tǒng)傳遞到處理單元，否則必須繞軸安裝接觸電刷。裝配使用接觸電刷的傳感器是有一定困難的，而且接觸電刷會在使用中磨損，從而導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至傳感器失效。
因此，本發(fā)明致力于提供一種具有控制系統(tǒng)和測量裝置的傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)在換檔過程中傳動系統(tǒng)的扭矩量，測量裝置可以測量傳動系統(tǒng)中的扭矩大小，來減輕至少上述部分問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種傳動系統(tǒng)，具有多個齒輪傳動比；選擇器裝置，用于選擇性地接合齒輪傳動比；以及控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括測量裝置，用于測量在至少一個靜態(tài)零部件上由于傳動系統(tǒng)的扭矩引起的形變；以及控制裝置，用于控制傳動系統(tǒng)的扭矩，其中控制系統(tǒng)設(shè)置用于測量形變，并根據(jù)測得的形變和已知的齒輪傳動比之間的關(guān)系來調(diào)節(jié)傳動系統(tǒng)的扭矩。
由于不同的物理特性和每個齒輪傳動比不同的排列，每個齒輪傳動比都會在傳動系統(tǒng)中特定的扭矩大小下，在零件或組件上引起不同的形變量。每個齒輪傳動比被選定時，所引起的形變量的關(guān)系是已知的，使得當(dāng)一個新的檔位被選定時，根據(jù)這個已知的關(guān)系可以使控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)測量出的形變。從而，控制系統(tǒng)不用計算出傳動系統(tǒng)中扭矩的絕對值，就可以控制換檔過程中傳動系統(tǒng)的扭矩量，實現(xiàn)平穩(wěn)換檔。靜態(tài)零部件是指傳動系統(tǒng)中除旋轉(zhuǎn)零部件之外的零部件。優(yōu)選地，所設(shè)置的靜態(tài)零部件設(shè)置用于支承或容納該傳動系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)零部件、車輛底盤、或者底盤和傳動系統(tǒng)之間的支承件。
有利的是，已知關(guān)系是基本上線性的，而且與測得的形變量相對應(yīng)的值可由換算系數(shù)調(diào)節(jié)。在某些實施例中，該關(guān)系是非線性的，測得的值可利用各種算法來調(diào)節(jié)。
有利的是，控制系統(tǒng)設(shè)置用于根據(jù)測得形變量，控制傳動系統(tǒng)中的扭矩改變率。
有利的是，傳動系統(tǒng)中控制扭矩的裝置包括離合器裝置。優(yōu)選地，離合器裝置包括第一和第二接合件，用以選擇性地將驅(qū)動由驅(qū)動源傳遞到傳動系統(tǒng)；和控制裝置，用以控制接合件之間的接合力。在選擇器裝置選擇未接合的齒輪傳動比之前，控制裝置可以自動減小接合力，以便在未接合的齒輪傳動比被選擇器裝置接合時，使接合件之間可以有相對的旋轉(zhuǎn)運動。
有利的是，傳動系統(tǒng)中控制扭矩的裝置包括驅(qū)動源速度控制裝置。例如，控制驅(qū)動源的裝置可以是發(fā)動機(jī)控制單元或者節(jié)流壺狀機(jī)構(gòu)(throttle pots mechanism)。
優(yōu)選地，控制系統(tǒng)包括用于計算傳動系統(tǒng)中扭矩大小的裝置，也包括在選擇器裝置接合未接合的齒輪傳動比時，估算傳動系統(tǒng)中扭矩的估算裝置。優(yōu)選地，在選擇器裝置選定未接合的齒輪傳動比時，估算裝置可以根據(jù)換檔前一瞬間測得的形變量以及已接合的齒輪傳動比與未接合的齒輪傳動比之間的已知關(guān)系，預(yù)測出傳動系統(tǒng)中的扭矩。
控制系統(tǒng)包括用于感測選擇器裝置位置的傳感器裝置。傳感器裝置可以用于準(zhǔn)確地測量選擇器組件的位置，從而可以識別出哪個齒輪傳動比被接合，哪個齒輪傳動比正在被選定。這使得在換檔過程中，控制系統(tǒng)能夠確定用哪個已知關(guān)系來控制傳動系統(tǒng)中的扭矩。
優(yōu)選地，傳動系統(tǒng)包括用于識別由除動力傳動系統(tǒng)扭矩之外的其他因素引起的形變測量波動的裝置。例如，由于路面不平引起的車輛運動之類的因素。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)設(shè)置用于記錄多個讀數(shù)，計算測量量之間的差值，并且控制扭矩以解決形變測量(由除動力傳動系統(tǒng)扭矩之外的其他因素引起的)波動的問題。如果形變測量被諸如由不平的路面引起的載荷所影響，控制系統(tǒng)會控制扭矩的大小以阻止傳動系統(tǒng)中的扭矩波動。
有利的是，控制系統(tǒng)可以包括測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置、測量路面速度的裝置或車載加速計中的至少一個。
優(yōu)選地，測量形變的裝置可以測量零部件的扭轉(zhuǎn)形變量。
有利的是，測量形變的裝置可以確定傳動系統(tǒng)中的扭矩方向。
優(yōu)選地，零部件包括傳動軸承、外殼、支承件、裝配件、或裝配螺栓中的至少一種。優(yōu)選地，外殼包括變速箱外殼和尾軸套(tailshaft casing)之一。
優(yōu)選地，用于測量形變的裝置包括至少一個測壓元件(loadcell)，優(yōu)選地包括多個測壓元件。在一個實施例中，用于測量形變的裝置被設(shè)置在有縱向軸線的外殼上，外殼以某種方式設(shè)置，以便傳動系統(tǒng)的扭矩可使其圍繞縱向軸線發(fā)生扭曲形變。優(yōu)選地，第一和第二測壓元件被設(shè)置于外殼上，以便外殼的形變可使第一和第二測壓元件產(chǎn)生不同的輸出量。優(yōu)選地，測壓元件設(shè)置在惠斯登橋式電路中。
在一個實施例中，測量形變的裝置測量零部件的應(yīng)變量。該測量形變的裝置至少包括一個應(yīng)變儀。優(yōu)選地，應(yīng)變儀被設(shè)置在惠斯登橋式電路中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種傳動系統(tǒng)扭矩的控制方法，傳動系統(tǒng)具有多個齒輪傳動比，用于選擇性地接合齒輪傳動比的選擇器裝置。該方法包括測量在至少一個零部件中由扭矩引起的形變，這些零部件設(shè)置用于支承或容納傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)零件；選擇未接合的齒輪傳動比；根據(jù)測得形變以及齒輪傳動比之間的已知關(guān)系，調(diào)節(jié)傳動系統(tǒng)的扭矩。
優(yōu)選地，該方法包括控制扭矩的改變率。
優(yōu)選地，該方法包括當(dāng)未接合齒輪傳動比將要被接合時，估算傳動系統(tǒng)中的扭矩量。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種傳動系統(tǒng)，包括多個齒輪傳動比；選擇器裝置，用于選擇性地接合齒輪傳動比，包括形變測量裝置，測量傳動系統(tǒng)中在至少一個設(shè)置用于支承或容納傳動系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)零部件的零部件中由扭矩引起的形變。
優(yōu)選地，傳動系統(tǒng)包括第一和第二旋轉(zhuǎn)軸；傳遞驅(qū)動裝置，用于將驅(qū)動由一個軸傳遞到其他的軸，該傳遞驅(qū)動裝置包括有可旋轉(zhuǎn)地安裝在第一軸上的第一和第二齒輪，并在其上設(shè)置有傳動結(jié)構(gòu)(drive formation)；選擇器組件，用于選擇性地在第一軸和第一齒輪之間、第一軸和第二齒輪之間傳遞扭矩，其中選擇器組件包括致動器組件、第一和第二組接合件，第一和第二組接合件可單獨與第一和第二齒輪進(jìn)入或脫離接合狀態(tài)。所述選擇器組件按一定方式設(shè)置，使得在驅(qū)動力傳遞的過程中，第一和第二組接合件之一可以在驅(qū)動力的作用下，與已接合齒輪接合；同時另一接合件處于空載狀態(tài)；其中致動器組件設(shè)置成使移動空載狀態(tài)的接合件，使其與未接合齒輪驅(qū)動接合，從而實現(xiàn)檔位的改變。
選擇器組件可以設(shè)置成，在制動力被傳遞的時候，第一組接合件驅(qū)動地與已接合齒輪接合，第二組接合件處于空載狀態(tài)；并在驅(qū)動力被傳遞的時候，第二組接合件與已接合齒輪驅(qū)動接合，而第二組接合件則轉(zhuǎn)入空載狀態(tài)。
致動器組件不用通過使加載的接合組件從接合齒輪脫離，就可以讓加載的接合組件向未接合的齒輪偏壓。
第一和第二組接合件可以設(shè)置成能夠在使用中與第一軸旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，第一軸為輸入軸，第二軸為輸出軸，而驅(qū)動由輸入軸傳送到輸出軸。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的一個實施例，與附圖一起僅作舉例之用，其中，相同的標(biāo)號表示相同的特征部件，其中

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的傳動系統(tǒng)的截面總布置圖；圖1b是圖1a中傳動系統(tǒng)的外殼的透視圖；圖1c是根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的示意圖；圖1d是由第一檔到第二檔的扭矩-時間曲線圖；圖2是選擇器裝置的一部分的透視圖3示出了一組位于齒輪一側(cè)的制動塊的布置；圖4是一個盤式彈簧的平面圖；圖5a至圖5f示出了選擇器組件的示意操作圖；圖6是選擇一個更高檔位時，控制系統(tǒng)的操作示意圖；圖7是離合器壓力-時間曲線圖；圖8是選擇一個更低檔位時，控制系統(tǒng)的操作示意圖；圖9是應(yīng)變儀的電路圖；圖10是輸出軸的截面圖，示出將接合棒(engagement bars)設(shè)置在輸出軸上的可選布置方式；以及圖11是一個用于本發(fā)明第二實施例的盤式彈簧的平面圖。
圖1a和圖1b示出了在諸如機(jī)動車等車輛中使用的傳動系統(tǒng)布置，圖1c是用于控制齒輪傳動比選擇的控制系統(tǒng)示意圖。
該傳動系統(tǒng)包括其上安裝有第一和第二齒輪3、5的輸出軸1，其上安裝有第三和第四齒輪9、11的輸入軸7，和選擇器組件13。第一和第二齒輪3、5可轉(zhuǎn)動地安裝在輸出軸1上；第三和第四齒輪9、11與輸入軸7一體形成，并被鎖定隨輸入軸一同轉(zhuǎn)動。第一和第二齒輪3、5分別與一體形成在輸入軸上的第三和第四齒輪9、11嚙合，形成第一和第二齒輪對15、17。輸入軸7與具有第一和第二離合器片4和6的離合器2相連接。第一離合器片4通過第一軸8與發(fā)動機(jī)10的輸出相連接，第二離合器片6由第二軸12經(jīng)過第五齒輪14與輸入軸7相連接。第五齒輪14被鎖定隨第二軸12一同轉(zhuǎn)動。這樣的布置使得離合器2可以通過輸入軸7和齒輪傳動比15和17，選擇性地將來自發(fā)動機(jī)10的驅(qū)動力加載到傳動輸出軸1上。
第一和第二傳感器16和18被設(shè)置于離合器2上，分別用以測量第一和第二離合器片4和6的轉(zhuǎn)速。第一和第二傳感器16和18是霍耳效應(yīng)型傳感器，但是諸如光學(xué)傳感器或者齒輪測速裝置之類的其他類型傳感器也可以使用。第一和第二傳感器16和18被連接到控制控制系統(tǒng)運行的計算機(jī)處理器20上。任選地，第三傳感器18b可以被用于測量發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速。離合器2包括致動器22，其作用是控制第一和第二離合器片4和6之間的壓力，進(jìn)而控制它們之間的摩擦，進(jìn)而還可以控制由發(fā)動機(jī)10傳遞到傳動系統(tǒng)的扭矩。致動器22由接收自計算機(jī)處理器20的信號電子控制，以增強(qiáng)或降低第一和第二離合器片4和6之間的壓力，從而控制第一和第二離合器片是否以同樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)(完全接合)，或者它們之間有相對運動(發(fā)生滑動)。計算機(jī)處理器20可以通過檢測速度變化，以及諸如哪個齒輪傳動比被接合、每個齒輪的齒數(shù)之類的特性，來根據(jù)測得的發(fā)動機(jī)輸出軸速度，檢測離合器2的滑動。類似地，計算機(jī)處理器20可以通過比較離合器兩側(cè)的速度傳感器來檢測離合器的滑動。處理器20可以通過讀取離合器輸出側(cè)的速度傳感器(齒輪箱輸入速度)和齒輪箱輸出速度，來確定哪個齒輪被接合了。
計算機(jī)處理器20還與節(jié)氣門控制機(jī)構(gòu)24連接，該節(jié)氣門控制機(jī)構(gòu)的作用是控制發(fā)動機(jī)10的速度和扭矩輸出。節(jié)氣門控制機(jī)構(gòu)24是壺狀節(jié)流機(jī)構(gòu)，被設(shè)置用于選擇性地超馳(override)駕駛員對發(fā)動機(jī)的控制，以使控制系統(tǒng)在較快的齒輪接合過程中，得以更精確地控制發(fā)動機(jī)的扭矩輸出，從而輔助維持變速(齒輪)箱輸出扭矩的目標(biāo)梯度。由計算機(jī)處理器20發(fā)出的到達(dá)節(jié)流壺24的信號，可以使發(fā)動機(jī)速度或扭矩根據(jù)收到的控制信號提高或降低，從而可以控制第一軸8和第一離合器片4的轉(zhuǎn)速。發(fā)動機(jī)10的速度由傳統(tǒng)的傳感器所測量，傳統(tǒng)傳感器的輸出連接到計算機(jī)處理器20。
通過在新的齒輪傳動比被選定之前，不將離合器片完全脫離接合狀態(tài)，減小第一和第二離合器片4和6之間的壓力，以便在選擇器組件13接合新的齒輪并在傳動中產(chǎn)生扭矩峰值時，允許離合器片滑動(在離合器片之間的相對滾動)，這樣，選擇器組件13接合新的齒輪傳動比時所產(chǎn)生的扭矩峰值的影響，就可以被降低到可以接受的水平，也就是說，降低到車內(nèi)乘員察覺不到的水平。優(yōu)選地，離合器片4和6之間的壓力，被降低到一個值，這個值非常接近檔位改變開始——例如駕駛員手動地移動變速桿26或者由控制系統(tǒng)在測量到特定的發(fā)動機(jī)速度之后自動開始換檔——之后，但是新的齒輪檔位還沒有接合的那一瞬間，滑動剛剛發(fā)生的時候的值。由于在接收到扭矩峰值引起的額外負(fù)載之前，離合器片已經(jīng)開始滑動，因而選擇器組件13接合新的齒輪所產(chǎn)生的扭矩峰值，會引起離合器片4和6的快速相對滑動，所以扭矩峰值會被分散掉。這也給了發(fā)動機(jī)10時間，以調(diào)整自身速度適應(yīng)新的齒輪傳動比。
離合器2被設(shè)置在通常被稱作鐘型罩的第一外殼32里面，傳動系統(tǒng)被設(shè)置在通常被稱作變速箱體的第二外殼34里面。鐘型罩32包括實體截頭管狀件，變速箱體34包括矩形截面管狀件。第一和第二端面板36和38各自通過螺栓連接到變速箱體34上。端面板36和38可以從變速箱體34上拆卸下來，使得可以進(jìn)行維護(hù)工作。鐘型罩32通過螺栓(圖中未示)固定到第一端面板36上。第一端面板36有通孔40，第二軸12由第二離合器片6穿過通孔40延伸至變速箱體34內(nèi)部。第一軸8由變速箱體內(nèi)的軸承42支承，可以相對變速箱體轉(zhuǎn)動。軸承42通過壓配合嵌入第一端面板36。輸入軸7由兩個軸承44所支承，可以相對變速箱體34轉(zhuǎn)動。軸承44通過壓配合嵌入第一和第二端面板36和38。
第二端面板38有通孔48，輸出軸1穿過通孔48延伸至被稱作尾軸套的第三外殼50內(nèi)部。輸出軸1由壓配合在第二端面板38內(nèi)的軸承52支承，可以相對變速箱體34轉(zhuǎn)動。尾軸套50通過焊接在第二端面板的套筒52，固定在第二端面板38上。尾軸套52包括實體圓柱形管狀件，實體圓柱形管狀件具有封閉端54，與輸出軸1同軸。在尾軸套50的末端，設(shè)置有孔56，輸出軸1穿過尾軸套50和孔56，用以連接差速齒輪(圖中未示)。輸出軸1由軸承58支承，可以相對尾軸套50轉(zhuǎn)動。
實體剛性支撐裝置60，被設(shè)置于尾軸套的下側(cè)，作用是支撐第一和第二測壓元件62和64。支撐裝置60被安裝為垂直于尾軸套縱向軸線，從而也垂直于輸出軸1。測壓元件62和64位于底盤橫梁(未示出)上，但是并不連接在底盤橫梁上，底盤橫梁是沿底盤橫向延伸的結(jié)構(gòu)件。
當(dāng)輸出軸1通過傳動系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)10驅(qū)動的時候，扭矩自輸入和輸出軸7和1開始，沿負(fù)載傳遞路徑傳遞，負(fù)載傳遞路徑包括軸承42、44、52、58，變速箱體34，第一和第二端面板36和38，以及尾軸套50。輸入和輸出軸7和1中的扭矩引起軸承42、44、52、58，變速箱體34，第一和第二端面板36和38，以及尾軸套50的形變。形變量與輸出軸1的扭矩大小成比例，所以在不同齒輪傳動比之間作選擇時，測得的形變量可被用于控制加載于傳動的扭矩值。扭矩的方向也很重要，因為它表示發(fā)動機(jī)、車輛或者傳動是處于加速還是處于減速(制動)狀態(tài)。
在本實施例中，傳動中扭矩的大小和方向由圖1b中所示的測壓元件裝置測量。當(dāng)扭矩傳遞到尾軸套50時，尾軸套發(fā)生扭曲形變。支承裝置60與尾軸套50一起扭曲，因此引起第一和第二測壓元件62和64中的一個增加加載在底盤橫梁上的力，并使另一個減少加載在底盤橫梁上的力。讀數(shù)可以由測壓元件62和64上得到。第一和第二測壓元件62和64上讀數(shù)差別的大小與尾軸套50的形變量成比例關(guān)系，從而也與傳動中的扭矩大小成比例關(guān)系。扭矩的方向通過測定第一和第二測壓元件62和64中哪一個的讀數(shù)更大來判斷。
當(dāng)選擇器機(jī)構(gòu)13接合不同的齒輪傳動比時，對于輸出軸1中給定的扭矩大小，尾軸套50會發(fā)生不同程度的形變。其原因包括齒輪沿軸1和7的不同相對位置，齒輪的物理特性，諸如尺寸、幾何形狀、所用材料、以及齒型等等。所以在比較測量得到的選擇器機(jī)構(gòu)接合不同齒輪傳動比所產(chǎn)生形變值時，有必要調(diào)整測得的形變值。否則，同樣的測量值會得出輸出軸1中不同的扭矩值。
當(dāng)選擇器組件13接合例如第一和第二齒輪傳動比15和17這樣不同的傳動比時，會在尾軸套50產(chǎn)生形變量，這個形變量的關(guān)系是已知的；于是，可以通過測量尾軸套50，或者其他支承或容納旋轉(zhuǎn)傳動零件的零部件的形變，來控制傳動中的扭矩值。通常，這種關(guān)系是基本上線性的；所以，當(dāng)?shù)谝积X輪傳動比15被接合時，所測得的形變量，可以通過乘以換算系數(shù)，來與第二齒輪傳動比17被接合時測得的形變進(jìn)行比較。在有些實施例中，這種關(guān)系可能是非線性的。
對于控制系統(tǒng)來說，在不同的齒輪傳動比之間選擇時，有必要知道應(yīng)該使用的正確關(guān)系。有時可能有不止一個選擇，從而在不同傳動比之間存在多個關(guān)系，對于控制系統(tǒng)來說，就有必要知道選擇器組件13的位置在哪里，從而可以確定當(dāng)前已接合的齒輪傳動比、新選定的齒輪傳動比，以及需要知道的傳動比之間的關(guān)系，以便調(diào)節(jié)測得的形變量。這些可以通過使用位置傳感器70來實現(xiàn)。傳感器70可以是霍耳效應(yīng)傳感器，機(jī)械開關(guān)或者光學(xué)傳感器。傳感器70被連接到計算機(jī)處理器20，用以正確地告知處理器橫梁裝置的位置，也就是哪個齒輪傳動比被接合了。它還額外提供了控制致動選擇器桿35的方法，并提供了一種確認(rèn)檔位改變發(fā)生的裝置。
當(dāng)未接合齒輪傳動比被選定時，傳動中的扭矩值會改變，并由選定的齒輪傳動比確定。例如，較低的檔位(比如車輛的一檔)比起選擇較高的檔位(比如車輛的二檔)來，會在傳動中產(chǎn)生更大的扭矩。當(dāng)新的齒輪傳動比被選定時，傳動中的扭矩需要由本來的傳動比所確定的值調(diào)整到新的傳動比所確定的值。優(yōu)選的是控制傳動中扭矩的增大或減小，以實現(xiàn)較平穩(wěn)的換檔。
通過測量尾軸套50在換檔剛剛開始，而齒輪還沒被選定的一瞬間，和在新的齒輪傳動比已被選定后的形變，可以實現(xiàn)這個目的。通過使用兩個齒輪傳動比之間的已知關(guān)系，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)測量得出的形變。第一和第二測壓元件62和64與計算機(jī)處理器20連接。通過監(jiān)測尾軸套50的形變量，利用離合器致動器22控制離合器片4和6之間的壓力，以及利用節(jié)流壺24控制發(fā)動機(jī)的速度和扭矩，計算機(jī)處理器可以控制傳動中的扭矩大小，使得扭矩可以在控制方式——比如預(yù)先給定的比例——下增減，以得到平穩(wěn)的檔位改變?？刂葡到y(tǒng)可以將扭矩維持在選定值的預(yù)定的公差范圍之內(nèi)。
通過將扭矩調(diào)節(jié)到檔位改變之前的水平，控制系統(tǒng)將新的齒輪傳動比被接合時引起的扭矩峰值的影響降到最低，使得控制系統(tǒng)可以沿扭矩梯度到達(dá)新傳動比的目標(biāo)扭矩。
也可以通過測得的形變——這個形變有可能是用傳統(tǒng)扭矩傳感器只為校準(zhǔn)這一個目的而測得的——來校準(zhǔn)輸出軸1中的扭矩。因此，在測得的形變量和作用于輸出軸1的扭矩值之間，有已知的關(guān)系。然而，控制系統(tǒng)要獲得平穩(wěn)換檔，這并不是必需的；因為只需要維持和/或者控制扭矩的改變率，而不是控制扭矩的絕對值，就可以實現(xiàn)這個目的。后者可以在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)離合器壓力和節(jié)流裝置的同時，通過監(jiān)測尾軸套50中的形變量來實現(xiàn)。
通過由選擇器組件13的位置所確定的齒輪對選擇，經(jīng)由第一或者第二齒輪對15、17，來自輸入軸7的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動被傳遞到輸出軸1。選擇器組件13將分別接合位于第一和第二齒輪3和5的第一和第二組驅(qū)動結(jié)構(gòu)19和21。
每個驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括幾組止動塊。第一組止動塊19位于第一齒輪3的一側(cè)。優(yōu)選地，止動塊與第一齒輪整體成型，但這并不是必需的。第一組止動塊19包括三個沿齒輪表面圓周平均分布的止動塊，也就是說，每個止動塊中心的之間的弧角大約是120度(如圖3所示)。第二組止動塊21，包括三個止動塊，類似地設(shè)置在第二齒輪的一側(cè)。采用三個止動塊，是因為這樣可以獲得較大的接合間隙——也就是止動塊之間的空隙——來接納選擇器組件13。較大的接合間隙，為選擇器組件在向齒輪3和5傳遞驅(qū)動力之前與之完全接合提供了更大的可能。如果當(dāng)只是部分接合時，選擇器組件13就驅(qū)動齒輪，將會導(dǎo)致?lián)p壞止動塊和/或選擇器組件13。
第一和第二齒輪3和5被設(shè)置在滾柱軸承23和25上的輸出軸1上，彼此有一定間隔，如此布置是為了使具有第一和第二組止動塊的側(cè)面彼此相對。
選擇器組件13包括第一和第二組接合棒27、29，和致動器組件31，致動器組件采用叉形物33和選擇器桿35的形式。
第一和第二組接合棒27、29裝配在輸出軸1上，位于第一和第二齒輪3、5之間。參照圖2，第一組接合棒27包括連接在第一連接環(huán)37上的三個棒28，例如使用埋頭螺釘連接。第一連接環(huán)37將這些棒28保持成一個固定的排布。棒28繞第一連接環(huán)37的內(nèi)周均勻分布，使它們的基準(zhǔn)面向內(nèi)，并且棒28布置成大致平行。第二組接合棒29包括三個棒30，被第二連接環(huán)39保持成相似的固定排布。
第一和第二接合棒組27、29裝配在輸出軸1上，位于第一和第二齒輪3、5之間。接合棒組27、29布置成能夠隨輸出軸1轉(zhuǎn)動，同時可以響應(yīng)致動器組件31的轉(zhuǎn)換動作而沿軸做軸向滑動。為了使這一點易于實現(xiàn)，輸出軸1包括六個形成于其曲面上的鍵槽41，同時每一個接合棒28、30在基部都有一個互補結(jié)構(gòu)。棒組27、29被以一定方式布置，使特定的棒組位于交替鍵槽41里，棒組27、29可以沿輸出軸1滑動。每個棒組27、29都作為一個整體運動，并且每個棒組的運動是相互獨立的。當(dāng)在第一和第二組棒27、29之間有相對運動時，第二連接環(huán)39在第一組棒27上滑動，第一連接環(huán)37在第二組棒29上滑動。
第一棒組27中的每一個棒28都有第一端28a，用于與連接在第一齒輪3上的第一組止動塊19接合，第二端28b，用于與第二齒輪5上的第二組止動塊21接合。第一和第二端28a、28b通常有相同的結(jié)構(gòu)但是位置相反，這樣當(dāng)?shù)谝积X輪3減速時第一端28a設(shè)置成與第一組止動塊19接合，當(dāng)?shù)诙X輪5加速時第二端28b設(shè)置成與第二組止動塊21接合。第二棒組29中的每一個棒30以相似方式排布，不同之處在于第一端30a設(shè)置成當(dāng)?shù)谝积X輪3加速時與第一組止動塊19接合，第二端30b設(shè)置成當(dāng)?shù)诙X輪5減速時與第二組止動塊21接合。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙M接合棒27、29都與齒輪接合時，不論齒輪是加速還是減速，驅(qū)動力都從輸入軸7傳遞至輸出軸1。
每個棒的第一和第二端28a、30a、28b、30b都包括一個大致垂直的面43，用于與止動塊19、21接合，和一個在接合面43方向上傾斜的坡道45，用于確保棒28、30與止動塊19、21脫離，從而防止傳動裝置鎖閉。當(dāng)?shù)谝缓偷诙M棒27、29交叉時，如圖2所示，第一組棒27的第一端28a的止動塊接合面43與第二組棒29的第一端30a的止動塊接合面43相鄰。當(dāng)?shù)谝缓偷诙M棒27、29與齒輪完全接合時，一個止動塊就會被置于一對相鄰的接合面43之間。止動塊19、21與棒端的尺寸最好設(shè)置成當(dāng)齒輪由加速變?yōu)榧铀贂r，止動塊在加速棒的接合面43與減速棒的接合面43之間只有很小的移動，反之亦然，從而確保在齒輪上有一個很小的間隙或者沒有間隙。
優(yōu)選地，這些棒構(gòu)造成貼近輸出軸1，從而防止由于有載區(qū)域的大的徑向距離引起的明顯懸臂作用，因此降低了結(jié)構(gòu)失效的潛在可能。
致動器組件31布置成使叉形物組件33裝配在選擇器桿35上，選擇器桿與輸出軸1平行并且相鄰。叉形物組件33包括叉形物46和圍繞輸出軸1裝配的第一和第二環(huán)形盤式彈簧47、49(見圖1a)。第一和第二盤式彈簧47、49有三個臂，每個臂有繞彈簧的一部分周向延伸的第一部和向內(nèi)徑向延伸的第二部(見圖4)。
叉形物46具有用來與第一盤式彈簧47接合的第一對弓形件51。弓形件51安排為使第一盤式彈簧47能夠繞輸出軸1在弓形件51之間旋轉(zhuǎn)，并且使叉形物46的平行于輸出軸1的軸向運動移動弓形件51，因此，如果第一盤式彈簧47自由移動，則可以使第一盤式彈簧47沿著軸做軸向運動，或者如果第一盤式彈簧47不能移動，則將第一盤式彈簧47偏壓使其在與叉形物46相同的方向上運動。叉形物46具有第二對弓形件53，安排成能夠以相似的方式與第二盤式彈簧49接合并作用于其上。
叉形物46相對于第一和第二齒輪3、5的位置可以通過選擇器桿35的軸向運動來調(diào)整。
第一盤式彈簧47的內(nèi)側(cè)邊沿固定在第一棒組27的棒28上，第二盤式彈簧49的內(nèi)側(cè)邊沿固定在第二棒組29的棒30上。當(dāng)叉形物46運動時就會帶動或者加載盤式彈簧47、49，接合棒組27、29就會做同樣的運動或者受偏壓而運動。
傳動系統(tǒng)可以被布置為手動換檔式，在這種情況下通過在預(yù)先設(shè)定的位置之間移動變速桿來選擇檔位(如圖1b所示)；傳動系統(tǒng)也可以被布置為半自動換檔式，在這種情況下，駕駛員通過控制電子開關(guān)——例如設(shè)置在方向盤附近的開關(guān)——來開始換檔；傳動系統(tǒng)還可以被布置為全自動換擋式，在這種情況下，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先指定的條件，包括比如發(fā)動機(jī)速度和扭矩，來促使傳動系統(tǒng)改換檔位。
現(xiàn)在參考圖5a至圖5f，圖1a到c，以及圖6到9，描述使用控制系統(tǒng)車輛加速(所謂換檔加速)時選擇較高檔位(也就是說第二齒輪對17)的過程，和車輛減速(所謂制動換檔減速)時選擇較低檔位(也就是說第一齒輪對15)的過程。為使說明清楚，圖5a至圖5f通過每組中僅示出一個棒的相對位置以示意性示出第一和第二棒組27、29的運動。
圖5c示出第一齒輪3完全接合時的情況，也就是說，棒28、30與第一組止動塊19交叉時的情況。選擇器桿35的位置使叉形物46將第一和第二棒組27、29保持與第一齒輪3接合。因此，動力通過第一齒輪對15，當(dāng)減速時由第一棒組27，以及加速時由第二棒組29，傳至輸出軸1。
在利用第一齒輪對15加速時(第一齒輪3沿圖5c中箭頭B所示方向轉(zhuǎn)動)，第一棒組27中的棒的接合面43沒有加載，與此同時，第二棒組29中的棒的接合面43被加載。當(dāng)使用者或者控制系統(tǒng)，開始選擇第二齒輪對17時，計算機(jī)處理器由第一和第二測壓元件62和64測量讀取并比較測量數(shù)據(jù)。如果第二測壓元件64測得的值比第一測壓元件62測得的值大，那就是向控制系統(tǒng)表明發(fā)動機(jī)在加速，可以換檔。然后處理器20向離合器致動器22發(fā)出控制信號，使之調(diào)節(jié)第一和第二離合器片4和6之間的壓力。每個離合器片的轉(zhuǎn)速都會被離合器片傳感器16和18所測量。當(dāng)離合器片完全接合時，傳感器16和18會顯示出他們在以同樣的速度旋轉(zhuǎn)。隨著離合器片4和6之間壓力的降低，離合器2所傳遞的扭矩會克服第一和第二片4和6之間的摩擦力，從而引起第一和第二片4和6發(fā)生相對運動(如圖7所示，滑動B的開始)。當(dāng)測量到第一和第二離合器片4和6的轉(zhuǎn)速之間有差別時，計算機(jī)處理器20會檢測到滑動的開始。于是處理器20會指示致動器22維持這樣的壓力(所謂“滑動壓力”)。
在計算機(jī)處理器20測量換檔之前的形變之后，處理器20會計算出測壓元件62和64的測量值需要調(diào)整的量；通過這個量，當(dāng)新的傳動比被接合時，可以使傳動系統(tǒng)中的扭矩值與換檔之前的扭矩值相匹配(即使換檔時輸出扭矩保持不變，每個傳動比也都會使測壓元件62和64有不同的讀數(shù)，這是因為扭矩力由于各齒輪軸向位置、齒輪直徑和傳動比的不同而改變)。在接合新的傳動比后，這個值就成為第一目標(biāo)值。
處理器20發(fā)出控制信號，以致動選擇器桿35，使叉形物46作用在第一盤式彈簧47上，使得第一棒組27的棒沿輸出軸1的鍵槽41軸向滑動，從而使棒與第一齒輪3脫離(見圖5d)。
叉形物46也作用于第二盤式彈簧49，以偏壓第二棒組29的棒，使其朝向第二齒輪5運動。但是，由于第二棒組29的棒被加載，即正在驅(qū)動第一齒輪3，它們不能與第一齒輪3脫離，所以第二棒組29的棒保持固定。
當(dāng)?shù)谝话艚M27的棒沿輸出軸1軸向滑動時，接合面43在第二齒輪5上與第二組止動塊21接合(見圖5e)。隨之，第二齒輪5的轉(zhuǎn)動被瞬時鎖定到在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生扭矩峰值的輸出軸1的轉(zhuǎn)動上。扭矩峰值引起第一和第二離合器片4和6之間的顯著滑動，這是由于離合器片4和6維持在滑動壓力下，因而可以消耗并分散扭矩峰值的能量。同時，計算機(jī)處理器20測量出尾軸套50中的形變量，并將控制信號發(fā)送給離合器致動器22和節(jié)流壺(throttle pot)24，以調(diào)節(jié)第一和第二離合器片4和6之間的壓力；并且調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)10的速度和扭矩，促使測壓元件62和64測得的形變以控制方式下——比如預(yù)先指定速度——調(diào)整到新傳動比的最終目標(biāo)值?？刂葡到y(tǒng)將使離合器2恢復(fù)完全壓力，以限制離合器磨損作為優(yōu)先考慮的因素，并且調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的速度和扭矩來輔助其得以實現(xiàn)，在最終目標(biāo)值達(dá)到之前決不會超過目標(biāo)測壓元件值。當(dāng)離合器2被完全接合時，節(jié)氣門的控制被盡快返回給駕駛員，在到達(dá)新的傳動比的最終目標(biāo)值之前，決不會超過目標(biāo)測壓元件值設(shè)定的公差范圍。在達(dá)到新的傳動比的最終目標(biāo)值后，節(jié)氣門就返回給駕駛員控制，離合器恢復(fù)到完全接合壓力，然后第一棒組27的棒開始沿圖5e中箭頭C所示方向驅(qū)動第二齒輪5，能量通過第二齒輪對17從輸出軸1傳至輸入軸7。這時，第二棒組29的棒停止被加載并與第一組止動塊19脫離。由于第二盤式彈簧49被叉形物46偏壓，因而第二棒組29的棒沿輸出軸1上的鍵槽41軸向滑動，從而完成第一齒輪3與輸出軸1的脫離。第二棒組29的棒沿輸出軸1上的鍵槽41滑動直至它們與第二齒輪5接合，從而完成第二齒輪5與輸出軸1的接合(見圖5f)。由于在第一齒輪對15脫離接合之前第二齒輪對17就已經(jīng)完成接合，從而在瞬間內(nèi)，第一和第二齒輪對15、17就可以同時接合，因而這種選擇齒輪對的方法基本上消除了扭矩中斷。
當(dāng)齒輪通過第一和第二棒組27、29接合時，能夠利用間隙極小的齒輪對實現(xiàn)加速和減速，這種間隙在兩種狀態(tài)切換時出現(xiàn)。間隙是由加速變?yōu)闇p速時，止動塊從加速棒的接合面43移至減速棒的接合面43時，或相反操作時的空轉(zhuǎn)(lost motion)。傳統(tǒng)的止動塊型傳動系統(tǒng)有大約30度的間隙。根據(jù)本發(fā)明的典型的汽車用傳動系統(tǒng)的間隙少于四度。
通過減小齒輪換檔過程中接合棒與止動塊之間所需的空隙，也就是說，接合棒與隨后的止動塊(見圖5b中量得的尺寸‘A’)之間的空隙，來減小間隙。接合棒與隨后的止動塊之間的間隙在0.5mm-0.03mm的范圍內(nèi)，典型值小于0.2mm。間隙值也是保留角，即接合面43的角的函數(shù)，這個角與止動塊的接合面上的凹槽(undercut)的角相同。該保留角會影響到止動塊與接合面43之間有沒有相對運動。保留角越小，間隙就越小。保留角度的典型值在2.5到15度之間，優(yōu)選為15度。
減速時從第二齒輪對17到第一齒輪對15的轉(zhuǎn)換通過相似的過程來實現(xiàn)。
第二齒輪對17減速時，第一棒組27的棒的接合面43沒有加載，與此同時，第二棒組29的棒的接合面43加載。當(dāng)駕駛員或者控制系統(tǒng)開始換檔以接合第一齒輪對15時，處理器20向離合器致動器22發(fā)出控制信號，使調(diào)整第一和第二離合器片4和6之間的壓力。每個離合器片4和6的速度由離合器片傳感器16和18測量。當(dāng)離合器片4和6完全結(jié)合時，傳感器將顯示它們以同速旋轉(zhuǎn)。隨著離合器片4和6之間壓力的降低，離合器所傳遞的扭矩會超過第一和第二片4和6之間的摩擦，引起第一和第二片彼此相對運動(如圖7所示滑動B的開始)。當(dāng)測量到第一和第二離合器片的轉(zhuǎn)速之間有差別時，計算機(jī)處理器20會探測到滑動的開始。于是處理器會指示致動器22將壓力維持為滑動壓力。然后處理器再測量讀取并比較第一和第二測壓元件62和64的測量值。計算機(jī)處理器20將尾軸套50的形變量和扭矩方向記錄下來。
在計算機(jī)處理器20測量換檔之前的形變之后，處理器20會計算出測壓元件62和64的測量值需要調(diào)整的量；通過這個量，當(dāng)新的傳動比被接合時，可以使傳動系統(tǒng)中的扭矩值與換檔之前的扭矩值相匹配(由于扭矩力隨齒輪的軸向位置、直徑和傳動比的不同而變化，即使在換檔時輸出扭矩被控制的情況下，每個傳動比在測壓元件62和64上還是會有不同的讀數(shù))。這個值在接合新的傳動比后成為第一目標(biāo)值。
如果第一測壓元件62測得的值比第二測壓元件64測得的值大，那就表示發(fā)動機(jī)10正在減速，發(fā)動機(jī)制動減速換檔已經(jīng)開始。這時處理器會發(fā)出控制信號以致動選擇器桿35，使叉形物46相對輸出軸1軸向滑動。叉形物46作用在連接在第一棒組27上的第一盤式彈簧47上，使得第一棒組27的棒在第一齒輪3的方向上沿輸出軸1的鍵槽41軸向滑動，從而使第一棒組27與第二齒輪5脫離。
叉形物5也作用于第一盤式彈簧49，但是由于第二棒組29的棒被加載，即與第二齒輪上的止動塊21驅(qū)動性地接合，所以第二棒組29保持不動，但是第二盤式彈簧49被叉形物46偏壓，從而將第二棒組29移向第一齒輪3。
當(dāng)?shù)谝话艚M27的棒沿鍵槽41軸向滑動時，棒28與第一齒輪3上的止動塊19接合。同時，第一齒輪3的轉(zhuǎn)動在瞬間被鎖定到在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生扭矩峰值的輸出軸1的轉(zhuǎn)動上。扭矩峰值引起第一和第二離合器片4和6之間的顯著滑動，這是因為離合器片4和6維持在滑動壓力下，因而可以消耗并分散扭矩峰值的能量。同時，計算機(jī)處理器20測量出尾軸套50中的形變量，并將控制信號發(fā)送給離合器致動器22和節(jié)流壺24，以調(diào)節(jié)第一和第二離合器片4和6之間的壓力；并且調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)10的速度和扭矩，促使測壓元件62和64測得的形變，以控制方式——比如預(yù)先指定速度——調(diào)整到新傳動比的最終目標(biāo)值?？刂葡到y(tǒng)將使離合器2恢復(fù)完全壓力，以限制離合器磨損作為優(yōu)先考慮的因素，并且調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的速度和扭矩來輔助其得以實現(xiàn)，在最終目標(biāo)值達(dá)到之前決不會超過目標(biāo)測壓元件值。當(dāng)離合器2被完全接合時，節(jié)氣門的控制被盡快返回給駕駛員，在到達(dá)新傳動比的最終目標(biāo)值之前，決不會超過目標(biāo)測壓元件值設(shè)定的公差范圍。在到達(dá)新傳動比的最終目標(biāo)值之后，節(jié)氣門就返回給駕駛員控制，離合器恢復(fù)到完全接合壓力。
當(dāng)棒28與第一齒輪3上的止動塊19接合后，就開始驅(qū)動第一齒輪3，這樣能量就通過第一齒輪對15從輸入軸7傳至輸出軸1。這時，第二棒組29的棒停止被加載。第二盤式彈簧49作用于第二棒組29的棒上，使其在鍵槽41中沿輸出軸1朝向第一齒輪3軸向滑動，從而完成第二齒輪5的脫離。第二棒組29繼續(xù)在鍵槽41中沿輸出軸1滑動直至與第一齒輪3接合，從而完成第一齒輪3與輸出軸1的接合。
如果第二測壓元件64的值比第一測壓元件62的值要大，就說明發(fā)動機(jī)在加速，駕駛員/控制系統(tǒng)正在嘗試踩油門換檔，即從高檔位到低檔位的轉(zhuǎn)換以對車輛加速，例如開車上坡時司機(jī)選擇低檔來加速上坡。在這個例子中，第二棒組29的棒接合面43沒有加載，而同時第一棒組27的棒接合面43是加載的。在這種情況下，直到原有齒輪傳動比完全脫離，才可以接合新的齒輪。為實現(xiàn)這個目的，計算機(jī)處理器20將發(fā)動機(jī)的燃油供給暫時切斷，以便在接合較低檔位之前，使原有齒輪傳動比完全脫離。隨后，通過與上述方式類似的方法，控制系統(tǒng)用第二棒組29的接合棒接合第一齒輪3。類似的檔位改變方式可應(yīng)用于發(fā)動機(jī)制動減檔。
圖5a表示的是第一和第二棒組27和29處于空檔位置，也就是說，沒有任何接合棒與齒輪接合，發(fā)動機(jī)在空轉(zhuǎn)。圖5b表示的是，在叉形物46的作用下，第一和第二棒組開始與第一齒輪3接合。由空檔位置到與第一齒輪3結(jié)合的過程與加速換檔的過程大體一樣。
由于驅(qū)動力中斷已經(jīng)基本消除，因而該傳動系統(tǒng)的使用帶來了更好的性能，更低的燃料消耗和更低的排放。與傳統(tǒng)的變速箱相比該系統(tǒng)有著更為緊湊簡潔的設(shè)計，從而減小了變速箱的重量。借助阻止沖擊波通過傳動系統(tǒng)的傳播，控制系統(tǒng)降低了扭矩峰值的影響，可以得到平穩(wěn)的檔位改變。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行多種變化修改，例如可以在輸出軸上設(shè)置多個選擇器組件和相應(yīng)的齒輪對，從而在輸出軸和輸入軸之間，形成更多的齒輪傳動比。也可以在傳動系統(tǒng)中設(shè)置不止兩個的軸，以提供額外的齒輪傳動比。
可以用扭矩變換器來代替離合器，或者和一個或多個離合器聯(lián)合使用。例如，發(fā)動機(jī)的輸出可以與扭矩變換器串聯(lián)，再與離合器串聯(lián)?；蛘?，發(fā)動機(jī)的輸出可以先與扭矩變換器串聯(lián)，再與多個離合器形成的網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)。術(shù)語離合器裝置的意思應(yīng)該被理解為包括所有上述組合。
測壓元件可以設(shè)置在變速箱體或者其他支承、容納旋轉(zhuǎn)傳動零件的零部件或組件上。
圖9表示的是用于測量輸出軸1的扭矩大小的應(yīng)變儀66和惠斯登單臂橋式電路68。應(yīng)變儀66與測壓元件的工作原理類似，測量諸如軸承套、軸承安裝件、變速箱體34、變速箱體端面板36和38、用于將端面板36和38連接到變速箱體34以及尾軸套50上的螺栓等在扭矩負(fù)載路徑上用于支承或容納旋轉(zhuǎn)傳動零件的零部件上的應(yīng)變。應(yīng)變儀66也可以設(shè)置于差動齒輪上。
應(yīng)變是指尺寸的變化對原有尺寸的比例。應(yīng)變儀66是利用例如水泥、粘合劑等方式固定安裝在支承或者容納旋轉(zhuǎn)傳動零件的零部件上。在傳動中，由扭矩引起的零件/部件任何變形都同樣會引起應(yīng)變儀66的變形。應(yīng)變儀66包括導(dǎo)電材料，這樣變形就會反映在它的電阻變化上。通過測量電阻的變化，可以判定應(yīng)變。電阻的變化通過惠斯登橋式電路68測出。它由四條支路，布置成正方形。每條支路或者包括已知電阻值的電阻70，或者包括應(yīng)變儀66——應(yīng)變儀可以設(shè)置在一條、兩條或四條支路上。
舉一條支路上有應(yīng)變儀的惠斯登電橋為例，即所謂的四分電橋布局，導(dǎo)線與電橋相對的兩側(cè)拐角相連接，如圖9中所示A和C，提供激勵電壓。在電橋另外的拐角之間進(jìn)行測量，如圖9中所示B和D。如果應(yīng)變儀的電阻改變，電橋中的電流將會改變(根據(jù)歐姆定路，V＝IR)。這個改變將會被測量到，從而可以確定應(yīng)變的量。
在這些零部件上測得的應(yīng)變大小，與輸出軸1上的扭矩大小成一定比例關(guān)系，從而應(yīng)變儀66可以用測壓元件62和64類似的方式，比如傳統(tǒng)扭矩探測器校準(zhǔn)。如果有超過一個的多個應(yīng)變儀協(xié)同使用，就可以確定扭矩的方向。
傳感器72可被用于測量接合棒組于將要結(jié)合的齒輪之間的相對轉(zhuǎn)速和/或者相對轉(zhuǎn)動位置。這使得控制系統(tǒng)能夠控制接合棒的運動，這樣接合棒不會撞到齒輪上的止動塊，而是通過進(jìn)入止動塊之間的空隙接合齒輪。這就能大大降低止動塊和接合棒的磨損量。探測器可以使用霍耳效應(yīng)傳感器、光學(xué)傳感器或者任何適用于確定物體轉(zhuǎn)速或位置的其它類型的傳感器。
可以使用發(fā)動機(jī)控制單元74，而不用節(jié)流壺狀機(jī)構(gòu)24，來控制發(fā)動機(jī)的速度，以防止某些活塞點火，從而降低發(fā)動機(jī)的輸出。
用于探測接合棒組與齒輪的位置和/或者轉(zhuǎn)速的傳感器70和72，可以與發(fā)動機(jī)控制單元74配合使用，以防止某個或多個活塞在接合棒由齒輪的側(cè)面接合止動塊時點火。在接合棒接觸止動塊從而降低傳動中扭矩峰值影響的時候，這可以即刻降低傳動中的扭矩。那個時刻的傳動系統(tǒng)扭矩會隨之受到傳動零件慣性的很大影響?；钊南ɑ饡r間將會被計算機(jī)處理器20響應(yīng)傳感器70和74測量出的位置和/或者速度而精確地控制。
可選地，控制系統(tǒng)可以包括牽引控制機(jī)構(gòu)(未在圖中示出)，用以防止車輪空轉(zhuǎn)。
鍵槽41可以被設(shè)置為具有楔形榫頭外形，如此棒就可以沿半徑方向被限制在鍵槽內(nèi)(如圖10所示)。可選地，鍵槽可以具有槽形或者T形外形，以在半徑方向約束棒。由于可以避免需要使用第一和第二連接環(huán)37和39將第一和第二組的棒分別聯(lián)在一起，這是一個很大的優(yōu)勢。因為對相對輸出軸1的半徑方向約束棒28和30的方式提供了改進(jìn)，提高了傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體性，這樣的布置會更受歡迎。由于不再需要連接環(huán)37和39，就可以縮短接合棒28和30的長度，從而獲得更加緊湊的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。可供選擇的鍵槽可在輸出軸1上形成，或者可以在獨立于輸出軸的零件上形成，然后再通過例如花鍵等方式將該零件固定到輸出軸上。
此外，本發(fā)明的實施例通?？梢灾挥幸粋€盤式彈簧147(見圖7)將全部六個棒連接在一起，即第一和第二棒組中的棒，致動器組件要作相應(yīng)的調(diào)整。在使用中，當(dāng)?shù)谝积X輪加速時，三個棒被加載，其余三個棒空載，移動叉形物使盤式彈簧向第二齒輪偏壓，從而使三個空載的棒與第一齒輪脫離，剩下三個棒繼續(xù)處于接合狀態(tài)。一旦棒與第二齒輪接合，其余三個棒就會與第一齒輪脫離，并且在盤式彈簧的加載下進(jìn)入與第二齒輪的接合狀態(tài)。這種構(gòu)造提供了一種很緊湊的配置，從而使變速箱更小、更輕。
對于通常的道路汽車應(yīng)用而言，第一和第二齒輪間用于容納選擇器機(jī)構(gòu)的軸向空間可以減小到20mm左右。
圖5a示出了位于第一棒組的每個棒的頂部的凹進(jìn)處28c和位于第二棒組的棒的頂部的凹進(jìn)處30c。凹進(jìn)處28c、30c允許在第一和第二棒組27、29的棒分別與第一和第二盤式彈簧47、49的臂之間建立連接。凹進(jìn)處28c、30c的形狀使得這些凹進(jìn)處允許每一個彈簧臂在齒輪變速時移向一個相對棒28、30不垂直的角度。圖5a所示的凹進(jìn)處28c、30c用于兩個盤式彈簧結(jié)構(gòu)。對于只有一個盤式彈簧147的實施例，凹進(jìn)處28c、30c位于沿棒28、30的長度方向更靠近中心的位置。
當(dāng)環(huán)不用于固定棒組中棒的位置時，棒組中的棒可以在軸向方向上相對彼此移動很小的一段。這是因為棒組中的棒相互之間的唯一連接是由可變形的盤式彈簧提供的。單獨的棒連接在每一個盤式彈簧的臂上，每一個臂都能夠獨立變形，這樣就允許棒之間的相對運動。棒組中的棒本質(zhì)上還是一起運動的。每個齒輪上的止動塊的個數(shù)并非限定為三個，例如，可以使用任何可行個數(shù)的止動塊。對于絕大部分的應(yīng)用，兩個到八個止動塊是合適的。相類似地，棒組中棒的個數(shù)也可以是任何可行的數(shù)量，但是大部分情況下優(yōu)選為棒的個數(shù)與同組的止動塊的個數(shù)相等。
可以知道，專業(yè)技術(shù)人員還可以對該傳動系統(tǒng)作適當(dāng)改造，使得選擇器組件和第一、第二齒輪裝配在輸入軸上，而固定齒輪裝配在輸出軸上。
該傳動系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何車輛，例如道路汽車、賽車、卡車、摩托車、自行車、泥土排除車輛(例如推土機(jī))、軍用車輛、飛行器如飛機(jī)和直升飛機(jī)，船只如艇，輪船和氣墊船。該系統(tǒng)還可以用于任何有第一和第二旋轉(zhuǎn)體的機(jī)器，其中驅(qū)動力從一個旋轉(zhuǎn)體傳至另一個旋轉(zhuǎn)體，例如車床和銑床。
權(quán)利要求
1.一種傳動系統(tǒng)，具有多個齒輪傳動比；選擇器裝置，用于選擇性地接合所述齒輪傳動比；控制系統(tǒng)，包括形變測量裝置，用以測量在所述傳動中由扭矩引起的至少一個靜態(tài)零部件的形變，還包括控制裝置，用以控制所述傳動中的扭矩，其中所述控制系統(tǒng)設(shè)置用于測量形變，并根據(jù)測得的形變以及所述齒輪傳動比之間的已知關(guān)系，調(diào)節(jié)所述傳動中的扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動系統(tǒng)，其中所述已知關(guān)系是基本線性的，而且與所述測得的形變相對應(yīng)的值可根據(jù)換算系數(shù)調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳動系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)設(shè)置用于根據(jù)所述測得的形變，控制所述傳動中扭矩的改變率。
4.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述傳動扭矩控制裝置包括離合器裝置。
5.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述傳動扭矩控制裝置包括驅(qū)動源速度控制裝置。
6.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括計算所述傳動系統(tǒng)中扭矩大小的裝置。
7.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括估算裝置，用于當(dāng)所述選擇器裝置接合未接合的齒輪傳動比時，估算所述傳動中的扭矩。
8.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，包括用于感測所述選擇器裝置位置的傳感器裝置。
9.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述傳動系統(tǒng)包括波動識別裝置，用于識別除動力傳動系統(tǒng)扭矩之外的因素引起的所述形變測量值的波動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳動系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)設(shè)置用于記錄多個讀數(shù)，計算測量值之間的差值，并且控制所述扭矩，以解決所述形變測量值的波動。
11.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括用于測量發(fā)動機(jī)速度的裝置、測量路面行駛速度的裝置或者車載加速計中的至少一種。
12.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述用于測量形變的裝置測量所述零部件的扭轉(zhuǎn)形變量。
13.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述用于測量形變的裝置確定所述傳動中扭矩的方向。
14.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述零部件包括傳動軸承、外殼、支承件、裝配件、或裝配螺栓中的至少一種。
15.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述用于測量形變的裝置，包括至少一個測壓元件，優(yōu)選地包括多個測壓元件。
16.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述用于測量形變的裝置裝配在有縱向軸線的外殼上，而且所述外殼設(shè)置成使得所述傳動中的扭矩使所述外殼圍繞所述縱向軸線產(chǎn)生扭曲形變。
17.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的傳動系統(tǒng)，其中所述用于測量形變的測量裝置測量所述零部件的應(yīng)變量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的傳動系統(tǒng)，其中所述用于測量形變的測量裝置包括至少一個應(yīng)變儀。
19.一種用于控制傳動系統(tǒng)中的扭矩的方法，該傳動系統(tǒng)包括有多個齒輪傳動比；和用于選擇性地接合所述傳動比的選擇器裝置，所述方法包括測量在所述傳動系統(tǒng)中設(shè)置用于支承或容納旋轉(zhuǎn)零件的至少一個零部件上的扭矩所引起的形變；選擇未接合的齒輪傳動比；以及根據(jù)所述測得的形變和所述齒輪傳動比之間的已知關(guān)系，調(diào)整所述傳動中的扭矩。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括控制所述扭矩的改變率。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，包括在未接合的齒輪傳動比將要被接合時，估算所述傳動中的扭矩值。
22.一種傳動系統(tǒng)，具有多個齒輪傳動比、用于選擇性地接合所述傳動比的選擇器裝置，包括形變測量裝置，用于測量所述傳動中設(shè)置用于支承或容納所述傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)零件的至少一個零部件上由于扭矩所引起的形變。
全文摘要
一種傳動系統(tǒng)，具有多個齒輪傳動比(15，17)，選擇器裝置(13)，用于選擇性地與不同傳動比的齒輪接合，以及控制系統(tǒng)，包括形變測量裝置，用以測量由傳動(63，64)中扭矩引起的至少一個靜態(tài)零部件(50)的形變，還包括控制裝置，用于控制傳動(2，24)中的扭矩，其中控制系統(tǒng)用于測量形變，并根據(jù)測得的形變，結(jié)合齒輪傳動比之間的已知關(guān)系，調(diào)節(jié)傳動中的扭矩。
文檔編號B60W40/00GK1820158SQ200480019419
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者威廉·韋斯利·馬丁 申請人:哲若希福有限公司