專利名稱：用于變速器的三位置換檔致動器組件的強力控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于一三位置致動器活塞組件型的一強力控制(robust control)，其用來控制一換檔變速器內(nèi)的雙向嚙合套，例如組合式變速器的插入式副變速(splitter)嚙合套或者區(qū)段式副變速(range)嚙合套。尤其是，本發(fā)明涉及用于一由加壓流體致動的致動器活塞組件的強力控制，該致動器活塞可提供三個可選擇和保持的位置(軸向居中、第一方向軸向移位和第二方向軸向移位)，并且僅需要一單個的包括一脈沖寬度調(diào)制之電磁控制閥的可控制、可變壓力流體輸送裝置。
具有可以是同步型和非同步型的雙向嚙合機構(gòu)的機械換檔式變速器在現(xiàn)有技術中是周知的，例如可以參見美國專利3105395；3335616；4428469；4754665；4920815；4944197；5086897；5370013和5390561，上述專利公開的內(nèi)容在此引為參考。與此相關的兩位置和三位置流體致動的致動器活塞組件及致動器系統(tǒng)在現(xiàn)有枝術中也是公知的，例如可以參見美國專利4899607；4928544；4936156；5054591；5193410；5263379；5272441和5329826，這些專利所公開的內(nèi)容在此被引作參考。
采用一三位置插入式副變速器致動器和具有增大的后坐間隙的一插入式副變速器嚙合套的一變速器公開在美國專利US5651292中，其公開的內(nèi)容在此被引為參考。
只需一單個控制的加壓流體源的一流體壓力操作的、三位置換檔致動器公開在美國專利US5661998中，其公開的內(nèi)容在此被引為參考。
如美國專利US5661998所述，三位置活塞用來獲得一中間位置或空檔狀態(tài)，此時插入式副變速器的任一齒輪均未嚙合。該空檔狀態(tài)允許正在被換檔的齒輪組獲得與嚙合件同步的速度并由此提供一更平順的換檔。
中間或空檔位置是通過向插入式副變速器缸之較小的活塞面?zhèn)仁┘右缓愣ǖ目諝鈮毫π盘柡拖蜉^大的活塞面?zhèn)仁┘右惠^低的壓力而獲得的。該較低的壓力是通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)一電磁閥來取得，其中電磁閥向活塞的后側(cè)施加空氣壓力。該脈沖寬度調(diào)制使得可以快速接通和然后關閉一三向、兩位置電磁控制閥，以獲得在零psi(磅/平方英寸)和滿系統(tǒng)壓力之間的某一壓力。
現(xiàn)有技術系統(tǒng)的試驗已表明在該空檔狀態(tài)所獲得的PWM值的范圍太小，以至于難以將這種控制方法用于車輛變速器應用中。諸如溫度、電壓、壓力的操作變量、污染物以及電磁閥與插入式副變速器活塞兩者的制造偏差一起都影響產(chǎn)生空檔狀態(tài)的PWM值的范圍。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供用于一相對簡單和低廉的流體致動的三位置換檔致動器活塞組件和致動器系統(tǒng)的一強力控制，可以使現(xiàn)有技術的缺陷減至最少或得以克服，其中該致動器活塞組件和致動器系統(tǒng)僅需一單個可控制的、可選擇地變化的加壓流體源。
通過以至少下述方式之一修改現(xiàn)有技術的控制可到達上述目的(1)施加給電磁閥的電壓直接影響閥的響應時間，并且同樣地，影響導致一空檔狀態(tài)的PWM值。在一系統(tǒng)必須操作的9～18VDC(伏特直流電)范圍內(nèi)，該閥響應時間可以改變2個因數(shù)以上。因此，本發(fā)明的強力控制可檢測ECU的系統(tǒng)電壓并調(diào)節(jié)閥PWM值，從而插入式副變速器將獲得一空檔狀態(tài)。
(2)閥關閉的響應時間是由線圈內(nèi)的最大電流直接影響的。因此本發(fā)明的強力控制在ECU內(nèi)采用一電路，它將電磁閥線圈內(nèi)的電流壓低到一較低的和恒定的值而不管線圈上的電壓。通過每次從同一點開始，閥關閉時間都是非常恒定的，并且同樣地，線圈電流值的影響被大大地降低了。
(3)采用安裝到插入式副變速桿或活塞的一凹口內(nèi)的一彈簧加載的柱塞來將插入式副變速活塞保持在空檔。該彈簧加載的柱塞或棘爪增大了將插入式副變速器保持在空檔狀態(tài)的PWM值的范圍，這是因為需要附加的力來移出該狀態(tài)。棘爪如此設計，以至于在PWM狀態(tài)中產(chǎn)生增大的力來將活塞保持在空檔，但該力不至于大到當活塞從空檔移向嚙合時使得缸的響應時間減慢的程度。
(4)閥內(nèi)的流動孔口越大，則導致插入式副變速器活塞空檔狀態(tài)的PWM的范圍就越小。這是因為較大的孔口可流過太多的空氣，以至于在缸內(nèi)的壓力上升到使插入式副變速器移過空檔的一程度之前，閥只能開啟一非常短的時間。由于用于插入式副變速活塞的同一閥也可用于區(qū)段式副變速活塞(需要高流量的活塞)，因此本發(fā)明的強力控制首先只具有一非常小的用于空檔的PWM范圍。在插入式副變速電磁閥與插入式副變速活塞腔之間增加一孔來改善該情況。這大大增大了獲得空檔的PWM的范圍，并且允許給插入式和區(qū)段式副變速活塞采用公共的閥。
通過采用一個或多個上述特征，提供了對各種系統(tǒng)變量的一更強力的開環(huán)控制。
結(jié)合下面的附圖通過閱讀對最佳實施例的下列描述，本發(fā)明的這一以及其它目的與優(yōu)點將更加清楚。


圖1為本發(fā)明的液壓致動的三位置換檔致動器系統(tǒng)的示意圖。
圖2為有利地采用本發(fā)明的致動器系統(tǒng)的一組合式變速器的示意圖。
圖3為圖2所示變速器一最佳實施例的剖視圖。
圖4示出了圖2所示變速器的典型的換檔檔位圖和典型的齒輪傳動比。
圖5為表示由本發(fā)明的致動器組件施加的可變力與單個受控供給閥的可變脈沖寬度調(diào)制之間或者與由此提供給第一腔的可變流體壓力之間的關系圖。
在下列描述中采用特定的木語，但僅為方便起見而非限制性的。術語“向上”、“向下”、“向右”和“向左”是指圖中參考用的方向。術語“向前’和“向后”分別指以常規(guī)方法安裝于車輛上的變速器之前端與后端，即分別是圖2所示的變速器的左側(cè)與右側(cè)。術語“向里”和“向外”分別是指朝向和離開裝置及指定的部件之幾何中心的方向。所述的術語包括上面具體提及的詞、其派生詞以及具有類似含義的詞。
詞語“組合式變速器”用于表示具有一主變速段和一副傳動單元例如副變速段的變速或換檔變速器，其中副傳動單元與主變速段串列連接，從而主變速段中所選擇的齒輪減速傳動比可以與副變速段中進一步選定的齒輪減速傳動比進行組合。在此所用的詞語“換高檔”表示由一低速齒輪傳動比向一高速齒輪傳動比換檔，而在此使用的詞語“換低檔’是指由一高速齒輪傳動比向一低速齒輪傳動比換檔。此處使用的詞語“低速檔”或“低檔”是指在變速器內(nèi)用于以相對較低的前進速度運作的檔位(即一組輸出軸速度相對于輸入軸速度具有較高的減速比的齒輪)?！巴絿Ш咸捉M件”及具有類似含義的術語是指一用于‘通過一可靠的嚙合方式’使所選的一檔位非差轉(zhuǎn)地嚙合于一軸上的嚙合套組件，在這種可靠的嚙合中，在所述嚙合套部件基本上同步轉(zhuǎn)動之前可阻止該嚙合套想要進行的嚙合，并且相對較大容量的摩擦裝置與嚙合套部件相結(jié)合，其在嚙合套開始嚙合時，該摩擦裝置足以使嚙合套部件及所有與之一起旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件以基本同步的速度轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的流體致動的三位置換檔致動器系統(tǒng)10，以及其中使用的三位置致動器活塞組件12可非常有利地用作一組合式變速器110中的插入式副變速器嚙合套致動器(a splitter clutch actuator)，如圖2-4所示。
變速器110包括一主變速段112和一副變速段114，兩者封裝在殼體116內(nèi)。殼體116包括一前端壁116A和一后端壁116B，但無中間壁。
輸入軸118上固定安裝有輸入齒輪120，它可隨輸入軸一起旋轉(zhuǎn)并且其上構(gòu)成一向后開口的凹槽118A，其中輸出軸158的一直徑減小的延伸部分158A樞導于該凹槽中?？稍诎疾刍蛎た?18A內(nèi)設置一無摩擦的軸瓦118B或類似件。輸入軸118的前端由前端壁116A內(nèi)的軸承118C支承，而輸出軸158的后端158C則由后端壁116B內(nèi)的軸承裝置158D支承。軸承裝置158D可以是一對相反對置的滾錐軸承或者是一單個滾柱或滾珠軸承，如圖3所示。
帶有主軸嚙合套148與150以及主軸插入式副變速器嚙合套(splitter clutch)180的主軸146大致為圓管體形146A，它具有外花鍵的外表面146B和軸向延伸以便輸出軸158穿過的通孔146C。在換擋嚙合套148與150上分別設置有換檔撥叉152和154。主軸146可相對于輸入軸118和輸出軸158獨立地轉(zhuǎn)動，并且最好是可相對于它們自由作有限的徑向移動。
主變速段112包括兩個基本一致的主變速段中間軸總成122，每一中間軸總成122包括一帶有固定于其上的中間軸齒輪130、132、134、136和138的主變速段中間軸124。齒輪對130、134、136和138分別與輸入齒輪118、主軸齒輪140、142以及惰輪157為常嚙合，而惰輪157則與倒車主軸齒輪144嚙合。
主變速段中間軸124向后伸入副變速段，其后端124A直接或間接地支承在后殼體端壁116B內(nèi)。
副變速段114包括兩個大致相同的副變速段中間軸總成160，每一個包括一帶有可隨其一起轉(zhuǎn)動的副變速段中間軸齒輪對168、170和172的副變速段中間軸162。副變速段中間軸齒輪對168、170和172分別與插入式(splitter)副變速齒輪174、插入式/區(qū)段式副變速齒輪176以及區(qū)段式副變速齒輪178常嚙合。插入式嚙合套(clutch)180固定于主軸146上，以有選擇地將齒輪174或176之一與主軸接合，而同步區(qū)段式副變速嚙合套182則安裝于輸出軸158上，以有選擇地將齒輪176或178與輸出軸158接合。最好是由一換檔撥叉180A來使插入式副變速嚙合套軸向定位，而換檔撥叉180A則由本發(fā)明的致動器系統(tǒng)10控制。
副變速段中間軸162大致為圓管形，其上構(gòu)成一通孔162A，用于容納主變速段中間軸124的向后延伸部分。設有軸承或軸瓦162B與162C，以將副變速段中間軸162可轉(zhuǎn)動地支承于主變速段中間軸124上。軸承162D直接或間接地將中間軸124與162的后端支承于后端壁116B內(nèi)。
雙向(double-acting)爪式嚙合套180的結(jié)構(gòu)與功能實質(zhì)上等同于主變速段112中采用的滑動式嚙合套148與150的結(jié)構(gòu)與功能，而雙向同步嚙合套組件182的功能實質(zhì)上等同于現(xiàn)有枝術中雙向同步嚙合套組件的結(jié)構(gòu)與功能，作為其示例可以參見美國專利4462489；4125179以及2667955，這些專利所公開的內(nèi)容在此引作參考。所示的同步嚙合套組件182為前述美國專利4462489中所述的指銷型結(jié)構(gòu)。
當與本發(fā)明的致動器系統(tǒng)10配套使用時，插入型副變速爪式嚙合套180為一種三位置嚙合套組件，其可有選擇地分別位于最右瑞(直接檔)或最左瑞(超速檔)位置，以分別將齒輪176或174與主軸146嚙合，或者是位于中間非嚙合(空檔)位置?？諜n位置是指嚙合套180的中間位置區(qū)段，在此不管是齒輪174還是176都不與主軸146嚙合。
參見圖2-4可以看出，通過有選擇地將插入式副變速嚙合套180與區(qū)段式副變速嚙合套182軸向定位于各自的前后軸向位置，可提供主軸轉(zhuǎn)動對輸出軸轉(zhuǎn)動的四個不同的傳動比。由此，副變速段114為一由區(qū)段式與插入式組合的變速器的三級副變速段，它可以在其輸入(主軸146)與輸出(輸出軸)58)之間提供四個可選擇的速度或傳動比。主變速段112設有一個倒檔和三個可供選擇的前進檔。然而在高速區(qū)段內(nèi)不使用可選擇的主變速段前進檔中的任意之一以及與主軸齒輪142相連的低速齒輪傳動比。因此，變速器110被適當?shù)胤Q為一“(2+1)×(2×2)”型變速器，根據(jù)需要以及插入低檔齒輪傳動比的實際情況，這種類型的變速器可以提供9個或10個可供選擇的前進檔。
換檔變速器110的換檔檔位圖示意性地表示在圖4中。每一換檔桿位置垂直方向的分支表示插入式換檔，而在H形檔位圖的3/4或5/6分支到其7/8與9/10分支的水平方向的移動表示由變速器的低檔區(qū)段向高檔區(qū)段的換檔。如上所述，通過由一車輛駕駛員致動的插入式副變速換檔按鈕或類似件以通常的方式來完成插入式換檔，其中該按鈕通常位于換檔桿球頭處，而區(qū)段式嚙合套換檔組件的操作則自動響應于變速換檔桿在換檔檔位圖的中央與最右分支之間的移動，如圖6所示。這種基本類型的區(qū)段式換檔裝置在現(xiàn)有枝術中已為公知，并且可參見美國專利3429202；4455883；4561325與4663725，和4974468，這些專利所公開的內(nèi)容在此引作參考。
現(xiàn)再參照圖4，并且假設需使變速器具有大致相同的傳動比級，則主變速段傳動比級應大致相等，而插入式副變速傳動比級大致等于主變速段傳動比級的平方根，并且區(qū)段式副變速傳動比級應等于主變速段傳動比級的大約N次方，其中N等于主變速段傳動比級在兩個區(qū)段中出現(xiàn)的數(shù)目(即在(2+1)×(2×2)的變速器110中，N＝2]。如果給定所需的理想傳動比，則選擇近似于這些傳動比的換檔。在上述例子中，插入式副變速傳動比級約為33.3％，而區(qū)段式副變速傳動比級大約為316％，其基本上適合于一具有大約78％的傳動比級的“2+1”主變速段，因為1.78的平方根約等于1.33，而1.78的二次方(即N＝2)約等于3.16。
在利用類似于圖2～4所示的變速器110之機械變速器的至少部分自動機械變速傳動系統(tǒng)的特定情況中，可能需要在特定的操作條件下使插入式副變速爪式嚙合套180移向并保持在空檔位置，并且/或者改變作用于換檔撥叉180A與嚙合套180上的力。本發(fā)明的換檔致動器活塞組件12和致動器系統(tǒng)10提供了一相對簡單、低廉和可靠的裝置，以提供這些所需的插入式副變速嚙合套控制特征。
參照圖1，流體致動的三位置致動器活塞組件12包括一兩件式缸體14，即包括一主缸體14A和一端蓋14B。該缸體限定一盲孔16，其中延伸出一活塞桿18，活塞桿上裝有諸如換擋撥叉180A的一換檔致動器，用以隨活塞桿一起軸向移動。該盲孔16包括一擴大的內(nèi)徑部分16A、一縮小的內(nèi)徑部分16B和一位于較大與較小內(nèi)徑部分之間的中間內(nèi)徑部分16C。在孔部分16A與16C、16C與16B的交界處分別形成臺肩16D和16E。例如，對于一重型變速器，孔部分16A、16B和16C的內(nèi)徑16F、16G和16H分別約為2.203英寸、1.197英寸和1.850英寸。
一具有較大面積差的活塞件20可滑動和密封地置于擴大的孔部分16A內(nèi)并且固定于桿18上，以隨其一起軸向移動?；钊?0上構(gòu)成一朝向左的較大端面20A和一朝向右的較小端面20B。
桿18可滑動地容置在較小直徑的孔16B內(nèi)并且在其外徑表面18A上裝有一環(huán)形管狀活塞件22。環(huán)形管狀活塞件22限定一內(nèi)徑表面22A，它由桿18的外徑表面18A滑動并密封地支承著；還限定一外徑表面22B，它滑動并密封地容置在中間直徑部分16C內(nèi)。管狀活塞也限定一朝向左的活塞端面22C。
雖然桿18是以同換檔撥叉180A相連的形式示出的，但其也可用于操作諸如美國專利4920815中所示類型的換檔機構(gòu)的其它裝置。
環(huán)形管狀活塞22相對于桿18的向右軸向運動由止動件24限制，而相對于桿18的向左軸向運動則受到活塞面20B的限制。管狀活塞22相對于孔16和缸體14的向右軸向運動由臺肩16E限制?；钊?0A與孔部分16A構(gòu)成一第一腔26，它通過通道28連通于一可選擇地加壓和排放的流體管A，而活塞面20B、孔部分16A和管狀第二活塞22的左端面22C構(gòu)成一第二腔30，它通過通道32與一常加壓管B相連。
可設置一位置傳感器34，以提供表示桿18和/或換檔撥叉180A軸向位置的一輸入信號。如圖所示，換檔撥叉180A可完全向左移位，以嚙合超速插入式副變速傳動比(即齒輪174與主軸146嚙合)，或者完全向右移位以嚙合直接傳動插入式副變速傳動比(即齒輪176與主軸146嚙合)，或者設置在中間居于空檔位置區(qū)域(即主軸146與齒輪174或176均不嚙合)。
可設置一基于微處理器的控制器36來接收各種輸入信號38，根據(jù)預定的邏輯規(guī)則對這些輸入信號進行處理以向各種系統(tǒng)致動器產(chǎn)生命令輸出信號，例如用于控制導管A與活塞腔26的加壓與排放的并由脈沖寬度調(diào)制的電磁控制閥組件42。這一類型的控制器在現(xiàn)有技術中是已知的，可以參見美國專利4360060；4595986；5281902和5445126，這些專利公開的內(nèi)容在此引作參考。
一車載濾清的和經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣源44，通常來源于車用壓縮機，通過導管B和缸體14內(nèi)的通道32而與腔30直接常連接。腔26可選擇地通過導管A和通道38與空氣源44或大氣連接(ATMO)，這取決于三通兩位置脈寬調(diào)制的電磁控制閥組件42的位置。在一典型的重型車輛中，壓縮空氣源44被調(diào)節(jié)在大約80磅/每平方英寸(psi)的壓力。
基于微處理器的控制器36可以通過電子數(shù)據(jù)鏈接收諸輸入信號，例如通過那些符合諸如SAE J1922，SAE J1939和/或ISO 11898之類的工業(yè)協(xié)議的電子數(shù)據(jù)鏈，以及/或者從各種傳感器接收輸入信號，例如指示油門踏板位置的傳感器、車速傳感器、傳動軸速度傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩傳感器、指示換檔桿和/或插入式副變速器選擇器的控制的傳感器、指示主離合器狀態(tài)的傳感器以及類似的傳感器等?？刂破?6亦可向顯示裝置、變速器的主變速段和/或區(qū)段式變速段致動器、發(fā)動機控制器、主離合器操作器、傳動系統(tǒng)駐車制動操作器等發(fā)出命令輸出信號?？刂破?6還可向脈沖寬度調(diào)制的電磁控制閥組件42發(fā)送命令輸出信號。
可設置一傳感器158E來提供指示輸出軸158轉(zhuǎn)速(也指示車速)的信號，也可設置一傳感器60來提供一指示位于換檔桿64上的插入式副變速選擇器開關62的操作的信號。
值得注意的是，當活塞桿18/換檔撥叉180A位于空檔位置而管狀活塞22位于止動件24上時(這是常壓腔30的固有結(jié)果)，則管狀活塞22將端與臺肩16F接觸。因此，如果桿18/撥叉180A沿超速檔(向左)方向移動，則活塞22的端面22C將會向桿與撥叉施加一向右的力(在本實施例中約為130磅)，當桿18/撥叉180A移向空檔或者由空檔向直接檔傳動方向(向右)移動時，該力將會突然終止。這一特性用于控制三位置致動器12的定位，下面將更詳細地描述。
圖5是表示根據(jù)撥叉180A的定位，在不同程度的脈沖寬度調(diào)制下作用于換檔撥叉180A上的力的曲線圖，并且假設其尺寸如上所述，而且加壓流體源的壓力為80psi(磅/平方英寸)(即20A＝2.203英寸；20B＝1.197英寸；20C＝1.850英寸；且空氣源44＝80磅/平方英寸)。在圖5中，脈沖寬度調(diào)制的百分比(％PWM)從0％調(diào)制(全驅(qū)動)到100％調(diào)制(不驅(qū)動)變化，并且正向力作用于直接檔(向右)方向而負向力則作用于超速檔(向左)方向。(曲)線50表示當撥叉移向空檔的超速檔(向右)方向時作用于撥叉上的力，而(曲)線52則表示當撥叉移向空檔的直接檔(向左)方向時作用于撥叉上的力。在電磁控制閥42的任何給定程度的脈沖寬度調(diào)制下，或者在相應的導管A的加壓作用下，(曲)線50與52間的差大約是130磅向右的力，如果撥叉180A位于空檔的左(超速檔)側(cè)，該力將由管狀活塞提供。
例如，如果嚙合在超速檔，則當電磁控制閥42執(zhí)行0％的調(diào)制(即全激勵)時，撥叉將會在約220磅力的作用下由超速檔位置被向空檔偏壓，直至到達空檔(線50)，然后將在大約90磅力的作用下由空檔被向直接檔位置(線52)偏壓。類似地，當在20％的調(diào)制(即電磁閥被激勵80％的時間)時，則將以大約170磅的力促使撥叉朝空檔移動，然后以大約40磅的力由空檔移向直接檔。
如線54所示，當在大約38％的調(diào)制時(即電磁閥激勵62％的時間)，無論撥叉的位置在何處，也將以大約65磅的力使撥叉偏壓向空檔，然后突然停止在空檔位置。理論上講，在大約28％的調(diào)制(線56)到大約52％的調(diào)制(線58)時，撥叉將會以不同量的力被向空檔偏壓并且將保持在或鄰近于空檔位置。
因此，采用本發(fā)明的三位置致動器系統(tǒng)10僅需一單個脈沖寬度調(diào)制控制的電磁控制閥組件42和一具有三個可選擇并可保持位置的致動器，并且提供可選擇的可變致動力。
在所示的系統(tǒng)中，從0％至大約28％的調(diào)制將會使致動器換檔到直接檔位置，從大約28％～52％的調(diào)將會使致動器換至空檔，而從大約52％～100％的調(diào)制將會使致動器換至超速檔位置。另外，僅通過由在0psi～80psi之間可選擇變化的壓力源給導管A提供可變的壓力，即可獲得同樣的結(jié)果，根據(jù)需要，通過改變活塞面20A、20B和22C的相對有效面積可以改變系統(tǒng)10的操作性能。
閥組件42包括用于控制兩位置閥件38B之位置的一螺線管38A。設置一通過來自于ECU 36的命令信號操作的一螺線管控制器38C，以從一車載電源(未示出)、例如一電池或交流發(fā)電機有選擇地勵磁和消磁螺線管42A的線圈?？刂破?2C全部或部分可與ECU 32成為整體。閥可以是前述美國專利US5661998中所描述的結(jié)構(gòu)。
施加給電磁閥42的電壓V直接影響閥的響應時間，并且同樣地，影響導致一空檔狀態(tài)的PWM值。在一典型的車載系統(tǒng)必須操作的9～18VDC(伏特直流電)范圍內(nèi)，該閥響應時間可以改變2個因數(shù)以上。系統(tǒng)電壓V由控制器42C檢測并且提供給ECU 36來調(diào)節(jié)閥的PWM值，從而插入式副變速器將獲得一空檔狀態(tài)。因此，螺線管42A的控制是作為施加給該螺線管的所檢測到的電壓V的可變函數(shù)來進行的。特別是，可以認為響應時間(和所需的引導時間)與所檢測到的電壓成反比地變化。
閥關閉的響應時間是由線圈內(nèi)的最大電流直接影響的。在ECU和/或控制器42C內(nèi)采用了一電路46，它將電磁閥線圈內(nèi)的電流壓低到一較低的和恒定的值，而不管線圈中的電壓如何。每次從同一點開始，閥關閉時間都是非常恒定的，并且同樣地，線圈電流值的可變效果被大大地降低了。
采用安裝到插入式副變速桿18或活塞之一凹口50內(nèi)的一彈簧加載的柱塞48來將插入式副變速活塞20保持在空檔。該彈簧加載的柱塞或棘爪增大了將插入式副變速器保持在空檔狀態(tài)的PWM值的范圍，這是因為需要附加的力來移出該狀態(tài)。棘爪如此設計，以至于在PWM狀態(tài)中產(chǎn)生增大的力來將活塞保持在空檔，但該力不至于大到當活塞從空檔移向嚙合時使得缸的響應時間減慢的程度。
閥和/或?qū)Ч艿牧鲃涌卓谠酱?，則導致插入式副變速器活塞空檔狀態(tài)的PWM的范圍就越小。這是因為較大的孔口可流過太多的空氣，以至于在缸內(nèi)的壓力上升到使插入式副變速器移過空檔的一程度之前，閥只能開啟一非常短的時間。
由于用于插入式副變速活塞的同一閥42B也可用于區(qū)段式副變速活塞(需要高流量的活塞)，因此在插入式副變速電磁閥42B與插入式副變速活塞腔26之間增加一孔或限流裝置52來改善該情況。這大大增大了獲得空檔的PWM的范圍，并且允許給插入式和區(qū)段式副變速活塞采用公共的閥。
雖然以某種程度詳盡描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但只要不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍，可作出各種形式與結(jié)構(gòu)細節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于一加壓流體操作的三位置換檔致動器活塞組件的強力控制，以有選擇地將一雙向嚙合套定位在一空檔位置、一在第一軸向方向上軸向偏離所述空檔位置的第一嚙合位置或者一在相反于所述第一軸向方向的第二軸向方向上軸向偏離所述空檔位置的第二嚙合位置中之一個可選擇位置上，所述換檔致動器組件包括一可操作地連于所述嚙合套的換檔件；一被固定得隨所述換檔件軸向運動的差壓面積活塞，所述差壓面積活塞具有一面向在一可選擇變化加壓的第一腔內(nèi)之加壓流體的較大端面和一面向在一恒定加壓的第二腔內(nèi)之加壓流體的相反對置的較小端面，在所述較大面上的加壓流體造成一在所述第一軸向推壓所述活塞的力，而在所述較小面上的加壓流體造成一在所述第二軸向推壓所述活塞的力；一兩位置電磁控制閥組件，用于有選擇地將所述第一腔連接到一加壓流體源或者一排泄口，所述閥組件包括一電磁(螺線管)線圈和一用于向該線圈施加脈沖寬度調(diào)制之電能的閥控制器；和一控制單元，用于接收輸入信號和根據(jù)預定的邏輯規(guī)則處理所述輸入信號，以向包括所述閥控制器的致動器發(fā)出命令輸出信號；所述控制的特征在于包括至少其一(i)檢測施加給所述電磁線圈的電壓(V)并且將閥控制器作為所檢測到的電壓的一可變函數(shù)控制的裝置；和(ii)調(diào)節(jié)施加給所述電磁線圈之電流的裝置。
2.如權(quán)利要求1的強力控制，其特征在于還包括一棘爪件，用于彈性地偏壓所述活塞，以將所述嚙合套定位在其空檔位置。
3.如權(quán)利要求1的強力控制，其特征在于所述第二腔被恒定地加壓到一調(diào)節(jié)壓力，并且所述第一腔被選擇地加壓到一最大值不超過所述調(diào)節(jié)壓力的可變壓力。
4.如權(quán)利要求2的強力控制，其特征在于所述第二腔被恒定地加壓到一調(diào)節(jié)壓力，并且所述第一腔被選擇地加壓到一最大值不超過所述調(diào)節(jié)壓力的可變壓力。
5.如權(quán)利要求1的強力控制，其特征在于所述換檔件是一可嚙合于所述嚙合套的換檔撥叉。
6.如權(quán)利要求5的強力控制，其特征在于所述換檔撥叉被固定到一由所述活塞攜帶的桿上。
7.如權(quán)利要求1的強力控制，其特征在于所述控制單元將所述閥控制器作為所述閥的響應時間的一函數(shù)進行控制，所述的響應時間隨施加到所述電磁線圈上的檢測到的電壓變化。
8.如權(quán)利要求2的強力控制，其特征在于，所述控制單元將所述閥控制器作為所述閥之響應時間的一函數(shù)進行控制，所述的響應時間隨施加到所述電磁線圈上的檢測到之電壓而變化。
9.一種組合插入式機械變速器(110)，包括一雙向插入式副變速爪式嚙合套(180)，用于將所選擇的兩個插入式副變速齒輪(174，176)之一嚙合到一軸(146)上；還包括一加壓流體操作的三位置換檔致動器組件(12)，用于有選擇地將所述嚙合套定位在一空檔位置(N)、一在第一軸向方向上軸向偏離所述空檔位置的第一嚙合位置(D)或者一在相反于所述第一軸向方向的第二軸向方向上軸向偏離所述空檔位置的第二嚙合位置(OD)中可選擇的一個位置上，以嚙合其它的所述插入式副變速齒輪，所述換檔致動器組件包括一可操作地連于所述嚙合套(180)的換檔件(18，180A)；一被固定得隨所述換檔件軸向運動的差壓面積活塞(20)，所述差壓面積活塞具有一面向在一可選擇變化加壓的第一腔內(nèi)之加壓流體的較大端面(20A)和一面向在一恒定加壓的第二腔內(nèi)之加壓流體的相反對置的較小端面(20B)，在所述較大面上的加壓流體造成一在所述第一軸向上推壓所述活塞的力，而在所述較小面上的加壓流體造成一在所述第二軸向上推壓所述活塞的力；和一兩位置電磁控制的插入式副變速閥組件(42)，用于有選擇地將所述第一腔連接到一加壓流體源或者一排泄口(ATMO)，所述閥組件包括一電磁線圈(42A)和一用于向該線圈施加脈沖寬度調(diào)制之電能的閥控制器(42C)；和一控制單元(36)，用于接收輸入信號(38)和根據(jù)預定的邏輯規(guī)則處理所述輸入信號，以向包括所述閥控制器的致動器發(fā)出命令輸出信號(40)；所述變速器的特征在于包括至少其一(i)檢測施加給所述電磁線圈的電壓(V)并且將閥控制器作為所檢測到的電壓的一可變函數(shù)控制的裝置；和(ii)調(diào)節(jié)施加給所述電磁線圈的電流的裝置(46)。
10.如權(quán)利要求9的變速器，其特征還在于包括一棘爪件(48，50)，用于彈性地偏壓所述活塞，以將所述嚙合套定位在其空檔位置。
11.如權(quán)利要求9的變速器，其特征在于所述第二腔被恒定地加壓到一調(diào)節(jié)壓力(80psi)，并且所述第一腔被選擇地加壓到一最大值不超過所述調(diào)節(jié)壓力的可變壓力。
12.如權(quán)利要求9的變速器，其特征在于所述換檔件是一可嚙合于所述嚙合套的換檔撥叉(180A)。
13.如權(quán)利要求9的變速器，其特征在于所述換檔件是一可嚙合于所述嚙合套的換檔撥叉(180A)。
14.如權(quán)利要求9的變速器，其特征在于還包括一區(qū)段式變速段，該區(qū)段式變速段由一與所述兩位置插入式副變速閥實質(zhì)上等同的兩位置區(qū)段式閥進行控制，還包括一設置于所述第一腔與所述第一兩位置插入式副變速閥之間的限流裝置(52)。
15.一車輛傳動系統(tǒng)(10)，包括一組合插入式機械變速器(110)，包括一雙向插入式副變速爪式嚙合套(180)，用于將所選擇的兩個插入式副變速齒輪(174，176)之一嚙合到一軸(146)上；還包括一加壓流體操作的三位置換檔致動器組件(12)，用于有選擇地將所述嚙合套定位在一空檔位置(N)、一在第一軸向方向上軸向地偏離所述空檔位置的第一嚙合位置(D)或者一在相反于所述第一軸向方向的第二軸向方向上軸向地偏離所述空檔位置的第二嚙合位置(OD)中可選擇的一個位置上，以嚙合其它的所述插入式副變速齒輪，所述換檔致動器組件包括一可操作地連于所述嚙合套(180A/180)的桿件(18)；一被固定得隨所述換檔件軸向運動的差壓面積活塞(20)，所述差壓面積活塞具有一面向在一可選擇變化加壓的第一腔內(nèi)之加壓流體的較大端面(20A)和一面向在一恒定加壓的第二腔內(nèi)之加壓流體的相反對置的較小端面(20B)，在所述較大面上的加壓流體造成一在所述第一軸向推壓所述活塞的力，而在所述較小面上的加壓流體造成一在所述第二軸向推壓所述活塞的力；一直接連接到所述第二腔(30)的車載的調(diào)節(jié)壓縮空氣源(44B)，其壓力被調(diào)節(jié)到一預定的調(diào)節(jié)壓力值；一兩位置電磁控制的插入式副變速閥組件(42)，用于有選擇地將所述第一腔連接到一加壓流體源或者一排泄口(ATMO)，所述閥具有一用于將所述的調(diào)節(jié)加壓壓縮空氣源連接到所述第一腔的第一位置；和一用于將所述第一腔連接到大氣排泄(ATMO)的第二位置，所述閥組件包括一電磁線圈(42A)和一用于向該線圈施加脈沖寬度調(diào)制之電能的閥控制器(42C)；和一控制單元，用于接收輸入信號和根據(jù)預定的邏輯規(guī)則處理所述輸入信號，以向包括所述閥控制器的致動器發(fā)出命令輸出信號；所述系統(tǒng)的特征在于包括至少其一(i)檢測施加給所述電磁線圈的電壓(V)并且將閥控制器作為所檢測到之電壓的一可變函數(shù)控制的裝置；和(ii)調(diào)節(jié)施加給所述電磁線圈之電流的裝置(46)。
全文摘要
(本發(fā)明涉及)一用于一加壓流體操作的三位置換檔致動器活塞組件(12)的強力控制。系統(tǒng)僅需一單個控制的加壓流體源(44)來實現(xiàn)向三個軸向移位位置(D、N、OD)中所選擇的一個位置移動和保持在位。由脈沖寬度調(diào)制來控制一電磁控制閥(42)。裝置(46)控制施加給電磁線圈的電流、檢測施加給電磁線圈的電壓(V)并將其作為一控制參數(shù),并且/或者一相對輕的棘爪(48)將組件偏壓到一空檔位置(N)來提供一強力控制。
文檔編號F16H61/30GK1252500SQ99123360
公開日2000年5月10日 申請日期1999年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月26日
發(fā)明者G·F·史密斯, M·J·哈金斯, A·C·斯坦, D·L·瓦達斯 申請人:易通公司