变速器和车辆的制作方法

1.本发明涉及一种手自一体变速器和一种车辆。
2.本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对重型卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是还可用在其它车辆中，例如乘用轿车和轻型卡车。


背景技术：

3.存在许多类型的用于车辆的动力变速器，包括手动变速器和不同类型的自动变速器。例如，已知将手自一体变速器(amt)用于例如卡车。amt中的换档通常由液压致动器或气动致动器执行，这些致动器由变速器控制单元控制。基于来自驾驶员的手动输入和/或基于与车辆速度、加速度、重量、道路坡度、扭矩需求等有关的信息，由变速器控制单元来启动换档。每个致动器都包括布置在缸内的活塞，该缸具有通过阀连接到液压系统或气动系统的一个或多个填充室。为了启动换档，控制这些阀以选择性地对所述填充室加压并因此移动活塞，进而作用在换档杆上，该换档杆连接到用于接合特定齿轮组合(gear combination)的换档拨叉。
4.通过所述致动器，该换档杆能够在其中变速器的不同齿轮组合被接合的多个预定位置之间移动，通常在第一和第二位置与空档位置之间移动，在该空档位置，换档拨叉不接合任何齿轮组合。为了确保一旦到达所期望的位置时该换档杆就不移动，提供了一种机械接合装置。该机械接合装置将换档杆维持在预定位置，而不必由致动器施加作用在换档杆上的流体压力。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种手自一体变速器，该手自一体变速器在至少一些方面相对于已知的手自一体变速器得到改进。
6.根据本发明的第一方面，该目的通过一种手自一体变速器(在下文中也称为变速器)来实现。
7.该变速器包括：
[0008]-变速器控制单元，
[0009]-换档杆，该换档杆能够在预定的第一位置、预定的第二位置和预定的空档位置移动，在该预定的第一位置，该换档杆接合变速器的第一齿轮组合，在该预定的第二位置，该换档杆接合变速器的第二齿轮组合，在该空档位置，该换档杆不接合任何齿轮，
[0010]-致动器，该致动器用于通过响应于来自变速器控制单元的信号施加作用在换档杆上的流体压力而使换档杆在第一位置、第二位置和空档位置之间移动，
[0011]-机械接合装置，该机械接合装置用于维持换档杆的第一位置和第二位置而无需由所述致动器施加任何流体压力，
[0012]
其中，该变速器适于仅通过由所述致动器施加作用在换档杆上的流体压力来维持
换档杆的空档位置。
[0013]
根据本发明，该变速器适于通过控制所述致动器施加足以将换档杆维持在空档位置的流体压力来维持换档杆的空档位置，而无需使用任何附加的用于将换档杆维持在其预定位置之一的接合装置，例如机械接合装置。
[0014]
通过提供适于仅通过施加作用在换档杆上的流体压力(即，无需使用任何机械接合装置)来维持换档杆的空档位置的变速器，能够在实现稳健的变速器的同时降低与提供机械接合装置相关的制造成本。这特别适用于非同步变速器(即，缺少同步套筒形式的被动机械同步器的变速器)，其中，当从第一齿轮组合切换到第二齿轮组合或从第二齿轮组合切换到第一齿轮组合时，旨在临时使用该空档位置，即，与第一齿轮组合和第二齿轮组合相比，在非常短的时间段内使用该空档位置。在这种情况下，在新齿轮组合的齿轮速度同步时使用该空档位置，以便能够通过将换档杆移动到第一预定位置或第二预定位置来接合所述新齿轮组合。通过提供用于防止换档杆在处于第一预定位置或第二预定位置时移动的机械接合装置，确保了所述致动器不会过热并因此损坏，这是因为第一齿轮组合和第二齿轮组合应该在必须维持比空档位置的时间显著更长的时间段期间被接合。
[0015]
换档杆可以经由其它构件(例如经由可滑动或可枢转的换档拨叉、套筒等)接合第一齿轮组合和第二齿轮组合。
[0016]
流体压力通常作用在所述致动器的至少一个活塞上，该活塞机械连接到换档杆。所述致动器可以是液压致动器或气动致动器。多种不同的致动器构造是可能的。可以使用不同致动器的组合，或者所有致动器可以是相同类型的。每个致动器可以包括其中布置有至少一个活塞的双作用缸，从而界定两个填充室。所述致动器还包括至少一个阀，该至少一个阀用于引入流体(例如压缩空气或液压流体)以启动所述至少一个活塞的移动，从而启动换档杆的移动。所述致动器还包括至少一个阀，该至少一个阀用于在已经接合了一个档位时排放流体。当然，用于引入和排放流体的所述阀可以组合，或者可以提供单独的阀。这些阀可以是二通阀或三通阀。
[0017]
所述致动器可以有利地包括三位缸(three-position cylinder)，在该三位缸中布置有至少两个活塞，并且对于该三位缸，可以获得三个限定的冲程长度。
[0018]
可选地，该空档位置位于所述第一位置与第二位置之间。
[0019]
可选地，该变速器适于通过在两个相反方向上对作用在换档杆上的流体压力进行平衡来维持换档杆的空档位置。为此目的，所述致动器可以包括两个填充室，这两个填充室从两个相反方向将活塞推向空档位置并因此将换档杆推向空档位置。由于三位缸的机械设计允许活塞在两个填充室被均等加压时达到所限定的空档位置，所以在本文中，具有三位缸设置的致动器是有利的。
[0020]
可选地，该变速器适于将空档位置至少维持足以使转速同步的一个时间段，转速同步是接合第一齿轮组合和第二齿轮组合中的所期望的齿轮组合所必需的。这通常可以是小于1秒的时间段。因此，该变速器可以设置成：在第一齿轮组合与第二齿轮组合之间切换时，没有用于使转速同步的机械同步器。
[0021]
可选地，所述变速器控制单元被配置成：
[0022]-检测出希望在第一齿轮组合与第二齿轮组合之间进行换档，并且响应于此而控制所述致动器将换档杆移动到空档位置并将换档杆暂时维持在空档位置，
[0023]-在换档杆处于空档位置的情况下，检测出满足预定的齿轮接合条件，并且响应于满足预定的齿轮接合条件而控制所述致动器以接合所期望的齿轮组合。
[0024]
所述变速器控制单元可适于检测到：当所期望的齿轮组合的齿轮转速已经同步(这是接合所期望的齿轮组合所必需的)时，满足了预定的齿轮接合条件。这在变速器不包括任何用于使齿轮同步的机械同步器时特别有用。
[0025]
可选地，所述致动器包括：
[0026]-第一填充室，
[0027]-第二填充室，
[0028]-至少一个阀，该至少一个阀用于将第一填充室和第二填充室流体连接到加压流体系统，
[0029]-活塞组件，该活塞组件布置在第一填充室与第二填充室之间，该活塞组件机械连接到换档杆，
[0030]
其中，该变速器控制单元被配置成控制所述至少一个阀。
[0031]
一个阀或多个所述阀可以是“常开”型或“常闭”型的。许多不同的构造是可能的，例如，可以提供用于将两个填充室流体连接到加压流体系统的单个阀或阀组合，或者为每个填充室提供单个阀，或为每个填充室提供不止一个阀。该活塞组件可以包括至少一个活塞，例如一个、两个或三个活塞。
[0032]
可选地，该变速器控制单元被配置成：通过对控制所述至少一个阀的脉宽调制(pwm)信号的占空比进行调节来主动控制作用在换档杆上的流体压力，以维持换档杆的空档位置。这提供了有效的压力控制。占空比是总循环时间中的阀通电的百分比，并且可以表示为其中d为占空比，pw为脉冲宽度，t为信号的周期。
[0033]
作为示例，至少一个第一阀可以包括能够在入口位置与出口位置之间移动的单个第一阀，并且至少一个第二阀可以包括能够在入口位置与出口位置之间移动的单个第二阀，在这种情况下，该变速器控制单元被配置成：通过对分别控制第一阀和第二阀的pwm信号的占空比进行调节来主动控制作用在换档杆上的流体压力。这里，该第一阀和第二阀可以是常开型的，即，这些阀被构造成在阀未通电(即，未被供电时)处于打开位置。在本文中，“常开”位置是出口位置，即，只要阀未通电，流体就可以流出各个填充室。因此，在本文中，这些阀可以是能够在入口位置与出口位置之间移动的二通阀。
[0034]
可选地，该变速器控制单元被配置成：如果在预定时间段内(例如在5秒或更短，或者2秒或更短，或者1秒或更短的时间段内)未满足所述预定的齿轮接合条件，则降低控制所述至少一个阀(例如分别是第一阀和第二阀，如果为每个填充室提供了单独的阀的话)的脉宽调制信号的占空比。这将降低致动器的所述阀上的负载并防止过热。然而，必须确保换档杆不会开始偏离空档位置，例如通过使用位置传感器或类似物来确保。如果来自位置传感器的信号表明换档杆偏离了空档位置，则该变速器控制单元可以被配置成再次增加占空比。
[0035]
可选地，该变速器控制单元被配置成将pwm的占空比降低到足以维持换档杆的空档位置的预定值或降低预定的量。这确保了换档杆不会开始偏离空档位置，同时可以减少致动器阀上的负载。替代地，可以基于来自感测换档杆的位置的位置传感器的反馈来降低
pwm占空比，其中，如果换档杆开始偏离，则再次增加占空比。
[0036]
可选地，所述至少一个阀包括：第一常闭入口阀，该第一常闭入口阀用于将第一填充室流体连接到加压流体系统；第一常闭出口阀，该第一常闭出口阀用于对第一填充室进行排放；第二常闭入口阀，该第二常闭入口阀用于将第二填充室流体连接到加压流体系统；以及第二常闭出口阀，该第二常闭出口阀用于对第二填充室进行排放。当所有阀都处于其关闭位置时，可以维持换档杆的空档位置，前提是在关闭这些阀之前所述填充室已经被加压以平衡该换档杆。在本文中，“常闭”是指该阀被构造成在阀未通电/未被供电时处于关闭位置。因此，在本实施例中，可以维持空档位置而没有这些阀过热的风险。可以使用例如位置传感器来检测由于泄漏而导致的活塞/换档杆的移动，并且根据需要通过激活所述阀中的一个或多个来补偿该移动。
[0037]
可选地，所述机械接合装置包括至少一个弹簧加载的第一接合构件，该第一接合构件被构造成与至少两个对应的第二接合构件中的一个第二接合构件接合，以便至少在所述致动器未施加流体压力时将换档杆维持在第一位置和第二位置中的一个。这种弹簧加载的接合构件有效地维持第一位置和第二位置，而不必由所述致动器施加流体压力并因此增加这些阀的负载。弹簧力被选择成使得在希望换档时通过由致动器施加的力来克服弹簧力。有利地，该弹簧加载的接合构件为弹簧柱塞(例如球柱塞)的形式，其固定到变速器壳体，并且第二接合构件是设置在换档杆上的凹部。这种机械接合装置也可以称为球棘爪(ball detents)。
[0038]
可选地，第一齿轮组合和第二齿轮组合中的至少一个是非同步齿轮组合。“非同步齿轮组合”旨在不提供用于使转速同步的被动机械同步器，例如同步器环。这是一种稳健且相对紧凑的配置，从而允许换档过程中的多功能性。
[0039]
可选地，第一齿轮组合是低档齿轮组合(low range gear combination)，并且第二齿轮组合是高档齿轮组合(high range gear combination)。因此，所述致动器和换档杆用于在变速器的高档与低档之间转换。通常，当提供了机械同步器时，档位齿轮(range gear)不需要空档位置。然而，如果未提供同步器，则将需要在低档齿轮组合与高档齿轮组合之间换档期间等待转速同步的同时暂时维持空档位置，在这种情况下，仅通过施加流体压力来维持空档位置将是有用的。
[0040]
根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，其包括根据第一方面的变速器。作为示例，该车辆可以是重型车辆，例如卡车、公共汽车或工程机械。
[0041]
在以下描述中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
[0042]
参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
[0043]
在这些图中：
[0044]
图1是其中可以应用根据本发明的方法的车辆的侧视图，
[0045]
图2是根据本发明的第一实施例的变速器的零件的示意图，并且
[0046]
图3是根据本发明的第二实施例的变速器的零件的示意图。
[0047]
附图示出了本发明的示意性的例示实施例，并因此不必按比例绘制。应当理解，所示出和描述的实施例是例示性的，并且本发明不限于这些实施例。还应当注意，为了更好地
描述和说明本发明，附图中的某些细节可能被夸大。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件，除非另有说明。
具体实施方式
[0048]
图1描绘了根据本发明的一个方面的示例实施例的车辆1。这里，车辆1是重型卡车，更具体地是牵引车或拖车，用于牵引一个或多个挂车(未示出)。如上文所提到的，该车辆可以是任何类型的车辆，包括(但不限于)公共汽车、轮式装载机、挖掘机、乘用轿车等。
[0049]
车辆1包括具有推进单元4的动力总成3和根据本发明的示例实施例的变速器2，该推进单元3在此是内燃发动机(ice)，该变速器2被驱动地连接到推进单元4。车辆1还包括传动轴5，该传动轴5将变速器2驱动地连接到车辆1的驱动轮6。驱动轮6在此是卡车1的后轮。传动轴5例如经由差速器(未示出)驱动地连接到驱动轮6。尽管本实施例中示出了驱动轮6，但应理解，可以使用任何其它类型的地面接合装置，例如挖掘机的履带构件。
[0050]
图2示意性地示出了根据本发明的实施例的手自一体变速器的零件，例如图1所示的变速器2的零件。该变速器包括变速器控制单元10、换档杆20和能够由变速器控制单元10控制的致动器30。换档杆20能够响应于来自变速器控制单元10的信号而由致动器30在轴向方向a上来回移动。换档杆20能够在预定的第一位置与预定的第二位置之间移动，在该预定的第一位置，换档杆20接合变速器2的第一齿轮组合(未示出)，在该预定的第二位置，换档杆20接合变速器2的第二齿轮组合(未示出)。第一齿轮组合和第二齿轮组合被布置成将扭矩从变速器2的输入轴(未示出)传递到变速器2的输出轴(未示出)。换档杆20还能够移动到位于所述第一位置与第二位置之间的、预定的空档位置，在该预定的空档位置，没有齿轮组合被接合，因此在推进单元4与驱动轮6之间没有扭矩传递。
[0051]
为了能够接合一个齿轮组合，换档杆20机械连接到换档拨叉或类似物(未示出)，该换档拨叉或类似物则被布置成作用在例如套筒构件上，以驱动地接合一个齿轮组合。在该空档位置，换档杆20不接合任何齿轮，即，在推进单元4与驱动轮6之间没有扭矩传递。
[0052]
致动器30被布置成：响应于来自变速器控制单元10的信号施加作用在换档杆20上的流体压力，从而启动换档。如示意性地示出的，致动器30包括具有第一填充室32和第二填充室33的缸，该第一填充室32和第二填充室33设置在活塞组件31的相反两侧，该活塞组件31机械连接到换档杆20。这里，活塞组件31包括左活塞、主活塞和右活塞，但该活塞组件的构造可以根据致动器类型而变化。提供了第一阀34和第二阀35，分别用于将第一填充室32和第二填充室33流体连接到加压流体系统(未示出)。变速器控制单元10被配置成控制第一阀34和第二阀35，从而控制填充室32、33中的压力和活塞组件31的位置。尽管图2中示出了用于相应填充室32、33的单独的阀34、35，但也可替代地提供单个阀或阀组合，以向填充室32、33提供流体和从填充室32、33释放流体。一个或多个所述阀34、35可以通过来自变速器控制单元10的脉宽调制(pwm)信号来控制。
[0053]
提供了机械接合装置40，该机械接合装置40用于维持换档杆20的第一位置和第二位置而无需由致动器30施加任何流体压力。在所示出的实施例中，机械接合装置40包括弹簧加载的第一接合构件41，例如弹簧加载的球，该第一接合构件安装到变速器壳体(未示出)。弹簧加载的第一接合构件41被构造成与形成在换档杆20中的两个对应的第二接合构件42、43(为凹部或棘爪的形式)中的一个第二接合构件接合，从而分别维持第一位置和第
二位置。
[0054]
变速器2适于仅通过由致动器30施加作用在换档杆20上的流体压力来维持换档杆20的空档位置。换言之，没有提供用于维持换档杆20的空档位置的机械接合装置。而是，变速器2通过在两个相反方向上对作用在活塞组件31上并因此作用在换档杆2上的流体压力进行平衡来维持换档杆20的空档位置。当填充室32、33被均等加压时，填充室32、33中的流体从两个相反方向将换档杆20推向空档位置。
[0055]
在第一位置，第一接合构件41接合第二接合构件42，并且使用所述第一齿轮组合来驱动车辆1的传动轴5。为了启动从第一齿轮组合到第二齿轮组合的换档，经由第二阀35对第二填充室33加压，从而克服第一接合构件41的弹簧力并且使换档杆20在轴向方向a上向后移动到空档位置。可以提供位置传感器(未示出)，以向变速器控制单元10发送换档杆20的位置的信号。变速器控制单元10通过控制这些阀34、35来维持空档位置，直到实现用于接合第二齿轮组合的、预定的齿轮接合条件，例如转速被同步。为此目的，变速器控制单元10通过对第一填充室32加压来控制第一阀34，以平衡第二填充室33中的流体的压力。一旦实现了所需的同步(例如使用转速传感器确定)，就控制第一阀34以从第一填充室32释放流体，同时控制第二阀35以对第二填充室33加压，使得换档杆20进一步向后移动，直到第一接合构件41在第二位置接合第二接合构件43。若要改回第一齿轮组合，可执行反向操作。
[0056]
在图2所示的实施例中，第一填充室32通过单个第一阀34(即，组合的入口/出口阀，例如能够在入口位置与出口位置之间移动的二通阀)流体连接到加压流体系统(未示出)，其中，出口位置是该阀在其未通电/未被供电(“常开”)时所采用的默认位置，并且其中，入口位置是通过利用来自控制单元10的信号为阀34供电而采用的。第二填充室33通过与第一阀34相同类型的单个第二阀35流体连接到所述加压流体系统。变速器控制单元10被配置成：通过对来自变速器控制单元10的分别控制第一阀34和第二阀35的pwm信号的占空比进行调节来主动控制作用在换档杆20上的流体压力，以维持换档杆20的空档位置。作为示例，对于快速换档，可以使用100％的pwm占空比，在这种情况下，填充室32、33都被恒定压力完全加压。然而，如果在预定时间段内未满足所述预定的齿轮接合条件，例如，如果没有实现同步，则可以降低占空比以减小阀34、35上的负载。可以有利地降低占空比以便活塞组件31不来回移动，例如在两侧上均等地降低，这取决于致动器的构造。占空比可以降低到足以维持换档杆20的空档位置的预定值或降低预定的量。替代地，一个或两个阀34、35的占空比可以基于来自前文提及的位置传感器的反馈而降低，其中，如果换档杆20开始偏离，则一个或多个占空比再次增加。
[0057]
图3示意性地示出了根据本发明的另一实施例的手自一体变速器的零件。图3所示的实施例与图2所示的实施例的不同之处在于所述阀的构造。代替为每个填充室32、33提供单个阀，分别为每一个填充室32、33提供单独的第一和第二入口阀34a、35a以及第一和第二出口阀34b、35b。在本实施例中，这些阀可以是“常闭”型的，即，当变速器控制单元10未施加pwm信号时，阀34a、34b、35a、35b全部关闭，从而不能向填充室32、33引入流体或从填充室32、33释放流体。因此，在没有pwm信号的情况下，作用在活塞组件31上的流体压力可以保持平衡。为了将阀打开，变速器控制单元10施加pwm信号。因此，为了启动从第一齿轮组合到第二齿轮组合的换档，第二填充室33经由第二入口阀35a被加压和/或第一出口阀34b被控制到其打开位置。一旦达到空档位置，pwm信号可以被切断并且所有阀34a、34b、35a、35b保持
关闭直到满足所述预定的齿轮接合条件。一旦满足，就控制第一出口阀34b从第一填充室32释放流体。可选地，也可以控制第二入口阀35a以对第二填充室33加压，以便实现更快的响应。若要改回第一齿轮组合，可执行反向操作。
[0058]
变速器电子控制单元10可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备。因此，变速器电子控制单元10包括电子电路和连接件(未示出)以及处理电路(未示出)，使得变速器电子控制单元10可以与车辆1的不同零件或与车辆1的不同控制单元通信，例如与各种传感器、系统和控制单元通信，特别是与控制该车辆中的电气系统或子系统的一个或多个电子控制单元(ecu)(例如发动机控制单元)通信。变速器电子控制单元10可以包括硬件或软件的模块，或者部分硬件或软件的模块，并使用已知的传输总线(例如can总线)和/或无线通信能力进行通信。所述处理电路可以是通用处理器或专用处理器。变速器电子控制单元10包括用于存储计算机程序代码和数据的非暂态存储器。因此，本领域技术人员会认识到，变速器电子控制单元10可以通过许多不同的结构来实现。
[0059]
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。