负载控制变速器及其换挡方法

专利名称：负载控制变速器及其换挡方法
技术领域：
本发明涉及一种负载控制变速器，它可以在牵引力不中断的情况下在不同挡位之间变换，本发明还涉及这种变速器的一种换挡方法。
在DE4206033C2中介绍了这种类型的一种传统的变速器。这种已知的变速器可以概括为由两个变速传动装置构成，在每个传动装置中可以在每个传动装置的输入轴与输出轴之间调整为不同的传动比或挡位。此外这种变速器包括两根可由同一台发动机驱动的驱动轴和两个换挡离合器，它们分别布置在驱动轴之一与一个传动装置的输入轴之间。
若不是正好在两个挡位之间变换，则总是打开两个换挡离合器中的一个并闭合另一个，以及扭矩由发动机通过闭合的换挡离合器和与之连接的传动装置传输给两个传动装置公共的一根从动轴。
为了在已知的变速器中实施换挡，首先在无负荷的传动装置中预选要新挂的挡位，亦即在此传动装置中，在从动轴与其换挡离合器面朝无负荷传动装置的部分之间建立扭矩传递的连接。反之，此同一个换挡离合器在发动机侧的部分直接通过驱动轴驱动。因此这两个离合器部分以不同的速度旋转，它们的比值取决于当前所挂的挡位及预选挡位的传动比。
为了真正挂上预选的挡位，逐渐闭合迄今无负荷的传动装置的那个换挡离合器，从而通过它传递一部分发动机扭矩，而与此同时迄今有负荷的传动装置的那个换挡离合器逐渐打开，从而减小由此离合器传递的扭矩。因为这两个换挡离合器从来不会同时打开，所以换挡在不间断牵引力传递的情况下进行，当然在换挡离合器的各部件之间在换挡过程持续进行期间必然产生滑动。
也就是说，作为用于这种变速器的换挡离合器仅考虑使用能滑动的离合器。所需要的离合器尺寸取决于在离合器闭合时应能传输给变速器的总的发动机扭矩；因此这两个换挡离合器需要相当大的空间位置。此外，它们在相当大的程度上提高了变速器的成本。
本发明的目的是，创造一种可紧凑和价廉物美地实现的可用于不间断地换挡的负载控制变速器。
按本发明为达到此目的采用这样一种负载控制变速器，这种变速器包括第一和第二传动装置，在这些传动装置中可分别调整为在传动装置输入轴与输出轴之间为每一个传动装置配设的第一或第二组挡位中的一个挡位，其中，在传动装置与负载控制变速器公共驱动轴之间设一个无滑动的离合器，它使传动装置的输入轴可以按选择直接或通过一个公共的能滑动的离合器与驱动轴联结。因此按本发明的负载控制变速器有单个能滑动的离合器就够用了；而采用的无滑动的离合器装置与一个能滑动的离合器相比能比较紧凑和价廉物美地实现，因为为了传递扭矩它通常利用形状闭合的结合来取代摩擦力传递的结合。
优选地，每个离合器装置包括两个设在为该离合器装置配设的传动装置的输入轴相反端的离合器，其中第一个离合器可直接与驱动轴联结，以及第二个离合器可通过所述能滑动的离合器与该驱动轴联结。
此外可以获得一种紧凑的结构，为此将传动装置的输入轴设计为与驱动轴同轴的空心轴。
在这两根输入轴之间的空隙内，优选地与驱动轴同轴地设有一根可通过所述能滑动的离合器被旋转驱动的中间空心轴，以及，所述第二个离合器分别用于将中间空心轴与所述各传动装置的输入轴连接起来。
对于一种节省空间位置的结构也恰当的是，将能滑动的离合器同轴于驱动轴设置。
为了将与驱动轴同轴的能滑动的离合器的从动侧与上面已提及的第二个离合器连接，优选地设有一根相对于驱动轴平行错开的跨接轴。
另一个无滑动的离合器优选地设在传动装置的每根输出轴与负载控制变速器的公共从动轴之间。在这些离合器中，只要不是正好在两个挡位之间变换，则恰当地始终将其中一个打开，从而不必旋转驱动那个无负荷的传动装置并因而也不发生能量损失。
无滑动的离合器优选地设计为牙嵌离合器。
本发明的技术主题还包括上述类型负载控制变速器的一种换挡方法。换挡过程这样进行即，首先在一个下文称接收传动装置的无负荷传动装置中挂上一个期望的挡位，从而使接收传动装置的输入轴通过它的输出轴和当前仍传递负荷的下文称为输出传动装置的传动装置被旋转驱动。所述接收传动装置通过能滑动的离合器逐渐与驱动轴联结。在逐渐联结过程中，逐渐增加流过接收传动装置的负荷份额，直至达到输出传动装置无负荷的时刻。在这一时刻，将输出传动装置与驱动轴连接起来的无滑动的离合器可以脱开，以及至少暂时挂上新的挡位。
由于只要所述接收传动装置通过所述能滑动的离合器驱动便不可能重新换挡，所以恰当的是，在所述能滑动的离合器闭合后，将所述接收传动装置的输入轴与驱动轴直接联结，以及重新脱开所述能滑动的离合器。
为了保证所述输出传动装置的无滑动的离合器准确地在成为无负荷的时刻脱开，在此离合器上施加一个朝脱开运动方向的力就够了；一旦该离合器无负荷，它的一些部分便产生相对运动并且能顺从所述力的作用而脱开。
下面借助附图所示实施方式对本发明的其他特征和优点予以详细说明。附图中

图1非常示意性地表示按本发明的变速器换挡过程多个步骤的流程以及在这些步骤中通过传动装置传送的负荷；以及图2至图9表示按本发明的变速器一种优选实施例的结构以及在此变速器中换挡过程的操作流程。
图1分成用A至F表示的六个部分，它们分别表示一个由发动机1驱动的负载控制变速器在稳定的运行状态下或在换挡过程不同阶段的状态。
此负载控制变速器包括两个传动装置2、3，它们各有一根输入轴4或5和一根输出轴6或7。在每个传动装置中可在输入轴4、5和输出轴6、7之间调整形成有一组规定的传动比或挡位，其中，第一个传动装置3的挡位相应于整个负载控制变速器的奇数挡位，亦即例如相应于六挡变速器的挡位1、3、5，以及第二个传动装置2的挡位相应于偶数挡位，亦即挡位2、4、6。
在每根输入轴4、5上设有一个牙嵌离合器8或9，它用于将相关的输入轴4或5直接或通过摩擦离合器11间接地与一根由发动机1驱动的驱动轴10联结。牙嵌离合器8、9也可以有打开的位置，在此位置上时它们没有将输入轴4或5与发动机1连接。
传动装置2、3的输出轴6、7可分别通过另一个牙嵌离合器12、13与负载控制变速器的一根公共的从动轴14连接起来。
图1在其部分A中表示挂上了偶数挡位、例如第二挡的负载控制变速器。从发动机1到从动轴14的负荷流用一条沿变速器带有负荷的部分延伸的点划线示意地表示。它从发动机1经驱动轴10和闭合的牙嵌离合器8到传动装置2，在传动装置2内挂上了第二挡，以及从传动装置2经闭合的牙嵌离合器12到从动轴14。在从动轴14与传动装置3之间的牙嵌离合器13与摩擦离合器11完全一样是打开的，传动装置3的输入轴5通过离合器9与该摩擦离合器11连接。此传动装置3未被驱动。
在图1的部分A中在变速器图侧面的两个曲线图分别表示两个传动装置的负荷；传动装置2受恒定的正负荷，亦即从发动机1向从动轴14流动的负荷，而传动装置3的负荷消失。
为了准备换挡，首先在无负荷的传动装置3内预调为期望的挡位。原则上可以调整为该传动装置3内的任意一个挡位，不过通常选择一个与当前挡位邻近的亦即第一或第三挡。下一步，如部分B中所示，闭合离合器13，所以传动装置3通过其从动轴7被置于旋转之中。也就是说，可在传动装置2出口提供使用的部分扭矩需要用于驱动传动装置3，以及作用在从动轴14上的扭矩如部分B上部曲线图中用虚线示意表示的那样略小于传动装置2出口处的总扭矩。由从动侧到传动装置3的驱动侧，如部分B下部曲线图中示意表示的那样，有一个微弱的负荷流。在此曲线图中，负荷流因为是从传动装置3的从动侧到驱动侧，所以用负的符号表示。现在摩擦离合器11的两侧均被旋转驱动，面朝发动机那一侧以驱动轴10的转速旋转，以及面朝传动装置那一侧具有一个由传动装置2、3内所挂挡的传动比决定的转速。
作为下一步，如部分C中所示，摩擦离合器11逐渐闭合。由此将负荷流分配给两个传动装置2、3。作为举例可以具体观察从二挡变换到三挡时的情况，可以看出，离合器11在发动机一侧部分的转速必须高于与传动装置3连接的部分的转速。因此离合器11试图在某种程度上使传动装置3加速和使传动装置2减速，当然，在这种情况下只要在两个传动装置中挂的是一个挡位，离合器11两个部分的转速便不可能相等。然而这种转速差导致传动装置3随着离合器11压力增加承担越来越大的来自传动装置2的负荷，直至传动装置2负荷消失的时刻。在这一时刻，现在成为无负荷的牙嵌离合器8打开以及达到图1中部分D的阶段。负荷流这时仅通过摩擦离合器11和传动装置3延伸。
只要离合器11是闭合的，便不可能进行其他的换挡。但由于驱动轴10和离合器11面朝变速器那一侧有相同的转速，所以有可能通过离合器9在驱动轴10与输入轴5之间建立直接的负荷连接，如部分E所示，所以，如在曲线图中示意表示的那样，从发动机1到传动装置3的负荷流分成直接的途径和经由摩擦离合器11的途径。
接着，如部分F所示，取消输入轴5与离合器11的连接。摩擦离合器11现在重新无负荷，以及传动装置3直接由发动机1驱动。在重新打开摩擦离合器11后，可以如在部分A至F中表示的那样继续换挡，在这种情况下当重新换挡时传动装置2、3的角色互换。
图2用详细的系统图表示按本发明的负载控制变速器的结构。和也在下面的图中一样，在此图中略去发动机1。摩擦离合器11同轴地安装在变速器的驱动轴10上，以及包括一个固定安装在驱动轴10上的具有可轴向移动的用于夹紧第二盘17的夹子16的第一盘，第二盘17固定在与驱动轴10同轴的空心轴18上。
另外两根与驱动轴10同轴的空心轴构成两个传动装置2、3的输入轴4或5。在空心轴4、5之间装在驱动轴10上的中间空心轴19，通过一根平行于驱动轴10的跨接轴20和轴18、20、19上成对啮合的齿轮21、22或23、24与空心轴18连接。
这两根输入轴4、5分别在其彼此背对的端部带有轴向齿25，它们与固定装配在驱动轴10上的主动小齿轮26以及可在主动小齿轮26上轴向移动制有轴向内齿的套筒或换挡接合套筒27共同构成一个牙嵌离合器，后者在传动装置2的驱动轴4上总体上用28表示，或在传动装置3的驱动轴5上总体上用29表示。此外，牙嵌离合器28、29按已知的方式还包括一个没有表示的同步化装置，后者用于通过力传递，尤其是通过摩擦力传递，建立为换挡接合套筒27在轴向齿25内啮合所需的转速一致化。此同步化装置可理解为一种类型的形状闭合式预离合器；它与同样形状闭合的摩擦离合器11的区别在于其尺寸摩擦离合器11设计为能传递发动机的全部扭矩，而对于同步化装置有一个足以克服相关传动装置2或3的惯性和摩擦能的最大传递扭矩就够了；并没有规定将驱动扭矩经由同步化装置传给行驶机构。所述同步化装置可尤其通过如在传统的手动换挡的变速器中已存在的那种同步环构成。为了脱开牙嵌离合器28或29，它们必须是无负荷的。
用30或31表示分别在输入轴4、5对置端上的一个同类牙嵌离合器。离合器30、31分别包括一个在中间空心轴19上的主动小齿轮32、一个可在主动小齿轮32上轴向移动的套筒或换挡接合套筒33、以及在驱动轴4或5上的轴向齿34。
此外，驱动轴4、5按已知的方式分别带有三个不同大小的换挡齿轮35，它们分别与一个互补的换挡齿轮36啮合，后者分别通过空心的从动轴段37与另一个牙嵌离合器39、40、41或42的主动小齿轮38连接。在离合器39、42中，套筒43可分别在三个位置之间移动，其一，在此位置它只是座落在一个与从动轴14固定连接的主动小齿轮44上，以及其二，在此位置它将主动小齿轮44与一个右邻或左邻的轴向齿38连接起来。离合器41、42在其功能上与图1中的离合器12对应，以及离合器39、40与离合器13对应。
在中间轴20上的一个图中未表示的齿轮可在绕道空心轴5的情况下与传动装置3的换挡齿轮36之一直接进入啮合，以实现一个倒车挡。
图3用粗点线的形式表示通过图2所示变速器的力流。它从驱动轴10经由闭合的离合器29、传动装置3中第一挡的换挡齿轮35、36以及牙嵌离合器39延伸到从动轴14。牙嵌离合器41、42、30是打开的，所以传动装置2静止。
图4通过闭合离合器41将第二挡预选为在传动装置2内要挂上的新挡位。与此同时闭合离合器30，由此通过传动装置2、中间空心轴19和跨接轴20使摩擦离合器11的盘17旋转。
在图5中摩擦离合器11的夹子16逐渐闭合，从而将负荷分配给两个传动装置2、3。一旦由此使离合器29无负荷，便使它的套筒27在事先已施加在它上面的调整力作用下滑动脱离输入轴5的主动小齿轮25，如图6所示。因此使传动装置3无负荷以及负荷流完全通过传动装置2进行。摩擦离合器11现在可以如图7所示完全闭合，以便没有滑动地传递发动机的驱动力。
因为这时传动装置2的输入轴4通过离合器30以与驱动轴10完全相同的速度驱动，所以离合器28如图8所示可以闭合。负荷现在分配给两个离合器28、30。在下一步打开摩擦离合器11，所以离合器30无负荷以及可以重新打开。
其结果是得到了在图9中表示的从驱动轴10经牙嵌离合器28和第二个传动装置2的力流。离合器29、30、31、39、40打开，所以传动装置3静止。在此传动装置3中现在可以为后续的换挡预选下一个挡位。
以上所述的操作过程涉及一种换到高挡的过程。在这里发动机的转速在换挡后低于原先的转速，以及使牙嵌离合器29成为无负荷所需的转速匹配通过尤其在摩擦离合器11内处于滑动状态下的摩擦损失完成，即使发动机怠速运转时也是如此。在换到低挡时步骤的顺序基本上与在换到高挡时相同，唯一的差别是，为了达到转速匹配，发动机必须加速。
附图标记清单1 发动机2、3 传动装置4、5 输入轴6、7 输出轴8、9 牙嵌离合器10 驱动轴11 摩擦离合器12、13 牙嵌离合器14 从动轴16 夹子17 盘18 空心轴19 中间空心轴20 跨接轴21、22、23、24 齿轮25 轴向齿26 主动小齿轮27 套筒28、29、30、31 牙嵌离合器32 主动小齿轮33 套筒34 轴向齿35、36 换挡齿轮37 从动轴段38 轴向齿39、40、41、42 牙嵌离合器
43 套筒44 主动小齿轮
权利要求
1.一种负载控制变速器，其包括第一和第二传动装置(2；3)，在这些传动装置中可分别调整为在传动装置(2；3)输入轴(4；5)与输出轴(6；7)之间为每一个传动装置(2；3)配设的第一组或第二组挡位中的一个挡位，其特征为在每个传动装置(2；3)与所述负载控制变速器的一公共驱动轴(10)之间设一个无滑动的离合器装置(8；9；28、30；29、31)，它使传动装置(2；3)的输入轴(4；5)可以按选择直接或通过一个公共的能滑动的离合器(11)与所述驱动轴(10)联结。
2.按照权利要求1所述的负载控制变速器，其特征为，每个离合器装置(8；9；28、30；29、31)包括两个设在为该离合器装置配设的传动装置(2；3)的输入轴(4；5)相反端的离合器(28、30；29、31)，其中第一个离合器(28、29)可直接与驱动轴(10)联结，以及第二个离合器(30、31)可通过所述能滑动的离合器(11)与驱动轴(10)联结。
3.按照上述任一项权利要求所述的负载控制变速器，其特征为，所述传动装置(2；3)的输入轴(4；5)是与驱动轴(10)同轴的空心轴。
4.按照权利要求2和权利要求3所述的负载控制变速器，其特征为，在所述两根输入轴(4；5)之间，与驱动轴(10)同轴地设有一根可通过所述能滑动的离合器(11)旋转驱动的中间空心轴(19)；以及，所述第二个离合器(30、31)分别将该中间空心轴(19)与所述各传动装置(2；3)的输入轴(4；5)连接起来。
5.按照上述任一项权利要求所述的负载控制变速器，其特征为，所述能滑动的离合器(11)同轴于所述驱动轴(10)设置。
6.按照权利要求2或4和权利要求5所述的负载控制变速器，其特征为，所述能滑动的离合器(11)的从动侧(17)通过一根相对于驱动轴(10)平行错开的跨接轴(20)与所述第二个离合器(30、31)连接。
7.按照上述任一项权利要求所述的负载控制变速器，其特征为，在传动装置(2；3)的每根输出轴(6；7；37)与负载控制变速器的公共从动轴(14)之间，分别设有一个无滑动的离合器(12；13；39；40；41；42)。
8.按照上述任一项权利要求所述的负载控制变速器，其特征为，所述无滑动的离合器(8；9；12；13；28；29；30；31；39；40；41；42)是牙嵌离合器。
9.按照上述任一项权利要求所述负载控制变速器的一种换挡方法，包括下列步骤a)在一个称为接收传动装置的无负荷传动装置(2；3)中挂上一个期望的挡位，从而使所述接收传动装置的输入轴(4；5)通过它的输出轴(12；13；37)和当前正传递负荷的称为输出传动装置的传动装置(3；2)被旋转驱动；b)使所述接收传动装置(2；3)通过能滑动的离合器(11)逐渐与驱动轴(10)联结；c)在逐渐联结过程中，将连接所述输出传动装置(3；2)与所述驱动轴(10)的无滑动的离合器(29)在驱动轴(10)无负荷的时刻脱开。
10.按照权利要求9所述的方法，其包括另一些步骤d)在所述能滑动的离合器(11)闭合后，将所述接收传动装置(2；3)的输入轴(4；5)与所述驱动轴(10)直接联结；以及e)脱开所述能滑动的离合器(11)。
11.按照权利要求9或10所述的方法，其中，在步骤c)中，在所述能滑动的离合器(29)成为无负荷之前，开始将一个力朝脱开运动的方向施加在该离合器(29)上，以及，在该离合器(29)成为无负荷的时刻，使该离合器(29)屈服于该力作用而脱开。
全文摘要
本发明涉及一种负载控制变速器，其包括第一和第二传动装置(2；3)，在这些传动装置中可分别调整为在传动装置(2；3)输入轴(4；5)与输出轴(6；7)之间为每一个传动装置(2；3)配设的第一组或第二组挡位中的一个挡位，在每个传动装置(2；3)与负载控制变速器公共驱动轴(10)之间有一个无滑动的离合器(28、30；29、31)，它使传动装置(2；3)的输入轴(4；5)可以按选择直接或通过一个公共的能滑动的离合器(11)与驱动轴(10)联结。
文档编号F16H3/093GK101044344SQ200580036002
公开日2007年9月26日 申请日期2005年7月30日 优先权日2004年8月27日
发明者马赛厄斯·雷姆勒 申请人:Gm全球科技运作股份有限公司