專利名稱：一種變速箱快速同步換檔方法
技術領域：
本發明涉及一種變速箱換檔方法，具體地說，是一種變速箱快速同步換檔方法。
背景技術：
現有的汽車變速箱一般換檔過程中，是通過單個檔位的同步器使變速箱的主動部件和從動部件同步。下面參照圖1-5來具體說明。圖1-5所示的變速箱為5檔普通變速箱，在輸入軸100上固定有一檔輸入齒輪11、 二檔輸入齒輪21、三四檔齒座34、五檔齒座M、倒檔輸入齒輪61，空套有三檔輸入齒輪31、 四檔輸入齒輪41、五檔輸入齒輪51。在輸出軸200上空套有一檔輸出齒輪12、二檔輸出齒輪22、倒檔輸出齒輪62，固定有一二檔齒座14、三檔輸出齒輪32、四檔輸出齒輪42、五檔輸出齒輪52、倒檔齒座64。一檔輸入齒輪11、二檔輸入齒輪21、三檔輸入齒輪31、四檔輸入齒輪41、五檔輸入齒輪51分別與一檔輸出齒輪12、二檔輸出齒輪22、三檔輸出齒輪32、四檔輸出齒輪42、五檔輸出齒輪52。倒檔輸入齒輪61通過倒檔過渡輪70與倒檔輸出齒輪62嚙合。一二檔齒座14、三四檔齒座34、五檔齒座M、倒檔齒座64的外周分別通過花鍵與一二檔齒環15、三四檔齒環35、五檔齒環55、倒檔齒環65相連；一檔輸出齒輪12、二檔輸出齒輪22、三檔輸入齒輪31、四檔輸入齒輪41、五檔輸入齒輪51、倒檔輸出齒輪62上均分別設置有一檔過渡齒環13、二檔過渡齒環23、三檔過渡齒環33、四檔過渡齒環43、五檔過渡齒環53、倒檔過渡齒環63。一檔同步器16、二檔同步器17、三檔同步器36、四檔同步器37、五檔同步器56、倒檔同步器66分別設置在一檔過渡齒環13與一二檔齒座14之間、二檔過渡齒環23與一二檔齒座14之間、三檔過渡齒環33與三四檔齒座34之間、四檔過渡齒環43 與三四檔齒座34之間、五檔過渡齒環53與五檔齒座M之間、倒檔過渡齒環63與倒檔齒座 64之間。一檔同步器與二檔同步器因同時受一二檔齒環的控制，當一二檔齒環在換檔操作機構的控制下左移時，一檔同步器開始同步過程，此時，二檔同步器必然不處于同步狀態； 當一二檔齒環在換檔操作機構的控制下右移時，二檔同步器開始同步過程，此時，一檔同步器必然不處于同步狀態，所以一檔同步器與二檔同步器不能同時工作。同理，三檔同步器與四檔同步器也不能同時工作。顯然，下述同步器中的任意兩個、三個或四個是可以同時工作的一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、 倒檔同步器。下面說明常見的變速箱換檔過程。空檔狀態見圖1。參見圖2，當掛一檔(目標檔)時，一二檔齒環在換檔操作機構的控制下左移，逐漸壓緊一檔同步器(目標檔同步器)，使得一檔輸出齒輪的轉速逐漸降低， 由于一檔輸出齒輪與一檔輸入齒輪嚙合，一檔輸入齒輪轉速逐漸降低，使得輸入軸轉速降低。當一檔輸出齒輪與一二檔齒座轉速相同時，一檔同步器完成了同步過程。然后一二檔齒環左移繼續左移，一二檔齒環同時與一二檔齒座和一檔過渡齒環嚙合，動力經輸入軸、一檔輸入齒輪、一檔輸出齒輪、一二檔齒環、一二檔齒座傳遞到輸出軸，掛檔結束(參見圖3)。 在這個過程中，可以看出，一檔同步器在工作(同步)時，三檔同步器或四檔同步器、五檔同步器、倒檔同步器均不工作。當從一檔(當前檔)換二檔(目標檔)時，參見圖4，一二檔齒環在換檔操作機構的控制下右移，逐漸壓緊二檔同步器(目標檔同步器)，二檔同步器在工作，其它的同步器不工作。掛完二檔后的示意圖參見圖5。其它各檔位的換檔過程也類似，它們共同的特征是在向目標檔換檔時，只有目標檔的同步器在工作，其它的同步器不參與。因為在換檔時，只有一個目標檔同步器在工作， 所以使得同步時間較長，換檔時間長，同步效果不好。為了降低同步時間，提高換檔速度，國內外普遍的作法有兩種一是提高同步器本身的同步能力，例如改變同步器的材料、改變同步器的結構，二是采用在當前檔未脫離前， 使得目標檔先嚙合的獨立換檔桿機構(ISR)。提高同步器本身的同步能力，由于需要較高的工業基礎，在國內只能停留在實驗室階段。至于獨立換檔桿機構(ISR)因為需要改變傳統的變速箱結構，其成本是普通變速箱的5-10倍，在國內無法形成產業規模。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠有效縮短同步時間，提高換檔速度的變速箱快速同步換檔方法。本發明的變速箱快速同步換檔方法，在目標檔同步器同步過程中，為了使得輸入軸轉速改變之目的，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；在目標檔同步器同步完成后，參與檔同步器退出同步過程；參與檔同步器同時滿足以下兩個條件參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速向著期望目的改變；參與檔同步器能夠與目標檔同步器同時工作。上述的變速箱快速同步換檔方法，當起步時或從低速檔向高速檔換檔時，為了使得輸入軸轉速降低，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速降低。上述的變速箱快速同步換檔方法，當需要停車時或從高速檔向低速檔換檔時，為了使得輸入軸轉速升高，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速升高。本發明的有益效果本發明采用參與檔同步器與目標檔同步器同時工作的方法， 迅速改變輸入軸的轉速，達到了同步時間短的效果。當輸入軸轉速高于目標檔需要的輸入軸轉速時，使用參與的同步器對輸入軸實施降速；當輸入軸轉速低于目標檔需要的輸入軸轉速時，使用參與的同步器將輸入軸升速。在輸入軸轉速接近目標檔需要的轉速后參與同步的同步器脫離。本發明跳出了為提高換檔速度而采用的改變同步器本身同步能力和采用獨立換檔桿(ISR)的傳統思維模式；本發明無需改變傳統的變速箱結構，成本低廉；本發明對同步器的類型、結構也無限制；本發明可以應用在傳統的AMT上，具有廣闊的市場前景。上述的變速箱快速同步換檔方法，變速箱為5檔變速箱，其中一檔同步器與二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能同時工作；下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器；當掛一檔時或者從一檔換二檔時，以三檔同步器與四檔同步器中的一個和/或五檔同步器為參與檔同步器。如果所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，五檔同步器與倒檔同步器不能同時工作，下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器與倒檔同步器中的一個；當掛一檔時或者從一檔換二檔時，以下述同步器中的任意一個或兩個為參與檔同步器三檔同步器與四檔同步器中的一個，五檔同步器與倒檔同步器中的一個。如果所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，下述同步器中的任意兩個、三個或四個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器；當掛一檔時或者從一檔換二檔時，以下述三個同步器中的任意一個、兩個或三個為參與檔同步器三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器。上述的變速箱快速同步換檔方法，變速箱為5檔變速箱，其中一檔同步器與二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能同時工作；下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器；當從二檔換三檔或者從三檔換四檔時，以五檔同步器為參與檔同步器。如果所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，五檔同步器與倒檔同步器不能同時工作，下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器與倒檔同步器中的一個；當從二檔換三檔或者從三檔換四檔時，以五檔同步器或倒檔同步器為參與檔同步器。如果所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，下述四個同步器中的任意兩個、三個或四個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器；當從二檔換三檔或者從三檔換四檔時，以五檔同步器或倒檔同步器為參與檔同步器。上述的變速箱快速同步換檔方法，變速箱為5檔變速箱，其中一檔同步器與二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能同時工作；下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器；當從五檔換四檔或者從四檔換三檔時，以一檔同步器或二檔同步器為參與檔同步器。本發明換檔過程中，根據換檔控制策略的需要，參與同步的參與檔同步器可以在目標檔同步器開始同步前或開始同步后的任何階段參與同步。
圖1是變速箱在空檔時的示意圖。圖2是變速箱在用常規方法掛一檔(起步)時的示意圖。圖3是變速箱在用常規方法掛一檔(起步)后的示意圖。圖4是變速箱在用常規方法從一檔換二檔時的示意圖。圖5是變速箱在用常規方法從一檔換二檔后的示意圖。圖6是變速箱在用本發明的換檔方法掛一檔(起步)時的示意圖。圖7是變速箱在用本發明的換檔方法掛一檔(起步)后的示意圖。圖8是變速箱在用本發明的換檔方法從四檔換五檔時的示意圖。圖9是變速箱在用本發明的換檔方法從四檔換五檔后的示意圖。圖10是變速箱在用本發明的換檔方法從五檔換四檔時的示意圖。圖11是變速箱在用本發明的換檔方法從五檔換四檔后的示意圖。
圖12是變速箱在用本發明的換檔方法從一檔換二檔時的示意圖。圖13是變速箱在用本發明的換檔方法從一檔換二檔后的示意圖。
具體實施例方式參見圖6-13所示的變速箱為5檔普通變速箱，其結構如背景技術部分所述，不再說明。假定一檔至五檔的變速比分別是5、4、3、2、1，倒檔的變速比是4。實施例1 參見圖6、7，當變速箱空轉(空檔)時，假定輸入軸100(及一檔輸入齒輪)的轉速是1000轉，根據一檔變速比可知，一檔輸出齒輪的轉速是200轉，輸出軸不轉。掛一檔起步時，一二檔齒環在換檔操作機構的控制下左移，一二檔齒環壓緊一檔同步器，使得一檔同步器(目標檔同步器)開始同步過程，此時，輸入軸(和一檔輸入齒輪、一檔輸出齒輪)的轉速逐漸降低。為了使得輸入軸轉速下降速度更快，我們把三檔同步器(或四檔同步器)、五檔同步器、倒檔同步器均作為參與檔同步器，使得三檔同步器(或四檔同步器)、五檔同步器、 倒檔同步器均工作(進行同步過程)，參與到目標檔同步器的同步過程中。具體地說，參見圖6，就把通過換檔操作機構，使得三四檔齒環向左移動壓緊三檔同步器(或向右移動壓緊四檔同步器)，使得五檔齒環向左移動壓緊五檔同步器，并使得倒檔齒環向左移動壓緊倒檔同步器，由于此時三檔同步器(或四檔同步器)、五檔同步器、倒檔同步器各自的同步過程都有使得輸入軸轉速降低的作用，所以在此三個參與檔同步器的參與下，輸入軸轉速迅速降低，使得一檔同步器迅速同步，此時，一二檔齒環與一檔過渡齒環的轉速相同，一二檔齒環再左移，一二檔齒環即同時與一二檔齒座及一檔過渡齒環嚙合。然后，參見圖7，再通過換檔操作機構，使得三四檔齒環向右移動松開三檔同步器(或向左移動松開四檔同步器)、五檔齒環向右移動松開五檔同步器、倒檔齒環向右移動松開倒檔同步器，這三個參與檔同步器即退出同步過程。顯然，作為參與檔同步器的也可以是三檔同步器(或四檔同步器)、五檔同步器、倒檔同步器中任意一個或兩個。
如果從一檔換二檔時，可以以下述三個同步器中的任意一個、兩個或三個為參與檔同步器三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器。參見圖12、13所述，即是從一檔換二檔時，使用四檔同步器、五檔同步器、倒檔同步器等三個同步器作為參與檔同步器的換檔過程示意圖。如果從二檔換三檔時，可以以五檔同步器或倒檔同步器為參與檔同步器。參見圖8、9，當汽車在前進過程時，變速箱在四檔嚙合，假定輸入軸100的轉速是 2000轉，根據四檔變速比可知，四檔輸出齒輪和輸出軸的轉速是1000轉，三四檔齒環及四檔輸入齒輪的轉速與輸入軸相同(2000轉)。當需要從四檔(當前檔)換到五檔(目標檔) 時，參見圖8，三四檔齒環在換檔操作機構的控制下左移(脫開四檔)，五檔齒環在換檔操作機構的控制下左移，五檔齒環壓緊五檔同步器，使得五檔同步器(目標檔同步器)開始同步過程，此時，輸入軸和五檔齒座的轉速由2000轉逐漸降低，五檔輸入齒輪與五檔輸出齒輪的轉速由1000轉逐漸升高。為了使得輸入軸轉速下降速度更快，以快速與五檔輸入齒輪的轉速同步，我們可以通過換檔操作機構，使得倒檔齒環向左移動壓緊倒檔同步器，由于倒檔同步器的同步過程都有使得輸入軸轉速降低的作用，所以在倒檔同步器作為參與檔同步器的參與下，輸入軸轉速迅速降低，使得五檔同步器迅速同步，此時，五檔齒環與五檔過渡齒環的轉速相同，五檔齒環再左移，五檔齒環即同時與五檔齒座及五檔過渡齒環嚙合。然后， 參見圖9，再通過換檔操作機構，使得倒檔齒環向右移動松開倒檔同步器退出同步過程。在這個過程中，一檔同步器或二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能作為參與檔同步器， 因為一檔至四檔的變速比均大于五檔(目標檔)的變速比，如果以它們作為參與同步器， (在輸出軸轉速不變時)將會使得輸入軸轉速升高，與我們期望的輸入軸能夠下降的目的相反。如果從三檔換四檔時，可以以五檔同步器或倒檔同步器為參與檔同步器，之所以不選用一檔同步器或二檔同步器作為參與同步器，理由也是因為，一檔或二檔的變速比均大于四檔(目標檔)的變速比，如果以一檔或二檔同步器作為參與同步器，將會使得輸入軸轉速升高，與我們期望的輸入軸能夠下降的目的相反。實施例2:
參見圖10、11，當汽車在前進過程時，變速箱在五檔嚙合，假定輸入軸100的轉速是 2000轉，根據五檔變速比可知，五檔輸出齒輪和輸出軸的轉速是2000轉，五檔齒環及五檔輸入齒輪的轉速也是2000轉。四檔輸出齒輪與輸出軸的轉速相同(2000轉)，四檔輸入齒輪的轉速是4000轉，三四檔齒環的轉速與輸入軸相同(2000轉)。需要從五檔(當前檔) 換到四檔(目標檔)時，參見圖10，五檔齒環在換檔操作機構的控制下右移(脫開五檔)， 三四檔齒環在換檔操作機構的控制下右移壓緊四檔同步器，使得四檔同步器(目標檔同步器)開始同步過程，此時，輸入軸和三四檔齒環的轉速由2000轉逐漸升高，四檔輸入齒輪的轉速由4000轉逐漸降低。為了使得輸入軸轉速升高速度更快，以快速與四檔輸入齒輪的轉速同步，我們可以通過換檔操作機構，把一檔同步器(或二檔同步器)作為參與檔同步器， 使得一檔同步器(或二檔同步器)工作(進行同步過程)，參與到目標檔同步器的同步過程中。具體地說，參見圖10，在換檔操作機構的控制下，使得一二檔齒環向左移動壓緊一檔同步器(或向右移動壓緊二檔同步器)，由于此時一檔同步器(或二檔同步器)的同步過程具有使得輸入軸轉速升高的作用，所以在此一檔同步器(或二檔同步器)作為參與檔同步器的參與下，輸入軸轉速迅速升高，使得四檔同步器迅速同步，此時，三四檔齒環與四檔過渡齒環的轉速相同，三四檔齒環再右移，三四檔齒環即同時與三四檔齒座及四檔過渡齒環嚙合。然后，參見圖11，再通過換檔操作機構，使得一二檔齒環向右移動松開一檔同步器(或向左移動松開二檔同步器)，參與檔同步器即退出同步過程。在這個過程中，倒檔同步器不能作為參與檔同步器，因為倒檔同步器的同步過程將使得輸入軸減速，與我們期望的輸入軸轉速升高的目的相反。當然，從四檔換三檔時(與從五檔換四檔的過程類似)，應該以一檔同步器或二檔同步器為參與檔同步器，不能以倒檔同步器作為參與檔同步器(理由同上)，也不能以五檔同步器作為參與檔同步器。不能選用五檔同步器作為參與檔同步器，是因為，五檔的變速比小于三檔(目標檔)的變速比，如果以五檔同步器作為參與同步器，將會使得輸入軸轉速降低，與我們期望的輸入軸能夠升高的目的相反。本發明換檔過程中，根據換檔控制策略的需要，參與同步的參與檔同步器可以在目標檔同步器開始同步前或開始同步后的任何階段參與同步。本發明的創新性在于，利用現有的變速箱，通過控制多個同步器參與到目標檔同
8步器的同步過程，實現換檔過程中的快速同步和換檔。當輸入軸轉速高于目標檔需要的輸入軸轉速時，使用參與的同步器對輸入軸實施降速；當輸入軸轉速低于目標檔需要的輸入軸轉速時，使用參與的同步器將輸入軸升速。在輸入軸轉速接近目標檔需要的轉速后參與同步的同步器脫離。本方法應用時由于無需改變變速箱的結構，從而在低成本的基礎上實現高性能。而常規的方法是通過改變變速箱結構實現的快速同步換檔，結構復雜，成本高。
權利要求
1.一種變速箱快速同步換檔方法，其特征是在目標檔同步器同步過程中，為了使得輸入軸轉速改變之目的，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；在目標檔同步器同步完成后，參與檔同步器退出同步過程；參與檔同步器同時滿足以下兩個條件參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速向著期望目的改變；參與檔同步器能夠與目標檔同步器同時工作。
2.如權利要求1所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是當起步時或從低速檔向高速檔換檔時，為了使得輸入軸轉速降低，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速降低。
3.如權利要求2所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是變速箱為5檔變速箱，其中一檔同步器與二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能同時工作；下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器；當掛一檔時或者從一檔換二檔時，以三檔同步器與四檔同步器中的一個和/或五檔同步器為參與檔同步器。
4.如權利要求3所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，五檔同步器與倒檔同步器不能同時工作，下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器與倒檔同步器中的一個；當掛一檔時或者從一檔換二檔時，以下述同步器中的任意一個或兩個為參與檔同步器三檔同步器與四檔同步器中的一個，五檔同步器與倒檔同步器中的一個。
5.如權利要求3所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，下述同步器中的任意兩個、三個或四個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器；當掛一檔時或者從一檔換二檔時，以下述三個同步器中的任意一個、兩個或三個為參與檔同步器三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器。
6.如權利要求2所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是變速箱為5檔變速箱，其中一檔同步器與二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能同時工作；下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器；當從二檔換三檔或者從三檔換四檔時，以五檔同步器為參與檔同步器。
7.如權利要求6所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，五檔同步器與倒檔同步器不能同時工作，下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器與倒檔同步器中的一個；當從二檔換三檔或者從三檔換四檔時，以五檔同步器或倒檔同步器為參與檔同步器。
8.如權利要求6所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是所述變速箱的倒檔具有倒檔同步器，下述四個同步器中的任意兩個、三個或四個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器、倒檔同步器；當從二檔換三檔或者從三檔換四檔時，以五檔同步器或倒檔同步器為參與檔同步器。
9.如權利要求1所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是當需要停車時或從高速檔向低速檔換檔時，為了使得輸入軸轉速升高，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速升高。
10.如權利要求9所述的變速箱快速同步換檔方法，其特征是變速箱為5檔變速箱， 其中一檔同步器與二檔同步器、三檔同步器與四檔同步器不能同時工作；下述同步器中的任意兩個或三個可以同時工作一檔同步器與二檔同步器中的一個、三檔同步器與四檔同步器中的一個、五檔同步器；當從五檔換四檔或者從四檔換三檔時，以一檔同步器或二檔同步器為參與檔同步器。
11.如權利要求1所述的變速箱快速同步換檔方法，參與檔同步器可以在目標檔同步器開始同步前或開始同步后的任何階段參與同步。
全文摘要
本發明提供一種能夠有效縮短同步時間，提高換檔速度的變速箱快速同步換檔方法。本方法是在目標檔同步器同步過程中，為了使得輸入軸轉速改變之目的，使至少一個參與檔同步器也進行同步過程而參與到目標檔同步器的同步過程；在目標檔同步器同步完成后，參與檔同步器退出同步過程；參與檔同步器同時滿足以下兩個條件參與檔同步器的同步能夠使得輸入軸轉速向著期望目的改變；參與檔同步器能夠與目標檔同步器同時工作。
文檔編號F16H3/12GK102330794SQ20111021884
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者林中尉, 申艷華 申請人:南京阿福汽車控制系統有限公司