АВТОМОБИЛЬНАЯ МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ Российский патент 2007 года по МПК F16H61/02 B60W10/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для автомобилей в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения, которое представляет собой многоступенчатую коробку передач, предназначенную для передачи приводной мощности от двигателя на ведущие оси и ведущие колеса автомобиля.

Уровень техники

В настоящее время по мере развития микрокомпьютерной техники в тяжелых большегрузных автомобилях все чаще используются автоматические коробки передач многоступенчатого типа с управляющим компьютером и большим количеством исполнительных механизмов, в частности серводвигателей, которые обеспечивают возможность точного регулирования скорости вращения вала двигателя и управления автоматической муфтой сцепления, расположенной между двигателем и коробкой передач, и муфтами, соединяющими между собой различные элементы коробки, и плавного переключения передач при соответствующей скорости вращения вала двигателя. В тяжелых большегрузных автомобилях такие автоматические коробки передач помимо главной, или основной, зубчатой передачи с несинхронизируемыми шестернями переднего и заднего хода часто имеют дополнительную синхронизируемую зубчатую передачу, которая расположена последовательно до и/или после основной передачи. В качестве примера такой дополнительной зубчатой передачи, расположенной последовательно до основной передачи, можно назвать многоступенчатую зубчатую передачу с неподвижными осями, а в качестве дополнительной зубчатой передачи, расположенной за главной передачей, можно назвать планетарную зубчатую передачу (см., например, SE 516751). При переключении несинхронизируемых шестерен основной передачи шестерни выбранной передачи до входа в зацепление синхронизируются скоростью вращения вала двигателя, которая предварительно регулируется с очень высокой точностью. Включение выбранной передачи после регулирования частоты вращения вала двигателя осуществляется замыканием соответствующей соединительной дисковой муфты.

Преимущество автоматической коробки передач подобного типа по сравнению с обычной автоматической коробкой передач с планетарными ступенями и гидродинамическим преобразователем момента на входе заключается, с одной стороны, особенно в большегрузных автомобилях в ее простоте и возможности изготовления с более грубыми допусками, а следовательно, и меньшей по сравнению с обычными автоматическими коробками передач стоимости, а с другой стороны, в ее более высоком коэффициенте полезного действия и, как следствие этого, возможности снижения расхода топлива.

В известных автоматических коробках передач упомянутого выше типа при переключении передачи в нейтральное положение происходит следующее. При получении системой управления трансмиссией входного сигнала, свидетельствующего о выборе нейтрального положения, несинхронизируемая основная передача переключается в нейтральное положение. В нейтральном положении все шестерни основной передачи выходят из зацепления, и основная передача не передает на колеса крутящий момент двигателя.

Известные коробки передач подобного типа обладают одним существенным недостатком, который заключается в том, что при переключении в нейтральное положение во время движения автомобиля при работающем двигателе такие коробки передач перестают работать и не передают на колеса крутящий момент до полной остановки двигателя. В автомобилях с такими коробками передач без точного регулирования скорости вращения вала двигателя, необходимого для синхронизации шестерен, переключение передач в основной коробке по существу невозможно. Иными словами, отсутствие синхронизации не позволяет ввести в зацепление новые шестерни основной передачи. Система контроля, защищающая коробку от возможной поломки, исключает возможность переключения передач без синхронизации соответствующих шестерен. В автомобилях, в которых насос гидравлического сервопривода рулевого управления обычно приводится во вращение от двигателя автомобиля, при переключении коробки передач в нейтральное положение работающие от насоса элементы гидравлической системы рулевого управления перестают нормально работать, и управление автомобилем становится крайне затруднительным. Кроме того, одновременно перестают работать и тормоза двигателя, и, как следствие этого, возникают проблемы, связанные с торможением автомобиля.

Наличие у известных коробок передач упомянутого выше типа указанного недостатка требует разработки новой конструкции автоматической коробки передач с несинхронизированной основной коробкой передач и по меньшей мере одной дополнительной синхронизированной передачей, обеспечивающей нормальную работу коробки передач при движении автомобиля, при переключении коробки в нейтральное положение и при остановленном двигателе.

Краткое изложение сущности изобретения

Предлагаемое в изобретении решение указанной выше проблемы, а также предлагаемое в изобретении устройство представлены в п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения (п.п.2 и 3) приведены предпочтительные варианты и другие особенности конструкции предлагаемого в изобретении устройства.

Предлагаемое в изобретении устройство представляет собой многоступенчатую автомобильную коробку передач, содержащую несинхронизированную основную зубчатую передачу, по меньшей мере одну дополнительную синхронизируемую зубчатую передачу и по меньшей мере один блок управления зацеплением и расцеплением шестерен и переключением коробки передач в нейтральное положение. Предлагаемая в изобретении коробка передач отличается тем, что блок управления при получении входных сигналов, свидетельствующих о выборе нейтрального положения, переключает синхронизируемую дополнительную зубчатую передачу в нейтральное положение.

Преимуществом предлагаемого в изобретении устройства является возможность введения шестерен в зацепление при движении автомобиля, при переключении коробки передач в нейтральное положение и при остановленном двигателе. Синхронизация дополнительной зубчатой передачи исключает необходимость в использовании для синхронизации скорости вращения каких-либо дополнительных внешних устройств. Предлагаемая в изобретении коробка передач продолжает нормально работать и после остановки двигателя.

В первом варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства его блок управления удерживает в зацеплении выбранную пару шестерен основной несинхронизированной зубчатой передачи и одновременно переключает в нейтральное положение дополнительную синхронизируемую зубчатую передачу.

Преимуществом предлагаемого в изобретении устройства является возможность не только переключения дополнительной зубчатой передачи и изменения ее передаточного отношения от низкого (LS) до высокого (HS), но и изменения передаточного отношения всей коробки передач.

Другие варианты осуществления изобретения и его отличительные особенности представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых в качестве примера показаны предпочтительные варианты возможного осуществления изобретения и выполнения предлагаемой в изобретении коробки передач, соединенной с другими элементами автомобиля. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания, соединенного муфтой сцепления с коробкой передач, и

на фиг.2 - вид в увеличенном масштабе муфты сцепления и предлагаемой в изобретении коробки передач.

На фиг.1 позицией 1 обозначен шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, в частности дизельный двигатель, коленчатый вал 2 которого соединен с расположенной в корпусе 4 сухой однодисковой муфтой сцепления, обозначенной в сборе позицией 3. Коленчатый вал 2 двигателя выходным валом 51 двигателя неподвижно соединен с корпусом 5 муфты 3 сцепления, диск 6 которой неподвижно соединен с входным валом 7, вращающимся в корпусе 8 коробки передач, обозначенной в сборе позицией 9. В корпусе 8 расположены также установленные в соответствующих подшипниках главный вал 10 и промежуточный вал 11 коробки передач.

На фиг.2 показано вращающееся относительно входного вала 7 зубчатое колесо 12, которое можно неподвижно соединить с валом невращающейся соединительной муфтой 13 с синхронизирующим устройством, которая может перемещаться в осевом направлении на ступице 14, неподвижно соединенной с входным валом 7. Соединительная муфта 13 позволяет также неподвижно соединить с входным валом 7 зубчатое колесо 15, которое с возможностью вращения установлено на главном валу 10. Когда соединительная муфта 13 находится в центральном положении, зубчатое колесо 12 может свободно вращаться относительно входного вала 7, а зубчатое колесо 15 может свободно вращаться относительно главного вала 10. Зубчатые колеса 12 и 15 находятся в зацеплении с соответствующими зубчатыми колесами 16 и 17, которые неподвижно закреплены на промежуточном валу 11. На промежуточном валу 11 неподвижно закреплены также зубчатые колеса 18, 19 и 20, которые находятся в зацеплении с соответствующими зубчатыми колесами 21, 22 и 23, которые с возможностью вращения установлены на главном валу 10 и неподвижно соединяются с ним соответствующими соединительными муфтами 24 и 25, которые в показанном на чертеже варианте не имеют синхронизирующих устройств. На главном валу 10 установлено также зубчатое колесо 28, которое может вращаться относительно вала 10 и входит в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 30, которое с возможностью вращения установлено на отдельном валу 29 и находится в зацеплении с зубчатым колесом 20 промежуточного вала. Зубчатое колесо 28 неподвижно соединяется с валом, на котором оно установлено, соединительной муфтой 26.

Пары находящихся в зацеплении зубчатых колес 12, 16 и 15, 17 и соединительная муфта 13 образуют двухступенчатую зубчатую передачу с низким передаточным отношением LS и высоким передаточным отношением HS. Пара зубчатых колес 15, 17 вместе с парами находящихся в зацеплении зубчатых колес 21, 18; 22, 19; 23, 20 и 28, 30 образуют основную зубчатую передачу коробки передач с четырьмя передачами переднего хода и одной передачей заднего хода (Rev.). На выходном конце главного вала неподвижно закреплено зубчатое колесо 31, которое образует солнечную шестерню двухступенчатой синхронизированной зубчатой передачи планетарного типа, которая обозначена в сборе позицией 32 и водило 33 которой неподвижно соединено с валом 34, образующим выходной вал коробки передач. Сателлиты 35 планетарной передачи 32 входят в зацепление с эпициклом 36, который при низком передаточном отношении LR планетарной передачи неподвижно соединяется соединительной муфтой 37 с корпусом 8 коробки передач, а при высоком передаточном отношении HR - с водилом 33.

Перемещение соединительных муфт 13, 24, 25, 26 и 37 в направлении показанных на фиг.2 стрелок сопровождается зацеплением соответствующих зубчатых колес и изменением передаточного отношения коробки передач. Каждая соединительная муфта 13, 24 и 25 может находиться в двух крайних, или рабочих, положениях (в которых соответствующие зубчатые колеса находятся в зацеплении) и одном центральном положении N (нейтральном положении). Соединительная муфта 26 имеет одно рабочее положение (в котором она вводит в зацепление соответствующие зубчатые колеса) и одно нейтральное положение N. Соединительная муфта 37 имеет два рабочих положения LR и HR (соответствующие низкому и высокому передаточному отношениям планетарной передачи). Перемещение соединительных муфт осуществляется соответствующими схематично показанными на фиг.2 сервоприводами 40, 41, 42, 43 и 44, в качестве которых можно использовать пневматические цилиндры с поршнями и штоками типа пневмоцилиндров марки I-shift, используемых в описанной выше коробке передач.

Управление сервоцилиндрами 40, 41, 42, 43 и 44 осуществляется с помощью электронного блока 45 управления (см. фиг.1) с микропроцессором, который, когда соединенный с ним электронный переключатель 46 передач находится в положении автоматического переключения передач, автоматически управляет сервоцилиндрами в зависимости от подаваемых в него сигналов, несущих различную информацию о работе двигателя и автомобиля, содержащую по меньшей мере данные о скорости вращения вала двигателя, скорости движения автомобиля, положении педали акселератора и при необходимости состоянии моторного тормоза. Когда переключатель 46 передач находится в положении ручного переключения передач, переключение передач осуществляется по команде водителя, которая подается в переключатель в виде соответствующего сигнала.

Блок 45 управления соединен с блоком 50 управления двигателем и управляет через него впрыском топлива в двигатель.

При переключении несинхронизированных шестерен основной передачи скорость вращения шестерен синхронизируется прецизионным регулированием скорости вращения вала двигателя 1. При включенной дисковой муфте 3 сцепления скорость вращения входного вала 7 и промежуточного вала 11 меняются в соответствии с вновь выбранной передачей. Скорость вращения вала двигателя регулируется количеством впрыскиваемого в двигатель топлива и моторным тормозом.

При переключении синхронизированных шестерен, в частности зубчатой передачи с неподвижными осями или планетарной передачи, скорость входящих в зацепление шестерен выравнивается (не показанными на чертеже) синхронизирующими кольцами. При переключении синхронизируемых передач дисковая муфта 3 сцепления выключается и не передает на входной вал коробки передач крутящий момент двигателя. Блок 45 управления в зависимости от положения педали акселератора регулирует подачу в двигатель топлива, а тем самым и частоту вращения вала двигателя и подачу воздуха в пневмоцилиндр 47 муфты сцепления, который выключает или включает муфту сцепления до или после того, как шестерни выбранной передачи полностью войдут в зацепление.

Предлагаемый в изобретении блок 45 управления запрограммирован таким образом, что при получении входного сигнала, по которому коробка передач должна быть переключена в нейтральное положение, зубчатые колеса 12, 13, 15, 16 и 17 основной зубчатой передачи устанавливаются в нейтральное положение N. Входной сигнал для переключения коробки в нейтральное положение можно получить либо при переключении коробки вручную водителем от переключателя 46 передач, либо, когда переключатель 46 передач находится в положении автоматического переключения передач, из блока 45 управления, который выдает этот сигнал в соответствии с определенными входными сигналами, например, когда автомобиль движется по инерции (см., например, SE 516751) и может работать в таком режиме.

При остановке двигателя по какой-либо причине во время движения, когда коробка 9 передач находится в нейтральном положении, блок 45 управления по заложенной в него программе в зависимости от скорости движения автомобиля вводит в зацепление либо шестерни низкой передачи LS, либо шестерни высокой передачи HS зубчатой передачи с неподвижными осями. Синхронизация в нейтральном положении осуществляется независимо от того, остановлен двигатель или нет. Суммарное передаточное отношение коробки передач определяется с учетом передаточного отношения находящихся в зацеплении зубчатых колес основной зубчатой передачи, которые при переключении коробки в нейтральное положение продолжают оставаться в зацеплении.

При нормальном движении автомобиля и переключении коробки передач в нейтральное положение при работающем двигателе блок 45 управления может ввести в зацепление шестерни любой выбранной передачи.

В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения в остановленном автомобиле несинхронизированную основную зубчатую передачу можно переключить в нейтральное положение, например, по команде от переключателя 46 передач, не регулируя частоту вращения вала двигателя для синхронизации входного вала 7 и промежуточного вала 11 и выбора передаточного отношения коробки передач. (Обычно для этого используют так называемый не показанный на чертежах тормоз промежуточного вала).

Настоящее изобретение при его соответствующей реализации можно использовать в различных многоступенчатых коробках передач, переключаемых в нейтральное положение.

Изобретение относится к устройству автомобилей и представляет собой многоступенчатую коробку передач, предназначенную для передачи приводной мощности от двигателя на ведущие оси и ведущие колеса автомобиля. Коробка (9) передач содержит несинхронизированную основную зубчатую передачу (15, 17, 21, 18, 22, 19, 23, 20, 28, 30), одну дополнительную синхронизированную зубчатую передачу (12, 13, 15, 16, 17) и блок (45) управления зацеплением и расцеплением шестерен и переключением коробки (9) передач в нейтральное положение. Блок (45) управления при получении входных сигналов, свидетельствующих о выборе нейтрального положения, переключает синхронизируемую дополнительную зубчатую передачу (12, 13, 15, 16, 17) в нейтральное положение. Технический результат заключается в простоте изготовления, повышении коэффициента полезного действия и снижении расхода топлива. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многоступенчатая автомобильная коробка (9) передач, содержащая несинхронизированную основную зубчатую передачу (15, 17, 21, 18, 22, 19, 23, 20, 28, 30), по меньшей мере одну дополнительную синхронизированную (синхронизируемую) зубчатую передачу (12, 13, 15, 16, 17) и по меньшей мере один блок (45) управления зацеплением и расцеплением шестерен и переключением коробки (9) передач в нейтральное положение, отличающаяся тем, что блок (45) управления при получении входных сигналов, свидетельствующих о выборе нейтрального положения, переключает синхронизируемую дополнительную зубчатую передачу (12, 13, 15, 16, 17) в нейтральное положение.2. Многоступенчатая коробка передач по п.1, отличающаяся тем, что блок (45) управления в нейтральном положении удерживает в зацеплении предварительно выбранную пару шестерен передачи основной зубчатой передачи (15, 17, 21, 18, 22, 19, 23, 20, 28, 30).3. Многоступенчатая коробка передач по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что дополнительная зубчатая передача выполнена в виде зубчатой передачи с неподвижными осями (12, 13, 15, 16, 17) или в виде планетарной передачи (32).