SE524661C2 - Förfarande för startväxeliläggning vid fordonsväxellåda - Google Patents

Description

=ÅÄ=25 10 15 20 524 661 2 .- _-. motoms och växellådans varvtal utan användande av vare sig kopplingen (dvs. utan frikopplande) eller synkroniseringama. Föraren behöver således inte använda kopp- lingen igen förrän omedelbart innan fordonet inbromsas till stillastående. Vid varje växling regleras motorvarvtalet så, att varvtalen för växellådans ingående axel och utgående axel stämmer överens, med hänsyn till den växel som är aktuell för ilägg- ning. När så skett genomförs och avslutas växlingen.

Bästa köregenskaper (mjuka och exakta växlingar, bästa bränsleekonomi, låg bull- ernivå etc.) för fordonet och minsta möjliga slitage på drivlinan uppnås genom att fordonets olika styrsystem (såsom EDC-motorstyming, TC-antispinnsystem, ABS- låsningsfritt bromssystem, Opticruise och eventuellt befintlig Retarder) är inrättade att kommunicera inbördes. Under köming sker växlingarna nonnalt sett genom att Opticruise via EDC styr motom till synkront varvtal för den växel som närmast står i tur att iläggas, och detta sker alltså utan att föraren använder kopplingspedalen.

Såväl motoms varvtal som dess vridmoment anpassas därvid till den nivå som väx- ellådan erfordrar för optimal funktion. Växlingsrörelserna sker alltså vid synkrona varvtal, vilket medför att de erforderliga växlingskraftema blir små.

Lastbilsväxellådor med ett stort antal växlar (exv. 14- resp. ló-växlade växellådor) är förut kända. Sådana växellådor utgör flergruppskonstruktioner.

I den inledande delen av US-patentskriften 6.196.944 finns en kort redogörelse för hur en flerväxlad huvudväxeldel kan kombineras med en främre splitväxeldel eller en bakre rangeväxeldel.

I en av företaget Robert Bosch GmbH utgiven handbok med titeln ”Automotive Handbook”, 3:e upplagan (1993), visas på sid. 544 ett exempel på en 16-växlad lastbilstransmission där den synkroniserade huvudväxeldelen är kombinerad med såväl en splitväxeldel som en rangeväxeldel. o n-.nu - . . . .- 10 15 20 122325 30 524 661 .Q --1 Qapfinningens ändamål Eftersom man med en halvautomatisk växellåda av den ovannämnda typen ”Opticruise” i praktiken normalt inte utnyttjar synkroniseringarna i huvudväxeldelen under körning, skulle det ur konstruktions- och kostnadssynpunkt givetvis vara syn- nerligen önskvärt om man helt, eller åtminstone delvis, kunde undanröja behovet av dessa synkroniseringsanordningar. Denna eftersträvansvärda förenkling låter sig dock inte utan vidare göras eftersom man vid användning av en helt (eller delvis) osynkroniserad huvudväxellåda med natumödvändighet får problem, speciellt vid iläggning av startväxeln, eftersom sidoaxeln då roterar vilket medför problem med s.k. skrap vid växeliläggningen.

Ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning är därför att erbjuda ett nytt förfa- rande för snabb startväxeliläggning, vilket gör det möjligt att använda en helt (eller delvis) osynkroniserad huvudväxellåda, utan risk för uppkomst av växeliläggnings- skrap.

Ett ytterligare ändamål är att möjliggöra splitväxlingar utan att huvudväxellådan dessförinnan måste läggas i neutralläge.

Redogörelse för unnfinningen Ovannämnda ändamål uppnås enligt uppfinningen genom användning av ett för startväxeliläggning anpassat förfarande som innebär vidtagande av de i patentkra- vets 1 kännetecknande del angivna åtgärderna.

Primärt utmärkande för uppfinningens nya förfarande är att en flerväxlad, på en el- ler flera av sina växlar osynkroniserad huvudväxellåda utnyttjas som huvudväxeldel, och att den med synkronisering försedda splitväxeln styrs av en därmed samverkan- de trelägesaktuator medelst vilken, förutom ett låg- resp. högsplitläge, ett definierat ...e - - . - .- 10 15 20 =Ihs 30 524 661 4 neutralläge är inställbart i splitväxeln. När fordonet stannas, kopplingen urkopplas (dvs. kopplingspedalen nertryckes vid en koppling av manuell typ) och växelvälja- ren i fordonet förs till neutral så omställes splitväxeln till neutral, medan huvudväx- ellådan bibehålles i annat läge än neutral, innebärande med någon växel ilagd. Följ- aktligen står nu såväl sidoaxeln som alla löphjul stilla. Vid nästkommande start ur- kopplas kopplingen och önskat splitväxelläge (låg- eller högsplit) iskjutes genom manövrering av trelägesaktuatom varvid splitväxelns synkronisering utnyttjas till att bromsa växellådans ingående axel och en därmed förbunden kopplingslamell. Sido- axeln står ju redan stilla. Så fort denna bromsning av den ingående axeln har skett kan splitväxeln iläggas med sidoaxeln stillastående.

Genom att splitväxelns synkronisering utnyttjas för bromsning av ingående axel och kopplingslamell blir det alltså möjligt att undvara resp. synkroniseringar i huvud- växellådan (utom splitväxelns synkronisering), utan att man därför får problem med skrap vid växeliläggning. Dessutom kan backväxeln då också iläggas snabbare utan skrap. Splitväxelns synkronisering måste under alla förhållanden finnas för att det skall vara möjligt att växla splitväxeln och huvudväxellådan parallellt.

Växeln kan också läggas i snabbare eftersom masströghetsmomentet på grund av roterande delar minskar eftersom sidoaxeln och löphjulen redan står stilla. Proble- met med roterande sidoaxel när startväxeln skall iläggas har vid osynkroniserade växellådor traditionellt lösts genom inrättande av en särskild sidoaxelbroms. Beho- vet av en sådan konstruktionskomplicerande och fördyrande, särskild sidoaxelbroms bortfaller givetvis helt genom att sidoaxeln redan står stilla och splitväxelns synkro- nisering utnyttjas till att bromsa den ingående axeln med tillhörande lamell.

Om föraren skulle vilja ändra startväxel, så kan detta ske omedelbart innan splitväx- elns synkronisering hunnit bromsa ner kopplingslamellen. Detta kan också göras utan urkoppling av kopplingen (dvs. utan nedtryckning av kopplingspedalen). Om startväxeländring företas med nedtryckt koppling sedan splitväxeln har iskjutits så » - . . .- 10 15 20 524 661 5 n a.. sker detta direkt i huvudväxellådan på samma sätt som med hjälp av det ovannämn- da Opticruise-styrsystemet.

Genom att man tack vare det nya förfarandet får möjlighet att använda en helt osyn- kroniserad huvudväxellåda, eller en huvudväxellåda med bara en eller exv. två syn- kroniseringsanordningar, slipper man ifrån alla (resp. vissa av) de konstruktions- komplicerande, utrymmeskrävande och kostnadshöjande synkroniseringsanordning- ama. Som exempel på synkroniseringskomponenter som därmed blir obehövliga kan nämnas synkroniseringsringar (kopplingskonor, spärrkonor resp. mellankonor) med sina tillhörande hållarelement.

För att exemplifiera den konstruktionsmässiga förenkling som uppnås om en kon- ventionell synkroniserad växellåda kan ersättas av en helt osynkroniserad växellåda, kan följande enkla jämförelse vara belysande.

Vid en vanlig synkroniserad fordonsväxellåda gäller exv. att en synkroniseringsian- ordning, som är placerad mellan ett par närbelägna löphjul på en huvudaxel, primärt omfattar en med axeln vridfast förbunden synkroniseringsmuff bestående av en medbringare i form av ett axelfast synkroniseringsnav försett med en axiellt för- skjutbar synkroniseringshylsa, samt en med resp. angränsande löphjul vridfast för- bunden, tandförsedd kopplingskona, och en mellan navet och kopplingskonan an- ordnad spärrkona. Vid en s.k. enkelsynkronisering av detta allmänna slag erfordras alltså för varje angränsande löphjul såväl kopplingskona som spärrkona, dvs. för varj e löphjul två stycken ringforrniga synkroniseringselement med koniska frik- tionsytor. Om det istället är fråga om en s.k. dubbelsynkronisering tillkommer dess- utom mellankona och innerkona.

Vid en i övrigt likvärdig, men osynkroniserad växellåda gäller istället att mellan de båda närbelägna löphjulen finns en med axeln vridfast förbunden, osynkroniserad växelmuff bestående av ett enkelt, axelfast medbringamav försett med axiellt för- n ...- 10 15 20 12:25 524 661 6 skjutbar kopplingshylsa, samt en med resp. angränsande löphjul vridfast förbunden, spärrtandfórsedd kopplingsskiva. Med en osynkroniserad växellåda bortfaller alltså för varje kopplingsbart löphjul behovet av synkroniseringselement (synkroniserings- ringar) med koniska friktionsytor, vilket för den kompletta växellådan (i jämförelse med en motsvarande, synkroniserad växellåda) innebär en mycket avsevärd kon- struktionsförenkling som leder till mindre utrymmesbehov och lägre vikt, och där- med innebär betydande kostnadsinbesparingar. Dessutom minskar manöverkraftbe- hovet, vilket möjliggör användning av enklare och billigare aktuatorer.

Ytterligare, vidareutvecklande åtgärdssteg för ett förfarande enligt uppfinningen framgår också av de osj älvständiga patentkraven.

Såsom huvudväxeldel kan man sålunda företrädesvis använda en på samtliga sina växlar osynkroniserad huvudväxellåda. I vissa fall kan det vara lämpligt med ett automatiskt iläggande av en förprogrammerad startväxel redan samtidigt med att fordonet stannas. Genom en sådan redan i förväg ilagd startväxel uppnås att näst- kommande start kan ske mycket snabbt. Förfarandet för skrapfri startväxeliläggning kan tillämpas såväl för fordon med vanlig manuellt manövrerbar koppling, som för fordon försedda med automatiserad koppling.

Kort beskrivning av ritningsfrgurema Uppfinningen kommer nu att belysas genom hänvisning till ett schematiskt åskåd- liggjort utförande av de delar av en lastbilsväxellåda med tillhörande datoriserade styrsystem, vilka i första hand berörs av startväxeliläggningsförfarandet enligt upp- finningen.

För ritningsfigurema gäller därvid att: » - . - .- 10 15 20 =III2S 30 524 661 7 nn -~.

Fig. 1 schematiskt visar manöverorgan i en lastbilshytt, ett tillhörande datoriserat styrsystem och en därmed styrd lastbilsmotor med tillhörande växellåda; Fig. 2 visar ett längdsnitt genom växellådans huvudväxeldel, och Fig. 3 visar mycket schematiskt ett system för styrning av en trelägesaktuator var- med huvudväxeldelens splitväxel manövreras.

Beskrivning av fordonsväxellåda där uppfinningen tillämpas I den övre delen av Fig. 1 visas ett område av förarens arbetsplats i hytten till en lastbil. Av de visade manöverorganen är endast några av primärt intresse för förstå- elsen av fórfaringssättet enligt föreliggande uppfinning. Bland dessa kan speciellt nämnas kopplingspedalen 2, bromspedalen 4, gaspedalen 6, växelindikatorn 8 med teckenfönster, växelväljaren 10, och programväljaren 12 för val av Normal- eller Backe-läge.

Det aktuella lastfordonet är försett med ett datoriserat styrsystem 14 för styrning av fordonets drivmotor 18 och växellåda 16, vilken här visas hopbyggd med fordons- motorn 18, som kan vara en dieselmotor. Styrsystemet 14 kan exv. vara av ungefär samma typ som Scanias ”Opticruise”. I motor/växellåda-delen är växellådans 16 in- gående axel betecknad 20, medan dess huvudaxel är betecknad 22, och en utgående axel (från en av huvudaxeln 22 driven planetväxeldel 24) är betecknad 26. En med växellådans ingående axel 20 förbunden kopplingslamell år betecknad 28. Kopp- lingslamellen ingår i den i övrigt inte visade, av föraren via kopplingspedalen 2 ma- növrerade kopplingen.

De mellan å ena sidan pedalema 2, 4, 6, indikatom 8 samt väljarna 10, 12 och, å andra sidan, styrsystemets 14 övre ornråde 14' inritade pilarna representerar signal- vägar från med dessa enheter 2 - 12 samordnade givare. Till styrsystemet 14 är ock- så anslutna ytterligare enheter, av vilka de i detta sammanhang mest intressanta tor- de vara retarder-enheten 30, EDC-enheten 32, avgasbromsen 34, ABS/TC-enheten 36. Mellan styrsystemet 14 och växellådan 16 finns därutöver signalvägar 38, 40, 42 ..._ ~ - ~ - .- 10 15 20 11125 30 524 661 8 och 44 för motorvarvtal, växlingsverkställande, övervakning/kvittering av växlings- rörelser, resp. utgående axelns 26 varvtal.

Hänvisning sker nu till Fig. 2, som visar växellådan 16 i större skala. Förutom den ingående axeln 20 och huvudaxeln 22 omfattar växellådans huvudväxeldel en sido- axel 46, och en backhjulsaxel 48. I huvudväxeldelen är vidare integrerad en 2- växlad splitväxel 50 med tillhörande synkroniseringsanordning 52. På utgångssidan är huvudväxeldelen försedd med en 2-växlad planetväxeldel 24 varav i Fig. 2 för enkelhets skull endast visas solhjulet 54 på huvudaxelns 22 bakre ände. Härutöver omfattar huvudväxeldelen på sedvanligt sätt ett antal löphjul (för de olika utväxling- ama) på huvudaxeln 22 resp. ett antal kugghjul på sidoaxeln 46.

För hopkoppling av önskat löphjul med huvudaxeln (för åstadkommande av önskat utväxlingsförhållande, dvs. den önskade ”växeln”) finns vidare på densamma syn- kroniseringsanordningar och/eller rena kopplingsanordningar utan synkroniserings- förmåga, såsom de i Fig. 2 med 56 och 58 betecknade. Enligt den grundläggande principen för föreliggande uppfinnings starväxeliläggningsförfarande gäller att man som huvudväxeldel använder en flerväxlad huvudväxellâda, som är osynkroniserad på minst en av sina växlar, företrädesvis alla (eller ett flertal av) växlama.

Splitväxeln 50 omfattar ett på axeln 20 nållager-lagrat lågsplitkugghjul 60, synkro- niseringsanordningen 52, det på huvudaxeln 22 rullager-lagrade högsplitkugghjulet 62, samt låg- och högsplitkugghjulen 64 och 66 på sidoaxeln 46. Splitväxelns väx- lingar styrs av en med densamma samverkande trelägesaktuator 68 (dvs. ett ställdon varmed kan åstadkommas tre olika inställningslägen) med vilken kan åstadkommas ett lågsplitläge, ett definierat neutralläge eller ett högsplitläge. När det aktuella last- fordonet stannas, kopplingen urkopplas genom att föraren trycker ner kopplingspe- dalen 2 och växelväljaren 10 förs till sitt neutralläge, åstadkommer nu styrsystemet 14 att splitväxeln 50 omställes till sitt definierade neutralläge, medan däremot hu- vudväxellådan bibehålles med någon av sina växlar (företrädesvis den senast ilagda) . u... . . ~ - .- 10 15 20 his 524 661 9 alltjämt ilagd, innebärande att sidoaxeln 46 och alla löphjulen på huvudaxeln 22 nu står stilla.

Vid nästkommande start urkopplas kopplingen (antingen manuellt av föraren när fordonet har en manuellt manövrerad koppling, eller automatiskt om fordonet är för- sett med automatisk koppling) och önskat splitväxelläge (låg- eller högsplit) iskjutes genom att trelägesaktuatorn 68 ställer in det av föraren valda och/eller av en styren- het beordrade splitläget. Härigenom kommer splitväxelns 50 synkroniseringsanord- ning 52 att utnyttjas till att bromsa växellådans ingående axel 20 och den därmed förbundna kopplingslamellen 28.

I Fig. 3 visas schematiskt ett reglersystem för styming av en trelägesaktuator i detta fall exemplifierad med en enkel typ av trelägescylinder 68, som här visas i axiellt längdsnitt. Denna trelägescylinder omfattar ett cylindriskt hus 70 med gaveländväg- gar 70a och 70b. Inuti cylindern 68 är axiellt fórskjutbart lagrat ett rörelseöverfö- ringselement bestående av dels en centralt anordnad kolvstång 72, som skjuter ut ur huset 70 via en central öppning i ändväggen 70a, dels två på kolvstången 72 för- skjutbart lagrade skivkolvar 74 och 76. På kolvstången är vidare fästa fyra stycken låsringar 78, 80, 82 och 84. Skivkolvarna 74, 76 delar upp husets 70 inre i tre kam- mare, nämligen en högsplitluftkammare 86, en neutralluftkammare 88 och en låg- splitluftkammare 90. I Fig. 3 visas rörelseöverföringselementet i ett neutralläge där kolvarna 74, 76 är isärskjutna mot stopphylsor 92 och 94 innanför gaveländväggar- na 70a och 70b.

I husets 70 mantelvägg finns vidare tre tryckluftsinlopp 100, 102 och 104 för tryck- luftstillförsel till kamrarna 86, 88, 90. Varje tryckluftsinlopp är via en resp. tillhö- rande trycksignalledning anslutet till ett ventilblock 106 (innehållande exv. magnet- styrda ventiler) vilket tillförs tryckluft via en matarledning 108 från en tryckluftkäl- la. Ventilblockets tryckluftsavgivning till kamrarna 86, 88 och 90 styrs av en före- - ...- 10 15 20 524 661 10 trädesvis mikrodatorbaserad styrenhet 110, som kan ingå i eller utgöra del av styrsy- stemet 14.

Om styrenheten 110 nu exv. beordrar tryckluftstillförsel (via inloppet 104) till låg- splitluftkammaren 90 så förskjuts skivkolven 76 först åt höger i figuren tills den stoppas av den på kolvstången fästa låsringen 82, varefter kolvens fortsatta rörelse åt höger medför förskjutning av kolvstången 72 åt höger tills rörelsen stoppas när den fasta låsringen 80 kommer till anliggning mot den mot stopphylsan 92 anlig- gande kolven 74. Kolvstången 72 har därmed fullbordat sitt längdrörelseslag (i rö- relseriktningen H) till sitt lägsplitinkopplingsläge. På motsvarande sätt kan kolv- stången 72 fås att utföra sitt längdrörelseslag (i riktningen V) till högsplitinkopp- lingsläget genom en motsvarande tryckluftstillförsel (via inloppet 100) till högsplit- luftkammaren 86.

När fordonet stannas och kopplingen i samband därmed urkopplas, kan man också samtidigt, genom styrsystemets 14 medverkan, automatiskt åstadkomma att en för- programmerad startväxel ilägges i stället för den då iliggande växeln. Genom ett så- dant automatiskt förfarande kan säkerställas att bästa möjliga förutsättningar skapas för att nästkommande start skall kunna ske snabbt. n ...ß . . . - .-

Claims (6)

10 15 20 524 661 11 .; --- Patentkrav

1. F örfarande för startväxeliläggning vid fordonsväxellåda (16) i ett fordon, spec. lastbilsväxellåda, vilken omfattar en med ingående axel (20), huvudaxel (22), sido- axel (46) och backhjulsaxel (48) försedd huvudväxeldel med integrerad, åtminstone Z-växlad splitväxel (50) för låg- och högsplit, och krypväxel, samt en företrädesvis 2-växlad, synkroniserad planetväxeldel (24) med låg- resp. högväxelområde (låg- resp. hög- range), kännetecknat av att såsom huvudväxeldel utnyttjas en flerväxlad, på åtminstone en av sina växlar osynkroniserad huvudväxellåda, att den med synkronisering (52) försedda splitväxeln (50) styrs av en dänned samverkande trelägesaktuator (68), medelst vilken, förutom ett låg- resp. ett hög- splitläge, ett definierat neutralläge är inställbart i splitväxeln, att när fordonet stannas, en koppling urkopplas och en växelväljare i fordonet (10) förs till neutral, så omställes splitväxeln (50) till neutral medan huvudväxellå- dan bibehålles i annat läge än neutral, innebärande med någon växel ilagd, att vid nästkommande start urkopplas kopplingen och önskat splitväxelläge iskjutes genom manövrering av trelägesaktuatom (68) varvid splitväxelns (50) syn- kronisering (52) utnyttjas till att bromsa växellådans ingående axel (20) och en där- med förbunden kopplingslamell (28), varigenom splitväxeln (50), omedelbart efter denna bromsning, är iläggbar med stillastående sidoaxel.

2. F örfarande enligt krav 1, kännetecknat av att en på två eller flera av sina väx- lar, företrädesvis samtliga sina växlar, osynkroniserad huvudväxellåda utnyttjas som huvudvåxeldel.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att när fordonet stannas och kopplingen i samband därmed urkopplas, så ilägges samtidigt automatiskt en för- aa-- . - . . .- 10 15 524 661 12 -t- n.. programmerad startvåxel för att optimera förutsättningarna för att nästkommande start skall kunna ske så snabbt som möjligt.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att såsom koppling an- vänds en av fordonets förare, via en kopplingspedal (2), manuellt manövrerbar koppling.

5. Förfarande enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att såsom koppling an- vänds en helt automatiserad koppling.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att såsom trelå- ges-aktuator (68) används ett via styrsystemet (14) ventilstyrt treläges stålldon av kolvcylindertyp, företrädesvis en magnetventilstyrd tryckluftcylinder. a -...