ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ БЛОК ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ И УПРАВЛЕНИЯ УКАЗАННОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ
FUNCTIONAL UNIT FOR GEARBOX SWITCHING AND GEARBOX CONTROL

Изобретение относится к устройству управления, по меньшей мере, одной коробкой передач в трансмиссии, содержащему корпус, который содержит на стороне присоединения к коробке передач присоединительный элемент для присоединения устройства управления к управляемой коробке передач, а, по меньшей мере, на одной другой стороне - по меньшей мере, один присоединительный элемент для электронного блока управления и/или актуатора.
Такие устройства управления обычно используются в автоматических коробках передач. Родовые устройства управления обычно содержат большое число элементов для включения соответствующих передач в управляемой коробке. В большинстве случаев предусмотрены, по меньшей мере, два актуатора, причем один из них используется для выбора коридора переключения, а другой - для выбора передач. Из-за различных актуаторов и реализации механических путей такие устройства управления требуют, как правило, большого конструктивного пространства. С одной стороны, недостатком уже является размер родовых устройств, а, с другой стороны, традиционная конструкция также приводит к недостаткам при необходимом демонтаже компонентов, например в случае обслуживания или неисправностей.
Из DE 102010009338 А1 известен, например, исполнительный механизм коробки передач, в котором предусмотрены исполнительный цилиндр выбора коридора для перемещения элемента выбора передач вдоль коридора выбора и исполнительный цилиндр выбора передач для перемещения элемента выбора передач вдоль соответствующих коридоров переключения для включения передач. Предложено упростить конструкцию за счет того, что для коридора выбора предусмотрен фиксатор, так что исполнительный цилиндр выбора коридора вместо соответствующего коридорам переключения числа положений может быть выполнен в виде цилиндра всего с двумя положениями, а промежуточные положения удерживаются фиксатором.
Исполнительный механизм коробки передач другой конструкции раскрыт в DE 102006005249 А1. Он содержит переключающий вал, перемещающийся вдоль своей продольной оси посредством актуатора. На валу прочно установлен переключающий палец. При осевом перемещении вала палец совпадает со штоком вилки переключения передач. Посредством дополнительного, сочлененного с валом актуатора вал поворачивается вокруг своей продольной оси, в результате чего палец приводится в зацепление с соответствующим штоком вилки переключения передач и перемещает его для включения передачи. Вокруг пальца расположено блокировочное устройство, которое служит для удержания невыбранных штоков вилок переключения передач посредством упора в нейтральном положении. Эта конструкция, в принципе, зарекомендовала себя, однако в зависимости от ситуации монтажа она также требует большого конструктивного пространства.
Задачей изобретения является создание устройства управления, по меньшей мере, одной коробкой передач в трансмиссии описанного выше рода, которое имело бы более компактную конструкцию, в частности меньшее число деталей, и которое, в частности, позволяло бы заменять отдельные элементы более простым образом. В частности, в таком устройстве управления должно быть минимизировано число внешних кабелей и/или шлангов.
Эта задача, исходя из устройства управления, по меньшей мере, одной коробкой передач, в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы, решена посредством отличительных признаков. В нижеследующих зависимых пунктах формулы приведены предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Изобретение заключает в себе то техническое решение, что устройство управления, по меньшей мере, одной коробкой передач содержит установленный на корпусе исполнительный элемент, который для выбора передачи коробки передач перемещается в первом направлении, а для выбора коридора коробки передач - во втором направлении, отличном от первого направления.
Этим достигается существенно более компактная конструкция. Все устройство управления ограничено корпусом, а исполнительный элемент установлен на корпусе. При этом исполнительный элемент установлен на корпусе преимущественно непосредственно или косвенно. Согласно изобретению, исполнительный элемент перемещается для выбора передачи коробки передач в первом направлении, а для выбора коридора коробки передач - во втором направлении. Второе направление отличается от первого направления. Перемещение включает в себя как поступательные, так и вращательные движения, т.е. движения возвратно-поступательно по прямой траектории, а также поворотные движения возвратно-поступательно вокруг определенной оси. Эти движения могут быть также комбинированными. Кроме того, может быть предусмотрено также перемещение по криволинейной траектории. Для совершения движений предусмотрены преимущественно два актуатора, причем, в частности, каждый актуатор предназначен для перемещения исполнительного элемента в одном из направлений.
В первом предпочтительном варианте исполнительный элемент установлен на корпусе посредством исполнительной оси, причем исполнительный элемент установлен с возможностью вращательного движения вокруг нее. Согласно этому варианту, вторым направлением, в котором исполнительный элемент перемещается для выбора коридора коробки передач, является поступательное направление исполнительной оси. Исполнительный элемент преимущественно, по меньшей мере, частично фиксирован на исполнительной оси в осевом направлении, так что он может подхватываться при ее осевом перемещении. Сама исполнительная ось установлена преимущественно непосредственно на корпусе и проходит преимущественно, по меньшей мере, частично через него.
Далее предпочтительно предусмотрен проходящий, по меньшей мере, частично через корпус поршневой шток, который находится в зацеплении с исполнительным элементом таким образом, что последний поворачивается вокруг оси, в частности вокруг исполнительной оси. Посредством поршневого штока исполнительный элемент движется в первом направлении, т.е. здесь поворачивается, для включения, таким образом, передачи. В принципе, для этого может быть взята любая подходящая ось поворота. Однако простейшее решение с минимальным числом деталей достигается за счет того, что в качестве оси поворота берется исполнительная ось. Поршневой шток проходит, по меньшей мере, частично через корпус и установлен преимущественно непосредственно на нем. Поршневой шток соединен преимущественно с подходящим актуатором, который предназначен для перемещения поршневого штока вдоль его продольной оси. Зацепление между поршневым штоком и исполнительным элементом может достигаться, например, за счет подходящих соединительных средств, таких как поворотный соединительный орган, или за счет соответствующей пары выемка/выступ.
В одном предпочтительном варианте исполнительный элемент содержит палец для коробки передач, который выходит через отверстие в стороне корпуса для присоединения коробки передач из корпуса для вхождения в нее. В соответствии с этим корпус имеет на одной стороне, т.е. стороне присоединения к коробке передач, отверстие, через которое устройство управления соединяется или стыкуется с управляемой коробкой передач трансмиссии. Геометрия отверстия выбрана так, что устройство управления устанавливается непосредственно в существующем месте присоединения существующей управляемой коробки передач. Преимущественно для этого на корпусе устройства управления в зоне отверстия предусмотрены подходящие монтажные элементы, например центрирующие отверстия и/или штифты, резьбовые отверстия и/или шпильки, сквозные отверстия для винтов, винты и т.п. Палец исполнительного элемента для коробки передач выходит из этого отверстия таким образом, что он может входить в функциональное зацепление с управляемой коробкой передач, благодаря чему устройство управления может управлять ею. Также за счет этого варианта достигается компактная конструкция с меньшим числом деталей. Устройство управления стыкуется с коробкой передач непосредственно через отверстие в корпусе, так что дополнительные монтажные средства не нужны.
Согласно другому предпочтительному варианту, управляющий элемент имеет выступ для зацепления, который входит в выемку поршневого штока и проходит напротив пальца для коробки передач от основы исполнительного элемента, причем исполнительная ось проходит между выступом для зацепления и пальцем для коробки передач через основу. Следовательно, исполнительный элемент имеет на своей основе два выступа: один образует палец для коробки передач, а другой - выступ для зацепления. Основа имеет выемку, преимущественно сквозное отверстие, через которое проходит исполнительная ось. Выступ для зацепления выполнен преимущественно таким образом, что между поршневым штоком и исполнительным элементом достигается, в основном, лишенная момента и поперечного усилия связь. При этом выступ для зацепления и поршневой шток соединены между собой преимущественно непрочно, напротив, передача усилия происходит только за счет контакта между обоими элементами. Сам по себе исполнительный элемент выполнен преимущественно цельным, например из металла, такого как сталь. За счет этого достигается упрощенная и очень компактная конструкция. В то же время исполнительный элемент находится в непосредственном соединении как с поршневым штоком для перемещения исполнительного элемента в первом направлении, так и с исполнительной осью для его перемещения во втором направлении. Косвенная передача усилия и движения предотвращена, благодаря чему можно уменьшить также число деталей.
При этом на основе исполнительного элемента преимущественно расположен также первый фиксатор, а на корпусе - второй ответный фиксатор, так что исполнительный элемент может фиксироваться на корпусе в среднем положении. Это является предпочтительным для удержания исполнительного элемента в нейтральном положении, когда не включена никакая передача. Например, основа исполнительного элемента имеет боковой выступ с приблизительно конусообразным углублением. На корпусе в выемке может быть тогда установлен, например посредством пружины, ответный, снабженный конусообразным выступом фиксатор. Разумеется, возможны и другие конфигурации, например боковое углубление в исполнительном элементе и плоская пружина на корпусе, снабженная выполненным для вхождения в это углубление выступом. В качестве альтернативы предпочтительно также использование кулисной направляющей для фиксации исполнительного элемента в среднем положении.
Другой предпочтительный вариант характеризуется тем, что поршневой шток взаимодействует с пневмопоршнем, который закреплен на корпусе и предназначен для перемещения поршневого штока. Следовательно, пневмопоршень служит актуатором для перемещения поршневого штока. Преимущественно пневмопоршень предназначен для бесступенчатого перемещения поршневого штока. Посредством поршневого штока выбирается передача коробки передач. Поскольку здесь в зависимости от выполнения управляемой коробки передач могут возникнуть различные пути перемещения или поворота исполнительного элемента, предпочтительно выполнить пневмопоршень бесступенчатым. Преимущественно среднее положение исполнительного элемента определяется и достигается за счет упоров в самом пневмопоршне путем подачи сжатого воздуха. Согласно этому предпочтительному варианту пневмопоршень закреплен на корпусе. Для этого корпус имеет либо предназначенный для этого присоединительный элемент на одной стороне, либо пневмопоршень непосредственно интегрирован в корпус. В целом пневмопоршень образует с корпусом блок, который в качестве конструктивного элемента присоединяется в месте присоединения управляемой коробки передач. Также за счет этого достигается компактная конструкция, и устройство управления можно в случае необходимости простым образом заменить или демонтировать.
Кроме того, в одном предпочтительном варианте предусмотрен расположенный на корпусе или интегрированный в него актуатор исполнительной оси, который предназначен для ее перемещения вдоль ее продольной оси, по меньшей мере, в четыре определенных положения. Исполнительная ось служит для перемещения исполнительного элемента в соответствии с выбираемыми коридорами коробки передач. Для этого требуется перемещать исполнительный элемент в определенные положения, соответствующие коридорам коробки передач. Многие коробки передач имеют четыре коридора, поэтому предпочтительно, что актуатор предназначен для перемещения исполнительной оси вдоль ее продольной оси, по меньшей мере, в четыре определенных положения. В коробках передач только с двумя или тремя коридорами предпочтителен поэтому актуатор исполнительной оси, который предназначен для ее перемещения вдоль ее продольной оси соответственно в два или три определенных положения. Такой актуатор может быть выполнен, например, в виде четырехпозиционного цилиндра (пневмо-, гидро- или электромеханического). За счет того, что актуатор исполнительной оси расположен на корпусе или интегрирован в него, также достигается компактная конструкция, а устройство управления устанавливается на управляемой коробке передач в виде компактного блока.
В одном предпочтительном варианте устройство управления содержит электронный блок управления (ECU), который посредством присоединительного элемента корпуса для него расположен на корпусе и соединен с ним. Корпус имеет для этого с одной стороны присоединительный элемент, который предназначен для размещения ECU. ECU содержит преимущественно как аппаратные, так и программные компоненты для управления управляемой коробкой передач. ECU находится преимущественно в функциональном соединении с переключающим актуатором и актуатором исполнительной оси и вынуждает их перемещаться в положения, необходимые для включения соответствующей передачи.
За счет того, что ECU не интегрирован в корпус, а соединен с ним с помощью предусмотренного на нем для этого присоединительного элемента, ECU легко снимается или заменяется для обслуживания или в случае ремонта. Кроме того, благодаря такой конфигурации достигается компактная конструкция, которая в значительной степени обходится без дополнительного кабеля (например, между корпусом и ECU). Однако, возможно также интегрировать ECU непосредственно в функциональный блок, чтобы достичь еще более компактной конструкции.
Согласно другому предпочтительному варианту, устройство управления отличается одним или несколькими присоединительными элементами на корпусе, которые предназначены для размещения других функциональных блоков, устанавливаемых непосредственно на корпусе. Такие функциональные блоки включают в себя в зависимости от выполнения управляемой коробки передач, например, управление сцеплением, контроль ходов пневмопоршня и/или актуатора исполнительной оси, блок управления групповым исполнительным блоком, блок управления исполнительным блоком Split, блок управления, по меньшей мере, одним отдельным синхронизатором, блок управления, по меньшей мере, одним РТО-устройством (устройство отбора мощности), блок управления, по меньшей мере, одним тормозом-замедлителем, блок управления, по меньшей мере, одним внешним источником энергии, блок управления, по меньшей мере, одним блокировочным устройством в трансмиссии (например, блокировкой дифференциала). Все эти функциональные блоки функционально соединяются непосредственно с корпусом преимущественно посредством предусмотренных на нем присоединительных элементов и образуют с устройством управления блок. За счет того, что функциональные блоки соединяются с корпусом непосредственно, т.е. без дополнительных кабелей и/или шлангов, достигается модульная компоновка всего устройства управления, которое имеет, в целом, компактную конструкцию и отдельные элементы которого заменяются в случае необходимости простым образом. Дополнительные кабели и/или шланги в самой значительной степени не нужны.
Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью двух примеров его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - перспективный вид устройства управления вместе с ECU в первом варианте;
фиг. 2 - другой перспективный вид устройства управления в первом варианте;
фиг. 3 - разрез устройства управления в первом варианте;
фиг. 4 - перспективный вид устройства управления во втором варианте.
На фиг. 1 и 2 устройство управления 1 содержит корпус 2 со стороной 3 присоединения к коробке передач. Корпус 2 имеет в этом примере (фиг. 1-3), в основном, прямоугольную форму. За счет этого он имеет компактную конструкцию, и на нем простым образом могут устанавливаться другие дополнительные функциональные блоки. В стороне 3 корпуса 2 выполнено отверстие 4 (фиг. 1). Вокруг него расположены восемь монтажных элементов 5 (только один из них обозначен ссылочной позицией; см. также фиг. 2), так что устройство управления 1 с помощью стороны 3 устанавливается непосредственно в месте присоединения управляемой коробки передач (не показана).
Внутри корпуса 2 расположен исполнительный элемент 6. Он содержит палец 7, выходящий от него из корпуса 2 через отверстие 4. Этот палец предназначен для вхождения в коробку передач в месте соединения. Исполнительный элемент 6 подвижно установлен на корпусе 2 посредством проходящей через него исполнительной оси 8. Последняя приводится в действие актуатором 9 и может перемещаться во втором направлении R2. Актуатор 9 выполнен в виде четырехпозиционного цилиндра, который может перемещать исполнительную ось 8 вдоль ее продольной оси в четыре определенных положения. Исполнительный элемент 6 прочно соединен с исполнительной осью 8 в ее осевом направлении, так что он при ее перемещении также перемещается во втором направлении R2. Кроме того, в корпусе 2 могут быть размещены датчики для измерения пути перемещения исполнительной оси 8. Актуатор 9 интегрирован в корпус 2 рядом с отверстием 4. Этим достигается компактная конструкция.
Устройство управления 1 содержит также пневмопоршень 10 (см. также фиг. 2), посредством которого исполнительный элемент 6 поворачивается вокруг исполнительной оси 8, перемещаясь, таким образом, в первом направлении R1, как это более подробно описано со ссылкой на фиг. 3. Пневмопоршень 10 соединен с питающим блоком 11, имеющим присоединительный элемент 12 для сжатого воздуха. В питающем блоке 11 размещены необходимые для управления пневмопоршнем 10 трубопроводы и электромагнитные клапаны. Питающий блок 11 может дополнительно содержать датчики, которые регистрируют путь перемещения или другие параметры пневмопоршня 10. Пневмопоршень 10 и питающий блок 11 установлены непосредственно на корпусе 2. Для этого тот имеет сторону 13, которая предназначена для размещения пневмопоршня 10 вместе с питающим блоком 11 и на которой предусмотрены соответствующие присоединительные элементы.
На другой стороне 14 корпуса 2 расположен электронный блок управления (ECU) 15 (фиг. 1 и 2). ECU 15 соединен как с корпусом 2, так и непосредственно с питающим блоком 11 пневмопоршня 10 с помощью присоединительного элемента 16. ECU 15 содержит необходимые для управления коробкой передач электронные аппаратные компоненты. В данном примере (фиг. 1-3) ECU 15 включает в себя управляющую программу и может иметь предпочтительные, обусловленные приложением параметры. Кроме того, ECU 15 обрабатывает сигналы датчиков актуатора 9 и пневмопоршня 10 и управляет электромагнитными клапанами в питающем блоке 11 для работы пневмопоршня 10, а также электромагнитными клапанами для работы актуатора 9. Электромагнитные клапаны для работы актуатора 9 размещены в корпусе 2 и, по меньшей мере, частично соединены пневматически и электрически с ECU 15 и/или питающим блоком 11. ECU 15 может включать в себя далее пневматические устройства сопряжения для подачи и выпуска воздуха из внешних исполнительных блоков (например, Split или Range). Кроме того, ECU 15 может содержать устройства сопряжения с автомобилем и/или управляемой коробкой передач (подача энергии: сжатый воздух, напряжение, ток). Также ECU 15 может иметь присоединительный элемент для передачи данных автомобиля (CAN). Для этого в данном примере ECU 15 имеет присоединительный элемент 17.
На фиг. 3 видны точное расположение и принцип действия исполнительного элемента 6. Он содержит основу 18, через которую проходит исполнительная ось 8. Последняя служит, с одной стороны, как уже пояснялось со ссылкой на фиг. 1, для осевого перемещения исполнительного элемента 6, а с другой стороны, - в качестве оси его поворота. За счет этого исполнительный элемент 6 движется или поворачивается в первом направлении R1. За счет поворотного движения в первом направлении R1 и включается передача.
От основы 18 проходят как палец 7 для коробки передач, так и выступ 19 для зацепления. В этом примере выступ 19 расположен точно напротив пальца 7 (по отношению к исполнительной оси 8). В других примерах могут быть предусмотрены другие расположения. Выступ 19 входит в выемку 20 поршневого штока 21, приводимого в действие пневмопоршнем 10. Выемка 20 выполнена, в основном, в виде прямоугольного паза. Выступ 19 выполнен на соседнем с основой 18 участке, в основном, в форме усеченного конуса и имеет на своем дистальном конце частично шарообразную головку. За счет этого при осевом перемещении поршневого штока 21 головка может обкатываться по внутренней поверхности выемки 20. Этим достигается равномерная и точная передача усилия, в основном, лишенная момента и поперечного усилия. Соответствующие конечные положения при перемещении исполнительного элемента 6 в направлении R1 определяются либо упорами в пневмопоршне 10, либо упорами в корпусе 2. Для поддержки поршневой шток 21 установлен своим концом 22 в выемке 23, выполненной здесь в виде глухого отверстия. За счет отношения плеч рычага на пальце 7 можно целенаправленно устанавливать передаточное отношение между движением переключения переключающего поршня и движением переключения в коробке передач.
Сбоку (слева на фиг. 3) на основе 18 исполнительного элемента 6 расположен выполненный в виде фиксирующего выступа 24 фиксатор. Этот фиксирующий выступ 24 имеет на своем удаленном от основы 18 конце углубление. На корпусе 2 предусмотрен направленный на исполнительный элемент 6, ответный фиксирующему выступу 24 фиксатор 25, который посредством спиральной пружины упруго установлен на корпусе 2 и имеет на своем конце закругленное острие, которое может входить в углубление фиксирующего выступа 24. В фиксированном положении на фиг. 3 исполнительный элемент 6 находится в среднем положении.
На фиг. 4 изображен второй пример выполнения устройства управления 1, причем одинаковые или похожие элементы обозначены теми же ссылочными позициями. В остальном ссылка в полном объеме дается на описание к фиг. 1-3.
Устройство управления 1 также содержит корпус 2 со стороной 3 присоединения к коробке передач. На фиг. 4 сторона 3 скрыта, однако также имеет отверстие, из которого выходит палец для коробки передач (не показаны). Устройство управления 1 также содержит актуатор 9 исполнительной оси и пневмопоршень 10 с питающим блоком 11, которые здесь расположены, однако, на двух противоположных сторонах корпуса 2. На пневмопоршне 10 расположен электронный блок управления (ECU) 15, функционально соединенный с ним. Поскольку актуатор 9 расположен на противоположной стороне корпуса 2, в данном примере требуется предусмотреть кабель 26 от ECU 15 до актуатора 9 для передачи на него исполнительных сигналов. В отличие от устройства управления 1 в первом примере (фиг. 1-3) устройство управления во втором примере (фиг. 4) содержит переключающий актуатор 27. Он установлен на корпусе 2 и функционально соединен с ECU 15. Актуатор 27 формирует сигналы переключения для автоматической коробки передач.
В данном примере ECU 15 содержит электронику с программными средствами для управления автоматическим переключением передач посредством актуатора 27. Преимущественно ECU 15 содержит также электромагнитные клапанные блоки для управления внешними исполнительными блоками для всего устройства управления 1, а также электромагнитные клапанные блоки для управления внешними исполнительными блоками для включения Split и/или для приведения в действие сцепления. Кроме того, ECU 15 содержит преимущественно также устройство сопряжения для присоединения датчика пути для исполнительного блока сцепления.
Все размещенные на расположенном по центру корпусе 2 функциональные модули (ECU 15, пневмопоршень 10, актутатор 9 исполнительной оси, переключающий актуатор 27 и т.д.) выполнены предпочтительно заменяемыми. Это дает то преимущество, что эти функциональные модули могут устанавливаться по отдельности и в случае выхода из строя одного модуля в автомобиле он может быть заменен. Кроме того, эта концепция в любое время обеспечивает обусловленные приложением подгонки и/или расширения функций. Далее предпочтительно, что за счет выбранной модульной конструкции функциональных блоков долю внешних кабелей и шлангов можно уменьшить до минимума по сравнению с уровнем техники.