便于坡道起步的机动车传动系统

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本发明涉及一种机动车传动系统，特别是一种有利于机动车在上坡路面起步的传动系统。
下面以普通汽车为例，对这种系统加以说明，但这种说明同样适用于坦克、装甲车、特种汽车、拖拉机、自走式工程机械及自走式农林机械等机动车辆。
现在的汽车在上坡路面短暂停车后，如果发动机没有熄火，再起步时，要进行以下操作：一、拉紧手制动器;二、松开脚制动器;三、踏下离合器并挂档;四、适当加油，缓慢放松离合器，同时缓慢松开手制动器。在以上几步操作中，最关键的是第四步。这时需要两只脚和一只手协调配合，才能实现平稳起步。如果配合不好，或者发生向后倒溜车，或者汽车向前闯动严重，或者憋灭发动机。在这个过程中，司机的大脑要同时协调两只脚和一只手的动作速度，确是需要训练有素才行。然而，即使是训练有素的司机，在开一辆不太熟悉的新车时，也很难保证满意地完成上述动作。
在汽车上增加便于上坡道起步的装置，这在汽车文献中已经有了很多的方案，但这些方案多是从制动器与离合器的相互联动中想办法。基本的出发点是踏下离合器踏板时把制动器锁住，等松开离合器踏板时，再自动解除制动力。这些方案中，有的比较简单，但效果不太可靠。有些方案虽然设计完美，但又失之复杂，本发明则避开制动系统，而从传动系统想办法，提出一种简单可靠的方案。
本方案如图1所示，它只是在变速箱〔4〕的第一轴〔2〕上增加了一套阻止该轴逆转的机构〔3〕，就构成了本发明的主体。这种机构可以是图2所示的棘轮棘爪机构，也可以是超越式单向锁止机构（即外圈固定不转的超越式离合器，或称自由轮）。装设这种机构以后，该轴就只能正向转动，不能逆向转动。
下面分析一下为什么这种系统能够有利于汽车在上坡路面上起步。
为此，我们来看一下变速箱内的第一轴的转动方向。由于第一轴与离合器的从动部分直接相连，因此，在正常行驶时，无论是发动机驱动汽车行驶，还是汽车靠惯性溜车行驶（这时发动机起制动作用），第一轴总是向同一个方向转动，我们称之为正转。只在两种情况下它才会出现逆转。第一种情况是挂着前进档时汽车却向后方溜车，这种情况一般是在上坡路上起步时手脚配合不好而引起。第二种情况是挂着倒档时汽车却向前方溜车，这种情况多是向坡上倒车时起步动作配合不好而引起。由此看出，第一轴逆转与坡道起步密切相关，在上坡路上起步时发生了倒溜车，也就发生了第一轴的逆转，如果能限制第一轴的逆转，也就能限制起步时的倒溜车。
我们在第一轴上装设止逆机构以后，只要在松开制动器（手制动或脚制动）之前先踏下离合器挂上前进档，再松开制动器时，止逆机构就会进入单向锁止状态，起到阻止倒溜车的作用，这就相当于在车轮下打了眼。起步时，只要左脚控制离合器，右脚控制油门即可起步，这跟平路起步完全相同，不再需要手制动器的协调配合，也就达到了简化操作的目的。
尤其需要指出的是，汽车采用本方案后，在坡道陡，车速低的情况下，甚至完全不用制动器就能反复地停车和起步，因为这时惯性小，而阻力大，踏下离合器时汽车就会停下，而倒溜又不可能，所以短暂停车可以只踏下离合器就行。这种性能将给行驶带来方便。比如在遇到狭窄危险的上坡道路时，可以利用踏离合器停车，松离合器起步的简单方法，及时准确地调整行驶方向，一步一停地向上爬，顺利通过险区。这种优点是其它的坡道起步系统所达不到的，因为其它方案都需要踏动制动器才能停稳车。要做到一步一停非常不容易。
另外，采用此方案后，如果挂上倒档向坡上倒车，同样具有前述的优越性。所以说，这种车辆具有这样的特性：挂上前进档就只能向前走（包括靠惯性或下坡路向前溜车），挂上倒档就只能向后倒，挂上空档可以自由溜车。
以上是对本方案的原理和性能做了说明，下面对恍┚咛迳杓莆侍饨兴得鳌?汽车在上坡路面起步时，一般总是从第一档挂起，个别情况下需要用倒档起步（向坡上倒车），所以，止逆装置只要能在挂第一档和倒档时起作用就可满足一般要求。让它在其它档位也起作用，不但没有实际意义，而且还会带来一些副作用，影响机构的寿命和可靠性。为了实现只在一、倒档上使用止逆装置，应该让棘爪的动作受换档机构的控制，当挂上一、倒档时，棘爪被允许落入棘轮的齿谷中，参加工作。而其它档位时（包括空档），要限制它的动作，使其不能与棘轮接触，该机构完全脱开。
换档机构对棘爪的控制可以有多种方案。图2是其中的一种。当挂上一、倒档时，电磁铁〔6〕断电，棘爪〔5〕被棘爪弹簧〔7〕压向棘轮〔8〕，参与工作，当挂上其它档位时，电磁铁通电，把棘爪拉开，机构脱开。
另一种方案与上述方案相反，当电磁铁通电时，把棘爪压向棘轮参与工作，断电后靠弹簧使棘爪脱开。
还可以用一个手动开关来控制电磁铁电路的通断，当汽车行驶在平原时，通过开关脱开止逆装置，到需要时，再使之投入工作。
控制棘爪的动作，也可以只使用机械的方法，即由换档机构直接去操纵它。这可以省去电器原件，缺点是机械部分要复杂些。
在针对具体车辆设计止逆机构时，需要对其进行强度验算，计算中必然要考虑到止逆机构的锁止力矩，这个计算力矩应该大于离合器所能传递的最大力矩，以便在遇到偶然发生的发动机“打倒车”时，可以由离合器来保护止逆机构。至于在坡道停车时从车轮反传到止逆机构上的逆转力矩，一般不会太大，这是因为轮胎与路面的附着能力是有限的，即使在附着状况良好的条件下，从轮胎传到第一轴的力矩也会因一、倒档的传动比较大而变的较小，不致于超过从离合器传来的力矩。
止逆机构锁止时，第一轴一般要先逆转一个角度，对机构产生一个冲击力，但该冲击力不会太大。这是因为逆转角度很小，不超过一个棘齿所对的角度，再换算到车轮上将是更小的一个角度，所以车轮逆转轻微。再考虑到悬挂系和传动系的弹性对该冲击都有缓冲作用，所以，冲击力不会太大，为了尽可能地降低这种冲击，最好在传动轴上使用橡胶联轴节，必要时，也可以在棘爪的支承轴处使用橡胶缓冲垫。
当采用棘轮棘爪机构时，挂上一、倒档行驶时，会发出“嗒、嗒”的声音，如欲降低这种声音，可以在棘齿谷底或棘爪上装橡胶缓冲块，使棘爪落入齿谷时被缓冲消音。也可以用弹簧片缓冲消音。好在汽车用一、倒档行驶的机会总是很少，有轻微的声音不但不会产生太大的问题，反倒能提供机构工作是否正常的信号。
当采用超越式单向锁止机构时，必须采用适当的方法来限制液子在槽中的动作，使之能在需要时参与工作，在不需要时被脱开。具体方法属于一般设计问题，不需更详细的说明。
在前面的说明中，总是把止逆装置设在变速箱的第一轴上，这只是为了叙述上的方便。其实，在很多的变速箱中，第一轴（动力输入轴）与第二轴（动力输出轴）之间都设有中间轴，并且，中间轴与第一轴常常用一对常啮合齿轮传动，这时，两轴具有要转都转，要停都停的传动关系（以下称之为定比传动），限制中间轴逆转与限制第一轴逆转有相同的功能，所以止逆装置也可以布置在中间轴上。在有同步器的变速箱内，第二轴上的各档齿轮多是空套在该轴上的，这些齿轮与中间轴上的齿轮处于常啮合状态，所以，止逆装置也可以装在这些齿轮上。总之，只要与第一轴呈定比传动关系的轴和齿轮，都可以做为止逆装置的安装部位，设计时应根据具体情况确定最佳位置。必要时，还可以专门增设一条轴，用来安装止逆装置，这种专设的轴称为止逆轴。
显而易见，止逆机构安装在不同的轴上，所受的力矩是不同的，计算中应做相应的换算。
采用棘轮棘爪机构时，一般需要制造棘轮，但是，通过适当设计棘爪的形状、尺寸和安装方式，甚至可以利用变速箱内原有的齿轮兼做棘轮用，这样将使结构进一步简化，只需要增加一个棘爪和一些控制零件就可以实施本发明。