CN101210614A - 自动换挡装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动换挡装置，包括驱动装置、传动装置、换挡凸轮及执行装置，其中，所述执行装置包括轴线方向平行于所述换挡凸轮的轴线方向的拨叉轴、活动连接于所述拨叉轴且可沿所述拨叉轴轴向移动的至少一个拨叉以及与所述至少一个拨叉中的每个拨叉固定连接的滑块，所述换挡凸轮的外圆周表面具有至少一条凹槽，所述每个滑块位于各自对应的凹槽内，所述凹槽中的每个凹槽具有至少一个波峰和/或一个波谷。按照本发明的自动换挡装置，挡位的数目通过在凸轮的外圆周表面上凹槽的变化来实现，因而，克服了现有技术中换挡凸轮制造成本较高、难以制造的缺陷。此外，换挡仅通过拨叉在拨叉轴上的轴向移动，而不需要另外的转动，因而具有较高的可靠性。

Description

自动换挡装置

技术领域

本发明涉及一种变速器的自动拨挡装置。

背景技术

在传统的手动挡车辆中，驾驶者需要根据不同的路况不断调整变速箱的传动比，从而使车辆总是在较佳的运行状态中运行。而变速箱传动比的调整是驾驶者通过拨动变速杆以改变变速箱的挡位(即换挡)来实现的。

然而，驾驶者在驾驶过程中需要集中精力观察道路的路况及车况，同时需要驾驶者不断拨动变速杆，这无疑会分散驾驶者的注意力。而且，由于根据路况进行换挡需要逐渐熟练的过程，因而，对于刚刚接触车辆的学车的人们来说，手动换挡成为不小的障碍。

目前，已经有越来越多的自动换挡装置应用于车辆中来。中国专利ZL97226477.9公开了一种自动换挡控制器，如图1所示，该自动换挡控制器包括凸轮1与摇臂2，所述摇臂2固定于伸出变速箱的变速拨叉杆3上，所述凸轮1设在变速拨叉杆3周围并与该变速拨叉杆3轴线平行，凸轮1的半径大小在圆周内分为若干段，每段内的半径相同，段数与变速箱挡位变化时需选挡数相同，在每段半径相同的凸轮1圆周面上都设有正弦曲线形槽，该形槽的弦高为拨挡行程，所述摇臂2的另一端伸在该槽内。

凸轮1的转动由电机驱动，由于半径不同，凸轮1的外圆周面升高或降低，使摇臂2与凸轮1接触的一端升高或降低，从而带动拨叉杆3转动一个角度，完成选挡动作，同时根据槽的形状，凸轮带动摇臂插在槽内的一端沿凸轮1的轴向移动，从而完成拨挡动作。

然而，在该技术方案中，凸轮1仅具有一个槽，需要将凸轮1分为半径不同的多段(与变速箱选挡数目相等)，从而大大增大了该凸轮1的制造难度以及制造成本，且凸轮1加工出不同多段半径后，各段位之间很难有合适的曲线平滑过渡，因此摇臂2在进行选挡时冲击较大。此外，摇臂2既要以自己的支撑点作转动进行选挡，又要沿自身的轴向作平行移动进行拨挡，因而摇臂2同时完成选挡与拨挡动作，所以摇臂2的可靠性较低，该自动换挡控制器的动作精度较低。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有的自动换挡装置中，可靠性较低而且凸轮制造成本及制造难度较大的缺陷，而提供一种可靠性较高、制造和操作简便的自动换挡装置。

本发明提供了一种自动换挡装置，该装置包括驱动装置、传动装置、换挡凸轮及执行装置，所述驱动装置通过传动装置驱动所述换挡凸轮转动，其中，所述换挡凸轮为半径一致的圆柱体，所述执行装置包括轴线方向平行于所述换挡凸轮的轴线方向的拨叉轴、活动连接于所述拨叉轴且可沿所述拨叉轴轴向移动的至少一个拨叉以及与所述至少一个拨叉中的每个拨叉固定连接的滑块，所述换挡凸轮的外圆周表面具有至少一条凹槽，所述每个滑块位于各自对应的凹槽内，所述凹槽中的每个凹槽具有至少一个波峰或一个波谷。

按照本发明提供的自动换挡装置，驱动装置通过传动装置驱动换挡凸轮转动，由于在换挡凸轮的外圆周表面具有至少一条凹槽，与拨叉固定连接的滑块位于对应的凹槽内，这样，当换挡凸轮转动时，凹槽可以通过具有的波峰和/或波谷而驱动滑块沿拨叉凸轮的轴向移动，从而滑块又带动拨叉沿拨叉轴的轴向移动。当所述所有的滑块位于凹槽的波峰与波谷之间的中间位置时，该换挡装置处于空挡，当某一滑块处于与该滑块对应的凹槽的波峰或波谷时，该换挡装置处于与该波峰或波谷对应的挡位。因而，在本发明的自动换挡装置中，自动换挡装置的挡位数目与换挡凸轮所有凹槽的波峰和波谷的数目总和相等。

在本发明的自动换挡装置中，换挡凸轮为半径一致的圆柱体，且选挡的数目通过在凸轮的外圆周表面上凹槽的变化来实现，而不是现有技术中通过将换挡凸轮分为半径不同的几段来实现。因而，本发明的自动换挡装置中克服了现有技术中换挡凸轮制造成本较高、难以制造的缺陷。此外，在本发明的自动换挡装置中，换挡仅通过拨叉在拨叉轴上的轴向移动，而不需要摇臂等另外的转动，因而具有较高的可靠性。

附图说明

图1为现有技术的自动换挡控制器的示意图；

图2为根据本发明的自动换挡装置的示意图；

图3为图1中的自动换挡装置中驱动装置、传动装置与换挡凸轮的连接示意图；

图4为图1中的自动换挡装置中换挡凸轮与执行装置的连接示意图；

图5为图1中换挡凸轮的凹槽的展开图；

图6为根据本发明的自动换挡装置处于1挡时，滑块在图5凹槽中的位置示意图；

图7为根据本发明的自动换挡装置处于空挡时，滑块在图5凹槽中的位置示意图；

图8为根据本发明的自动换挡装置处于2挡时，滑块在图5凹槽中的位置示意图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的优选实施方式进行详细地描述。

如图2至图4所述，本发明提供的自动换挡装置包括驱动装置4、传动装置5、换挡凸轮6及执行装置，所述驱动装置4通过传动装置5驱动所述换挡凸轮6转动，其中，所述换挡凸轮6为半径一致的圆柱体，所述执行装置包括轴线方向平行于所述换挡凸轮6的轴线方向的拨叉轴7、活动连接于所述拨叉轴7且可沿所述拨叉轴7轴向移动的至少一个拨叉8以及与所述至少一个拨叉中的每个拨叉固定连接的滑块9，所述换挡凸轮6的外圆周表面具有至少一条凹槽10，所述每个滑块9位于各自对应的凹槽10内，所述凹槽10中的每个凹槽具有至少一个波峰或波谷。

传动装置5将驱动装置4的转动传递至换挡凸轮6，从而驱动换挡凸轮6转动，从而使驱动装置4的高速旋转传递至换挡凸轮6的低速旋转。

驱动装置4为任意能提供旋转的驱动装置，如各种电动机。传动装置5可以为任意的减速传动装置，如齿轮传动、带传动、蜗轮蜗杆传动、链传动等。驱动装置4以及传动装置5可以根据该自动换档装置的应用场合以技术参数来选择，为本领域普通技术人员所熟知。从驱动装置4至换挡凸轮的传动比由传动装置5来确定，可以根据该自动换挡装置的的应用场合来确定。

如图3所示，在图3所示的实施方式中，传动装置5通过齿轮与换挡凸轮6上的凸轮啮合，从而能带动该换挡凸轮6旋转。由于传动装置5具有合适的传动比，因而，换挡凸轮6能以正确的转速旋转。

如图3和图4所示，换挡凸轮6的外圆周表面上具有至少一条凹槽10，与拨叉8固定连接的滑块9位于与该滑块对应的凹槽10内，同时拨叉8与拨叉轴7活动连接且能沿拨叉轴7轴向移动，这样，换挡凸轮6通过位于凹槽10内的滑块9而与拨叉8连接。

换挡凸轮6为半径一致的圆柱体，所述换挡凸轮6的轴向平行于拨叉轴7的轴向，由于这种设置，当换挡凸轮6旋转时，才会通过凹槽10推动滑块9沿着换挡凸轮6的轴向移动，从而使滑块9带动拨叉8沿拨叉轴7的轴向移动。当凹槽10为多条时，滑块9也有多个，各个滑块9处于换挡凸轮6的轴向方向上的同一轴线上。

而且，由于换挡凸轮6半径一致，克服了现有技术中由于将凸轮分为半径不同的几段而难以加工制造的缺陷。

圆柱性的换挡凸轮6的半径以及长度可以根据所述自动换挡装置来确定。换挡凸轮6的材料可以为金属材料或非金属材料，如铸铁，铝合金，尼龙等耐磨材料，优选为硬质铝合金。

拨叉轴7和拨叉8的尺寸大小可以根据自动换挡装置来确定，拨叉轴7和拨叉8的材料可以为金属材料或非金属材料，如45钢、20Cr等，优选为20CrMo。

如图4和图5所示，换挡凸轮6的外圆周表面上具有至少一条凹槽10，且凹槽10具有至少一个波峰或一个波谷。这里的波峰或波谷是指在换挡凸轮的凹槽10的展开平面图的图5中，凹槽10具有类似波形的轮廓形状，在本发明中的换挡凸轮6中，凹槽10中的每一个具有至少一个波峰或一个波谷。

由于凹槽10具有波峰或波谷，如图5所示，波峰或波谷的凸起方向或凹下方向均为换挡凸轮6的轴向，因而，当换挡凸轮6转动时，凹槽10会推动位于该凹槽10内的滑块9在换挡凸轮6的轴向方向上移动，从而使滑块9带动各自的拨叉8沿拨叉轴7的轴向移动。

所述凹槽10的数目以及具有的波峰和/或波谷的数目根据该自动换挡装置的应用场合来确定，凹槽10可以为1条、2条或更多条，优选为3条以适用于大多数车辆的换挡功能。每条凹槽10可以具有1个或多个波峰、1个或多个波谷、1个波峰和1个波谷、1个波峰和多个波谷、多个波峰和1个波谷或多个波峰和多个波谷。可以根据具体的挡位要求来设置。

优选情况下，为了使该自动换挡装置的换挡作用更为准确，即使挡块9的极限位置之间的距离较大，每条凹槽具有1个波峰、1个波谷或一对波峰和波谷。当1个波峰时候，挡块9可以位于一个极限位置以及中间位置；1个波谷时，挡块9可以位于一个极限位置以及中间位置；一对波峰和波谷时，挡块9可以位于一对相对的极限位置以及中间位置，该中间位置位于所述一对极限位置之间。

凹槽10的深度以及宽度能容纳滑块9，满足滑块9在凹槽10内自由滑动即可。

当滑块9在凹槽10内滑动时，同时滑块9带动拨叉8沿着拨叉轴7的轴向移动，由于凹槽10的波峰或波谷的存在，当滑块9位于某一波峰或波谷时，则拨叉8在拨叉轴7上位于相对应的极限位置，该自动拨挡装置实现与该波峰或波谷对应的挡位；当滑块9位于凹槽10的波峰和波谷之间的中间位置时，则拨叉8从极限位置移动至拨叉轴7上与所述中间位置相对应的空挡位置。凹槽10的波峰或波谷的高度，等于拨叉8在拨叉轴7上的某一挡位位置与空挡位置之间的轴向距离。在本发明的自动拨挡装置中，只有当所有的拨叉8处于空挡位置时，该自动拨挡装置才处于空挡。

如上所述，所述自动换挡装置的换挡凸轮6的所有凹槽10的所有波峰和波谷的数目，等于所述自动换挡装置的挡位数目。具体的说，任意一条凹槽的每个波峰或波谷即代表自动换挡装置的一个挡位。

在同一个波谷或波峰位置，可以通过将拨叉8与变速器的不同齿轮配合，而实现不同的挡位，自动拨挡装置的空挡可以通过将处于空挡位置的各个拨叉8与对应的齿轮配合而实现。通过拨叉8与变速器的齿轮配合，而实现滑块9位于凹槽10的不同位置时该自动拨挡装置处于不同的挡位为本领域普通技术人员所熟知，在此不再详细描述。

换挡凸轮6具有至少一条凹槽10，每条凹槽10具有至少一个波峰或一个波谷。凹槽10的数目以及每条凹槽10具有的波峰或波谷数目根据自动换挡装置的实际应用来选择。

如果换挡凸轮6具有多条凹槽10，则所有凹槽10中的任意两条凹槽的波峰或波谷在换挡凸轮6的轴向方向上不同直线上，换句话说，所有凹槽10中的任意两条凹槽的波峰或波谷在换挡凸轮6轴向方向的不相同的轴线上。这样，就不会出现在换挡时，存在两个滑块同时进入波峰和/或波谷中，而使拨叉8处于两个挡位位置的情况，从而实现了不同挡位之间的互锁，避免了同时挂上两个挡位而对变速器的齿轮产生破坏的现象。

在车辆正常行驶过程中，当需要换挡时，遵循顺序换挡原则，即相邻的挡位之间进行切换，如从1挡换至2挡，再从2挡换至3挡等。

在本发明的自动换挡装置中，所有凹槽10的波峰和波谷按照所述自动换档装置的挡位顺序依次排列于换挡凸轮6的外圆周表面。

当换挡凸轮6转动时，由于各个滑块9位于换挡凸轮6轴向方向上的同一轴线上，且所有凹槽10的波峰和波谷按照自动换挡装置的挡位顺序依次排列于换挡凸轮6的外圆周表面，这样，各个滑块9会按照自动换挡装置的挡位顺序依次进入各个波峰或波谷。从而使该自动换挡装置在换挡时完全遵循顺序换挡原则。而且如果自动换挡装置处于某一挡位时，在换挡过程中，由于所有凹槽10中的任意两条凹槽的波峰或波谷在换挡凸轮6轴向方向的不相同的轴线上，则必然会存在所有的滑块同时处于中间位置的情况，此时，该自动换挡装置回归空挡，然后，再随着滑块的移动，该自动换挡装置从该空挡换至下一相邻的挡位，从而不需要现有换挡技术的选挡过程。

在本发明的自动换挡装置中，该自动换挡装置具有的挡位数目可以为1个或多个，如2个、6个。可以根据应用的场合确定该自动换挡装置具有的挡位数目，从而可以确定换挡凸轮6具有的凹槽数目，以及每条凹槽具有的波峰和/或波谷的数目。

在优选情况下，所述换挡凸轮6具有3条凹槽10，分别与所述3个拨叉8固定连接的3个滑块9分别位于各自的凹槽10内，每条凹槽10具有一对波峰和波谷，从而使该自动换挡装置具有6个挡位(5个前进挡、一个倒挡)，满足大多数车辆的应用要求。

如图5所示，换挡凸轮6的凹槽10包括槽10a、槽10b和槽10c，其中，槽10a具有R挡波峰和5挡波谷，槽10b具有3挡波谷和4挡波峰，槽10c具有1挡波谷和2挡波峰，在每个槽的波峰与波谷之间，具有中间位置(由0指示的虚线表示)。从图5中可清晰看出，所述每个波谷和波峰均代表该自动换挡装置的一个挡位。

如图5所示，槽10a、槽10b与槽10c的各个波峰与波谷均处于换挡凸轮6轴向方向上的不相同的轴线上。换句话说，沿换挡凸轮6的轴向任意作一条轴线，在各个槽与该轴线的交点部分，不会在该轴线上同时出现一对波峰、一对波谷或一对波峰与波谷的情况，在该轴线上仅会出现只有一个波峰、一个波谷或滑块9的中间位置。本发明正是由于该特点，从而实现了不同挡位之间的互锁，避免在换挡时同时挂上两个不同的挡位，对变速器的齿轮造成重大破坏。

又如图5所示，凹槽10中的槽10a、槽10b以及槽10c的波峰和波谷按照该自动换挡装置的挡位顺序依次排列。

结合图4，对该自动换挡装置的顺序换挡的实现进行详细地描述。

如图4所示，进行换挡时，驱动装置驱动换挡凸轮6旋转，由于滑块9位于换挡凸轮6外圆周表面的凹槽10内，从而凹槽10推动滑块在换挡凸轮6的轴向移动，同时与滑块9固定连接的拨叉8沿拨叉轴7的轴向移动，拨叉8再带动同步器的啮合动作，从而实现换挡。

以该自动换挡装置处于1挡为例，如图6所示。

换挡凸轮6旋转，则滑块9在凹槽10内移动。如果以换挡凸轮6为参照物，则相当于滑块9在凹槽10内围绕换挡凸轮6旋转。在图5的凹槽展开平面图中，则滑块9沿换挡凸轮6的周向左右平移。

如图6所示，由于槽10c内的滑块9位于1挡波谷，因而，该自动换挡装置的挡位为1挡。现在需要将该自动换挡装置的挡位从1挡转换为2挡，则换挡凸轮6旋转，相当于在图6中的各个滑块9从图6左向右移动。随着换挡凸轮6的旋转，各个滑块9移动至图7所示的位置(中间位置)，由于该位置为中间位置，且各个滑块9均位于中间位置，则该自动换挡装置回归为空挡，然后，换挡凸轮6继续旋转，则各个滑块9又从图7所示的中间位置移动到图8所示的位置，此时，槽10c内的滑块9位于2挡波峰，因而，该自动换挡装置的挡位为2挡。从而实现了从1挡到2挡的更换过程。这样，省略了传统的换挡装置中选挡的操作。反之(此时换挡凸轮逆向旋转)，则可以将该自动换挡装置从2挡转换为1挡。其他的换挡操作与上述过程类似，在此不再详细描述。

由于凹槽10中的槽10a、槽10b以及槽10c的波峰和波谷按照该自动换挡装置的挡位顺序依次排列，因而，能保证在换挡过程中遵循顺序原则。

另外，在本发明中的换挡凸轮6上，还安装有挡位传感器11，该挡位传感器11随换挡凸轮6一起旋转。该挡位传感器11的作用为：将换挡凸轮6的旋转的角度以及位置信号转换为电压信号，并将该电压信号提供给TCU(变速箱控制单元)。

当车辆在行驶过程中，驾驶者减速降挡时，随着车速以及发动机转速的不断降低，当降低到预先设定的换挡阈值时，TCU根据挡位传感器11发送来的换挡凸轮6的位置信号，判断计算换挡凸轮6需要旋转的角度以及方向，然后将指令信号传递给驱动装置4，控制驱动装置4运行，从而使换挡凸轮6按照计算出来的方向旋转。在换挡凸轮6不断的旋转过程中，挡位传感器11不断向TCU发出换挡凸轮6的旋转信号，然后TCU会对该信号与已经计算出来的角度进行比较，如果二者相等，则TCU会对驱动装置4发出停止指令，从而实现自动的换挡过程。

挡位传感器11可以为角度传感器或位置传感器，如市面上常见的电刷式传感器(电阻式)。

在本发明提供的自动换挡装置中，换挡凸轮6为半径一致的圆柱体，且通过换挡凸轮6的凹槽的变化以及与拨叉的配合关系来实现换挡操作，而不是通过将凸轮分为不同半径的几段。从而克服了现有技术中凸轮制造难度较大且制造成本较高的缺陷。而且，换挡操作通过拨叉沿拨叉轴的轴向平动而实现，不需要现有技术中对摇臂既要转动又要平动的要求，从而具有较高的可靠性与准确性。

Claims (6)

1.一种自动换挡装置，该装置包括驱动装置(4)、传动装置(5)、换挡凸轮(6)及执行装置，所述驱动装置(4)通过传动装置(5)驱动所述换挡凸轮(6)转动，其中，所述换挡凸轮(6)为半径一致的圆柱体，所述执行装置包括轴线方向平行于所述换挡凸轮(6)的轴线方向的拨叉轴(7)、活动连接于所述拨叉轴(7)且可沿所述拨叉轴(7)轴向移动的至少一个拨叉(8)、以及与所述至少一个拨叉中的每个拨叉固定连接的滑块(9)，所述换挡凸轮(6)的外圆周表面具有至少一条凹槽(10)，所述每个滑块(9)位于各自对应的凹槽(10)内，所述凹槽(10)中的每个凹槽具有至少一个波峰和/或波谷。

2.根据权利要求1所述的自动换挡装置，其中，所述凹槽(10)为多个，多个凹槽(10)沿凸轮(6)的轴向排列，每个凹槽(10)中具有1个波峰、一个波谷或1个波峰和一个波谷。

3.根据权利要求1或2所述的自动换挡装置，其中，所述凹槽(10)中的任意两个凹槽中具有的波峰或波谷在沿换挡凸轮(6)轴向方向上的不同直线上。

4.根据权利要求3所述的自动换挡装置，其中，所述所有凹槽(10)的波峰和波谷按照所述自动换档装置的挡位顺序依次排列于所述换挡凸轮(6)的外圆周表面上。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的自动换挡装置，所述换挡凸轮(6)具有3条凹槽(10)，与所述3个拨叉(8)固定连接的3个滑块(9)分别位于3条凹槽(10)内，每条凹槽(10)具有一对波峰和波谷。

6.根据上述任意一项权利要求所述的自动换挡装置，其中，所述换挡凸轮6上安装有挡位传感器(11)。

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