CN102384262B - 车辆变速用自动换档装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆变速用自动换档装置及其方法，其包括：选档电机、与选档电机相连并进行减速的选档减速机、主轴、套装在主轴上的拨头、换档电机、与换档电机的输出相连的丝杠、套设在丝杠上的螺母、套装在主轴上并与螺母传动配合的拨叉、设置在选档减速机上的选档位置传感器、与主轴相连接的换档位置传感器、以及位于选档减速机和换档电机之间并包覆主轴的壳体。本发明的优点是结构简单、轻巧，机械效率高；可以实现跳档，安装方便，机械占用空间小；实现动力平稳传递，位置准确，易于实现程序控制，选换档动作准确无误，安全可靠；成本低廉，易于实施。
Description
技术领域
本发明属于车辆零部件，尤其涉及变速齿轮传动装置控制机构在车辆上的布置和安装的车辆变速用自动换档装置及其方法。
背景技术
目前应用于汽车上的自动变速***，绝大数是由液力变矩器和行星齿轮变速箱组成的液力自动变速器(AT)，由于成本高、油耗大，往往只应用于高档轿车，难以普及。八十年代出现了在手动档变速箱的基础上通过加装一套执行机构及电控单元，实现自动化的机械式自动变速器(AMT)，其变速箱的控制一直采用液压执行机构，该机构由选档、换档油缸、油泵及电磁阀组成，通过控制电磁阀来实现选档和换档动作。其缺点是结构复杂，成本较高，动作过程存在动力损失。
中国发明专利ZL01226807.0公开一种车辆变速用自动换档装置，其包括电动机、减速器、凸轮轴、凸轮盘、一组换档拨叉和角位移传感器；所述的电动机通过减速器与凸轮轴相联，凸轮盘通过键连接轴向固定在凸轮轴上，凸轮盘的端面和凸轮轴轴肩的端面分别设有凸轮槽，所述的拨叉的一端通过圆柱销插在前述两个凸轮槽内，拨叉的另一端***汽车变速箱内换档拨块的凹槽内；所述的角位移传感器置于凸轮轴的端部。该机构存在的主要缺陷是凸轮廓线是关键的技术环节，需要很高的加工精度，不利于批量生产；严格的凸轮廓线要求有高精度的传感器进行位置检测，并且要有高的控制精度；档位必须依照凸轮廓线来依次升降档，不能实现跳档。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种车辆变速用自动换档装置，以简化换档装置结构，提高传动效率，降低成本，维修使用方便。
本发明的技术方案是：一种车辆变速用自动换档装置，其包括：选档电机、与选档电机相连并进行减速的选档减速机、主轴、套装在主轴上的拨头、换档电机、与换档电机的输出相连的丝杠、套设在丝杠上的螺母、套装在主轴上并与螺母传动配合的拨叉、设置在选档减速机上的选档位置传感器、与主轴相连接的换档位置传感器、以及位于选档减速机和换档电机之间并包覆主轴的壳体。
在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：
所述选档减速机具有输出平动轴、以及设置在输出平动轴末端的选档拨片，而所述拨头设置有与选档拨片卡接配合的环形凹槽。
所述的螺母两侧均有一个柱状突起，而拨叉具有与柱状突起卡装的分叉部、和套装在主轴的套接部。
其进一步包括与所述选档位置传感器和换档位置传感器均电气连接的电控单元。
所述选档电机紧固在选档减速机上，而选档减速机和换档电机均紧固在壳体上，所述主轴通过位于两端的轴承固定连接在壳体上。
另外本发明的另一技术方案是：一种车辆变速用自动换档方法，其应用于车辆变速用自动换档装置中，其包括：
S1：当电控单元判断需要换挡后，电控单元控制换档电机，驱动丝杠和螺母，并将轴向推力传递给拨叉且在主轴上形成扭矩以驱动拨头旋转；再通过换档位置传感器的位置指示，先行进至变速箱的空档位置；
S2：判断是否需要进行选档，如是则执行步骤S3，如否，则执行步骤S5；
S3：电控单元控制选档电机，驱动选档减速机，进而驱动输出平动轴产生轴向平动，通过输出平动轴上设的选档拨片卡装入拨头上所设的环形凹槽内，从而带动拨头在主轴上平动；
S4：再通过选档位置传感器的位置指示，到达目标选档位置，实现选档；
S5：电控单元控制换档电机，驱动丝杠和螺母，并将轴向推力传递给拨叉且在主轴上形成扭矩；进而驱动拨头旋转；
S6：再通过换档位置传感器的位置指示，到达目标档位位置，实现换档至结束。
在上述技术方案的基础上，进一步包括附属技术方案：
所述车辆变速用自动换档装置包括选档电机、与选档电机相连并进行减速的选档减速机、主轴、套装在主轴上的拨头、换档电机、与换档电机的输出相连的丝杠、套设在丝杠上的螺母、套装在主轴上并与螺母传动配合的拨叉、设置在选档减速机上的选档位置传感器、与主轴相连接的换档位置传感器、以及位于选档减速机和换档电机之间并包覆主轴的壳体。
所述选档减速机具有与主轴平行的输出平动轴、以及设置在输出平动轴末端并与拨头卡接配合的选档拨片；而所述拨头设置有与选档拨片配合的环形凹槽；所述螺母两侧均有一个柱状突起；所述拨叉具有分叉部、和套装在主轴的套接部；所述分叉部具有相对而设的一对分叉件，而柱状突起分别卡装在相应的分叉件上，且螺母位于分叉件之间
本发明的优点是结构简单、轻巧，机械效率高；可以实现跳档，安装方便，机械占用空间小；拨头与主轴、减速机输出平动轴可靠连接，实现动力平稳传递，位置准确，易于实现程序控制，选换档动作准确无误，安全可靠；成本低廉，易于实施，适用于任何采用固定轴式有级齿轮手动换档变速箱的车辆，也可以在不改变原变速箱内部结构的基础上，对手动换档***进行自动化改造。
附图说明
对照附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图，其中部分内部结构有揭示；
图2是图1沿着A-A线的剖面示意图。
具体实施方式
实施例：如图1-2所示，其为本发明的车辆变速用自动换档装置的具体实施例，其包括选档电机1、与选档电机1相连并进行减速的选档减速机2、主轴3、套装在主轴3上的拨头4、换档电机5、与换档电机5的输出相连的丝杠6、套设在丝杠6上的螺母7、套装在主轴3上并与螺母7传动配合的拨叉8、设置在选档减速机2上的选档位置传感器9、与主轴3相连接的换档位置传感器10、位于选档减速机2和换档电机5之间并包覆主轴3的壳体11、以及与选档位置传感器9、换档位置传感器10、选档电机1、换档电机5均电气相连的电控单元(图中未标出)。其中选档电机1由螺栓紧固在选档减速机2上，而选档减速机2和换档电机5分别由螺栓紧固在壳体11上，主轴3通过位于两端的轴承30固定连接在壳体11上，并与丝杠6相互垂直。
选档减速机2具有与主轴3平行的输出平动轴20、以及设置在输出平动轴20末端并与拨头4卡接配合的选档拨片22。拨头4设置有与选档拨片22配合的环形凹槽40。螺母7两侧均有一个柱状突起70。拨叉8具有分叉部80、和套装在主轴3的套接部82。分叉部80具有相对而设的一对分叉件，而柱状突起70分别卡装在相应的分叉件上，且螺母7位于分叉件之间。由图1可以看出，换档电机5直接驱动丝杠6，通过丝杠螺母配合将换档电机5的转矩转化为螺母7的轴向推力；同时螺母7上设的两个柱状突起70卡装在拨叉8的分叉部80上，即确保螺母7不发生旋转，只产生轴向移动，又确保螺母7的轴向推力传递给拨叉8。拨头4与主轴3既可以实现扭矩的传递，又可以实现相对平动；拨叉8套装在主轴3上，并可以使螺母7的推力在主轴3上产生扭矩。同时输出平动轴20上设的选档拨片22卡装入拨头4上所设的环形凹槽40内，实现输出平动轴20与拨头4无间隙联动。其中拨头4与拨叉8在工作中两者不接触，拨头4套装在主轴3上，通过选档减速机2可以在主轴3上滑动，进行选档，但同主轴3之间不能相对转动；拨叉8也套装在主轴3上，通过丝杠螺母驱动，使得主轴3转动，进而使得拨叉8转动，实现换档动作，同时拨叉8与主轴3之间也不能相对转动。
选档位置传感器9和换档位置传感器10均采用角位移传感器。选档位置传感器9通过对选档减速机2的位置检测，实现对拨头4轴向位置的准确反馈；而换档位置传感器10通过对主轴3的转动位置的检测，实现对拨头4角向位置的准确反馈。由于换档过程分为选档和换档：选档时，拨头4首先回到竖直位置，即驱动变速箱驱动块回到空档位置；此时通过选档电机1及选档减速机2驱动拨头4在主轴3上滑动实现对变速箱不同档位驱动块的选择，达到目标驱动块位置之后，选档动作完成；换档时主要是通过拨叉8驱动主轴3转动，进而使拨头4转动驱动变速箱驱动块，实现换档；当需要更换档位时，先通过换档电机5使拨头4运行至竖直位置，就驱动变速箱驱动块回到空档；之后根据选档位置传感器9位置判断是否需要进行选档，如需进行，则通过选档电机1及选档减速机2驱动拨头4在主轴3上滑动到达目标驱动块位置；之后再通过换档电机5使拨头4驱动变速箱驱动块进入目标档位。其中拨头4只能在主轴3上滑动，不能相对主轴3转动；拨叉8套装在主轴3上，不能与主轴3相对转动，所以可以驱动主轴3转动，通过主轴3驱动拨头4转动，驱动变速箱驱动块，实现进档。选档只能在变速箱驱动块回到空档才可以进行，即拨头4竖直朝下时。
工作时，当接到电控单元的换档指令后，首先通过换档电机5驱动拨头4回到竖直位置(即变速箱空档位置)，之后根据选档位置传感器9位置判断是否需要进行选档，如需要进行选档；电控单元首先控制选档电机1，驱动选档减速机2，进而驱动输出平动轴20产生轴向平动，由于输出平动轴20上设的选档拨片22卡装入拨头4上所设的环形凹槽40内，输出平动轴20与拨头4无间隙联动，故可实现拨头4在主轴3上平动；再通过选档位置传感器9的位置指示，到达目标选档位置，实现选档。然后，电控单元控制换档电机5，驱动丝杠6和螺母7，而由于螺母7上设有卡装在分叉部80上的两个柱状突起70，所以螺母7无法旋转，只能形成轴向推力，并通过柱状突起70将轴向推力传递给拨叉8，并在主轴3上形成扭矩；进而驱动拨头4旋转，再通过换档位置传感器10的位置指示，到达目标档位位置，实现换档。如果无需选档，则电控单元直接控制换档电机5，通过换档位置传感器10的位置指示，到达目标档位位置，实现换档。
一般变速箱有3到4个选档位，每个选档位分布1～2个档，即拨头4置于竖直状态下，对应变速箱的空档位置，通过拨头4在主轴3上的滑动同时根据角位移传感器的位置，来确定选档位；之后根据电控单元驱动换档电机5带动丝杠螺母，进而驱动拨叉8和主轴3转动，带动拨头4转动，实现换档动作；假设从1档到2档的换档过程：当需要变换档位时，电控单元首先驱动换档电机5，驱动拨叉8带动主轴3及拨头4转动，根据换档位置传感器10的位置反馈，驱动变速箱一档驱动块运行至变速箱空档位置，之后根据选档位置传感器位置9的反馈，如需进行选档，则电控单元会驱动选档电机1，通过选档减速机2，通过选档位置传感器9的位置反馈，带动拨头4抵达变速箱二档驱动块的目标位置，完成选档动作；电控单元继续驱动换档电机5，通过换档位置传感器10的位置反馈，通过拨头4驱动变速箱2档驱动块行进至2档位置，完成整个换档动作。
同时本实施例进一步提供另一技术方案：一种车辆变速用自动换档方法，其应用于上述的车辆变速用自动换档装置中，且该车辆变速用自动换档装置至少包括选档电机1、与选档电机1相连并进行减速的选档减速机2、主轴3、套装在主轴3上的拨头4、换档电机5、与换档电机5的输出相连的丝杠6、套设在丝杠6上的螺母7、套装在主轴3上并与螺母7传动配合的拨叉8、设置在选档减速机2上的选档位置传感器9、与主轴3相连接的换档位置传感器10、以及位于选档减速机2和换档电机5之间并包覆主轴3的壳体11、以及与选档位置传感器9、换档位置传感器10、选档电机1、换档电机5均电气相连的电控单元，其中选档减速机2具有与主轴3平行的输出平动轴20、以及设置在输出平动轴20末端并与拨头4卡接配合的选档拨片22；拨头4设置有与选档拨片22配合的环形凹槽40；螺母7两侧均有一个柱状突起70；拨叉8具有分叉部80、和套装在主轴3的套接部82；分叉部80具有相对而设的一对分叉件，而柱状突起70分别卡装在相应的分叉件上，且螺母7位于分叉件之间，并包括如下步骤：
S1：当电控单元判断需要换挡后，电控单元控制换档电机5，驱动丝杠6和螺母7，而由于螺母7上设有卡装在分叉部80上的两个柱状突起70，所以螺母7无法旋转，只能形成轴向推力，并通过柱状突起70将轴向推力传递给拨叉8，并在主轴3上形成扭矩；进而驱动拨头4旋转，再通过换档位置传感器10的位置指示，先行进至变速箱的空档位置；
S2：电控单元判断是否需要进行选档，如是则执行步骤S3，如否，则执行步骤S5；
S3：电控单元控制选档电机1，驱动选档减速机2，进而驱动输出平动轴20产生轴向平动，通过输出平动轴20上设的选档拨片22卡装入拨头4上所设的环形凹槽40内，从而带动拨头4在主轴3上平动；
S4：再通过选档位置传感器9的位置指示，到达目标选档位置，实现选档；
S5：电控单元控制换档电机5，驱动丝杠6和螺母7，而由于螺母7上设有卡装在分叉部80上的两个柱状突起70，所以螺母7无法旋转，只能形成轴向推力，并通过柱状突起70将轴向推力传递给拨叉8，并在主轴3上形成扭矩；进而驱动拨头4旋转；
S6：再通过换档位置传感器10的位置指示，到达目标档位位置，实现换档至结束。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种车辆变速用自动换档装置，其特征在于其包括：选档电机(1)、与选档电机(1)相连并进行减速的选档减速机(2)、主轴(3)、套装在主轴(3)上的拨头(4)、换档电机(5)、与换档电机(5)的输出相连的丝杠(6)、套设在丝杠(6)上的螺母(7)、套装在主轴(3)上并与螺母(7)传动配合的拨叉(8)、设置在选档减速机(2)上的选档位置传感器(9)、与主轴(3)相连接的换档位置传感器(10)、以及位于选档减速机(2)和换档电机(5)之间并包覆主轴(3)的壳体(11),其中所述选档减速机(2)具有输出平动轴(20)、以及设置在输出平动轴(20)末端的选档拨片(22)，而所述拨头(4)设置有与选档拨片(22)卡接配合的环形凹槽(40)，其中所述的螺母(7)两侧均有一个柱状突起(70)，而拨叉(8)具有与柱状突起(70)卡装的分叉部(80)、和套装在主轴(3)的套接部(82)，所述选档电机(1)紧固在选档减速机(2)上，而选档减速机(2)和换档电机(5)均紧固在壳体(11)上，所述主轴(3)通过位于两端的轴承(30)固定连接在壳体(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种车辆变速用自动换档装置，其特征在于：其进一步包括与所述选档位置传感器(9)和换档位置传感器(10)均电气连接的电控单元。
3.一种车辆变速用自动换档方法，其应用于车辆变速用自动换档装置中，其特征在于其包括：
S1：当电控单元判断需要换挡后，电控单元控制换档电机，驱动丝杠和螺母，并将轴向推力传递给拨叉且在主轴上形成扭矩以驱动拨头旋转；再通过换档位置传感器的位置指示，先行进至变速箱的空档位置；
S2：判断是否需要进行选档，如是则执行步骤S3，如否，则执行步骤S5；
S3：电控单元控制选档电机，驱动选档减速机，进而驱动输出平动轴产生轴向平动，通过输出平动轴上设的选档拨片卡装入拨头上所设的环形凹槽内，从而带动拨头在主轴上平动；
S4：再通过选档位置传感器的位置指示，到达目标选档位置，实现选档；
S5：电控单元控制换档电机，驱动丝杠和螺母，并将轴向推力传递给拨叉且在主轴上形成扭矩；进而驱动拨头旋转；
S6：再通过换档位置传感器的位置指示，到达目标档位位置，实现换档至结束；
其中所述车辆变速用自动换档装置包括选档电机(1)、与选档电机(1)相连并进行减速的选档减速机(2)、主轴(3)、套装在主轴(3)上的拨头(4)、换档电机(5)、与换档电机(5)的输出相连的丝杠(6)、套设在丝杠(6)上的螺母(7)、套装在主轴(3)上并与螺母(7)传动配合的拨叉(8)、设置在选档减速机(2)上的选档位置传感器(9)、与主轴(3)相连接的换档位置传感器(10)、以及位于选档减速机(2)和换档电机(5)之间并包覆主轴(3)的壳体(11)，所述选档减速机(2)具有与主轴(3)平行的输出平动轴(20)、以及设置在输出平动轴(20)末端并与拨头(4)卡接配合的选档拨片(22)；而所述拨头(4)设置有与选档拨片(22)配合的环形凹槽(40)；所述螺母(7)两侧均有一个柱状突起(70)；所述拨叉(8)具有分叉部(80)、和套装在主轴(3)的套接部(82)；所述分叉部(80)具有相对而设的一对分叉件，而柱状突起(70)分别卡装在相应的分叉件上，且螺母(7)位于分叉件之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120801 Address after: 210000 science and Technology Pioneer Park, Wujiang economic and Technological Development Zone, Suzhou, Jiangsu, Wujiang Applicant after: Suzhou Lvkong Transmission Technology Co., Ltd. Address before: 211100 No. 30, Bao Xiang Road, Binjiang Development Zone, Jiangning District, Jiangsu, Nanjing Applicant before: Nanjing Greencontrol Technology Co., Ltd. |
|
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 210000 Science and Technology Pioneering Park of Wujiang Economic and Technological Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: SUZHOU GREEN CONTROL DRIVE SCIENCE AND TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 210000 Science and Technology Pioneering Park of Wujiang Economic and Technological Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Suzhou Lvkong Transmission Technology Co., Ltd. |