CN201487182U - 车辆变速箱电动控制*** - Google Patents

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曾卫东
孙力
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Abstract

本实用新型涉及一种车辆变速箱电动控制***，其包括挡位控制手柄、控制器、至少一个执行装置；挡位控制手柄用于向控制器提供方向挡切换信号和车速挡切换信号；控制器用于控制执行装置的动作；执行装置与液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆连接，用于驱动发动机换挡机构的切换。代替现有的机械杠杆或钢丝软轴换挡控制***，其解决了现有的机械换挡控制***操作不灵活、控制可靠性差、工作强度大以及电磁阀电液控制***结构复杂，电磁阀油路易堵塞、制造成本高的技术问题，具有安全性能好、可靠性高、寿命长、操作简单等优点。

Description

车辆变速箱电动控制***
技术领域
本实用新型涉及车辆变速箱控制***。
背景技术
工程机械车辆及重载汽车中发动机使用的发动机换挡机构(车辆变速箱)一般采用机械杠杆或钢丝软轴换挡控制***或者电磁阀电液控制***进行换挡控制。
机械杠杆或钢丝软轴换挡控制***操作时手感较差、工作强度大、需要经常调节、会产生挂不上挡或脱挡现象，从而导致车辆失控而引发事故。
电磁阀电液控制***存在结构复杂、电磁阀油路易堵塞、***故障率高，易渗油、制造成本高的缺点。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种车辆变速箱电动控制***，代替现有的机械杠杆或钢丝软轴换挡控制***，其解决了现有的机械换挡控制***操作不灵活、控制可靠性差、工作强度大以及电磁阀电液控制***结构复杂，电磁阀油路易堵塞、制造成本高的缺点。
本实用新型的技术解决方案：
一种车辆变速箱电动控制***，其不同之处在于：其包括挡位控制手柄、控制器、至少一个执行装置；所述挡位控制手柄用于向控制器提供方向挡切换信号和车速挡切换信号；所述控制器用于控制执行装置的动作；所述执行装置与液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆连接，用于驱动发动机换挡机构的切换。
上述执行装置为步进直线电机，其输出轴直接与液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆连接。
上述执行装置包括步进电机、位置传感器组、转动组件和平移组件，所述位置传感器组包括至少一个霍尔元件和至少一个永久磁铁；所述控制器用于接收位置传感器组.的信号并控制步进电机的转动；
所述转动组件包括轴承室、丝杠、设置在轴承室内的两个压力轴承；所述丝杠的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机输出轴连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠轴心方向垂直的限位轴台；所述限位轴台设置在轴承室内，所述两个压力轴承分别设置在限位轴台的左面和右面；所述平移组件包括限位座、设置在限位座内的平移拉杆、可与丝杠组合成滚珠丝杠副的螺母；所述平移拉杆的右端设置有可与液压控制杆连接的连接头，所述平移拉杆的左端面设置有盲孔，所述螺母嵌于盲孔内；所述步进电机固定在轴承室的左侧面，所述轴承室固定在限位座的左侧面；所述永久磁铁固定在平移拉杆的圆周侧面上方，所述霍尔元件固定在限位座上与永久磁铁相应的位置，所述霍尔元件的输出信号送入控制器。
上述平移拉杆的圆周侧面设置有两个外凸的限位块；所述限位座上设置有可供平移拉杆左右移动的中心通孔以及可供两个限位块左右滑动的两个限位槽。
上述限位座包括设置在中心通孔和平移拉杆间的耐磨衬套。
上所述永久磁铁与霍尔元件之间的位置关系如下：永久磁铁的磁场方向与霍尔片所在方向平行，且永久磁铁的靠近霍尔元件的磁极端面与霍尔元件保持合理的工作气隙。
上述挡位控制手柄包括可固定在方向盘柱上的手柄固定套、与手柄固定套固连的手柄座、从手柄座内向外伸出的空心手柄杆、套在手柄杆外端部的手柄头、方向挡切换单元和车速挡切换单元，所述手柄杆可绕着设置在手柄座上的手柄转轴左右转动，所述手柄头可绕手柄杆同轴往返转动一定的角度；所述方向挡切换单元包括设置在手柄杆内端的方向挡磁钢以及固定在手柄座内相应位置的至少两个方向挡传感器；所述车速挡切换单元包括设置在手柄杆外端侧面的至少两个车速挡传感器以及固定在手柄头内侧面相应位置的车速挡磁钢；所述方向挡传感器和车速挡传感器为电磁霍尔传感器。
上述挡位控制手柄还包括快速切换挡单元，其包括设置在手柄杆外端面内孔的快速切换挡传感器和设置在手柄头内端面相应位置的快速切换挡磁钢；所述手柄杆外端面和手柄头内端面之间设置有复位弹簧，所述快速切换挡传感器为电磁霍尔传感器。
上述车辆变速箱电动控制***还包括密封机构，所述密封机构包括密封罩和密封套，所述密封罩设置在限位座右侧并将限位座的中心通孔密闭，所述密封罩的右端面设置有可供液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆通过的开口，所述密封套的左端与开口相连并将开口密闭；所述密封套设置在密封罩和液力变速箱控制阀阀体或变速箱体之间并被密封罩和液力变速箱控制阀阀体或变速箱体轴向压紧。
本实用新型的优点是：
1、安全性能好。本实用新型利用磁感应控制手柄控制步进电机直接拉动发动机的换挡机构，到位后依靠滚珠丝杠副自动锁紧拉杆，安全性能好。
2、可靠性高、寿命长。本实用新型采用的电磁传感原理，省去了现有的机械开关的磨损，提高了手柄的使用寿命，相应降低了制造成本。本实用新型采用霍尔元件和永久磁铁作为位置反馈机构进行控制阀拉杆或拨叉拉杆行程和位置的信号反馈，具有重复到位精度高、结构简单、可靠性高、使用寿命长的优点。本实用新型采用滚珠丝杠进行运动转换，具有转换效率高、使用寿命长的优点。本实用新型在中心通孔和平移拉杆间设置有石墨尼龙材料制成的耐磨衬套，延长了执行机构的使用寿命。
3、操作简单。本实用新型的挡位控制手柄，增加了快速切换挡，快速切换挡可以实现挡位的变换和方向的快速换向，操作简单。本实用新型采用步进电机进行行程控制，具有操作灵活可靠、行程控制精度高的优点。
4、位置控制精确。本实用新型的所有方向挡传感器、快速切换挡传感器和车速挡传感器均为电磁霍尔传感器，通过电磁感应实现控制，定位准确、可靠性高。
5、变速箱免受损坏。当挡位控制手柄由倒挡变到前进挡，或者由前进挡变到倒挡时，在控制器的控制下，变速箱的挡位按照一定的延迟时间缓慢转换。本实用新型采用步进电机作为动力装置，可保证液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆按照设定的速度、位移量和起始位置运行，可靠性高，可应用在有特殊需求的场合。
6、本实用新型以限位座为主体结构，在其上安装有动力控制机构、位置反馈机构和执行机构，具有结构紧凑、体积较小、不受安装位置的限制，使用场合广泛的优点。
7、本实用新型永久磁铁与霍尔元件之间采用了独特的位置关系，只有当霍尔片运动到永久磁铁磁极的中心线的延伸线上时，才没有切割磁力线输出电压。所以，当霍尔元件的输出电压为零时，则表明霍尔片与磁极的中心线重合。本实用新型的定位准确度只与霍尔元件输出电压的检测灵敏度有关。尤其重要的是，不管输出电压的检测灵敏度高低如何，本实用新型***的定位一致性都非常好。
8、本实用新型采用了多种防尘措施，可以广泛应用于各种阀门的控制中，，本实用新型可将控制阀拉杆和平移拉杆的接头部位以及液压控制杆本身置于一个或两个相对密封的密封罩内，用销钉将控制阀拉杆和平移拉杆的接头部连接后，使得原控制阀拉杆外露部分与本实用新型的平移拉杆外露部分被一个能够满足位移量需要的相对空间密封。
附图说明
图1是本实用新型挡位控制手柄的结构示意图；其快速切换挡磁钢与快速切换挡传感器处于没有电磁联系的位置；
图2是图1中B-B剖视图，其方向挡磁钢与前进方向的方向挡传感器以及后退方向的方向挡传感器均处于没有电磁联系的位置，而与空挡传感器相对应；
图3是图1中A-A剖视图，其车速挡磁钢与一挡位置的车速挡传感器相对应；
图4是车速挡磁钢与四挡位置的车速挡传感器相对应的位置示意图；
图5是方向挡磁钢与前进方向的方向挡传感器对应的位置示意图，图中的快速切换挡磁钢被压下后与快速切换挡传感器有电磁联系；
图6为图5中C-C剖视图，其方向挡磁钢与前进方向的方向挡传感器相对应；
图7为控制***的连接关系示意图；
图8是由步进电机、位置传感器组、转动组件和平移组件组成的执行装置结构示意图；
图9是图8的右视图；
图10是执行装置为步进直线电机的结构示意图；
图11是图8的俯视图；
图12是限位座、耐磨衬套和平移拉杆的位置关系示意图；
图13是耐磨衬套的结构示意图；
图14是图13的左视图；
图15至图18是不同霍尔元件的距离与感应信号的关系示意图
图19是本实用新型采用多个霍尔元件和一个永久磁铁进行多次定位的工作原理示意图；
其中：1-快速切换挡传感器，2-车速挡传感器，3-手柄头，5-手柄转轴，6-手柄座，7-方向挡传感器，8-手柄固定套，9-手柄杆，10-车速挡磁钢，12-复位弹簧，13-快速切换挡磁钢，14-方向挡磁钢，19-执行装置，22-限位座，23-液压控制杆，25-控制器，26-步进电机，28-限位轴台，29-位置传感器组，30-霍尔元件，32-平移拉杆，33-耐磨衬套，34-中心通孔，35-销钉，36-盲孔，37-螺母，38-永久磁铁，39-压力轴承，40-轴承室，43-限位块，44-限位槽，46-密封套，47-密封罩，48-开口，49-步进直线电机，50-步进直线电机丝杠，51-液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆，A-磁场方向，B-霍尔片所在方向，L-工作气隙，X轴-霍尔片与磁场中心轴的垂直距离，Y轴-霍尔元件的感应信号大小，O’-磁场中心轴。
具体实施方式
参见图7和图10，本实用新型车辆变速箱电动控制***的第一种结构型式包括挡位控制手柄、控制器25、一个或多个步进直线电机49，步进直线电机丝杠50直接与液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆51连接，用于驱动发动机换挡机构的切换；挡位控制手柄用于向控制器提供方向挡切换信号和车速挡切换信号；控制器用于控制步进直线电机的动作。
为了防尘，还可设置密封机构，密封机构包括密封罩47和密封套46，密封罩设置在步进直线电机右侧并将步进直线电机丝杠右端密闭，密封罩的右端面设置有可供步进直线电机丝杠通过的开口48，密封套的左端与开口相连并将开口密闭；密封套设置在密封罩和液压阀体之间并被密封罩和液压阀体轴向压紧。
参见图7、8、9、11，本实用新型车辆变速箱电动控制***的第二种结构型式包括挡位控制手柄、控制器、一套或多套执行装置19，执行装置包括步进电机26、位置传感器组29、转动组件和平移组件，位置传感器组包括至少一个霍尔元件30和至少一个永久磁铁38；控制器用于接收位置传感器组的信号并控制步进电机的转动；
参见图8、9、11，转动组件包括轴承室40、丝杠、设置在轴承室内的两个压力轴承39；丝杠的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机输出轴连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠轴心方向垂直的限位轴台28；限位轴台设置在轴承室内，两个压力轴承分别设置在限位轴台的左面和右面；平移组件包括限位座22、设置在限位座内的平移拉杆32、可与丝杠组合成滚珠丝杠副的螺母37；平移拉杆的右端设置有可与液压控制杆23连接的连接头，平移拉杆的左端面设置有盲孔36，螺母嵌于盲孔内，平移拉杆的圆周侧面设置有两个外凸的限位块43；限位座上设置有可供平移拉杆左右移动的中心通孔34以及可供两个限位块左右滑动的两个限位槽44；如果平移拉杆已被液压控制杆23所限制而不能转动，也可以不设置限位块43和限位槽44，步进电机固定在轴承室的左侧面，轴承室固定在限位座的左侧面；永久磁铁固定在平移拉杆的圆周侧面上方，霍尔元件固定在限位座上与永久磁铁相应的位置，霍尔元件的输出信号送入控制器。
参见图8、9、11、12、13、14，限位座包括设置在中心通孔和平移拉杆间的耐磨衬套33；防尘用的密封机构包括密封罩和密封套，密封罩设置在限位座右侧并将限位座的中心通孔密闭，密封罩的右端面设置有可供液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆通过的开口，密封套的左端与开口相连并将开口密闭；密封套设置在密封罩和液力变速箱控制阀阀体或变速箱体之间并被密封罩和液力变速箱控制阀阀体或变速箱体轴向压紧。参见图19，永久磁铁与霍尔元件之间的位置关系如下：永久磁铁的磁场方向A与霍尔片所在方向B平行，且永久磁铁的靠近霍尔元件的磁极端面与霍尔元件保持合理的工作气隙L。
参见图1、2、3、4、5、6，挡位控制手柄包括可固定在方向盘柱上的手柄固定套8、与手柄固定套固连的手柄座6、从手柄座内向外伸出的空心手柄杆9、套在手柄杆外端部的手柄头3、方向挡切换单元、车速挡切换单元和快速切换挡单元，手柄杆可绕着设置在手柄座上的手柄转轴5左右转动，手柄头可绕手柄杆同轴往返转动一定的角度；方向挡切换单元包括设置在手柄杆内端的方向挡磁钢14以及固定在手柄座内相应位置的至少两个方向挡传感器7；车速挡切换单元包括设置在手柄杆外端侧面的至少两个车速挡传感器2以及固定在手柄头内侧面相应位置的车速挡磁钢10；方向挡传感器和车速挡传感器为电磁霍尔传感器；快速切换挡单元包括设置在手柄杆外端面内孔的快速切换挡传感器1和设置在手柄头内端面相应位置的快速切换挡磁钢13；手柄杆外端面和手柄头内端面之间设置有复位弹簧12，快速切换挡传感器为电磁霍尔传感器。
参见图7，一个液力变速箱上可能有一个或多个控制阀拉杆，一个机械变速箱上可能有一个或多个拨叉拉杆，相应一个挡位控制手柄可以通过多个执行装置控制相应多个控制阀拉杆或拨叉拉杆。

Claims (9)

1.一种车辆变速箱电动控制***，其特征在于：其包括挡位控制手柄、控制器、至少一个执行装置；所述挡位控制手柄用于向控制器提供方向挡切换信号和车速挡切换信号；所述控制器用于控制执行装置的动作；所述执行装置与液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆连接，用于驱动发动机换挡机构的切换。
2.根据权利要求1所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述执行装置为步进直线电机，其输出轴直接与液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆连接。
3.根据权利要求1所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述执行装置包括步进电机、位置传感器组、转动组件和平移组件，所述位置传感器组包括至少一个霍尔元件和至少一个永久磁铁；所述控制器用于接收位置传感器组.的信号并控制步进电机的转动；
所述转动组件包括轴承室、丝杠、设置在轴承室内的两个压力轴承；所述丝杠的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机输出轴连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠轴心方向垂直的限位轴台；所述限位轴台设置在轴承室内，所述两个压力轴承分别设置在限位轴台的左面和右面；
所述平移组件包括限位座、设置在限位座内的平移拉杆、可与丝杠组合成滚珠丝杠副的螺母；所述平移拉杆的右端设置有可与液压控制杆连接的连接头，所述平移拉杆的左端面设置有盲孔，所述螺母嵌于盲孔内；
所述步进电机固定在轴承室的左侧面，所述轴承室固定在限位座的左侧面；
所述永久磁铁固定在平移拉杆的圆周侧面上方，所述霍尔元件固定在限位座上与永久磁铁相应的位置，所述霍尔元件的输出信号送入控制器。
4.根据权利要求3所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述平移拉杆的圆周侧面设置有两个外凸的限位块；所述限位座上设置有可供平移拉杆左右移动的中心通孔以及可供两个限位块左右滑动的两个限位槽。
5.根据权利要求4所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述限位座包括设置在中心通孔和平移拉杆间的耐磨衬套。
6.根据权利要求4所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述永久磁铁与霍尔元件之间的位置关系如下：永久磁铁的磁场方向与霍尔片所在方向平行，且永久磁铁的靠近霍尔元件的磁极端面与霍尔元件保持合理的工作气隙。
7.根据权利要求1至6之任一权利要求所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述挡位控制手柄包括可固定在方向盘柱上的手柄固定套、与手柄固定套固连的手柄座、从手柄座内向外伸出的空心手柄杆、套在手柄杆外端部的手柄头、方向挡切换单元和车速挡切换单元，所述手柄杆可绕着设置在手柄座上的手柄转轴左右转动，所述手柄头可绕手柄杆同轴往返转动一定的角度；所述方向挡切换单元包括设置在手柄杆内端的方向挡磁钢以及固定在手柄座内相应位置的至少两个方向挡传感器；所述车速挡切换单元包括设置在手柄杆外端侧面的至少两个车速挡传感器以及固定在手柄头内侧面相应位置的车速挡磁钢；所述方向挡传感器和车速挡传感器为电磁霍尔传感器。
8.根据权利要求7所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述挡位控制手柄还包括快速切换挡单元，其包括设置在手柄杆外端面内孔的快速切换挡传感器和设置在手柄头内端面相应位置的快速切换挡磁钢；所述手柄杆外端面和手柄头内端面之间设置有复位弹簧，所述快速切换挡传感器为电磁霍尔传感器。
9.根据权利要求1至6之任一权利要求所述的车辆变速箱电动控制***，其特征在于：所述车辆变速箱电动控制***还包括密封机构，所述密封机构包括密封罩和密封套，所述密封罩设置在限位座右侧并将限位座的中心通孔密闭，所述密封罩的右端面设置有可供液力变速箱的控制阀拉杆或机械变速箱的拨叉拉杆通过的开口，所述密封套的左端与开口相连并将开口密闭；所述密封套设置在密封罩和液力变速箱控制阀阀体或变速箱体之间并被密封罩和液力变速箱控制阀阀体或变速箱体轴向压紧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102330816A (zh) * 2011-09-28 2012-01-25 缪绍光 手动变速器档位位置传感器

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Registration number: 2014610000002

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of utility model: Electric control system for vehicle gear box

Effective date of registration: 20160408

Granted publication date: 20100526

Pledgee: The Bank of Xi'an branch of Yanta Limited by Share Ltd

Pledgor: Shanxi Guoli Information Technology Co., Ltd.

Registration number: 2016610000007

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20170504

Granted publication date: 20100526

Pledgee: The Bank of Xi'an branch of Yanta Limited by Share Ltd

Pledgor: Shanxi Guoli Information Technology Co., Ltd.

Registration number: 2016610000007

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of utility model: Electric control system for vehicle gear box

Effective date of registration: 20170516

Granted publication date: 20100526

Pledgee: Bank of Xi'an, Limited by Share Ltd, South Main Street subbranch

Pledgor: Shanxi Guoli Information Technology Co., Ltd.

Registration number: 2017610000033

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20180608

Granted publication date: 20100526

Pledgee: Bank of Xi'an, Limited by Share Ltd, South Main Street subbranch

Pledgor: Shanxi Guoli Information Technology Co., Ltd.

Registration number: 2017610000033

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20100526