CN100540954C

CN100540954C - 一种应用于商用车用变速箱的集成式电动自动换档装置

Info

Publication number: CN100540954C
Application number: CNB2007100630171A
Authority: CN
Inventors: 席军强; 陈慧岩; 翟涌; 胡宇辉
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: CN101012880A

Abstract

本发明涉及一种车用变速箱自动换档机构，主要用于以单轴实现选换档操纵的变速箱(如S690以及5S111GP等ZF系列变速箱)。该自动换档机构为电动集成式，选位与换档驱动装置成90度水平布置，通过两个驱动电机分别完成选位和换档操纵。换档电机1与选位电机4均为减速电机，在ECU的控制下换档电机1通过齿轮2和齿轮3驱动变速箱选换档轴6旋转，实现挂档和摘档操作；在ECU的控制下选位电机4通过选位拨插5驱动变速箱选换档轴6做轴向运动，实现选位操作。两个选位和换档机构设有位置反馈传感器，向ECU发送选换档动作状态的反馈信号。加装该机构的变速箱作为主箱还可以和不同类型的副箱组合成档位更多的自动换档机械变速箱。

Description

一种应用于商用车用变速箱的集成式电动自动换档装置

技术领域

本发明涉及一种车用多档变速箱自动换档装置，该装置用于手动换档变速箱上，可实现手动换档变速箱的自动变速操纵。

背景技术

手动变速箱特别是多档手动变速箱车辆在行驶过程中，驾驶员要频繁进行选位、挂档的操作来满足其对发动机动力的需要。由于目前很多车辆的动力传动装置距离驾驶员操纵手柄较远，特别对于多档位车辆，其手动换档相邻选位槽的间距很小，所以如何准确、快速的进行选位与挂档操作一直是驾驶员需要面临的一个难题，尤其对于不熟悉该类型变速箱的驾驶员更加困难，经常出现选位错误或选不上位的情况。目前，机械式自动变速器(AutomatedMechanical Transmission)技术在国内外获得了广泛的关注与发展，变速箱的自动换档机构是其中的重要组成部分。由于在车辆行驶过程中，自动换档机构要频繁地使用，同时由于车内空间的限制，如何减小自动换档机构的体积，提高其可靠性，是在设计该机构时需要考虑的主要因素。

发明内容

本发明的目的是在现有普通手动机械变速箱基础上增加自动变速操纵系统，实现原手动机械变速箱的自动换档。发明的换档装置适用于多种不同档位的手动机械变速箱，并可以再匹配Range副箱以及Split副箱构成更多档位的自动变速箱。若采用主副变速箱结构，自动换档操纵还要涉及对副变速箱的改造。对变速箱操纵系统改造的目的，是使之接收传动电控单元的指令，自动完成摘档、选位和挂档操纵，能按控制软件顺利实现自动变速操纵。

变速箱的电控操纵改造方案为：选位与换档驱动装置成90°水平布置，通过两个减速电机分别完成选位和换档操纵。选位和换档机构均设有位置反馈传感器，可向传动电控单元发送动作状态的反馈信号。为了减小变速箱换档操纵机构的体积及提高可靠性，并便于在车辆上的安装，本发明采用了集成式结构对整个电控操纵机构进行封装。

两个电控电动的选换档驱动电机，可完成不同档位之间的换档控制。电机只有换档操作期间才需通电工作，而换档操作完成之后，就可恢复断电状态。

副变速箱高/低档自动切换的改造方案是采用了两个二位三通电控气动阀进行控制，通过对电控气动阀的通、断电控制，实现气动阀状态的切换，从而控制高/低档转换气缸的动作，实现高低档区间的转换。高/低档转换操纵动作的反馈是通过原手动机械变速箱安装的高/低档开关信号获得的，不需要增加新的传感器。

应用本发明时，原变速箱的手动换档操纵部分(含变速箱的上侧盖、操纵臂等)等部件将不再需要，在对变速箱换档轴进行部分改造后，利用变速箱上原有的安装孔固定电动集成换档机构，即可实现手动机械变速箱操纵机构的自动变速改造。若采用主副箱结构，则还需要安装两个气动电磁阀。

特别地，本发明提供一种应用于商用车变速箱的集成式电动自动换档装置，该装置包括主变速箱的电动集成式换档机构和副变速箱的气动高低档切换机构，反映变速箱档位信息的选位行程传感器、换档行程传感器，及传动电控单元；其中电动集成式换档机构由互成90°布置的两个电机组成，换档电机经减速机构以齿轮传动方式驱动变速箱选换档轴旋转完成换档操纵，换档电机的运动带动换档行程传感器旋转，而选位电机经减速机构通过滑动拨块驱动变速箱选换档轴轴向移动完成选位动作，选位电机的运动带动选位行程传感器旋转；在车辆需要换档时，传动电控单元首先判断获得所需的目标档位，然后根据该目标档位驱动换档电机进行摘空档操作；换档电机的运动带动换档行程传感器，该传感器的信号可作为传动电控单元判断档位状态的反馈信号；在摘空档操作之后，如果需要进行选位操作，传动电控单元根据目标档位驱动选位电机，从而控制选换档轴(19)进行选位操作，选换档轴的选位运动带动选位行程传感器，该传感器的信号可作为传动电控单元判断选位位置的反馈信号；在完成选位操作之后，传动电控单元根据目标档位驱动换档电机，从而控制选换档轴进行旋转换档动作，完成挂档操作；

其特征在于，选位行程传感器与换档行程传感器均为角位移传感器，且换档行程传感器通过铜套支撑在换档位置传感器轴上，并通过圆柱销与换档位置传感器轴连接。

优选地，副变速箱的气动高低档切换机构包括储气瓶，高低档气缸，和二位三通电控气动阀，传动电控单元驱动二位三通电控气动阀，控制高低档气缸，从而实现副变速箱的高低档切换。

本发明具有体积小、可靠性高、可适用多种变速箱、价格低及使用方便等优点。

附图说明

图1选位、换档操纵原理与档位图

图2电机驱动选位换档装置外形图(图2a主视图，图2b右视图，图2c俯视图)

图3电机驱动选位机构剖视图

图4电机驱动换档机构剖视图

图5副变速箱高/低档操纵原理图

图中：1换档减速电机；2主动齿轮；3被动齿轮；4选位减速电机；5拨插；6变速箱选换档轴；7换档电机；8选位电机；9键；10箱体总成；11换档齿轮；12圆柱销；13换档位置传感器轴；14铜套；15换档位置传感器；16轴定位套；17防护罩；18为操纵臂；19选换档轴；20紧固螺栓；21防尘圈；22衬套；23拨销；24O形密封圈；25定位套；26换档电机减速器；27选位换档臂；28选位拨动滑块；29选位传感器小销轴；30选位位置传感器；31选位位置传感器小摆臂总成；32选位传感器转轴；33为选位传感器盒体；34选位位置传感器大摆臂总成；35为选位传感器盒盖；36铜套；37选位位置传感轴；38圆柱轴；39选位拨插；40键；41为垫圈；42选位减速器；43储气瓶；44高低档气缸。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的技术实施方案：

1.主变速箱的选位、换档驱动机构原理图

如图1所示，主变速箱的选位减速电机4与换档减速电机1分别负责完成选位和换档操纵。电机采用直流电机，减速采用行星减速方式，传动控制单元控制换档减速电机4转动(顺时针转动和逆时针转动)，再通过换档主动齿轮2与被动齿轮3驱动选换档轴6做旋转运动，进而实现变速箱的摘空档和换档操纵；传动控制单元控制选位减速电机4转动(顺时针转动和逆时针转动)，再通过选位拨块装置5拨动选换档轴6做平移运动，进而实现变速箱的选位操纵。选位行程和换档行程通过位置传感器反馈回传动控制单元，选位电机在传动控制单元的控制下可实现多个选位位置。

2.主变速箱换档操纵机构外形图

变速箱换档操纵机构外形图如图2所示。主要包括选换档机构箱体总成10、选位电机8、选位电机减速器42、换档电机7、换档电机减速器26、换档行程传感器15、选位行程传感器30、变速箱选换档轴19以及应急手动换档操纵臂18。

3.换档操纵机构的结构组成

主变速箱换档操纵机构由选位机构和换档机构组成。

(1)选位机构：控制选换档轴19作轴向运动，完成选位操作，其组成如图3和图4所示。动力由选位减速电机8输出，经选位减速器42、键40、选位拨插39后，动力流传递经由选位拨动滑块28、选位换档臂27、拨销23传递到选换档轴19，通过选换档机构中的定位套16和衬套22以及变速箱中的定位套25对选换档轴进行定位；另一路反馈回路经由选位拨插39、圆柱销38、选位位置传感轴37、选位位置传感器大摆臂总成34、选位传感器小销轴29、选位位置传感器小摆臂总成31、选位传感器转轴32与选位位置传感器30连接，选位传感器传动装置通过选位传感机构盒体33和选位传感器盒盖35密封，选位位置传感轴37通过铜套36进行定位，选位拨插39轴向位置通过垫圈41进行定位。选位拨插39和拨动滑块28是连接选位换档轴19与选位电机8的中间环节，即将选位电机8的旋转运动传递到选位换档轴19的轴向运动。箱体总成10是选位机构、换档机构的安装固定部分，并对换档机构进行密封，选换档机构的防护罩17，选位换档机构的防尘圈21，以及选换档机构、变速箱与选换档轴之间的O形密封圈24共同对选换档机构进行密封。

(2)换档机构：控制选换档轴19作旋转运动，完成挂档及摘空档操作。动力由换档减速电机7输出、经减速器26、键9、换档齿轮11、选位换档臂27、拨销拨销23传递到选换档轴19；另由圆柱销12、换档位置传感器轴13与换档位置传感器15连接，换档位置传感器轴13通过铜套14进行支撑，换档减速电机通过换档齿轮将换档电机的旋转运动通过选换档臂和销轴传递给换档轴，使其旋转，完成换档操纵。图3中操纵臂18以及操纵臂的紧固螺栓20均与原手动操纵机构相同，在应急和特殊情况下可通过操纵臂18手动完成选换档操纵，通过紧固螺栓20可装卸操纵臂18。

(3)副箱换档控制方法：控制高低档转换气缸的动作，完成副变速箱高、低档的切换。主要包括两个二位三通气动电磁阀Q1和Q2、储气瓶43、高低档气缸44(通常为机械变速箱自带，且内置高低档位置开关信号)。

4.工作原理

在车辆的变速箱上加装这套系统之后，通过与电子控制单元的配合使用，可实现变速箱的自动选位、换档操作。

(1)自动选位操作：选位电机在传动电控单元的驱动下，控制选位减速电机顺时针或逆时针运动，通过选位拨插39及选位拨动滑块28传递给选换档轴19，带动选换档轴作轴向平移运动；同时，通过选位位置传感器轴37、选位传感器摆臂总成34及选位传感器转轴32传递给选位位置传感器30，从而将选位电机的运动状况反馈给传动电控单元。

(2)摘空档/自动换档操作：摘空档时，传动电控单元驱动换档减速电机，带动换档齿轮11，驱动选位换档臂27，控制与选换档臂通过销轴23连接的选换档轴19做顺时针或逆时针旋转，使变速箱摘空档。自动挂档操作与摘空档过程类似，传动电控单元驱动换档电机或正时针转动，或逆时针转动，再由选位换档臂带动选换档轴旋转完成换档。

(3)高低档的切换操作：如图5所示，若在换档过程中需要进行高低档的切换，则传动电控单元驱动两位三通气动阀Q1或Q2，进而控制高低档气缸44伸出或缩回，从而获得副变速箱的高档或低档，气源取自车辆自身的储气瓶43。

Claims

1.一种应用于商用车变速箱的集成式电动自动换档装置，该装置包括主变速箱的电动集成式换档机构和副变速箱的气动高低档切换机构，反映变速箱档位信息的选位行程传感器(30)、换档行程传感器(15)，及传动电控单元；其中电动集成式换档机构由互成90°布置的两个电机组成，换档电机(7)经减速机构(26)以齿轮传动方式驱动变速箱选换档轴(19)旋转完成换档操纵，换档电机(7)的运动带动换档行程传感器(15)旋转，而选位电机(8)经减速机构(42)通过滑动拨块(28)驱动变速箱选换档轴(19)轴向移动完成选位动作，选位电机(8)的运动带动选位行程传感器(30)旋转；在车辆需要换档时，传动电控单元首先判断获得所需的目标档位，然后根据该目标档位驱动换档电机(7)进行摘空档操作；换档电机(7)的运动带动换档行程传感器(15)，该传感器的信号可作为传动电控单元判断档位状态的反馈信号；在摘空档操作之后，如果需要进行选位操作，传动电控单元根据目标档位驱动选位电机(8)，从而控制选换档轴(19)进行选位操作，选换档轴(19)的选位运动带动选位行程传感器(30)，该传感器的信号可作为传动电控单元判断选位位置的反馈信号；在完成选位操作之后，传动电控单元根据目标档位驱动换档电机(7)，从而控制选换档轴(19)进行旋转换档动作，完成挂档操作；

其特征在于，选位行程传感器(30)与换档行程传感器(15)均为角位移传感器，且换档行程传感器(15)通过铜套(14)支撑在换档位置传感器轴(13)上，并通过圆柱销(12)与换档位置传感器轴(13)连接。

2.如权利要求1所述的应用于商用车变速箱的集成式电动自动换档装置，其特征在于副变速箱的气动高低档切换机构包括储气瓶(43)，高低档气缸(44)，和二位三通电控气动阀(Q1，Q2)，传动电控单元驱动二位三通电控气动阀(Q1，Q2)，控制高低档气缸(44)，从而实现副变速箱的高低档切换。