CN101457831B - 变速器的自动换档机构和自动换挡系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变速器的自动换档机构，该机构包括换档电机、传动装置、换档杆、换档拨头、换档拨块、拨叉轴和换档拨叉，换档拨头固定在换档杆上，换档拨块和换档拨叉固定在拨叉轴上，换档电机通过传动装置驱动换档杆和换档拨头转动，换档拨头通过换档拨块驱动拨叉轴和换档拨叉作直线运动。其中，该机构还包括档位限定装置，该装置包括分别固定在拨叉轴两端的第一和第二限位挡圈。在执行换档操作时，在拨叉轴运动到行车档位置时，第一或第二限位挡圈将被变速器箱体阻挡，从而保证换档操作可靠，不会发生换档过冲现象。因此，本发明的自动换档机构结构简单且操作方便。如果变速器具有多个行车档位，则可以组合使用二个上述自动换档机构。

Description

变速器的自动换档机构和自动换挡系统

技术领域

本发明涉及一种变速器的自动换档机构，尤其涉及一种混合动力汽车中的变速器的自动换档机构。

背景技术

在混合动力汽车中，特别是以电力为主的混合动力汽车中，由于电动机的动力特性与发动机的动力特性的差异性，其变速系统常常不需要象传统燃油汽车那样需要很多的档位。通常，在混合动力汽车中，前进档位一般为2到3个，为了实现动力模式及档位的切换，通常只需一个或者两个拨叉就能完成。在这种只有一个或者两个拨叉的变速系统中，如果使用传统的选档换档机构，不仅结构复杂，而且换档过程要经历退档、选档、挂档三个过程，换档过程的时间较长，动力中断感觉明显。

在现有的自动换档机构中，可以采用电机或者液压缸执行换档操作。对于电机换档来说，电机换档没有人工换档的那种手感，换档电机的电流及通电时间的微小变化容易造成电机转角的误差，从而造成换档过冲或者换档不到位，从而产生换档噪声，容易损伤换档机构以及同步器；或者档位不准确，不能执行正确的换档操作。由于没有人工换档的那种手感，所以液压缸换档机构也同样存在上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变速器的自动换档机构，该机构结构简单，换档时间短，并且换档操作稳定可靠。

为了实现上述目的，本发明提供一种变速器的自动换档机构，该机构包括换档电机、传动装置、换档杆、换档拨头、换档拨块、拨叉轴和换档拨叉，所述换档拨头固定在所述换档杆上，所述换档拨块和换档拨叉固定在所述拨叉轴上，所述换档电机通过传动装置驱动所述换档杆和换档拨头转动，所述换档拨头通过所述换档拨块驱动所述拨叉轴和换档拨叉作直线运动。其中，该机构还包括档位限定装置，该装置包括分别固定在所述拨叉轴两端的第一限位挡圈和第二限位挡圈，当变速器处于行车档时，所述第一限位挡圈或者第二限位挡圈被变速器箱体阻挡。

在执行换档操作时，换档电机通过传动装置驱动换档杆转动，换档杆上的换档拨头通过拨动换档拨块使拨叉轴作直线运动，从而执行换档操作。当所述拨叉轴运动到行车档位置时，所述第一限位挡圈或者第二限位挡圈将被变速器箱体阻挡，从而保证换档操作可靠，至少不会发生换档过冲现象，从而不会产生换档噪声，不会损伤换档机构以及同步器。

在使用上述自动换档机构的车辆中，变速器可以具有两个行车档和一个空档，例如1档、空档和2档。因此，仅通过单独的自动换档机构即可完成换档操作，因此结构简单，操作方便。由于不需要选档操作，因此换档时间缩短，并且换档操作稳定、可靠。

在混合动力车辆中，如果变速器具有多个档位，例如具有4个行车档，如1档、2档、3档和4档，则自动换档系统可以同时使用相互独立的二个自动换档机构，其中一个自动换档机构在1档、空档和2档之间执行换档操作，另一个自动换档机构在3档、空档和4档之间执行换档操作。

本发明的其它方面及其优点将在下面的具体实施方式部分进行详细说明。

附图说明

图1是根据本发明一种优选实施方式的自动换档机构的平面图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图2的B-B剖视图；

图4是根据本发明一种优选实施方式的具有二个自动换档机构的自动换档系统的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

如图1至图3所示，根据本发明的一种优选实施方式，提供一种变速器的自动换档机构，该机构主要包括换档电机1、传动装置、换档杆4、换档拨头5、换档拨块6、拨叉轴7和换档拨叉8。所述换档拨头5固定在所述换档杆4上。所述换档拨块6和换档拨叉8固定在所述拨叉轴7上。所述换档电机1通过传动装置驱动所述换档杆4和换档拨头5转动，所述换档拨头5则通过所述换档拨块6驱动所述拨叉轴7和换档拨叉8作直线运动，以执行换档操作。其换档原理与传统的自动换档机构类似。图中的附图标记20表示自动换档机构的壳体，21表示该壳体的盖板。

在本发明中，可以使用任何合适的传动装置将换档电机1的动力传递给换档杆4。例如，所述传动装置可以包括蜗杆蜗轮装置、齿轮组等。在本发明中，优选采用蜗杆蜗轮装置。即，本发明传动装置包括相互啮合的蜗杆2和蜗轮3，所述蜗杆2与所述换档电机1的转轴连接，所述蜗轮3与所述换档杆4连接。

在本发明中，所述自动换档机构可以应用于具有2个前进档的混合动力汽车中。使用这种自动换档机构，不需要选档操作，因此结构简单。

在本发明中，所述自动换档机构还包括档位限定装置，用于限制拨叉轴7的换档行程，从而保证变速器中同步器的换档位置，防止换档过冲，从而确保该换档机构以及同步器等零部件的使用寿命。

根据一种实施方式，所述档位限定装置可以包括分别固定在所述拨叉轴7两端的第一限位挡圈9和第二限位挡圈10，如图3所示。当变速器处于行车档时，所述第一限位挡圈9或者第二限位挡圈10将被变速器箱体(未图示)阻挡，从而防止换档过冲。例如，在拨叉轴7的轴向移动过程中，当同步器(即同步器齿套)移动到1档位置时，第一限位挡圈9将被变速器箱体阻挡；当同步器齿套移动到2档位置时，第二限位挡圈10将被变速器箱体阻挡。

所述第一限位挡圈9和第二限位挡圈10可以位于变速器箱体的内侧，也可以位于变速器箱体的外侧。如果第一限位挡圈9位于1档侧，第二限位挡圈10位于2档侧，则在第一限位挡圈9和第二限位挡圈10位于变速器箱体的内侧时，在同步器齿套移动到1档位置时，则第一限位挡圈9将被变速器箱体的内侧阻挡；在同步器齿套移动到2档位置时，则第二限位挡圈10将被变速器箱体的内侧阻挡。相反，如果第一限位挡圈9和第二限位挡圈10位于变速器箱体的外侧，在同步器齿套移动到1档位置时，则第二限位挡圈10将被变速器箱体的外侧阻挡；在同步器齿套移动到2档位置时，则第一限位挡圈9将被变速器箱体的外侧阻挡。

为了使结构紧凑，第一限位挡圈9和第二限位挡圈10优选位于变速器箱体的内侧，即位于变速器箱体内。

此外，所述档位限定装置优选还包括限位组件14，该限位组件14包括偏压元件和形成于换档拨头5上的限位槽11，当变速器处于空档时，所述偏压元件抵靠在所述限位槽11中。在这种实施方式中，通过所述限位槽11以及弹性抵靠在该限位槽11中的偏压元件，可以确保变速器或者同步器处于空档位置。

作为一种优选实施方式，所述换档拨头5包括从所述限位槽11的两侧延伸的第一斜面12和第二斜面13，当变速器处于行车档时，所述偏压元件从抵靠在所述限位槽11中移动到抵靠在所述第一斜面12或者第二斜面13上。在这种实施方式中，通过所述第一斜面12和第二斜面13与所述第一限位挡圈9和第二限位挡圈10的相互配合，能够对换档电机1的转角误差进行自动修正，从而可以确保变速器处于正确的档位，使换档操作更加准确、可靠。

例如，如图3所示，假设拨叉轴7向上移动为换1档，向下移动为换2档，在图示位置为空档。在变速器从空档向1档切换时，换档杆4带动换档拨头5逆时针转动，以驱动拨叉轴7向上侧移动。此时，偏压元件将从限位槽11向第一斜面12移动而抵靠在第一斜面12上，使拨叉轴7具有继续向上移动的运动趋势。此时，如果换档电机1的预定转角不到位，即换档不到位时，则在偏压元件的弹力作用下，拨叉轴7仍然能够运动到准确的位置，使变速器处于1档位置。当拨叉轴4或者同步器齿套准确移动到1档位置时，所述第一限位挡圈9将被变速器箱体的内侧或者内壁阻挡，从而阻止拨叉轴7继续向上移动，从而防止换档过冲。因此，通过偏压元件的弹力作用以及第一或第二限位挡圈的阻挡作用，能够同时解决换档不到位和换档过冲问题，从而确保换档位置准确，换档过程可靠。此外，通过二者的相互作用，还可以保证变速器稳定处于所在的档位上，防止在车辆行驶过程中发生脱档现象。

在本发明中，所述偏压元件可以具有多种结构，只要能够对换档拨头6的限位槽11以及第一和第二斜面12和13施加弹性力即可。作为一种具体的实施例，如图3所示，所述偏压元件可以包括固定套15，位于该固定套15内的压缩弹簧16，以及由该压缩弹簧16向外偏压的钢球17。固定套15可以安装在变速器箱体上。另外，为了保证偏压元件工作可靠，可以在固定套15内设置推杆18，钢球17设置在推杆18前端的圆弧凹槽内，压缩弹簧16的压力经过该推杆18作用于钢球17上。此外，在推杆18前端与钢球17配合的圆弧凹槽内还可以设置一些滚珠19，由此可以方便钢球17转动。也就是说，在换档拨头5的转动过程中，所述钢球17可以方便地在第一斜面12、限位槽11和第二斜面13之间滚动，从而工作可靠。

如上所述，通过偏压元件与限位挡圈的相互作用，能够实现锁定档位的作用。因此，在本发明的自动换档机构中不需要使用额外的锁定装置来锁定档位，从而进一步简化了结构并降低了成本。此外，在现有的自动换档机构中，通常是通过作为传动装置的蜗杆和蜗轮相互之间的自锁特性来实现档位的限定，因此会由于换档电机的转角误差而容易产生换档过冲或者换档不到位等问题。在本发明中，蜗杆和蜗轮之间可以是非自锁的，从而可以通过上述第一斜面12和第二斜面13与所述第一限位挡圈9和第二限位挡圈10之间的相互配合作用，对换档电机1的转角误差进行自动修正，从而可以确保变速器处于正确的档位，使换档操作更加准确、可靠。

在本发明中，所述自动换档机构可以包括一个独立的壳体20，用于封装蜗轮、蜗杆等传动部件。另外，还可以在自动换档机构的壳体20(尤其是该壳体20的盖板21，见图2)上安装档位传感器22，用以采集换档杆4转角的变化，从而得到变速器的档位信号。换档电机1可以由电控单元控制，并可以正反方向转动。当电控单元发出换档信号时，电机1转动带动蜗杆2转动，蜗杆2带动蜗轮3转动，蜗轮3带动换档杆4及换档拨头5转动，换档拨头5带动换档拨块6直线移动，从而实现拨叉轴7及换档拨叉8的直线移动，完成换档操作。在此换档过程中，通过偏压元件与限位挡圈之间的相互配合作用，可以对换档位置的误差进行自动修正，从而确保换档位置准确，提高换档操作的可靠性和准确性。换档位置的误差主要由换档电机1的转角误差产生。另外，从换档电机到同步器之间的动力传递部分也可能会导致换档位置产生误差。

图4所示为使用了二个自动换档机构的自动换档系统的剖视图。

如前所述，在混合动力汽车中，前进档位一般为2到3个。对于具有2个前进档位的混合动力汽车来说，单独使用上述自动换档机构即可实现换档操作。对于具有3至4个前进档位的混合动力汽车来说，则可以通过使用二个自动换档机构的自动换档系统来实现换档操作，如图4所示。在这种情况下，例如，其中的一个自动换档机构可以用于实现1档、空档和2档之间的切换，另一个自动换档机构则可以用于实现3档、空档和4档之间的切换，因此结构简单、使用方便。在混合动力车中，倒车通常可以由电机反转来实现，因此变速器中通常不需要设置倒档。

在上面已经通过具体的实施方式对本发明进行了详细的说明，但是本发明不限于上述具体的实施方式，本领域技术人员能够在本发明的范围内对本发明进行一些修改或者替换。例如，对于限位挡圈来说，可以在变速器箱体上设置专门的挡块来阻挡第一和第二限位挡圈，或者还可以改变限位挡圈的设置位置(例如将限位挡圈设置在与拨叉轴相连的其它部件上)，或者也可以在拨叉轴上设置其它阻挡元件如挡块来代替所述限位挡圈；对于限位装置来说，可以在换档杆上设置专门的部件来代替换档拨头，以便与偏压元件进行配合。因此，对本发明的一些简单替换或者修改同样属于本发明的内容。

Claims (10)

1. 一种变速器的自动换档机构，该机构包括换档电机、传动装置、换档杆、换档拨头、换档拨块、拨叉轴和换档拨叉，所述换档拨头固定在所述换档杆上，所述换档拨块和换档拨叉固定在所述拨叉轴上，所述换档电机通过传动装置驱动所述换档杆和换档拨头转动，所述换档拨头通过所述换档拨块驱动所述拨叉轴和换档拨叉作直线运动，其特征在于：

该机构还包括档位限定装置，该档位限定装置包括分别固定在所述拨叉轴两端的第一限位挡圈和第二限位挡圈，当变速器处于行车档时，所述第一限位挡圈或者第二限位挡圈被变速器箱体阻挡。

2. 根据权利要求1所述的自动换档机构，其中所述第一限位挡圈和第二限位挡圈位于变速器箱体的内侧。

3. 根据权利要求2所述的自动换档机构，其中所述档位限定装置还包括限位组件，该限位组件包括偏压元件和形成于换档拨头上的限位槽，当变速器处于空档时，所述偏压元件抵靠在所述限位槽中。

4. 根据权利要求3所述的自动换档机构，其中所述换档拨头包括从所述限位槽的两侧延伸的第一斜面和第二斜面，当变速器处于行车档时，所述偏压元件从抵靠在所述限位槽中移动并抵靠在所述第一斜面或者第二斜面上。

5. 根据权利要求3所述的自动换档机构，其中所述偏压元件包括固定套、位于该固定套内的压缩弹簧、以及由该压缩弹簧向所述换档拨头偏压的钢球。

6. 根据权利要求5所述的自动换档机构，其中所述偏压元件还包括位于所述固定套内由所述压缩弹簧向所述换档拨头偏压的推杆，所述钢球位于所述推杆前端的圆弧凹槽内。

7. 根据权利要求6所述的自动换档机构，其中所述偏压元件还包括设置在所述推杆前端的圆弧凹槽与所述钢球之间的多个滚珠。

8. 根据权利要求1所述的自动换档机构，其中所述传动装置包括相互啮合的蜗杆和蜗轮，所述蜗杆与所述换档电机的转轴连接，所述蜗轮与所述换档杆连接。

9. 根据权利要求1所述的自动换档机构，其中该自动换档机构还包括换档机构壳体和档位传感器，该档位传感器安装在所述换档机构壳体上，用于通过检测所述换档杆的转角来确定变速器的档位。

10. 一种变速器的自动换档系统，该系统包括两个如权利要求1-9中任意一项所述的自动换档机构。

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