CN101825174A - 发动机自适应传动传感电控自动变速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机自适应传动传感电控自动变速装置，包括变速箱体、离合器、动力输入轴、动力输出轴和换档鼓，还包括自适应传动装置和换档自动控制系统；本发明正常行驶时，控制器根据阻力矩自动控制离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动伺服电机自动加减档；在阻力发生变化时，凸轮传动副在阻力的作用下，产生分力，使凸轮套发生轴向位移，通过换算得出扭矩数值，并由转速传感器检测到输出轴的转速数值，根据扭矩一转速变化决定换档动作和换档档位，本发明能够在电控机构控制下，随行驶阻力变化进行换档变速，实现了摩托车变速器通过扭矩-转速变化和节气门开度决定自动换档并满足复杂道路条件下使用要求。

Description

发动机自适应传动传感电控自动变速装置

技术领域

本发明涉及一种摩托车传动装置，特别涉及一种发动机自适应传动传感电控自动变速装置。

背景技术

摩托车是比较普遍使用的交通和运输工具，是靠手把操纵前轮转向的两轮或三轮车。摩托车具有价格便宜、轻便灵活和行驶迅速的优点，能到达大型交通工具无法到达的山区和农村等地，用途比较广泛。

摩托车包括车轮、车架和动力及传动系统，动力及传动系统是摩托车的重要装置，装置本身性能以及运行状态直接影响摩托车的整体性能。

现有技术中，摩托车普遍采用手动(脚动)控制离合器并完成换档，并手柄直接控制油门拉索以配合行走和换档，驾驶人员劳动强度大，容易产生驾驶疲劳；

手动(脚动)的操作完全取决于驾驶人员的主观，由于不不具备自动检测、修正和排除驾驶员的操作错误，在车速变化突然时，变速器无法达到转速、扭矩和档位的最佳匹配，会使发动机处于非稳态工况下运转，必然造成发动机功率与行驶阻力难以匹配，致使发动机运行不稳定；同时，机动车在由乘骑者在不知晓行驶阻力的情况下，仅根据经验操作控制的变速装置，常常会在启动、上坡和大负载时、由于行驶阻力增加，迫使发动机转速下降在低效率区工作，发动机堵转甚至停止转动，无法满足摩托车在山区、丘陵和重负荷条件下使用，缩小了使用范围，使摩托车轻便灵活的优势无法发挥。

出具有以上问题以外，现有的摩托车普遍采用脚动的换档方式，使驾驶员操作时不利于保持稳定与平衡，易发生安全事故。

现有技术中，出现了一种自动换档结构，换档鼓和离合器采用伺服电机驱动并由控制器(ECU)自动控制，由切换开关直接输入换档和档位命令，由伺服电机完成换档，节省了驾驶者的体力劳动，并使之操作时利于保持稳定与平衡，避免由于不平衡造成的安全事故。但是，这种结构形式依然不能排除人的主观操作对摩托车运行状态的不利影响。

因此，需要对摩托车现有的变速机构进行改进，部分排除驾驶人员的主观意识对操作的影响，在复杂路段能够自动检测并根据检测数值自适应随行驶阻力变化自动进行换档变速，解决摩托车变速器通过扭矩一转速变化决定换档并满足复杂条件下道路使用的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种发动机自适应传动传感电控自动变速装置，部分排除驾驶人员的主观意识对操作的影响，在复杂路段能够自动检测并根据检测数值自适应随行驶阻力变化自动进行换档变速，解决摩托车变速器通过扭矩-转速变化决定换档并满足复杂条件下道路使用的问题。

本发明的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，包括变速箱体、离合器、动力输入轴、动力输出轴和换档鼓，所述离合器将发动机动力输入动力输入轴，动力输入轴通过档位变速齿轮副将动力输出至动力输出轴，所述换档鼓通过换档拨叉控制换档，还包括自适应传动装置和换档自动控制系统；

自适应传动装置包括设置有轴向凸轮I的凸轮套和弹性元件，所述动力输出轴设置有轴向凸轮II，所述轴向凸轮I和轴向凸轮II相配合形成凸轮传动副；所述动力输出轴外圆转动配合套有链轮，所述凸轮套与链轮以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，所述弹性元件沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向顶住凸轮套；

所述换档自动控制系统包括控制器、将信号输入控制器的位移传感器和动力输出轴转速传感器、以及接收控制器命令信号的离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动伺服电机；所述位移传感器用于检测凸轮套的轴向位移，动力输出轴转速传感器用于检测动力输出轴的转速信号，离合器驱动伺服电机用于驱动离合器的离合；换档鼓驱动伺服电机用于驱动换档鼓完成换档动作。

进一步，所述凸轮套套在动力输出轴外圆，一端部与链轮以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，另一端部由套在动力输出轴外圆的弹性元件顶住；

进一步，所述位移传感器包括霍尔元件I和与其沿轴向相对的磁钢I，所述磁钢I固定设置在一位移磁钢座上，所述位移磁钢座以轴向可移动圆周方向固定的方式设置，所述位移磁钢座在一回位弹性元件的作用下沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向紧靠凸轮套；所述动力输出轴转速传感器包括霍尔元件II和与动力输出轴在圆周方向固定配合的输出轴转速磁钢座，所述输出轴转速磁钢座上设置与霍尔元件II相对的磁钢II；

进一步，所述换档自动控制系统还包括由霍尔元件III和磁钢III组成的动力输入轴转速传感器，所述磁钢III与霍尔元件III相对并设置在与动力输入轴在圆周方向固定配合的输入轴转速磁钢座上；

进一步，所述输出轴转速磁钢座通过沿轴向的螺钉设置在动力输出轴的端面，所述弹性元件一端顶住凸轮套，另一端顶住输出轴转速磁钢座；

进一步，所述自适应传动装置设置在与变速箱体固定连接的壳体内，所述位移磁钢座外套于动力输出轴，所述弹性元件位于位移磁钢座和动力输出轴之间形成的空腔内，位移磁钢座外圆沿轴向设置限位槽，一限位螺钉螺纹配合穿过壳体并伸入限位槽；所述凸轮套与链轮配合的端部在圆周方向均布设置至少两个沿轴向的传动凸起，所述链轮上与其对应设置沿轴向的传动孔，所述传动凸起一一对应伸入传动孔使凸轮套与链轮以圆周方向固定轴向可移动的方式配合；

进一步，所述离合器驱动伺服电机的外壳固定设置在变速箱体上，转子轴在圆周方向固定配合设置有偏心凸轮，所述离合器包括定片、动片和离合器罩，所述定片与动力输入轴通过齿轮啮合副传动配合，动片与离合器罩在圆周方向固定配合，与离合器罩在圆周方向转动轴向固定配合设置驱动杆，所述驱动杆与变速器箱体可沿轴向往复滑动配合，偏心凸轮凸缘与驱动杆端面接触配合并驱动杆轴向移动；换档鼓驱动伺服电机外壳固定设置于变速箱体，转子轴与换档鼓在圆周方向固定配合；

进一步，所述弹性元件为至少一组蝶簧；所述凸轮套外圆设置环形凸台，位移磁钢座端面与环形凸台端面之间通过平面滚动轴承配合；

进一步，所述凸轮套的轴向凸轮I为内圆设置的内斜齿轮结构，动力输出轴的轴向凸轮II为外圆设置的外斜齿轮结构，所述凸轮套套在动力输出轴外圆使内斜齿轮结构与外斜齿轮结构相啮合形成凸轮传动副。

本发明还公开了一种发动机自适应传动传感电控自动变速装置，包括变速箱体、离合器、动力输入轴、动力输出轴和换档鼓，所述离合器将发动机动力输入动力输入轴，动力输入轴通过档位变速齿轮副将动力输出至动力输出轴，所述换档鼓通过换档拨叉控制换档，还包括自适应传动装置和换档自动控制系统，所述动力输出轴外圆转动配合套有链轮；

自适应传动装置包括弹性元件和设置有端面凸轮I的凸轮套，所述链轮设置有端面凸轮II，所述端面凸轮I和端面凸轮II相配合形成凸轮传动副；所述凸轮套外套于动力输出轴以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，所述弹性元件沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向顶住凸轮套；

所述换档自动控制系统包括控制器、将信号输入控制器的位移传感器和动力输出轴转速传感器、以及接收控制器命令信号的离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动伺服电机；所述位移传感器用于检测凸轮套的轴向位移，动力输出轴转速传感器用于检测动力输出轴的转速信号，离合器驱动伺服电机用于驱动离合器的离合；换档鼓驱动伺服电机用于驱动换档鼓完成换档动作。

本发明的有益效果：本发明的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，正常行驶时，控制器根据阻力矩自动控制离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动伺服电机自动加减档；在阻力发生变化时，凸轮传动副在阻力的作用下，产生分力，使凸轮套发生轴向位移，通过换算得出扭矩数值，并由转速传感器检测到输出轴的转速数值，根据扭矩-转速变化决定换档动作和换档档位，本发明能够在电控机构控制下，随行驶阻力变化进行换档变速，实现了摩托车变速器通过扭矩-转速变化决定自动换档并满足复杂道路条件下使用要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为图1A处放大图；

图3为本发明动力输出轴上外斜齿轮结构的轴向凸轮II结构示意图；

图4为本发明凸轮套径向截面结构示意图；

图5为链轮结构示意图；

图6为本发明实施例二的自适应传动装置结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为本发明实施例一的结构示意图，图2为图1A处放大图，图3为本发明动力输出轴上外斜齿轮结构的轴向凸轮II结构示意图，图4为本发明凸轮套径向截面结构示意图，图5为链轮结构示意图，如图所示：本实施例的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，包括变速箱体9、离合器1、动力输入轴5、动力输出轴6和换档鼓7，所述离合器1通过齿轮4将发动机动力输入动力输入轴5，动力输入轴5通过档位变速齿轮副将动力输出至动力输出轴6，档位变速齿轮副根据不同的结构和需要可以为2至6档，也可以包含倒档；所述换档鼓7通过换档拨叉控制换档；还包括自适应传动装置和换档自动控制系统；

自适应传动装置包括设置有轴向凸轮I12a的凸轮套12和弹性元件13，所述动力输出轴6设置有轴向凸轮II 6a，所述轴向凸轮I 12a和轴向凸轮II 6a相配合形成凸轮传动副；所述动力输出轴6外圆转动配合套有链轮10，所述凸轮套12与链轮10以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，所述弹性元件13沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向顶住凸轮套12；

所述换档自动控制系统包括控制器21、将信号输入控制器21的位移传感器和动力输出轴转速传感器、以及接收控制器21命令信号的离合器驱动伺服电机23和换档鼓驱动伺服电机8；所述位移传感器用于检测凸轮套12的轴向位移，动力输出轴转速传感器用于检测动力输出轴6的转速信号，离合器驱动伺服电机23用于驱动离合器1的离合；换档鼓驱动伺服电机8用于驱动换档鼓7完成换档动作。

本实施例中，所述凸轮套12套在动力输出轴6外圆，一端部与链轮10以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，另一端部由套在动力输出轴6外圆的弹性元件13顶住；本结构利于安装和拆卸，并利于保持结构的稳定安装。

本实施例中，所述位移传感器包括霍尔元件I 17和与其沿轴向相对的磁钢I 18，所述磁钢I 18固定设置在一位移磁钢座18a上，所述位移磁钢座18a以轴向可移动圆周方向固定的方式设置，如图所示，位移磁钢座18a通过壳体11以轴向可移动圆周方向固定的方式设置；所述位移磁钢座18a在一回位弹性元件24的作用下沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向紧靠凸轮套12，本实施例中回位弹性元件24为一柱状弹簧；所述动力输出轴转速传感器包括霍尔元件II 15和与动力输出轴6在圆周方向固定配合的输出轴转速磁钢座16a，所述输出轴转速磁钢座16a上设置与霍尔元件II 15相对的磁钢II 16，所述磁钢II 16沿圆周方向均布设置六个，当然，数量根据需要可以是多个；霍尔元件I 17和霍尔元件II 15的信号输出端连接控制器21；采用霍尔元件的传感器结构，检测结果准确，避免干涉。

本实施例中，所述换档自动控制系统还包括由霍尔元件III 25和磁钢III 26组成的动力输入轴转速传感器，所述磁钢III 26与霍尔元件III 25相对并设置在与动力输入轴6在圆周方向固定配合的输入轴转速磁钢座26a上，磁钢III 26沿圆周方向均布设置六个，当然，数量根据需要可以是多个；设置动力输入轴传感器，使控制器21根据动力输入轴5和动力输出轴6之间的转速决定换档档位，避免换档过程中产生的顿挫感，并避免传动齿轮副出现损坏。

本实施例中，所述输出轴转速磁钢座16a通过沿轴向的螺钉14设置在动力输出轴6的端面，所述弹性元件13一端顶住凸轮套12，另一端顶住输出轴转速磁钢座16a；本结构使输出轴转速磁钢座16a构成可沿轴向由螺钉14调节移动的结构，可用于调节弹性元件的预紧力，从而调整在一定阻力下凸轮套12的轴向移动距离。

本实施例中，所述自适应传动装置设置在与变速箱体9固定连接的壳体11内，所述位移磁钢座18a外套于动力输出轴6，所述弹性元件13位于位移磁钢座18a和动力输出轴6之间形成的空腔内；使本发明结构紧凑，装配后稳定，安装拆卸容易；位移磁钢座18a外圆沿轴向设置限位槽，一限位螺钉19螺纹配合穿过壳体11并伸入限位槽，用较简单的结构限制位移磁钢座在圆周方向的自由度并实现可轴向移动；所述凸轮套12与链轮10配合的端部在圆周方向均布设置至少两个沿轴向的传动凸起12b，所述链轮10上与其对应设置沿轴向的传动孔10a，所述传动凸起12b一一对应伸入传动孔10a使凸轮套12与链轮10以圆周方向固定轴向可移动的方式配合；利于简化本装置的装配工艺。

本实施例中，所述离合器驱动伺服电机23的外壳固定设置在变速箱体9上，转子轴在圆周方向固定配合设置有偏心凸轮23a，所述离合器1包括定片、动片和离合器罩2，所述定片与动力输入轴通过齿轮啮合副传动配合，动片与离合器罩2在圆周方向固定配合，与离合器罩2在圆周方向转动轴向固定配合设置驱动杆3，所述驱动杆3与变速器箱体9可沿轴向(离合器离合方向)往复滑动配合，如图所示，离合器罩2与驱动杆3之间动过滚动轴承配合；偏心凸轮23a凸缘与驱动杆3端面接触配合并驱动杆3轴向移动，采用偏心凸轮结驱动，使驱动过程平滑稳定，适用于离合器驱动结构；换档鼓驱动伺服电机8外壳固定设置于变速箱体9，转子轴与换档鼓7在圆周方向固定配合。

本实施例中，所述弹性元件13为至少一组蝶簧，本实施例根据实际情况采用四组；所述凸轮套12外圆设置环形凸台，位移磁钢座18a端面与环形凸台端面之间通过平面滚动轴承20配合；

本实施例中，所述凸轮套12的轴向凸轮I 12a为内圆设置的内斜齿轮结构，动力输出轴6的轴向凸轮II 6a为外圆设置的外斜齿轮结构，所述凸轮套12套在动力输出轴6外圆使内斜齿轮结构与外斜齿轮结构相啮合形成凸轮传动副；采用斜齿轮结构的轴向凸轮，可最大限度的减小啮合间隙，较精确的反应扭矩与凸轮套移动距离之间的关系，从而使控制器的自动控制过程更为精确。

本发明动力传递路线：

离合器1→动力输入轴5→档位变速齿轮副→动力输出轴6→轴向凸轮II 6a→轴向凸轮I 12a→凸轮套12→链轮10；

动力传递路线同时还经过下列路线：轴向凸轮II 6a→轴向凸轮I 12a→轴向分力→凸轮套12→压缩弹性元件13；

由以上传递路径可以看出，行驶阻力越大，由轴向凸轮II和轴向凸轮I所产生的轴向分力就越大，弹性元件的被压缩量就越大，由位移传感器所测得的并传到控制器(ECU)的位移量就越大，控制器根据位移量计算出行驶阻力对动力输出轴扭矩的要求，并根据动力输出轴转速传感器的转速数据，合理匹配扭矩-转速数值，对离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动电机发出适当的换档指令。

实施例二

图6为本发明实施例二的自适应传动装置结构示意图，如图所示：本实施例的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，与实施例一的区别仅在于：自适应传动装置；本实施例的自适应传动装置包括弹性元件13和设置有端面凸轮I 121的凸轮套12，链轮10设置有端面凸轮II 101，所述端面凸轮I 121和端面凸轮II 101相配合形成凸轮传动副；所述凸轮套12外套于动力输出轴6以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，所述弹性元件13沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向顶住凸轮套12。本实施例的其他结构与实施例一完全相同，凸轮传动副的原理也相同；本结构安装和拆卸较为容易。

本实施例动力传递路线：

离合器1→动力输入轴5→档位变速齿轮副→动力输出轴6→凸轮套12→端面凸轮I 121→端面凸轮II 101→链轮10；

动力传递路线同时还经过下列路线：端面凸轮I 121→端面凸轮II 101→轴向分力的反作用力→凸轮套12→压缩弹性元件13。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种发动机自适应传动传感电控自动变速装置，包括变速箱体、离合器、动力输入轴、动力输出轴和换档鼓，所述离合器将发动机动力输入动力输入轴，动力输入轴通过档位变速齿轮副将动力输出至动力输出轴，所述换档鼓通过换档拨叉控制换档，其特征在于：还包括自适应传动装置和换档自动控制系统；

自适应传动装置包括设置有轴向凸轮I的凸轮套和弹性元件，所述动力输出轴设置有轴向凸轮II，所述轴向凸轮I和轴向凸轮II相配合形成凸轮传动副；所述动力输出轴外圆转动配合套有链轮，所述凸轮套与链轮以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，所述弹性元件沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向顶住凸轮套；

所述换档自动控制系统包括控制器、将信号输入控制器的位移传感器和动力输出轴转速传感器、以及接收控制器命令信号的离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动伺服电机；所述位移传感器用于检测凸轮套的轴向位移，动力输出轴转速传感器用于检测动力输出轴的转速信号，离合器驱动伺服电机用于驱动离合器的离合；换档鼓驱动伺服电机用于驱动换档鼓完成换档动作。

2.根据权利要求1所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述凸轮套套在动力输出轴外圆，一端部与链轮以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，另一端部由套在动力输出轴外圆的弹性元件顶住。

3.根据权利要求2所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述位移传感器包括霍尔元件I和与其沿轴向相对的磁钢I，所述磁钢I固定设置在一位移磁钢座上，所述位移磁钢座以轴向可移动圆周方向固定的方式设置，所述位移磁钢座在一回位弹性元件的作用下沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向紧靠凸轮套；所述动力输出轴转速传感器包括霍尔元件II和与动力输出轴在圆周方向固定配合的输出轴转速磁钢座，所述输出轴转速磁钢座上设置与霍尔元件II相对的磁钢II。

4.根据权利要求3所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述换档自动控制系统还包括由霍尔元件III和磁钢III组成的动力输入轴转速传感器，所述磁钢III与霍尔元件III相对并设置在与动力输入轴在圆周方向固定配合的输入轴转速磁钢座上。

5.根据权利要求4所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述输出轴转速磁钢座通过沿轴向的螺钉设置在动力输出轴的端面，所述弹性元件一端顶住凸轮套，另一端顶住输出轴转速磁钢座。

6.根据权利要求5所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述自适应传动装置设置在与变速箱体固定连接的壳体内，所述位移磁钢座外套于动力输出轴，所述弹性元件位于位移磁钢座和动力输出轴之间形成的空腔内，位移磁钢座外圆沿轴向设置限位槽，一限位螺钉螺纹配合穿过壳体并伸入限位槽；所述凸轮套与链轮配合的端部在圆周方向均布设置至少两个沿轴向的传动凸起，所述链轮上与其对应设置沿轴向的传动孔，所述传动凸起一一对应伸入传动孔使凸轮套与链轮以圆周方向固定轴向可移动的方式配合。

7.根据权利要求6所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述离合器驱动伺服电机的外壳固定设置在变速箱体上，转子轴在圆周方向固定配合设置有偏心凸轮，所述离合器包括定片、动片和离合器罩，所述定片与动力输入轴通过齿轮啮合副传动配合，动片与离合器罩在圆周方向固定配合，与离合器罩在圆周方向转动轴向固定配合设置驱动杆，所述驱动杆与变速器箱体可沿轴向往复滑动配合，偏心凸轮凸缘与驱动杆端面接触配合并驱动杆轴向移动；换档鼓驱动伺服电机外壳固定设置于变速箱体，转子轴与换档鼓在圆周方向固定配合。

8.根据权利要求7所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述弹性元件为至少一组蝶簧，所述凸轮套外圆设置环形凸台，位移磁钢座端面与环形凸台端面之间通过平面滚动轴承配合。

9.根据权利要求8所述的发动机自适应传动传感电控自动变速装置，其特征在于：所述凸轮套的轴向凸轮I为内圆设置的内斜齿轮结构，动力输出轴的轴向凸轮II为外圆设置的外斜齿轮结构，所述凸轮套套在动力输出轴外圆使内斜齿轮结构与外斜齿轮结构相啮合形成凸轮传动副。

10.一种发动机自适应传动传感电控自动变速装置，包括变速箱体、离合器、动力输入轴、动力输出轴和换档鼓，所述离合器将发动机动力输入动力输入轴，动力输入轴通过档位变速齿轮副将动力输出至动力输出轴，所述换档鼓通过换档拨叉控制换档，其特征在于：还包括自适应传动装置和换档自动控制系统，所述动力输出轴外圆转动配合套有链轮；

自适应传动装置包括弹性元件和设置有端面凸轮I的凸轮套，所述链轮设置有端面凸轮II，所述端面凸轮I和端面凸轮II相配合形成凸轮传动副；所述凸轮套外套于动力输出轴以圆周方向固定轴向可移动的方式配合，所述弹性元件沿与凸轮传动副形成的轴向分力相反的方向顶住凸轮套；

所述换档自动控制系统包括控制器、将信号输入控制器的位移传感器和动力输出轴转速传感器、以及接收控制器命令信号的离合器驱动伺服电机和换档鼓驱动伺服电机；所述位移传感器用于检测凸轮套的轴向位移，动力输出轴转速传感器用于检测动力输出轴的转速信号，离合器驱动伺服电机用于驱动离合器的离合；换档鼓驱动伺服电机用于驱动换档鼓完成换档动作。

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