CN102506165A - 电控电动机械式自动换挡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控电动机械式自动换挡系统，由平行轴式变速箱、选换挡机构和电控单元组成。选换挡机构包括1号换挡齿条、1号换挡齿轮、2号电机、3号电机、2号换挡齿轮和2号换挡齿条。2号电机的输出端与1号减速机的输入端联轴器连接，1号减速机的输出端与1号换挡齿轮键连接，1号换挡齿轮与1号换挡齿条相啮合，1号换挡齿条与1号拨叉固定连接，2号传感器与1号减速机固定连接。3号电机的输出端与2号减速机的输入端联轴器连接，2号减速机的输出端与2号换挡齿轮键连接，2号换挡齿轮与2号换挡齿条相啮合，2号换挡齿条与2号拨叉固定连接，3号传感器与2号减速机固定连接。2号传感器与3号传感器的接线端和电控单元电线连接。

Description

电控电动机械式自动换挡系统

技术领域

本发明涉及一种自动换挡系统，更确切地说，本发明涉及一种应用于电动汽车和混合动力汽车上的电控电动机械式自动换挡系统。

背景技术

环境的污染和能源危机，使人们将目光投向了具有巨大发展潜力的电动汽车和混合动力汽车，其技术也有了较大的发展和提升。电动汽车和混合动力汽车对自动换挡系统的需求有别于传统汽车，目前自动换挡系统多为电控-液动自动换挡系统和电控-气动自动换挡系统，电控气动自动换挡系统对于有气源的大型或重型车辆上有利用价值，但是在轿车上，因为对换挡品质要求较高，应用比较少，电控液动自动换挡系统具有容量大、操作简便、易于实现安全保护、有一定吸震与吸收冲击的能力等优点，但是在利用高速开关阀控制的系统中，它的执行机构的工作性能受温度的变化影响较大，导致汽车换挡品质差，另外电动液动系统结构复杂，难于制造，液动元件对加工的精度要求非常高，特别是高速电池阀的加工，一般厂家难以加工，因而成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在自动换挡系统存在的结构复杂、换挡品质不高与成本高的问题，提供了一种电控电动机械式自动换挡系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的电控电动机械式自动换挡系统包括平行轴式变速箱、选换挡机构和电控单元。所述的选换挡机构包括1号换挡齿条、1号换挡齿轮、1号减速机、2号电机、2号传感器、3号传感器、3号电机、2号减速机、2号换挡齿轮和2号换挡齿条。

2号电机的输出端与1号减速机的输入端联轴器连接，1号减速机的输出端与1号换挡齿轮键连接，1号换挡齿轮与1号换挡齿条相啮合，1号换挡齿条与平行轴式变速箱中的1号拨叉固定连接。2号传感器通过支架固定安装在平行轴式变速箱上，2号传感器的输入轴插装在1号减速机的输出轴里成固定连接。2号电机、1号减速机、1号换挡齿轮与2号传感器的回转轴线共线，并与1号换挡齿条的长边为空间垂直相交。3号电机的输出端与2号减速机的输入端采用联轴器连接，2号减速机的输出端与2号换挡齿轮键连接，2号换挡齿轮(18)与2号换挡齿条相啮合，2号换挡齿条与平行轴式变速箱中的2号拨叉固定连接。3号传感器通过支架固定安装在平行轴式变速箱上，3号传感器的输入轴插装在2号减速机的输出轴里成固定连接。3号电机、2号减速机、2号换挡齿轮与3号传感器的回转轴线共线，并与2号换挡齿条的长边为空间垂直相交。2号传感器与3号传感器的接线端和电控单元电线连接。

技术方案中所述的2号电机与3号电机、1号减速机与2号减速机、1号换挡齿轮与2号换挡齿轮、1号换挡齿条与2号换挡齿条和2号传感器与3号传感器为结构相同零部件；所述的1号换挡齿轮与2号换挡齿轮为圆柱斜直齿齿轮，1号换挡齿条和2号换挡齿条为斜直齿齿条。1号换挡齿条与2号换挡齿条比1号换挡齿轮与2号换挡齿轮宽1～3mm。平行轴式变速箱档位为零的1号换挡齿轮与2号换挡齿轮和1号换挡齿条与2号换挡齿条的中间位置啮合连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统取消了液压系统，从而使整个控制结构更加简单，重量更轻，成本更低。

2.本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统取消离合器，依靠TCU对驱动电机的转速和转矩实现精确控制和调节，消除了换挡过程中的离合器滑磨时间过长和换挡冲击，减少了系统整体的控制难度，提高换挡品质。

3.本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中的两个换挡机构结构相同，有利于系统的设计分析，降低了开发成本。

4.本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中采用电机控制，使执行机构系统得到简化，提高了执行机构的可靠性，同时可控性精度高，速度快，缩短了换挡时间，适应数字化的发展方向，趋于组合化。

5.本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中所采用的四挡平行轴式变速箱没有同步器，换挡时通过调节电机转速使转速差在设定的范围内时进行换挡，在减轻换挡冲击的同时简化了平行轴式变速箱结构。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统结构组成的示意图；

图2是本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中所采用的换挡齿轮齿条啮合连接的主视图；

图3本发明所述的是电控电动机械式自动换挡系统中所采用的换挡齿轮齿条啮合连接左视图上的全剖视图；

图4是本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中所采用的换挡齿轮齿条啮合连接的俯视图；

图5是本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统机电传动结构原理示意框图；

图中：1.平行轴式变速箱，2.1号圆锥滚子轴承，3.中间轴，4.1号圆柱滚子轴承，5.1号电机，6.输入轴，7.1号传感器，8.2号圆柱滚子轴承，9.3挡和4挡啮合套，10.1号换挡齿条，11.1号换挡齿轮，12.1号减速机，13.2号电机，14.2号传感器，15.3号传感器，16.3号电机，17.2号减速机，18.2号换挡齿轮，19.2号换挡齿条，20.1挡和2挡啮合套，21.输出轴，22.3号圆柱滚子轴承，23.2号圆锥滚子轴承，24.电控单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1与图2，本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统由平行轴式变速箱1、1号电机5、选换挡机构和电控单元(TCU)24组成。

所述的平行轴式变速箱属于现有技术。电机5通过端法兰盘与平行轴式变速箱1的箱体右端面螺栓固定连接，平行轴式变速箱1的输入轴6的通过花键副与电机5的输出端直接相连接，平行轴式变速箱1输入轴6的右端通过1号圆柱滚子轴承4安装在变速箱1的右箱体壁上成转动连接，变速箱1的输出轴21的右端借助于2号圆柱滚子轴承8插装在平行轴式变速箱1输入轴左端的轴向内孔里成转动连接，平行轴式变速箱1输出轴21的左端借助于3号圆柱滚子轴承22安装在平行轴式变速箱1的左箱体壁上成转动连接，平行轴式变速箱1的中间轴3通过1号圆锥滚子轴承2与2号圆锥滚子轴承23安装在变速箱1的箱体的左箱体壁与右箱体壁上成转动连接，平行轴式变速箱1输入轴6上的输入齿轮与平行轴式变速箱1中间轴3的右端齿轮处于常啮合状态，除此之外，平行轴式变速箱1的中间轴3与变速箱1的输出轴21上还安装有3对相啮合的齿轮。从平行轴式变速箱1的输入轴6到变速箱1的输出轴21，档位依次为4档、3档、2档与1档。平行轴式变速箱1输入轴6的动力由变速箱1中间轴3上的4个档位的齿轮、经由平行轴式变速箱1中间轴3到达平行轴式变速箱1输出轴上的相应档位的齿轮，最终由平行轴式变速箱1的输出轴21输出.其中4档位为直接档位，即平行轴式变速箱1输入轴6的动力不经过啮合齿轮直接由变速箱1上的输出轴21输出。

所述的选换挡机构由1档与2档选换挡机构与3档与4档选换挡机构组成，1档与2档选换挡机构与3档与4档选换挡机构结构相同。所述的选换挡机构包括3挡与4挡换挡的2号电机13、1号减速机12、1号换挡齿轮11、1号换挡齿条10、2号传感器14、3号传感器15、1挡与2挡换挡的3号电机16、2号减速机17、2号换挡齿轮18与2号换挡齿条19。其中：2号电机13与3号电机16、1号减速机12与2号减速机17、1号换挡齿轮11与2号换挡齿轮18、1号换挡齿条10与2号换挡齿条19和2号传感器14与3号传感器15皆为结构相同零部件。1号传感器7、2号传感器14与3号传感器15为角速度传感器，霍尔元件，它的规格型号根据具体车型计算得出，实施例中的1号传感器7、2号传感器14与3号传感器15所选用的是型号为ADXRS610BBGZ的角速度传感器。2号电机13和3号电机16为直流电机，它的规格型号根据具体车型计算得出，实施例中的2号电机13与3号电机16所选用的是型号为HC677LG-101的直流电机。1号减速机12与2号减速机17为蜗轮蜗杆式减速机，它的规格型号根据直流电机配套选用，实施例中的1号减速机12与2号减速机17是型号为WB85-WD-9-370W的减速机。

2号电机13的输出端与1号减速机12的输入端采用联轴器连接，1号减速机12的输出端与1号换挡齿轮11平键连接，1号换挡齿轮11与1号换挡齿条10啮合连接。1号换挡齿条10与平行轴式变速箱1中的1号拨叉通过螺栓或焊接的形式固定连接，1号拨叉与3挡和4挡啮合套9配装在一起为接触连接。2号传感器14通过支架固定安装在平行轴式变速箱1的箱体上方，2号传感器14的输入轴插装在1号减速机12输出轴的轴向盲孔里成固定连接，1号减速机12的输出轴与2号传感器14的输入轴的回转轴线共线。3号电机16的输出端与2号减速机17的输入端采用联轴器连接，2号减速机17的输出端与2号换挡齿轮18平键连接，2号换挡齿轮18与2号换挡齿条19啮合连接。2号换挡齿条19与平行轴式变速箱1中的2号拨叉通过螺栓或焊接的形式固定连接，2号拨叉与1挡和2挡啮合套20配装在一起为接触连接。3号传感器15通过支架固定安装在平行轴式变速箱1的箱体上方，3号传感器15的输入轴插装在2号减速机17输出轴的轴向盲孔里成固定连接，2号减速机17的输出轴与3号传感器15的输入轴的回转轴线共线。1号传感器7、2号传感器14与3号传感器15的接线端和电控单元24电线连接。3档与4档选换挡机构的布置位置，最靠近平行轴式变速箱1的是2号传感器14，其次是1号换挡齿轮11和1号换挡齿条10，然后是1号减速机12，最外侧的是2号电机13。1档与2档选换挡机构的布置位置，最靠近平行轴式变速箱1的是3号传感器15，其次是2号换挡齿轮18和2号换挡齿条19，然后是2号减速机17，最外侧的是3号电机16。

2号电机13、1号减速机12、1号换挡齿轮11与2号传感器14的回转轴线共线，并与长条矩形的1号换挡齿条10的长边为空间垂直相交，长条矩形的1号换挡齿条10的长边与平行轴式变速箱1中的输出轴21相平行。3号电机16、2号减速机17、2号换挡齿轮18与3号传感器15的回转轴线共线，并与长条矩形的2号换挡齿条19的长边为空间垂直相交，长条矩形的2号换挡齿条19的长边与平行轴式变速箱1中的输出轴21相平行。

2号电机13、1号减速机12、1号换挡齿条10和2号传感器14通过支架固定连接在平行轴式变速箱1的上方，3号电机16、2号减速机17、2号换挡齿条19和3号传感器15通过支架固定连接在平行轴式变速箱1的上方。

参阅图2，本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中的1号换挡齿轮11与1号换挡齿条10和2号换挡齿轮18与2号换挡齿条19采用斜直齿相啮合，即1号换挡齿轮11和2号换挡齿轮18为圆柱斜直齿齿轮，1号换挡齿条10和2号换挡齿条19为斜直齿齿条。目的是提高换挡精度，达到控制目的。

参阅图3，本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中的1号换挡齿条10与2号换挡齿条19为结构相同的长条矩形齿条。1号换挡齿条10与2号换挡齿条19的宽度要比1号换挡齿轮11与2号换挡齿轮18的宽度要宽1～3mm，本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统的实施例中1号换挡齿条10与2号换挡齿条19比1号换挡齿轮11与2号换挡齿轮18宽2毫米，目的是考虑外界因素及机械系统的磨损对换挡系统精度的影响，提高换挡精度。

参阅图4，本发明所述的电控电动机械式自动换挡系统中的1号换挡齿轮11与1号换挡齿条10和2号换挡齿轮18与2号换挡齿条19在平行轴式变速箱1档位为零的情况下相啮合时，即3档和4档啮合套9没有与输入轴6或输出轴21上的齿轮相啮合，1档和2档啮合套20没有与输出轴21上的齿轮相啮合的情况下，1号换挡齿轮11在1号换挡齿条10的中间位置，2号换挡齿轮18在2号换挡齿条19的中间位置，目的是考虑外界因素及机械系统的磨损对换挡系统精度的影响，提高换挡精度。

电控电动机械式自动换挡系统的工作原理：

参阅图5，车辆静止时两个换挡拨叉都处于中间位置，1挡和2挡啮合套20与3挡和4挡啮合套9未与任何齿轮相啮合，平行轴式变速箱1为空挡。由空挡变为1挡时，由电控单元24控制3号电机16运行，通过2号换挡齿轮18带动2号换挡齿条19直线运动，最终2号拨叉使1挡和2挡啮合套20向1挡方向运动，平行轴式变速箱1的挡位变换为1挡。由1挡变为2挡时，由电控单元24控制3号电机16反向运行，通过2号换挡齿轮18带动2号换挡齿条19直线运动，平行轴式变速箱1先变为空挡，在3号传感器15监测下继续运行，向2挡方向运行，平行轴式变速箱1挡位变为2挡。需要返回1挡时，先挂空挡，再换为1挡。

由2挡变为3挡时，电控单元24首先控制3号电机16运动，将平行轴式变速箱1从2挡位上摘下，使平行轴式变速箱1的挡位变为空挡，然后控制2号电机13运行，通过1号换挡齿轮11带动1号换挡齿条10直线运动，平行轴式变速箱1挡位变为3挡。由3挡变为4挡时，由电控单元24控制2号电机13反向运行，通过1号换挡齿轮11带动1号换挡齿条10直线运动，先变为空挡，在2号传感器14监测下继续运行，3挡和4挡啮合套9与输入轴6上的齿轮直接啮合传动，平行轴式变速箱1变为4挡。需要返回3挡时，先挂空挡，再换为3挡。

以上是本实施例4挡位自动换挡系统技术方案的结构原理，并不用以限制本发明技术，凡在本发明技术方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电控电动机械式自动换挡系统，包括平行轴式变速箱(1)、选换挡机构和电控单元(24)，其特征在于，所述的选换挡机构包括1号换挡齿条(10)、1号换挡齿轮(11)、1号减速机(12)、2号电机(13)、2号传感器(14)、3号传感器(15)、3号电机(16)、2号减速机(17)、2号换挡齿轮(18)和2号换挡齿条(19)；

2号电机(13)的输出端与1号减速机(12)的输入端联轴器连接，1号减速机(12)的输出端与1号换挡齿轮(11)键连接，1号换挡齿轮(11)与1号换挡齿条(10)相啮合，1号换挡齿条(10)与平行轴式变速箱(1)中的1号拨叉固定连接，2号传感器(14)通过支架固定安装在平行轴式变速箱(1)上，2号传感器(14)的输入轴插装在1号减速机(12)的输出轴里成固定连接，2号电机(13)、1号减速机(12)、1号换挡齿轮(11)与2号传感器(14)的回转轴线共线，并与1号换挡齿条(10)的长边为空间垂直相交；3号电机(16)的输出端与2号减速机(17)的输入端采用联轴器连接，2号减速机(17)的输出端与2号换挡齿轮(18)键连接，2号换挡齿轮(18)与2号换挡齿条(19)相啮合，2号换挡齿条(19)与平行轴式变速箱(1)中的2号拨叉固定连接，3号传感器(15)通过支架固定安装在平行轴式变速箱(1)上，3号传感器(15)的输入轴插装在2号减速机(17)的输出轴里成固定连接，3号电机(16)、2号减速机(17)、2号换挡齿轮(18)与3号传感器(15)的回转轴线共线，并与2号换挡齿条(19)的长边为空间垂直相交；2号传感器(14)与3号传感器(15)的接线端和电控单元(24)电线连接。

2.按照权利要求1所述的电控电动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的2号电机(13)与3号电机(16)、1号减速机(12)与2号减速机(17)、1号换挡齿轮(11)与2号换挡齿轮(18)、1号换挡齿条(10)与2号换挡齿条(19)和2号传感器(14)与3号传感器(15)为结构相同零部件。

3.按照权利要求1或2所述的电控电动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的1号换挡齿轮(11)与2号换挡齿轮(18)为圆柱斜直齿齿轮，1号换挡齿条(10)和2号换挡齿条(19)为斜直齿齿条，1号换挡齿条(10)与2号换挡齿条(19)比1号换挡齿轮(11)与2号换挡齿轮(18)宽1～3mm，平行轴式变速箱(1)档位为零的1号换挡齿轮(11)与2号换挡齿轮(18)和1号换挡齿条(10)与2号换挡齿条(19)的中间位置啮合连接。

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