CN103867673A - 车辆及其变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆及其变速器，所述变速器包括：壳体、电机、凸轮组件以及多个拨杆，电机设在壳体内；凸轮组件与电机相连且包括彼此间隔开的多个凸轮，每个凸轮的一侧端面上形成有凸轮槽，每个凸轮槽具有距离凸轮中心最远的最远点，且凸轮中心和最远点之间的连线为中心连线，多个凸轮上的中心连线在平行于凸轮端面的参考平面上的投影两两不重合；多个拨杆均可枢转地设在壳体内，且每个拨杆的第一端与凸轮槽配合、且第二端适于与变速器的换挡拨叉配合。根据本发明的用于车辆的变速器，通过采用单电机控制凸轮组件带动拨杆工作，就可以实现变速器挂挡、摘挡以及空挡过程，从而提高了变速器的可靠性及换挡速率，且方便变速器整体设计布置。

Description

车辆及其变速器

技术领域

本发明涉及车辆领域，尤其是涉及一种车辆及其变速器。

背景技术

相关技术中指出，多数AMT变速器（Automated Mechanical Transmission，机械式自动变速器）是利用原有MT变速器（Manual Transmission，手动变速器）加以改装制造的，随着匹配AMT车型的增多，紧凑型车型占据市场主力地位，AMT变速器换挡操纵机构大都采用基于MT换挡操纵机构工作原理，通过机电或液压模块驱动MT换挡操纵机构的结构组成AMT换挡机构。

然而，这种结构继承了MT换挡机构的原有缺陷，必须在换挡前进行选挡操作，当选挡不到位时，挂挡操作无法挂入目标挡位。而且，采用基于MT换挡机构开发的AMT换挡机构结构复杂，机械加工精度要求高，零部件多，控制系统复杂，执行机构、传感器多，大批量生产成本较高，控制精度也无法保证，且维修复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于车辆的变速器，所述用于车辆的变速器的结构简单，省去了选挡过程，提高了换挡精度，降低了控制难度以及生产成本。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述变速器的车辆。

根据本发明第一方面的用于车辆的变速器，包括：壳体；电机，所述电机设在所述壳体内；凸轮组件，所述凸轮组件与电机相连且包括彼此间隔开的多个凸轮，每个所述凸轮的一侧端面上形成有凸轮槽，每个所述凸轮槽具有距离所述凸轮中心最远的最远点，且所述凸轮中心和所述最远点之间的连线为中心连线，多个所述凸轮上的中心连线在平行于所述凸轮端面的参考平面上的投影两两不重合；以及多个拨杆，所述多个拨杆均可枢转地设在所述壳体内，且每个所述拨杆的第一端与所述凸轮槽配合、且第二端适于与所述变速器的换挡拨叉配合。

根据本发明的用于车辆的变速器，通过采用单电机控制凸轮组件带动拨杆工作，就可以实现变速器挂挡、摘挡以及空挡过程，其中由于没有选挡结构，从而提高了变速器的可靠性及换挡速率，而且，通过采用凸轮组件和拨杆，利用杠杆原理，降低了拨杆第一端的运动行程，减小了凸轮尺寸，从而便于多挡位多组凸轮布置，最大限度地降低了凸轮组件的体积，进而方便了变速器的整体设计布置。另外，通过单电机控制，降低了控制难度，且降低了制造成本。

进一步地，每个所述凸轮槽具有距离所述凸轮中心最近的最近点，所述最远点和所述最近点在所述凸轮的周向上彼此间隔开。

可选地，每个所述拨杆通过枢转轴可枢转地设在所述壳体内，所述枢转轴设在所述拨杆的所述第一端和所述第二端之间，且所述枢转轴位于所述凸轮旋转中心的斜上方。

进一步可选地，所述枢转轴邻近所述拨杆的所述第一端设置且位于所述拨杆的三分之一位置处。

优选地，所述最远点与所述最近点沿所述凸轮的径向相对。

可选地，每相邻的两个所述凸轮上的中心连线之间的夹角为30°～120°。

可选地，所述凸轮为三个。

进一步地，所述用于车辆的变速器进一步包括：减速机构，所述减速机构设在所述电机和所述凸轮组件之间。

可选地，所述减速机构为两级齿轮减速机构。

根据本发明第二方面的车辆，包括根据本发明上述第一方面的用于车辆的变速器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于车辆的变速器的示意图；

图2a-图2c是图1中所示的变速器的凸轮处于不同状态下的示意图；

图3是图1中所示的变速器的拨杆的立体图；

图4a和图4b是图1中所示的变速器的拨杆的第一端运动至一个凸轮的最远点时以及从该最远点摘挡至空挡的示意图；

图5a和图5b是图1中所示的变速器的拨杆的第一端运动至另一个凸轮的最近点时以及从该最近点摘挡至空挡的示意图；

图6a和图6b是图1中所示的变速器的拨杆的第一端运动至再一个凸轮的最近点时以及从该最近点摘挡至空挡的示意图；

图7a和图7b是图1中所示的变速器的拨杆的第一端运动至一个凸轮的最近点时以及从该最近点摘挡至空挡的示意图；

图8a和图8b是图1中所示的变速器的拨杆的第一端运动至另一个凸轮的最远点时以及从该最远点摘挡至空挡的示意图；

图9a和图9b是图1中所示的变速器的拨杆的第一端运动至再一个凸轮的最远点时以及从该最远点摘挡至空挡的示意图；

图10是根据本发明实施例的变速器的原理图。

附图标记：

100变速器；

1：电机；

2：凸轮；21：凸轮槽；211：最远点；212：最近点；

3：拨杆；31：枢转轴；32：拨柱；

4：减速机构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图10描述根据本发明实施例的用于车辆的变速器100，变速器100可以用于车辆例如汽车内。在本申请下面的描述中，以变速器100用于汽车内为例进行说明。当然，本领域内的技术人员可以理解，根据本发明实施例的变速器100还可以用于其它类型的车辆内，例如货车等。

如图1-图3所示，根据本发明第一方面实施例的用于车辆的变速器100，包括壳体（图未示出）、电机1、凸轮组件以及多个拨杆3。

电机1设在壳体内。参照图1和图2，凸轮组件与电机1相连，且凸轮组件包括彼此间隔开的多个凸轮2，每个凸轮2的一侧端面上形成有凸轮槽21，每个凸轮槽21具有距离凸轮2中心最远的最远点211，且凸轮2中心和最远点211之间的连线为中心连线，多个凸轮2上的中心连线在平行于凸轮2端面的参考平面上的投影两两不重合。

例如在图1和图2的示例中示出了三个凸轮2，电机1具有输出轴，输出轴适于与三个凸轮2相连以驱动三个凸轮2转动，其中三个凸轮2可以均套设在电机1的输出轴上，可选地，三个凸轮2同轴设置，且三个凸轮2沿输出轴的轴向相互间隔开，每个凸轮2的一侧端面上形成有环形的凸轮槽21，凸轮槽21从相应的凸轮2的一侧端面朝向凸轮2的另一侧端面的方向凹入，其中凸轮槽21均形成在凸轮2的远离电机1的一侧端面上，每个凸轮槽21均具有最远点211，且凸轮槽21具有与凸轮2中心的距离不变的多个等距点，多个等距点与凸轮2中心之间的距离均小于最远点211与凸轮2中心之间的距离，由于三个凸轮2在输出轴上的安装角度各不相同，可以保证任意时刻，仅可能存在一个凸轮2的最远点211处于竖直方向的最上端，或者在任意一个凸轮2的最远点211到达竖直方向的最上端之前，总保证三个凸轮2的等距点同时处于竖直方向的最上端。可选地，电机1为直流电机。

多个拨杆3均可枢转地设在壳体内，且每个拨杆3的第一端（例如，图2和图3中的右端）与凸轮槽21配合、且每个拨杆3的第二端（例如，图2和图3中的左端）适于与变速器100的换挡拨叉配合。可选地，每个拨杆3通过枢转轴31可枢转地设在壳体内，枢转轴31设在拨杆3的第一端和第二端之间，且枢转轴31位于凸轮2旋转中心的斜上方。

如图2和图3所示，多个拨杆3与多个凸轮2一一对应，每个拨杆3的第一端设有拨柱32，拨柱32设在拨杆3的朝向凸轮2的一侧，拨柱32容纳在凸轮槽21内，从而可以沿凸轮槽21的运动轨迹而上下运动，每个拨杆3的第二端与变速器100内的换挡拨叉配合，由于拨杆3的中部设有枢转轴31，枢转轴31可以固定在变速器100的壳体上，从而拨杆3的两端可以绕枢转轴31上下摆动，从而拨杆3的第一端上下摆动时，可以带动拨杆3的第二端也上下摆动，进而通过上下运动拨动换挡拨叉，实现换挡、摘挡。当然，本发明不限于此，枢转轴31还可以设在凸轮2的旋转中心的斜下方（图未示出）。

进一步地，枢转轴31邻近拨杆3的第一端设置且位于拨杆3的三分之一位置处。例如在图2和图3的示例中，枢转轴31邻近拨杆3的右端设置，从而实现了拨杆2的第一端沿凸轮2运动轨迹的摆动产生的线性位移在拨杆2的第二端被放大，此时拨杆2的第二端的线性位移是拨杆2的第一端的线性位移的两倍。由于变速器100对拨杆2的第二端的位移要求是已知的，这样利用比例关系后，拨杆2的第一端的线性位移就被缩小，相应的凸轮2的体积结构就可以降低。

变速器100在工作之前，各个凸轮2的等距点均处在竖直方向的最上端，如图2a所示，此时所有的拨杆3处于水平位置，变速器100处于空挡状态。

凸轮2最远点211到达竖直方向最上端的挂挡原理：当控制系统发出换挡指令时，直流电机转动，从而驱动凸轮组件转动，凸轮组件中距离直流电机最远的凸轮2的最远点211到达竖直方向的最上端后停止，另外两个凸轮2的等距点保持在竖直方向的最高点，与上述距离直流电机最远的凸轮2配合的拨杆3的拨柱32沿凸轮2的凸轮槽21运动到达最高点，该拨杆3的第二端运动至最低点，驱动换挡拨叉向下运动，实现挂挡，此时与上述另外两个凸轮2配合的拨杆3保持水平位置，如图2c所示。这里，需要说明的是，凸轮2转动位置的精确控制可以通过位置传感器（图未示出）或者通过控制电机1转动的圈数来实现。

凸轮2最远点211到达竖直方向最上端的摘挡原理：当控制系统发出摘挡命令时，直流电机继续转动，直流电机驱动凸轮组件转动，凸轮组件中距离直流电机最远的凸轮2的最远点211转过竖直方向最上端，该凸轮2的等距点到达竖直方向的最上端后停止，另外两个凸轮2的等距点继续保持在竖直方向上的最高点，此时三个拨杆3均保持水平，实现摘挡，如图2a所示。

这里，需要说明的是，凸轮2的数量可以根据实际要求设置，以更好地满足实际要求。由于自动变速器朝向更多挡位的趋势发展，例如，当需要布置多于三个的凸轮2时，可以按比例缩小凸轮2每个最远点211和最近点212部分的轮廓线的大小，就可以交叉（凸轮2角度）布置更多的凸轮2而不会出现换挡干涉，轮廓线长度的减小使得拨杆3第一端的位移减小，这可以通过调整枢转轴31的位置，例如将枢转轴31更加靠近拨杆3的第一端，则拨杆3的第二端位移就被放大。

根据本发明实施例的用于车辆的变速器100，通过采用单电机控制凸轮组件带动拨杆3工作，就可以实现变速器100挂挡、摘挡以及空挡过程，其中由于没有选挡结构，从而提高了变速器100的可靠性及换挡速率，而且，通过采用凸轮组件和拨杆3，利用杠杆原理，降低了拨杆3第一端的运动行程，减小了凸轮2尺寸，从而便于多挡位多组凸轮2布置，最大限度地降低了凸轮组件的体积，进而方便了变速器100的整体设计布置。另外，通过单电机控制，降低了控制难度，且降低了制造成本。

在本发明的一个实施例中，每个凸轮槽21具有距离凸轮2中心最近的最近点212，最远点211和最近点212在凸轮2的周向上彼此间隔开。例如在图2的示例中，最远点211与最近点212沿凸轮2的径向相对，也就是说，最远点211与最近点212之间的夹角为180°，进一步地，每个凸轮2关于中心连线对称，即凸轮2为对称结构，此时最近点212和最远点211两侧的多个等距点与凸轮2中心之间的距离也均相等，且最近点212与凸轮2中心之间的距离小于等距点与凸轮2中心之间的距离。

凸轮2最近点212到达竖直方向最上端的挂挡原理：当控制系统发出换挡指令时，直流电机转动，直流电机驱动凸轮组件转动，凸轮组件中距离直流电机最远的凸轮2的最近点212到达竖直方向的最上端后停止，另外两个凸轮2的等距点保持在竖直方向的最高点，与上述距离直流电机最近的凸轮2配合的拨杆3的拨柱32沿凸轮2的凸轮槽21运动到达最低点，该拨杆3的第二端运动至最高点，驱动换挡拨叉向上运动，实现挂挡，此时与上述另外两个凸轮2配合的拨杆3保持水平位置，如图2b所示。

凸轮2最近点212到达竖直方向最上端的摘挡原理：当控制系统发出摘挡指令时，直流电机继续转动，直流电机驱动凸轮组件转动，凸轮组件中距离直流电机最近的凸轮2的最远点211转过竖直方向最上端，该凸轮2的等距点到达竖直方向的最上端后停止，另外两个凸轮2的等距点继续保持在竖直方向上的最高点，此时三个拨杆3均保持水平，实现摘挡，如图2a所示。

可选地，每相邻的两个凸轮2上的中心连线之间的夹角为30°～120°。其具体数值可以根据实际要求设置，以达到更好地挂挡和摘挡效果。

在本发明的一个实施例中，用于车辆的变速器100进一步包括：减速机构4，减速机构4设在电机1和凸轮组件之间。可选地，减速机构4为两级齿轮减速机构。参照图1，第一级输入齿轮安装在直流电机的输出端，第二级输出齿轮安装在凸轮组件上，两级齿轮减速机构能够提升直流电机的输出扭矩，保证足够的换挡扭矩以驱动拨杆3工作，且采用两级齿轮减速机构能减小变速器100的尺寸，从而便于变速器100设计布局。另外，采用两级齿轮减速机构，降低了电机1的功率需求，从而降低了电机1的成本。

在本申请下面的描述中，假定与距离电机1最远的凸轮2配合的拨杆3的第一端运动至凸轮槽21的最远点211时变速器100处于一挡传动，该拨杆3的第一端运动至凸轮槽21的最近点212时变速器100处于二挡传动，与位于两个凸轮2之间的凸轮2配合的拨杆3的第一端运动至凸轮槽21的最远点211时变速器100处于三挡传动，该拨杆3的第一端运动至凸轮槽21的最近点212时变速器100处于四挡传动，与距离电机1最近的凸轮2配合的拨杆3的第一端运动至凸轮槽21的最远点211时变速器100处于五挡传动，该拨杆3的第一端运动至凸轮槽21的最近点212时变速器100处于倒挡传动，如图4-图9所示。

如图4-图9所示，在本发明的一个实施例中，以图5b作为空挡开始，凸轮组件逆时针转动，首先距离直流电机最远的凸轮2的最远点211到达竖直方向上的最上端，如图4a所示，就可以实现一挡；凸轮组件接到升挡指令后，首先运动到达图4b所示的位置，再继续运动到达图9a所示的位置，此时距离直流电机最近的凸轮2的最远点211到达竖直方向上的最上端，就可以实现二挡；凸轮组件接到升挡指令后，首先运动到达图9b所示的位置，再继续运动到达图8a所示的位置，此时位于两个凸轮2之间的凸轮2的最远点211到达竖直方向上的最上端，就可以实现三挡；凸轮组件接到升挡指令后，首先运动到达图8b所示的位置，再继续运动到达图7a所示的位置，距离直流电机最远的凸轮2的最近点212到达竖直方向上的最上端，就可以实现四挡；凸轮组件接到升挡指令后，首先运动到达图7b所示的位置，再继续运动到达图6a所示的位置，距离直流电机最近的凸轮2的最近点212到达竖直方向上的最上端，就可以实现五挡。到达五挡后，如果反向即顺时针方向转动凸轮2，就可以实现顺序降挡。

由于倒挡与三挡共用一个凸轮2，即位于两个凸轮2之间的凸轮2。当以图5b为初始空挡时，凸轮2顺时针转动，到达图5a中所示的位置，就可以实现挂入R挡。

车辆例如汽车在行驶过程中，绝大多数换挡过程均为顺序升降挡，因此按照图10的布置结构，凸轮2按同一转向（逆时针或顺时针），就可以实现相邻挡位的升挡或降挡。

另外，由于在正常驾驶操纵过程中，在R挡运用中，只会在倒挡、空挡、一挡之间切换，故以图5b为初始空挡，顺时针转动就可以挂入R挡，逆时针就可以挂入一挡，这样的运动规律比较符合驾驶习惯，从而可以提高根据本发明实施例的变速器工作时的工作效率。

根据上述换挡原理，不论电机1正向转动、还是反向转动，均可以实现不同凸轮2、不同挡位的挂挡以及摘挡。

根据本发明第二方面实施例的车辆（图未示出），包括根据本发明上述第一方面实施例的用于车辆的变速器100。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于车辆的变速器，其特征在于，包括：

壳体；

电机，所述电机设在所述壳体内；

凸轮组件，所述凸轮组件与电机相连且包括彼此间隔开的多个凸轮，每个所述凸轮的一侧端面上形成有凸轮槽，每个所述凸轮槽具有距离所述凸轮中心最远的最远点，且所述凸轮中心和所述最远点之间的连线为中心连线，多个所述凸轮上的中心连线在平行于所述凸轮端面的参考平面上的投影两两不重合；以及

多个拨杆，所述多个拨杆均可枢转地设在所述壳体内，且每个所述拨杆的第一端与所述凸轮槽配合、且第二端适于与所述变速器的换挡拨叉配合。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的变速器，其特征在于，每个所述凸轮槽具有距离所述凸轮中心最近的最近点，所述最远点和所述最近点在所述凸轮的周向上彼此间隔开。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的变速器，其特征在于，每个所述拨杆通过枢转轴可枢转地设在所述壳体内，所述枢转轴设在所述拨杆的所述第一端和所述第二端之间，且所述枢转轴位于所述凸轮旋转中心的斜上方。

4.根据权利要求2所述的用于车辆的变速器，其特征在于，所述枢转轴邻近所述拨杆的所述第一端设置且位于所述拨杆的三分之一位置处。

5.根据权利要求2所述的用于车辆的变速器，其特征在于，所述最远点与所述最近点沿所述凸轮的径向相对。

6.根据权利要求1所述的用于车辆的变速器，其特征在于，每相邻的两个所述凸轮上的中心连线之间的夹角为30°～120°。

7.根据权利要求1所述的用于车辆的变速器，其特征在于，所述凸轮为三个。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于车辆的变速器，其特征在于，进一步包括：

减速机构，所述减速机构设在所述电机和所述凸轮组件之间。

9.根据权利要求8所述的用于车辆的变速器，其特征在于，所述减速机构为两级齿轮减速机构。

10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的用于车辆的变速器。

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