CN104675982A - 电动车智能换挡器总成 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电动车智能换挡器总成，包括挡位盒和换挡杆，挡位盒内设有换挡转芯、换挡方向感应装置、挡位感应装置、齿轮传动装置、制动器；换挡转芯包括转芯和转芯限位盒，转芯内设有第一光电开关；转芯支撑在转芯限位盒中；转芯限位盒下部设有内啮合齿盘；换挡方向感应装置包括两感应臂，感应臂外壁设有回位弹簧，感应臂下端延伸出设有第二光电开关；挡位感应装置包括随动光栅，随动光栅上设有挡位感应光电开关；齿轮传动装置包括扇形齿轮，扇形齿轮上设有传动齿轮，传动齿轮与转芯限位盒上的内啮合齿盘啮合设置与换挡转芯形成连接；制动器上设有制动齿轮，制动齿轮与扇形齿轮啮合设置。该换挡器操作智能化，寿命长、成本低，实用性强。

Description

电动车智能换挡器总成

技术领域

本发明涉及汽车换挡技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车上的智能换挡器总成。 

背景技术

电动汽车换挡器与变速箱没有机械连接，仅相当于开关作用，其在高速行驶时若误操作挂入倒挡，将会给行车安全带来很大隐患。

目前，电动汽车换挡器挡位防误操作大都通过换挡杆运行路线进行控制，如行业内称为曲线挡的换挡器，其在进行挡位设计时，将R挡与D挡呈90度方向进行设置，以减少挡位误操作，但该方式并不能完全杜绝误操作情况。尤其是在在直排挡（挡位在一条直线上）换挡器中，更需要有防误操作机构，以提高行车安全。

发明内容

为克服现有电动车换挡器无挡位防误操作功能的技术缺陷，提高行车安全性，本发明提出一种用于电动汽车上的智能换挡器总成。

为此，本发明的技术方案为：电动车智能换挡器总成，包括挡位盒和换挡杆，换挡杆上端设有换挡手球，换挡手球上设有解锁按钮，解锁按钮通过斜块与换挡杆杆芯形成连接，换挡杆下端与挡位盒连接；挡位盒由前盖和后盖组成，挡位盒上分别设有系统接口和驻车电机接口，挡位盒前、后盖内壁分别对应设有螺栓支撑孔和轴承定位孔，挡位盒后盖内壁两侧还分别设有一挡位限位块，其特征在于：

在挡位盒内部设有换挡转芯、换挡方向感应装置、挡位感应装置、齿轮传动装置、制动器；

所述换挡转芯包括转芯和转芯限位盒，所述转芯是在空心圆柱体下端连通一矩形框体，并在矩形框体下端通过一转轴内切封口而成，转芯空心圆柱体上端与换挡杆下端连接，转芯矩形框体内设有第一光电开关；转芯限位盒内设有与转芯转轴端及矩形框体部分对应的限位槽，转芯通过限位槽支撑在转芯限位盒中；转芯限位盒下部还设有内啮合齿盘；

所述换挡方向感应装置包括两个相对设置的感应臂，在感应臂内壁设有凸起，感应臂外壁设有回位弹簧，回位弹簧另一端对应设有回位弹簧限位板，感应臂下端向外延伸出设有第二光电开关；两感应臂分别设置在转芯两侧，装配时使感应臂上端铰接在转芯限位盒内对应的转轴上，并使感应臂内壁凸起支撑在转芯外壁上形成滚动接触；

所述挡位感应装置包括随动光栅，随动光栅由内环光栅和外环光栅组成，内环光栅和外环光栅上交错设有透光孔，随动光栅上对应设有挡位感应光电开关；随动光栅设置在转芯限位盒外部，使用时使其随换挡转芯一起转动；

所述齿轮传动装置包括扇形齿轮，扇形齿轮上同轴设有传动齿轮，传动齿轮啮合设置在转芯限位盒下部的内啮合齿盘上，使扇形齿轮通过传动齿轮与换挡转芯形成连接；

所述制动器上设有制动齿轮，制动齿轮与扇形齿轮齿部啮合设置，使制动器通过制动齿轮与扇形齿轮形成连接；

在挡位盒底部设有单片机控制系统，所述第一光电开关、第二光电开关、挡位感应光电开关、系统接口、驻车电机接口分别通过电路板集成在单片机控制系统上，使用时通过CAN网络模块使系统接口、驻车电机接口与车载ECU连接。

对于上述技术方案的一种改进在于：为防止换挡器发生故障导致车辆无法运行，在所述制动器后端对应设有压紧螺杆，压紧螺杆外端从挡位盒中伸出设有手柄构成手动解锁装置，使换挡器能够临时解锁，保证车辆临时行驶。

有益效果：

本发明使用时，首先按动换挡手球上的解锁按钮，按键力经换挡杆杆芯传递至换挡器内部，杆芯被推动后下端进入转芯内的第一光电开关中，将第一光电开关的光路阻断，第一光电开关输出信号至单片机；然后换挡杆进行换挡，此时换挡杆带动转芯向左或向右转动，使转芯外部对应的感应臂挡住该感应臂上第二光电开关的光路，第二光电开关将信号传递给单片机；当转芯转动一定角度后，带动其外部的转芯限位盒左右转动，转芯限位盒带动其外部连接的随动光栅转动，随动光栅转动过程中挡住挡位感应光电开关的光路，挡位感应光电开关将信号传递给单片机，单片机通过网络将信号传递给车载ECU，车载ECU根据操作策略和网络信号来判断换挡是否能够执行，对不能执行的换挡动作，ECU发送指令至单片机控制制动器进行锁死，换挡器无法被推动，对于可以执行的换挡动作，换挡器将允许换入其他挡位。该换挡器通过改变换挡转芯结构，并安装多个光电开关，使换挡时能够智能化操作，以此提高操作舒适性及行车安全性；其操作方便、使用寿命长、成本低，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的外部结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的装配结构示意图。

图中标号为：1、挡位盒；2、换挡杆；3、换挡手球；4、解锁按钮；5、系统接口；6、驻车电机接口；7、螺栓支撑孔；8、轴承定位孔；9、挡位限位块；10、扇形齿轮；11、制动器；12、转芯；13、转芯限位盒；14、第一光电开关；15、感应臂；16、回位弹簧；17、回位弹簧限位板；18、第二光电开关；19、随动光栅；20、挡位感应光电开关；21、单片机控制系统；22、传动齿轮；23、制动齿轮；24、手动解锁装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，一种电动车智能换挡器总成，包括挡位盒1和换挡杆2，在换挡杆2的上端通过螺纹连接固定一个换挡手球3，在换挡手球3的侧面相嵌有一个解锁按钮4，解锁按钮4在换挡手球内部通过一斜块与换挡杆2的杆芯形成连接，所述换挡杆2的下端连接在挡位盒上；所述挡位盒1由前盖和后盖组成，在挡位盒的后端由下到上分别留有一个系统接口5和一个驻车电机接口6，在挡位盒1的前、后盖内壁分别对应注塑有螺栓支撑孔7和轴承定位孔8，在挡位盒1的后盖上部内壁左右两侧还分别注塑有一个挡位限位块9；在挡位盒1的内部安装有换挡转芯、换挡方向感应装置、挡位感应装置、齿轮传动装置和制动器11；所述换挡转芯包括转芯12和转芯限位盒13，所述转芯12是在一个空心圆柱体下端连通一矩形框体，并在矩形框体下端通过一转轴内切封口而成，转芯12通过注塑成为一个整体，装配时将转芯12的空心圆柱体上端与换挡杆2的下端通过螺纹连接固定在一起，在转芯12的矩形框体内套设一个第一光电开关14；在所述转芯限位盒13的内部注塑有与转芯12的转轴端及矩形框体部分对应的限位槽，装配时将转芯12通过对应的限位槽支撑在转芯限位盒13中形成限位；在转芯限位盒13还下部还注塑有内啮合齿盘；所述换挡方向感应装置包括两个相对设置的感应臂15，在所述感应臂15的内壁注塑有一个弧形凸起，在感应臂15的外壁并列开有两个定位孔，每个定位孔内套装有一个回位弹簧16，在两回位弹簧的另一端对应连接一个回位弹簧限位板17，在感应臂15的下端向外延伸出形成支撑杆，对应于该支撑杆安装有一个第二光电开关18；两个感应臂分别设置在转芯12的相对两侧，装配时将每个感应臂的上端铰接在转芯限位盒13内对应的转轴上，并将每个感应臂的内壁凸起支撑在对应的转芯外壁上使感应臂与转芯之间形成滚动接触；所述挡位感应装置包括一个环状的随动光栅19，随动光栅19由内环光栅和外环光栅组成，在内环光栅和外环光栅上交错开有透光孔，在随动光栅19上对应安装三个挡位感应光电开关20；装配时，将随动光栅19通过螺钉固定连接在转芯限位盒13的外部左侧，使用时使随动光栅随着换挡转芯一起转动；所述齿轮传动装置包括扇形齿轮10，在扇形齿轮10上同轴固定连接一个传动齿轮22，装配时，将传动齿轮22啮合设置在转芯限位盒13下部的内啮合齿盘上，使扇形齿轮10通过传动齿轮22与换挡转芯形成连接；在所述制动器11的转轴上固定连接一个制动齿轮23，装配时，将制动齿轮23与扇形齿轮10下端的齿部啮合设置，使制动器11通过制动齿轮23与扇形齿轮10形成连接；在挡位盒1的后盖底部通过支撑杆固定有单片机控制系统21，装配时，将所述的第一光电开关、第二光电开关、挡位感应光电开关、系统接口、驻车电机接口分别通过电路板连接在单片机控制系统21上，使用时通过CAN网络模块分别将系统接口、驻车电机接口与车载ECU连接。零部件装配好后通过螺栓将固定盒的前后盖固定为一体。

如图3所示，为了防止换挡器发生故障导致车辆无法运行，在所述制动器11的转轴后端对应安装一个压紧螺杆，装配时将压紧螺杆的外端从挡位盒1中伸出并通过螺纹连接固定一个手柄从而构成手动解锁装置24，当制动器系统失灵时，通过转动手柄将压紧螺杆旋离制动器，从而使制动功能失效，此时换挡器不受策略控制，可以任意换挡，保证换挡器能够解锁，使车辆能够临时行驶。

该换挡器总成使用时，能够实现以下策略：

车辆的换挡操纵机构设置四个挡位：P/R/N/D，走向为直线型，手球上设置有锁止按钮。换挡操纵机构内部的电磁离合器会根据各种工况对换挡杆进行锁止，其中电磁离合器正常状态处于锁止状态，而控制电磁离合器工作需要采集四路信号：制动踏板位置、锁止按钮位置、车辆的移动状态及换挡杆的移动方向。具体控制策略如下：

1）当N→R，根据车辆的移动状态控制电磁离合器工作：

当车辆静止时，踩下制动踏板、按下锁止按钮并向R挡推动换挡杆，电磁离合器解除锁止，换挡操纵机构换入R挡，车辆开始倒车；

当车辆前进时，需按下锁止按钮并向R挡方向推动换挡杆，控制单元根据车速对电磁离合器进行控制，当车速高于20公里时，电磁离合器保持锁止；当车速低于20公里时，电磁离合器解除锁止，换挡操纵机构换入R挡，控制单元控制整车动力驱动电机对车辆进行减速并进行反转倒车；

当车辆后退时，需按下锁止按钮并向R挡方向推动换挡杆，电磁离合器解除锁止，换挡操纵机构换入R挡，车辆继续倒车。

2）当N→D，根据车辆的移动状态控制电磁离合器工作：

当车辆静止时，踩下制动踏板并向D挡推动换挡杆但不按下锁止按钮，电磁离合器解除锁止，换挡操纵机构换入D挡，车辆开始前进；

当车辆前进时，需向D挡方向推动换挡杆，电磁离合器解除锁止，换挡操纵机构换入D挡，车辆继续前进；

当车辆后退时，需向D挡方向推动换挡杆，控制单元根据车速对电磁离合器进行控制，当车速高于20公里时，电磁离合器保持锁止；当车速低于20公里时，电磁离合器解除锁止，换挡操纵机构换入D挡，控制单元控制整车动力驱动对车辆进行减速并进行反转前进。

3）当D→N，直接将换挡杆拨至N挡位位置，让车辆滑行。

4）当R→N，需向N挡方向推动换挡杆，电磁离合器解除锁止，将挡位换入N挡。

5）当R→P，需踩下制动踏板、按下锁止按钮、向P挡推动换挡杆且车速小于5公里，电磁离合器解除锁止，换挡杆换入P挡。

6）当P→R，需踩下制动踏板并按下锁止按钮，电磁离合器解除锁止，换挡杆从P挡摘出。

7）当驾驶员在车辆起步时由P挡或N挡挂入R挡、D挡时未踩制动踏板时，显示器上提示“车辆起步选择挡位时请踩制动踏板”。

8）以上各个工况进行换挡时，如未达到换挡条件即进行换挡，则电磁离合器保持锁止。

除挂入或摘出P挡和车辆在静止时由N挡挂入D挡、R挡四种工况下必须踩下制动踏板，在其他挡位换挡时基于保护电动机和安全考虑驾驶员必须踩下制动踏板，但此动作不做控制电磁离合器的参考数据。

本发明使用时，首先按动换挡手球上的解锁按钮，按键力经换挡杆杆芯传递至换挡器内部，杆芯被推动后下端进入转芯内的第一光电开关中，将第一光电开关的光路阻断，第一光电开关输出信号至单片机；然后换挡杆进行换挡，此时换挡杆带动转芯向左或向右转动，使转芯外部对应的感应臂挡住该感应臂上第二光电开关的光路，第二光电开关将信号传递给单片机；当转芯转动一定角度后，带动其外部的转芯限位盒左右转动，转芯限位盒带动其外部连接的随动光栅转动，随动光栅转动过程中挡住挡位感应光电开关的光路，挡位感应光电开关将信号传递给单片机，单片机通过网络将信号传递给车载ECU，车载ECU根据操作策略和网络信号来判断换挡是否能够执行，对不能执行的换挡动作，ECU发送指令至单片机控制制动器进行锁死，换挡器无法被推动，对于可以执行的换挡动作，换挡器将允许换入其他挡位。该换挡器通过改变换挡转芯结构，并安装多个光电开关，使换挡时能够智能化操作，以此提高操作舒适性及行车安全性；其操作方便、使用寿命长、成本低，便于推广使用。

Claims (2)

1.电动车智能换挡器总成，包括挡位盒和换挡杆，换挡杆上端设有换挡手球，换挡手球上设有解锁按钮，解锁按钮通过斜块与换挡杆杆芯形成连接，换挡杆下端与挡位盒连接；挡位盒由前盖和后盖组成，挡位盒上分别设有系统接口和驻车电机接口，挡位盒前、后盖内壁分别对应设有螺栓支撑孔和轴承定位孔，挡位盒后盖内壁两侧还分别设有一挡位限位块，其特征在于：

在挡位盒内部设有换挡转芯、换挡方向感应装置、挡位感应装置、齿轮传动装置、制动器；

所述换挡转芯包括转芯和转芯限位盒，所述转芯是在空心圆柱体下端连通一矩形框体，并在矩形框体下端通过一转轴内切封口而成，转芯空心圆柱体上端与换挡杆下端连接，转芯矩形框体内设有第一光电开关；转芯限位盒内设有与转芯转轴端及矩形框体部分对应的限位槽，转芯通过限位槽支撑在转芯限位盒中；转芯限位盒下部还设有内啮合齿盘；

所述换挡方向感应装置包括两个相对设置的感应臂，在感应臂内壁设有凸起，感应臂外壁设有回位弹簧，回位弹簧另一端对应设有回位弹簧限位板，感应臂下端向外延伸出设有第二光电开关；两感应臂分别设置在转芯两侧，装配时使感应臂上端铰接在转芯限位盒内对应的转轴上，并使感应臂内壁凸起支撑在转芯外壁上形成滚动接触；

所述挡位感应装置包括随动光栅，随动光栅由内环光栅和外环光栅组成，内环光栅和外环光栅上交错设有透光孔，随动光栅上对应设有挡位感应光电开关；随动光栅设置在转芯限位盒外部，使用时使其随换挡转芯一起转动；

所述齿轮传动装置包括扇形齿轮，扇形齿轮上同轴设有传动齿轮，传动齿轮啮合设置在转芯限位盒下部的内啮合齿盘上，使扇形齿轮通过传动齿轮与换挡转芯形成连接；

所述制动器上设有制动齿轮，制动齿轮与扇形齿轮齿部啮合设置，使制动器通过制动齿轮与扇形齿轮形成连接；

在挡位盒底部设有单片机控制系统，所述第一光电开关、第二光电开关、挡位感应光电开关、系统接口、驻车电机接口分别通过电路板集成在单片机控制系统上，使用时通过CAN网络模块使系统接口、驻车电机接口与车载ECU连接。

2.根据权利要求1所述的电动车智能换挡器总成，其特征在于：在所述制动器后端对应设有压紧螺杆，压紧螺杆外端从挡位盒中伸出设有手柄构成手动解锁装置，使换挡器能够临时解锁，保证车辆临时行驶。