CN106678360A - 汽车及其变速箱、电机换挡系统及单元 - Google Patents

汽车及其变速箱、电机换挡系统及单元 Download PDF

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乔良
李锐
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Abstract

一种汽车及其变速箱、电机换挡系统及单元，其中电机换挡系统单元包括：旋转电机，具有第一输出端；减速传动机构，具有第一输入端及第二输出端，第一输入端连接至第一输出端，减速传动机构用于将第一输出端输入的旋转运动转化为第二输出端的直线运动；拨叉轴，固定有换挡拨叉，换挡拨叉连接至第二输出端，拨叉轴平行于第二输出端的直线运动方向；旋转电机用于：正反旋转以实现拨叉轴携带换挡拨叉沿两相反方向直线移动。本技术方案的电机换挡系统单元，在换挡时仅需换挡拨叉沿一个方向移动，不存在运动部件干涉的问题，换挡时间缩短，换挡控制策略简单。

Description

汽车及其变速箱、电机换挡系统及单元
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种汽车及其变速箱、电机换挡系统及单元。
背景技术
目前汽车自动换挡系统主要包括：电机换挡系统和液压换挡系统，二者都是通过电脑测算换挡时机。但是，液压换挡系统的缺点是：结构复杂、制造精度较高、成本较高，而且由于零件较多，安装保护难度较大，故障点增添，下降了工作可靠性。
相比之下，现有电机换挡系统的特色是：结构相对简单，重量轻，另外由于直接采用易于控制、精度更高的电动机代替液压执行元件，使得系统的动作误差减少了，控制方法上也更简单。现有电机换挡系统的缺点在于：换挡控制策略复杂。
发明内容
本发明解决的问题是，现有电机换挡系统的换挡控制策略复杂。
为解决上述问题，本发明提供一种电机换挡系统单元，包括：
旋转电机，具有第一输出端；
减速传动机构，具有第一输入端及第二输出端，所述第一输入端连接至所述第一输出端，所述减速传动机构用于将所述第一输出端输入的旋转运动转化为第二输出端的直线运动；
拨叉轴，固定有换挡拨叉，所述换挡拨叉连接至所述第二输出端，所述拨叉轴平行于所述第二输出端的直线运动方向；
所述旋转电机用于：正反旋转以实现所述拨叉轴携带所述换挡拨叉沿两相反方向直线移动。
可选地，所述第一输出端通过联轴器连接至所述第一输入端。
可选地，所述减速传动机构为蜗轮蜗杆机构，包括：
蜗杆，一端作为所述第一输入端，可同步旋转地连接至所述第一输出端；
蜗轮，固装有转轴且与所述蜗杆啮合，所述转轴垂直于所述拨叉轴，在所述转轴上可同步转动地装有摆轴，所述摆轴作为所述第二输出端，能够在摆动时拨动所述换挡拨叉作直线运动。
可选地，所述摆轴和换挡拨叉的连接方式为：所述摆轴用于连接所述换挡拨叉的一端设置有球窝，所述换挡拨叉用于连接所述摆轴的一端设有球头，所述球头可活动地容纳在所述球窝内。
可选地，所述蜗杆装在蜗杆箱内，所述蜗轮装在蜗轮箱内，在所述蜗杆箱和蜗轮箱之间设有中心距调整垫板。
可选地，所述减速传动机构为丝杆机构，包括：
螺杆，一端作为所述第一输入端，可同步旋转地连接至所述第一输出端；
套在所述螺杆上的螺母，作为所述第二输出端。
可选地，所述螺母与所述丝杆为螺纹配合；或，在所述螺母和螺杆之间装有若干滚珠，所述螺母和螺杆能够通过所述滚珠相对转动。
可选地，所述减速传动机构为凸轮机构，包括：凸轮轴，一端作为所述第一输入端，可同步旋转地连接至所述第一输出端；
固定套装在所述凸轮轴上的凸轮，外周面形成有凸轮槽，所述凸轮槽具有沿所述凸轮轴轴向相对而设的两个侧面，其中一个侧面为凹面且另一个侧面为凸面；
输出轴，一端带有滚子且另一端作为所述第二输出端，所述滚子能够在所述凸轮槽内沿两个所述侧面滚动。
可选地，所述减速传动机构还具有第二输入端，所述第二输入端连接有手动旋钮；
所述减速传动机构还用于：将所述手动旋钮输入的旋转运动转化为第二输出端的直线运动。
可选地，所述拨叉轴的表面沿拨叉轴的长度方向分布有三个连接在一起的凹槽；
所述电机换挡系统单元还包括自锁销，所述自锁销包括：
固定且具有一端开口的壳体、设于所述壳体内的螺旋弹簧及设于所述开口内的滚珠。
可选地，在所述拨叉轴上设置有位置传感器，所述位置传感器用于监测所述换挡拨叉所连接的同步器的移动位移。
本发明还提供一种电机换挡系统，包括至少1个上述任一所述的电机换挡系统单元。
本发明还提供一种变速箱，包括上述电机换挡系统及同步器；每个所述电机换挡系统单元的所述拨叉连接至对应的同步器。
本发明还提供一种汽车，包括上述所述的变速箱。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本技术方案的电机换挡系统单元，在选、换挡时仅需换挡拨叉沿一个方向移动，不存在运动部件干涉的问题，换挡时间缩短，换挡控制策略简单。
附图说明
图1是本发明具体实施例的电机换挡系统的示意图；
图2是图1所示电机换挡系统中减速传动机构为一种蜗杆传动机构时，蜗杆传动机构沿蜗轮轴向的示意图；
图3是图1所示电机换挡系统中减速传动机构为另一种蜗杆传动机构时，蜗杆传动机构沿蜗杆长度方向的示意图；
图4是图1所示电机换挡系统中减速传动机构为丝杆机构时，丝杆机构沿垂直于螺杆长度方向的方向的示意图；
图5是图1所示电机换挡系统中减速传动机构为凸轮机构时，凸轮机构沿凸轮径向的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，本实施例提供一种新的电机换挡系统单元，包括：
旋转电机1，具有第一输出端1a；
减速传动机构2，具有第一输入端2a及第二输出端2b，第一输入端2a连接至第一输出端1a，减速传动机构2用于将第一输出端1a输入的旋转运动转化为第二输出端2b的直线运动；
拨叉轴3，固定有换挡拨叉4，换挡拨叉4连接至第二输出端2b，拨叉轴3平行于第二输出端2b的直线运动方向；
旋转电机1用于：正反旋转以实现换挡拨叉4携带拨叉轴3沿两相反方向作直线移动，实现换挡。
应用本技术方案的电机换挡系统单元，换挡拨叉4的一端连接至第二输出端2b且另一端连接至变速箱内的同步器。本技术方案电机换挡系统单元的换挡控制策略为：
首先，换挡拨叉4处于对应空挡的位置，同步器处于中间位置；
接着，控制旋转电机1沿一个方向旋转，使得换挡拨叉4携带拨叉轴3沿拨叉轴3的长度方向朝右侧移动，至换挡拨叉4拨动同步器朝右侧移动至该同步器和相应齿轮接合，实现挂挡；
紧接着，在换挡时，先通过旋转电机1控制换挡拨叉4沿拨叉轴3的长度方向反向移动至对应空挡的位置，之后控制旋转电机1反向旋转，换挡拨叉4反向移动至其与另一侧齿轮接合，实现换挡。
因此，本技术方案的电机换挡系统单元对应一个拨叉轴3可实现三个挡位的选取，分别设定为空挡、第一挡、第二挡，其中第一挡和第二挡可以均为前进挡，例如1挡和2挡，或者第一挡和第二挡分别为倒挡或前进挡。在应用过程中，第一挡和第二挡的类型与换挡拨叉4对应的同步器可挂入挡位有关。本技术方案的电机换挡系统单元在选、换挡时仅需换挡拨叉4沿一个方向移动，不存在运动部件干涉的问题，换挡时间缩短，换挡控制策略简单。
进一步地，要实现更多挡位，可安装多个本实施例的电机换挡系统单元组成一个电机换挡系统，多个电机换挡系统单元一一对应于变速箱内的同步器，而同步器的数量决定了该变速箱可实现的挡位数量。因此，电机换挡系统可根据待实现的挡位数量，及具体安装场合选择电机换挡系统单元的数量。
参照图1，第一输出端1a通过联轴器5连接至第一输入端2a。联轴器是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，具有一定的补偿两轴偏移的能力，为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还具有一定的缓冲减振性能。联轴器5可以使旋转电机1与减速传动机构2之间的扭矩传递顺畅、平稳。
参照图1，本实施例的电机换挡系统单元具有挡位自锁功能。拨叉轴3的表面沿拨叉轴3的长度方向分布有三个连接在一起的凹槽30；
电机换挡系统单元还包括自锁销6，自锁销6包括：
固定且具有一端开口60的壳体61、设于壳体61内的螺旋弹簧62及设于开口60内的滚珠63；
螺旋弹簧62呈压缩状态地压紧滚珠63在所述凹槽30内，滚珠63能够在拨叉轴3作直线运动时从一个凹槽30滚动至相邻的另一个凹槽30内。三个凹槽30对应了三个挡位，其中中间的凹槽30a对应空挡，两侧的凹槽30b、30c分别对应第一挡和第二挡，在某个挡位，螺旋弹簧62压抵滚珠63在对应的凹槽30内，从而实现挡位锁定，防止换挡拨叉4左右窜动而造成同步器脱挡。
参照图1，减速传动机构2还具有第二输入端2c，第二输入端2c连接有手动旋钮2d；减速传动机构2还用于：将手动旋钮2d输入的旋转运动转化为第二输出端2b的直线运动。这是应对旋转电机1失效时如何实现动力传递的问题，在旋转电机1失效时，可以使用扭矩扳手或其他工具旋转手动旋钮2d，手动向减速传动机构2输入扭矩，推动同步器换挡，此时手动旋钮2d代替旋转电机1工作。
参照图1，在拨叉轴3上设置有位置传感器7，位置传感器7用于监测换挡拨叉4所连接的同步器的移动位移。电机换挡系统单元通过位置传感器7实时反馈同步器的位移信号，换挡控制系统根据位移信号精确调整旋转电机1的工作参数，实现换挡操作的精确控制。
在本实施例中，参照图1～图3，减速传动机构2为蜗轮蜗杆机构，包括：蜗杆20，一端作为第一输入端2a，可同步旋转地连接至所述第一输出端1a；蜗轮21，固装有转轴22且与蜗杆20啮合，转轴22垂直于拨叉轴3，转轴22上可同步转动地装有摆轴26，23摆轴作为第二输出端2b，能够在摆动时拨动换挡拨叉4作直线运动。其工作原理为：旋转电机1驱动蜗杆20自转，蜗杆20驱动蜗轮21自转，蜗轮21在转动时带动转轴22同步转动，转轴22在转动时带动摆轴26摆动，如从位置E摆动至位置B，此时摆轴26在摆动时拨动换挡拨叉4沿拨叉轴3的长度方向运动，如从位置C运动至位置D，进而驱动同步器换挡。彼时，控制旋转电机1正反旋转，驱动蜗轮21能够正反旋转，以实现同步器左移和右移，实现挡位切换。
其中，摆轴26和换挡拨叉4的连接方式为：摆轴26的端部设置有球窝260，换挡拨叉4的相应端设有球头40，球头可活动地容纳在球窝260内，两者形成了活动连接。在摆轴26摆动时，球头40在球窝260内转动且摆轴26施加给球头沿拨叉轴3的长度方向的力，换挡拨叉4受力而作直线运动。蜗轮蜗杆机构的结构紧凑，传动比大，实现对旋转电机1输出的较大转速进行减速的目的。而且蜗轮蜗杆机构的重合度大，传动平稳，噪声小。
参照图2和图3，蜗杆20装在蜗杆箱23内，蜗轮21装在蜗轮箱24内，在蜗杆箱23和蜗轮箱24之间设有中心距调整垫板25，中心距调整垫板25的厚度可以补偿制造误差引起的蜗轮21和蜗杆20的中心距、与蜗杆箱23和蜗轮箱24的中心距之间的间隙，实现无间隙高精度传动。
作为一种变形例，参照图1和图4，减速传动机构2为丝杆机构，包括：螺杆20，一端作为第一输入端2a，可同步旋转地连接至第一输出端1a；套在螺杆20上螺母21，作为第二输出端2b。其工作原理为：
旋转电机1驱动螺杆20旋转，由于螺母21通过换挡拨叉4连接至拨叉轴3，螺母21的旋转运动被限制，因此螺杆20旋转时带动螺母21相对螺杆20沿螺杆20轴向运动，进而推动换挡拨叉4轴向运动，至驱动同步器换挡。彼时，控制旋转电机1沿两相反旋转方向旋转时，螺杆20能够沿两相方向旋转，带动螺母21左移或右移，以实现同步器左移和右移，实现挡位切换。
其中，螺母21与螺杆20为螺纹配合；或者，在螺母21和螺杆20之间装有若干滚珠(图中未示出)，螺母21和螺杆20能够通过滚珠相对转动，这形成了滚珠丝杆机构，当螺母21转动趋势被限制后，其通过滚珠作直线运动。
作为另一种变形例，参照图1和图5，减速传动机构2为凸轮机构，包括：凸轮轴20，一端作为第一输入端2a，可同步旋转地连接至第一输出端1a；固定套装在凸轮轴20上的凸轮21，外周面210形成有凸轮槽211，凸轮槽211具有沿凸轮轴20轴向相对而设的两个侧面212、213，其中一个侧面212为凹面且另一个侧面213为凸面；输出轴22，一端带有滚子(图中未示出)且另一端作为第二输出端2b，滚子能够在凸轮槽211内沿两个侧面212、213滚动。凸轮机构的工作原理为：
侧面213具有凸点213a、两侧的凹点213b、213c，凹点213b和213c均对应第一挡，凸点213a对应第二挡，凹点213b与凸点213a之间的某点或者凹点213c和凸点213a之间的某点对应空挡；
旋转电机1驱动凸轮轴20转动，凸轮轴20带动凸轮21同步转动，凸轮21在转动时，滚子在凸轮槽211内滚动；
滚子在凹点213b位置，对应的挡位为第一挡，当旋转电机1驱动凸轮21沿旋转方向A转动时，滚子由凹点213b移动至凸点213a的过程中，输出轴22带动换挡拨叉4左移，同步器由第一挡挂入空挡，之后挂入第二挡；
在滚子位于凸点213a，旋转电机1可以继续沿旋转方向A旋转，滚子由凸点213a到凹点213c移动，在该过程中，同步器能够达到空挡或进一步挂入第一挡；或者，
在滚子位于凸点213a时，控制旋转电机1沿旋转方向A的反方向旋转，滚子由凸点213a回到凹点213b，在该过程中，同步器能够达到空挡或进一步挂入第一挡。
本技术方案提出了以上三种减速传动机构2的实施例，减速传动机构2可以根据实际需要进行选择、改进，不限于上述三个实施例，扩展性较强。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种电机换挡系统单元，其特征在于，包括：
旋转电机，具有第一输出端；
减速传动机构，具有第一输入端及第二输出端，所述第一输入端连接至所述第一输出端，所述减速传动机构用于将所述第一输出端输入的旋转运动转化为第二输出端的直线运动；
拨叉轴，固定有换挡拨叉，所述换挡拨叉连接至所述第二输出端，所述拨叉轴平行于所述第二输出端的直线运动方向；
所述旋转电机用于：正反旋转以实现所述拨叉轴携带所述换挡拨叉沿两相反方向直线移动。
2.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述第一输出端通过联轴器连接至所述第一输入端。
3.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述减速传动机构为蜗轮蜗杆机构，包括：
蜗杆，一端作为所述第一输入端，可同步旋转地连接至所述第一输出端；
蜗轮，固装有转轴且与所述蜗杆啮合，所述转轴垂直于所述拨叉轴，在所述转轴上可同步转动地装有摆轴，所述摆轴作为所述第二输出端，能够在摆动时拨动所述换挡拨叉作直线运动。
4.如权利要求3所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述摆轴和换挡拨叉的连接方式为：所述摆轴用于连接所述换挡拨叉的一端设置有球窝，所述换挡拨叉用于连接所述摆轴的一端设有球头，所述球头可活动地容纳在所述球窝内。
5.如权利要求3所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述蜗杆装在蜗杆箱内，所述蜗轮装在蜗轮箱内，在所述蜗杆箱和蜗轮箱之间设有中心距调整垫板。
6.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述减速传动机构为丝杆机构，包括：
螺杆，一端作为所述第一输入端，可同步旋转地连接至所述第一输出端；
套在所述螺杆上的螺母，作为所述第二输出端。
7.如权利要求6所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述螺母与所述丝杆为螺纹配合；或，在所述螺母和螺杆之间装有若干滚珠，所述螺母和螺杆能够通过所述滚珠相对转动。
8.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述减速传动机构为凸轮机构，包括：凸轮轴，一端作为所述第一输入端，可同步旋转地连接至所述第一输出端；
固定套装在所述凸轮轴上的凸轮，外周面形成有凸轮槽，所述凸轮槽具有沿所述凸轮轴轴向相对而设的两个侧面，其中一个侧面为凹面且另一个侧面为凸面；
输出轴，一端带有滚子且另一端作为所述第二输出端，所述滚子能够在所述凸轮槽内沿两个所述侧面滚动。
9.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述减速传动机构还具有第二输入端，所述第二输入端连接有手动旋钮；
所述减速传动机构还用于：将所述手动旋钮输入的旋转运动转化为第二输出端的直线运动。
10.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，所述拨叉轴的表面沿拨叉轴的长度方向分布有三个连接在一起的凹槽；
所述电机换挡系统单元还包括自锁销，所述自锁销包括：
固定且具有一端开口的壳体、设于所述壳体内的螺旋弹簧及设于所述开口内的滚珠。
11.如权利要求1所述的电机换挡系统单元，其特征在于，在所述拨叉轴上设置有位置传感器，所述位置传感器用于监测所述换挡拨叉所连接的同步器的移动位移。
12.一种电机换挡系统，其特征在于，包括至少1个权利要求1～11任一项所述的电机换挡系统单元。
13.一种变速箱，其特征在于，包括权利要求12所述的电机换挡系统及同步器；
每个所述电机换挡系统单元的所述拨叉连接至对应的同步器。
14.一种汽车，其特征在于，包括权利要求13所述的变速箱。
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