CN106838300A - 一种自动同步换挡系统及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动同步换挡系统及电动汽车，属于电动汽车技术领域。本发明所提供的自动换挡系统包括动力机构、减速机构、拨叉机构和换挡机构。本发明的减速机构通过采用丝杠和螺母套组成丝杠螺母副，相较于现有自动换挡系统中防止脱挡的自锁销或定位销，采用丝杠螺母副不仅能够达到自锁和减速的目的，还简化了整个换挡系统的结构。本发明还提供了一种采用上述自动换挡系统的电动汽车，该电动汽车用自动同步换挡系统不仅具有自锁功能，且成本低、性能可靠，还省去了同步环结构，从而提高了换挡速度且减小了换挡冲击。

Description

一种自动同步换挡系统及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种自动换挡系统及应用该自动同步换挡系统的电动汽车。
背景技术
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通和安全的车辆。相比于传统汽车，电动汽车具有环境污染少、噪声低、结构简单和使用维修方便等优点，随着电动汽车技术的日益成熟和人们对环保意识的提升，电动汽车已经成为汽车发展的必然趋势。
电动汽车采用电控系统控制安装在电动车驱动桥上的电机的电压或者电流，实现对电机驱动转矩和旋转方向的控制。由于电控系统电机可以实现电机反转，故纯电动汽车相比于传统汽车来说不需要设置倒挡装置。然而如果仅设置单前进挡变速器又很难以满足用户和车厂的行驶性能要求，故电动汽车的变速器向着两挡及多挡化方向发展，多挡位变速器能够提高车辆加速性能，使驱动电机常工作在高效区间，减小电机功耗，提高续航里程和经济性。然而现有电动汽车换挡系统一般采用同步环实现齿套与接合齿的同步过程，在换挡过程中存在换挡冲击、换挡力度大且同步时间长等问题，且现有自动换挡系统中一般均设置有防止齿套脱挡的装置，增加了换挡系统的复杂性，降低了换挡的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动同步换挡系统，该换挡系统不仅具有自锁功能，且结构简单、性能可靠、换挡迅速、同步时间短。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种自动同步换挡系统，包括：
动力机构；
减速机构，所述减速机构包括丝杠和螺母套，所述丝杠与所述动力机构的输出端传动连接，所述螺母套套接在所述丝杠上且能够沿所述丝杠移动；
拨叉机构和换挡机构，所述拨叉机构一端与所述螺母套转动连接，所述拨叉机构另一端与所述换挡机构固定连接。
作为优选，所述换挡机构包括调速电机和同轴设置的齿套、齿毂、变速齿轮组，所述齿套与所述拨叉机构传动连接，所述齿毂能够与所述齿套啮合，所述变速齿轮组包括低挡齿轮组和高挡齿轮组，所述低挡齿轮组和所述高挡齿轮组分别位于所述齿毂两侧，所述齿套能够与所述低挡齿轮组或者所述高挡齿轮组啮合，所述调速电机能够调节所述低挡齿轮组和所述高挡齿轮组的转速。
作为优选，所述低挡齿轮组包括同轴固定设置的低挡接合齿轮和低挡从动齿轮，所述齿套能够与所述低挡接合齿轮啮合，所述低挡接合齿轮位于所述低挡从动齿轮和所述齿毂之间。
作为优选，所述高挡齿轮组包括同轴固定设置的高挡接合齿轮和高挡从动齿轮，所述齿套能够与所述高挡接合齿轮啮合，所述高挡接合齿轮位于所述高挡从动齿轮与所述齿毂之间。
作为优选，所述拨叉机构包括拨头和换挡拨叉，所述拨头和所述换挡拨叉固定连接，所述拨头通过拨头安装轴与所述螺母套转动连接，所述换挡拨叉与所述齿套传动连接。
作为优选，所述换挡拨叉上设置有卡接槽，所述拨头远离所述螺母套的一端能够插入所述卡接槽内实现所述拨头和所述换挡拨叉的卡接。
作为优选，所述换挡拨叉包括固定连接的第一拨叉片和第二拨叉片，所述第一拨叉片和第二拨叉片整体呈V字形，所述第一拨叉片和所述第二拨叉片之间设置有拨叉安装轴，所述换挡拨叉能够沿所述拨叉安装轴移动。
作为优选，所述拨头安装轴上设置有检测拨头位置的拨头位置传感器。
作为优选，所述动力机构包括换挡电机、控制器和接合套，所述换挡电机固定安装在外壳上，所述控制器一端与所述换挡电机的输出端固定连接，所述控制器远离所述换挡电机的一端与所述接合套固定连接，所述接合套远离所述控制器的一端与所述丝杠固定连接。
本发明的另一个目的在于提供一种电动汽车，该电动汽车的同步换挡系统不仅具有自锁功能，成本低、性能可靠，同时该电动汽车无同步环结构，换挡迅速且冲击小。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动汽车，包含上述任一项所述的自动同步换挡系统。
本发明的有益效果：
本发明所提供的自动同步换挡系统包括动力机构、减速机构、拨叉机构和换挡机构，减速机构包括丝杠和套接在丝杠上的螺母套，螺母套能够沿丝杠移动，丝杠固定连接在动力机构的输出端，拨叉机构一端与螺母套转动连接，拨叉机构另一端与换挡机构传动连接。本发明中的减速机构通过采用丝杠和螺母套组成丝杠螺母副，丝杠螺母副自带有自锁功能，相较于现有自动换挡系统中的采用自锁销或定位销防止脱挡，采用丝杠螺母副不仅能够达到自锁和减速的目的，还简化了整个换挡系统的结构，使整个换挡系统变得更加稳定。本发明还提供了一种采用上述自动换挡系统的电动汽车，该电动汽车的自动同步换挡系统不仅具有自锁功能，成本低、性能可靠，还省去了同步环结构，从而提高了换挡迅速且减小了换挡冲击。
附图说明
图1是本发明所提供的自动同步换挡系统摘除外壳后的结构示意图；
图2是本发明所提供的自动同步换挡系统未摘除外壳时的结构示意图；
图3是本发明所提供的自动同步换挡系统未摘除外壳时的主视图。
图中：1、换挡电机；2、控制器；3、接合套；4、丝杠；5、螺母套；6、拨头位置传感器；7、拨头安装轴；8、拨头；9、换挡拨叉；10、拨叉安装轴；11、齿套；12、齿毂；13、外壳；14、高挡从动齿轮；15、高挡接合齿轮；16、低挡从动齿轮；17、低挡接合齿轮。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至3所示，自动同步换挡系统包括动力机构、减速机构、拨叉机构和换挡机构，动力机构包括换挡电机1、控制器2和接合套3，换挡电机1通过法兰结构固定安装在外壳13外内部，通过法兰连接结构简单，性能可靠，成本低且适合批量生产。控制器2固定安装在换挡电机1的输出端，控制器2远离换挡电机1的一端与接合套3固定连接，减速机构包括丝杠4和螺母套5，丝杠一端穿过接合套3与换挡电机1的输出端传动连接，螺母套5套接在丝杠4上且可沿丝杠4移动，从而实现减速的目的。
本实施例中的减速机构通过采用丝杠4和螺母套5组成丝杠螺母副，丝杠螺母副自带有自锁功能，相较于现有自动换挡系统中的采用自锁销或定位销，采用丝杠螺母副不仅能够达到自锁和减速的目的，还简化了整个换挡系统的结构，使整个换挡系统变得更加稳定。
拨叉机构一端与螺母套5转动连接，另一端与换挡机构传动连接。具体地，拨叉机构包括固定连接的拨头8和换挡拨叉9，拨头8通过拨头安装轴7与螺母套5转动连接，为了能使拨头8能够绕拨头安装轴7摆动，螺母套5外表面上凸设有两个连接柱，两个连接柱关于螺母套5的轴线对称设置，拨头安装轴7与每一连接柱之间均设置有一耳板，耳板的一端设置有连接孔，另一端设置有连接凹槽，拨头安装轴7插装在连接孔内，连接柱卡入连接凹槽内，当螺母套5移动时，带动耳板同步移动，从而使拨头安装轴7发生转动，进而带动拨头8绕拨头安装轴7摆动。为了实时检测拨头8的位置信息，在拨头安装轴7上设置有拨头传感器6，拨头传感器6可以把检测到的拨头8的位置信息发送给控制器2从而调控换挡电机1。
拨头8和换挡拨叉9的连接方式可以采用卡接、焊接或者一体成型，在本实施例中，为了便于拨头8和换挡拨叉9的拆卸和更换，拨头8和换挡拨叉9采用卡接的连接方式，具体地，拨头8为板状结构，换挡拨叉9包括固定连接的第一拨叉片和第二拨叉片，第一拨叉片和第二拨叉片结构相同，换挡拨叉9整体呈V字形，为了提高拨头8和换挡拨叉9的连接强度，在第一拨叉片和第二拨叉片的连接处设置有凸起，凸起上设置有卡接槽，拨头8远离螺母套5的一端能够插入卡接槽内从而实现拨头8和换挡拨叉9的卡接。
为了便于安装拨叉机构和提高换挡稳定性，在第一拨叉片和第二拨叉片之间设置有拨叉安装轴10，在换挡过程中，拨叉机构可以沿拨叉安装轴10的轴线方向移动，拨叉安装轴10能够起到限制拨叉机构移动方向的作用。第一拨叉片和第二拨叉片远离拨头8的一端均与换挡机构传动连接。为了提高连接强度，在第一拨叉片和第二拨叉片远离拨头8的一端均设置有一连接部，连接部的延伸方向与第一拨叉片和第二拨叉片的对称轴平行。
具体地，换挡机构包括调速电机、齿套11、齿毂12和变速齿轮组，变速齿轮组包括低挡齿轮组和高挡齿轮组，齿套11、齿毂12、低挡齿轮组和高挡齿轮组同轴设置，调速电机能够调节低挡齿轮组和高挡齿轮组的转速，齿套11传动连接在第一拨叉片连接部和第二拨叉片连接部之间，具体地，第一拨叉片和第二拨叉片的内表面上均设置有凹槽，齿套11外表面上设置有环形凸起，该凸起能够卡入凹槽内，从而保证齿套11既能够随换挡拨叉9同步移动，又能绕自己的轴线实现自转。齿毂12设置齿套11内部，齿毂12位于低挡齿轮组和高挡齿轮组之间，齿套11可以根据指令左右滑动，从而实现与齿毂12、低挡齿轮组和高挡齿轮组的啮合。在本实施例中，低挡齿轮组包括同轴固定设置的低挡接合齿轮17和低挡从动齿轮16，低挡接合齿轮17位于低挡从动齿轮16和齿毂12之间，当齿套11与低挡齿轮组啮合时，齿套11与低挡接合齿轮17啮合，此时整个系统处于低挡；同理，高挡齿轮组包括同轴固定设置的高挡接合齿轮15和高挡从动齿轮14，高挡接合齿轮15位于高挡从动齿轮14和齿毂12之间，当齿套11与高挡齿轮组啮合时，齿套11与高挡接合齿轮15啮合，此时整个系统处于高挡；当齿毂12与齿套11啮合时，整个系统处于空挡。
本实施例还提供了一种电动汽车，该电动汽车使用了上述自动换挡系统，使用该换挡系统的电动汽车不仅具有自锁功能，成本低、性能可靠，还省去了同步环结构，从而提高了换挡迅速且减小了换挡冲击。
在换挡过程中，首先将关于车速、电机转速和油门踏板等信号分析处理后形成换挡信号，进而将该换挡信号输入控制器2，从而达到控制换挡电机1启停和改变转速方向的目的。换挡电机1通过控制丝杠4的旋转方向从而控制螺母套5在丝杠4上的运动方向，当换挡电机1正转时，丝杠4随之正转，螺母套5朝远离换挡电机1的方向移动；当换挡电机1反转时，丝杠4随之反转，螺母套5朝靠近换挡电机1的方向移动。在螺母套5沿丝杠4的移动过程中，螺母套5带动拨头安装轴7转动，进而带动拨头8摆动，拨头8驱动换挡拨叉9沿拨叉安装轴10的轴线方向移动，当换挡拨叉9朝远离换挡电机1的方向移动时，齿套11与低挡接合齿轮17啮合，从而实现换挡至低挡；当换挡拨叉9朝靠近换挡电机1的方向移动时，齿套11与高挡接合齿轮15啮合，从而实现换挡至高挡。
在电动汽车接收到低挡升高挡信号时，控制器2发出信号，驱动换挡电机1将齿套11从低挡接合齿轮17脱离下来回到空挡，此时驱动调速电机使高挡接合齿轮15转速精确调到与齿套11相等或相近的转速，待转速同步后，齿套11便可顺利无冲击的与高挡接合齿轮15接合，完成汽车升挡；在汽车接收到降挡信号时，控制器2发出信号，驱动换挡电机1将齿套11从高挡接合齿轮15脱离下来回到空挡，此时驱动调速电机使低挡接合齿轮17转速精确调到与齿套11相等或相近的转速，，待转速同步后，齿套11便可顺利无冲击的与低挡接合齿轮17接合，完成降挡。现有技术中一般采用同步环结构实现齿套和待接合齿轮转速同步的方法，在换挡过程中换挡拨叉拨动齿套向同步环施加压力，从而对待接合齿轮产生同步力矩，强制与其同步(同步是指待接合齿轮与同步环不产生相对转动)，当达到同步时齿套可顺利的越过同步环与待接合齿轮啮合，完成换挡操作，在换挡过程中，由于同步环与待接合齿轮之间通过机械摩擦产生同步力矩，从而导致换挡时间长且换挡冲击力大。本实施例中自动换挡系统直接采用驱动电机控制待接合齿轮的转速从而达到齿套和待接合齿轮转速同步，不仅整体结构更简单，空间更紧凑，且同步响应快，换挡时间短，换挡冲击小。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动同步换挡系统，其特征在于，包括：
动力机构；
减速机构，所述减速机构包括丝杠(4)和螺母套(5)，所述丝杠(4)与所述动力机构的输出端传动连接，所述螺母套(5)套接在所述丝杠(4)上且能够沿所述丝杠(4)移动；
拨叉机构和换挡机构，所述拨叉机构一端与所述螺母套转动连接，所述拨叉机构另一端与所述换挡机构固定连接。
2.根据权利要求1所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述换挡机构包括调速电机和同轴设置的齿套(11)、齿毂(12)、变速齿轮组，所述齿套(11)与所述拨叉机构传动连接，所述齿毂(12)能够与所述齿套(11)啮合，所述变速齿轮组包括低挡齿轮组和高挡齿轮组，所述低挡齿轮组和所述高挡齿轮组分别位于所述齿毂(12)两侧，所述齿套(11)能够与所述低挡齿轮组或者所述高挡齿轮组啮合，所述调速电机能够调节所述低挡齿轮组和所述高挡齿轮组的转速。
3.根据权利要求2所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述低挡齿轮组包括同轴固定设置的低挡接合齿轮(17)和低挡从动齿轮(16)，所述齿套(11)能够与所述低挡接合齿轮(17)啮合，所述低挡接合齿轮(17)位于所述低挡从动齿轮(16)和所述齿毂(12)之间。
4.根据权利要求3所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述高挡齿轮组包括同轴固定设置的高挡接合齿轮(15)和高挡从动齿轮(14)，所述齿套(11)能够与所述高挡接合齿轮(15)啮合，所述高挡接合齿轮(15)位于所述高挡从动齿轮(14)与所述齿毂(12)之间。
5.根据权利要求4所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述拨叉机构包括拨头(8)和换挡拨叉(9)，所述拨头(8)和所述换挡拨叉(9)固定连接，所述拨头(8)通过拨头安装轴(7)与所述螺母套(5)转动连接，所述换挡拨叉(9)与所述齿套(11)传动连接。
6.根据权利要求5所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述换挡拨叉(9)上设置有卡接槽，所述拨头(8)远离所述螺母套(5)的一端能够插入所述卡接槽内实现所述拨头(8)和所述换挡拨叉(9)的卡接。
7.根据权利要求5所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述换挡拨叉(9)包括固定连接的第一拨叉片和第二拨叉片，所述第一拨叉片和第二拨叉片整体呈V字形，所述第一拨叉片和所述第二拨叉片之间设置有拨叉安装轴(10)，所述换挡拨叉(9)能够沿所述拨叉安装轴(10)移动。
8.根据权利要求5所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述拨头安装轴(7)上设置有检测拨头位置的拨头位置传感器(6)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的自动同步换挡系统，其特征在于，所述动力机构包括换挡电机(1)、控制器(2)和接合套(3)，所述换挡电机(1)固定安装在外壳(13)上，所述控制器(2)一端与所述换挡电机(1)的输出端固定连接，所述控制器(2)远离所述换挡电机(1)的一端与所述接合套(3)固定连接，所述接合套(3)远离所述控制器(2)的一端与所述丝杠(4)固定连接。
10.一种电动汽车，其特征在于，包含如权利要求1-9中任一项所述的自动同步换挡系统。
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