CN107606130B - 换挡执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于换挡操纵技术领域，涉及一种换挡执行机构，包括外壳、主体机构及安全执行机构；所述主体机构包括电机及第一传动装置，所述电机通过所述第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动；所述安全执行机构包括凸轮、顶子、第一弹性件、第二弹性件、推杆、限位块、能量蓄积释放装置、第一齿式离合器、第二齿式离合器、传动轴及第二传动装置。该换挡执行机构紧急情况下工作时，不需要拆除周边件，操作简单、方便。

Description

换挡执行机构

技术领域

本发明属于换挡操纵技术领域，特别是涉及一种换挡执行机构。

背景技术

当车辆在P档时，在变速箱的锁止机构作用下，无法进行拖车等操作。对采用了线控换挡系统的车辆，为了应对车辆无法正常启动或换挡操纵系统工况异常等紧急情况，需要一个将变速箱换挡轴从P档切换到其他挡位的安全执行机构。

目前的换挡执行机构可分为两类，通过使用或不使用电机、电磁阀等电气元件作动力进行区分。对使用这些电气元件的车辆，考虑到汽车无法启动的紧急情况，则换挡执行机构需另外搭载一个独立的电源电路才可正常工作；对不使用这些电气元件的车辆，换挡执行机构通常使用弹簧作为动力源。

换挡执行机构的操作设计得必须简单、方便，并且要有一定的防误操作要求。

现有技术中，换挡执行机构使用齿轮机构作为主体传动机构，并在第二级传动中使用了蜗轮蜗杆机构。该换挡执行机构的安全执行机构是对蜗杆端部进行结构改造，使得工具可以驱动蜗杆，通过转动工具使得换挡轴离开P档。

但是，现有的安全执行机构附近没有太多可供工具转动的空间，通常需要拆除安全执行机构的周边件。另外，蜗杆需转动数十圈才能实现功能，操作麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的换挡执行机构其安全执行机构操作麻烦的问题，提供一种换挡执行机构及汽车。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种换挡执行机构，包括外壳、主体机构及安全执行机构；

所述主体机构包括电机及第一传动装置，所述电机通过所述第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动；

所述安全执行机构包括凸轮、顶子、第一弹性件、第二弹性件、推杆、限位块、能量蓄积释放装置、第一齿式离合器、第二齿式离合器、传动轴及第二传动装置，所述第一齿式离合器固定在所述传动轴上，所述第二齿式离合器空套在所述传动轴上，所述凸轮套设在变速器的换挡轴上，所述凸轮与所述顶子的一端抵接，所述顶子的另一端滑动插接在所述限位块中，所述限位块滑动连接在所述外壳上，所述第一弹性件抵接于所述限位块与所述顶子之间，所述第二弹性件的一端连接在所述推杆上，所述第二弹性件的另一端连接在所述外壳上；

所述推杆可沿所述传动轴的轴向由初始位置移动至标定位置，在所述初始位置，所述第一齿式离合器与第二齿式离合器分离，所述第一齿式离合器被设置于所述外壳上的限位结构限制旋转；在所述标定位置，所述第一齿式离合器与第二齿式离合器接合，所述第一齿式离合器摆脱所述限位结构的旋转限制；

所述推杆上设置有限位槽，在所述标定位置，朝向所述凸轮的方向按压所述限位块可使得所述限位块卡入所述限位槽中；

在所述第一齿式离合器与第二齿式离合器接合时，所述能量蓄积释放装置可通过释放势能带动所述传动轴转动，且所述传动轴的转动依次通过第二传动装置及第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动。

可选地，所述能量蓄积释放装置为涡卷弹簧总成，所述涡卷弹簧总成包括壳体及设置在所述壳体内的涡卷弹簧，所述壳体滑动连接在所述外壳上，所述涡卷弹簧的外端固定在所述壳体上，所述涡卷弹簧的内端与所述传动轴固定连接。

可选地，所述第一传动装置包括固定在所述电机的输出轴上的第一直齿轮、与所第一直齿轮啮合的第二直齿轮、与所述第二直齿轮固定连接的蜗杆、与所述蜗杆啮合的蜗轮、与所述蜗轮固定连接的第三直齿轮及与所述第三直齿轮啮合的第四直齿轮，所述第四直齿轮与所述凸轮固定连接且一体地套设在变速器的换挡轴上。

可选地，所述凸轮的中轴线、所述第四直齿轮的中轴线及变速器的换挡轴的中轴线重合。

可选地，所述第二传动装置包括相互啮合的第一锥齿轮及第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二齿式离合器固定连接且一体地空套在所述传动轴上，所述第二锥齿轮固定连接在所述蜗杆的一端，所述蜗杆与所述传动轴相互垂直。

可选地，所述顶子包括平板及圆柱杆，所述限位块上设置有圆柱孔，所述圆柱杆滑动插接于所述圆柱孔中，所述圆柱杆与所述传动轴相互垂直。

可选地，所述推杆包括沿所述传动轴的轴向延伸的推板及垂直连接在所述推板一端的施力板，所述限位槽设置在所述推板上。

可选地，所述限位块包括基板部及形成在所述基板部中部一侧的凸出部，在所述标定位置，朝向所述凸轮的方向按压所述限位块可使得所述基板部卡入所述限位槽中，此时，所述基板部与所述限位槽的一侧端面抵靠，且所述凸出部抵接于所述推杆的外表面。

可选地，所述第一齿式离合器具有一圈外齿，所述第二齿式离合器具有一圈内齿，在所述标定位置，所述第一齿式离合器的外齿与所述第二齿式离合器的内齿啮合。

可选地，所述壳体的外周上设置有滑齿，所述外壳上设置有滑槽，所述滑齿滑动设置在所述滑槽中。

可选地，所述限位结构为设置于所述外壳上的一圈不完全齿，在所述初始位置，所述第一齿式离合器的外齿与所述不完全齿啮合以限制所述第一齿式离合器的旋转；在所述标定位置，所述第一齿式离合器的外齿脱离所述不完全齿以摆脱所述不完全齿对所述第一齿式离合器的旋转限制。

根据本发明实施例的换挡执行机构，正常进行换挡操作时，电机通电转动，运动通过第一传动装置传递到变速器的换挡轴。当遭遇紧急情况，需要将变速器的换挡轴从P档拉至N档时，可手动推动推杆沿传动轴轴线向第二齿式离合器方向移动，达到标定位置后，朝向凸轮的方向按压限位块一段距离并保持数秒，此时，第一齿式离合器与第二齿式离合器接合，第一齿式离合器摆脱外壳上的限位结构的旋转限制，由于传动轴及第一齿式离合器固定连接，且在标定位置没有其它结构限制传动轴及第一齿式离合器的旋转，因而，此时能量蓄积释放装置可通过释放势能带动传动轴转动，且传动轴的转动依次通过第二传动装置及第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动，脱出P档。可见，当遭遇紧急情况需要该换挡执行机构工作时，不需要拆除周边件即可实现，操作简单、方便。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的换挡执行机构的示意图；

图2是本发明一实施例提供的换挡执行机构的分解图；

图3是本发明一实施例提供的换挡执行机构的顶子的示意图；

图4是本发明一实施例提供的换挡执行机构的推杆的示意图；

图5是本发明一实施例提供的换挡执行机构的限位块的示意图；

图6是本发明一实施例提供的换挡执行机构的涡卷弹簧总成的示意图；

图7是本发明一实施例提供的换挡执行机构的第一齿式离合器的示意图；

图8是本发明一实施例提供的换挡执行机构的第二齿式离合器的示意图；

图9是本发明一实施例提供的换挡执行机构正常进行换挡操作的示意图；

图10是本发明一实施例提供的换挡执行机构紧急情况下推杆到达标定位置的示意图；

图11是本发明一实施例提供的换挡执行机构紧急情况下安全执行机构动作之后的示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、主体机构；11、电机；12、第一直齿轮；13、第二直齿轮；14、蜗杆；15、蜗轮；16、第三直齿轮；17、第四直齿轮；

2、安全执行机构；21、凸轮；22、顶子；221、平板；222、圆柱杆；23、压缩弹簧；24、拉伸弹簧；25、推杆；251、推板；252、施力板；253、限位槽；26、限位块；261、圆柱孔；262、基板部；263、凸出部；27、涡卷弹簧总成；271、壳体；2711、滑齿；272、涡卷弹簧；28、第一齿式离合器；281、外齿；29、第二齿式离合器；291、内齿；230、传动轴；240、第一锥齿轮；250、第二锥齿轮。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1及图2所示，本发明一实施例提供的换挡执行机构，包括外壳(图中未示出)、主体机构1及安全执行机构2。所述主体机构1包括电机11、通过轴孔过盈配合的方式固定在所述电机11的输出轴上的第一直齿轮12、与所第一直齿轮12啮合的第二直齿轮13、通过轴孔过盈配合的方式与所述第二直齿轮13固定连接的蜗杆14、与所述蜗杆14啮合的蜗轮15、与所述蜗轮15固定连接的第三直齿轮16及与所述第三直齿轮16啮合的第四直齿轮17。优选地，所述第三直齿轮16与蜗轮15同轴。其中，第一直齿轮12、第二直齿轮13、蜗杆14、蜗轮15、第三直齿轮16及第四直齿轮17构成第一传动装置。蜗杆14与蜗轮15构成蜗轮蜗杆机构。

如图1及图2所示，所述安全执行机构2包括凸轮21、顶子22、构成第一弹性件的压缩弹簧23、构成第二弹性件的拉伸弹簧24、推杆25、限位块26、构成能量蓄积释放装置的涡卷弹簧总成27、第一齿式离合器28、第二齿式离合器29、传动轴230、第一锥齿轮240及第二锥齿轮250，第一锥齿轮240及第二锥齿轮250构成第二传动装置。凸轮21与顶子22组成凸轮顶子机构。可选地，所述凸轮21的中轴线、所述第四直齿轮17的中轴线及变速器的换挡轴的中轴线重合。所述第一锥齿轮240与所述第二齿式离合器29通过轴孔过盈配合的方式固定连接，且一体地空套在所述传动轴230上，所述第二锥齿轮250固定连接在所述蜗杆14的一端，所述蜗杆14与所述传动轴230相互垂直。

在一实施例中，如图1、图3及图4所示，所述顶子22包括平板221及圆柱杆222，所述限位块26上设置有圆柱孔261，所述圆柱杆222滑动插接于所述圆柱孔261中，所述圆柱杆222与所述传动轴230相互垂直。

如图4所示，所述推杆25包括沿所述传动轴230的轴向延伸的推板251及垂直连接在所述推板251一端的施力板252，所述推板251上设置有限位槽253。施力板252形成类似的把手结构，便于人手施力。

如图6所示，所述涡卷弹簧总成27包括壳体271及设置在所述壳体271内的涡卷弹簧272，所述壳体271的外周上设置有滑齿2711，所述外壳上设置有滑槽，所述滑齿2711滑动设置在所述滑槽中，以使得所述壳体271滑动连接在所述外壳上。所述涡卷弹簧272的外端固定在所述壳体271上，所述涡卷弹簧272的内端与所述传动轴230固定连接。所述第一齿式离合器28固定在所述传动轴230上，所述第二齿式离合器29空套在所述传动轴230上，所述凸轮21套设在变速器的换挡轴上，所述凸轮21与所述顶子22的一端抵接，所述顶子22的另一端滑动插接在所述限位块26中，所述限位块26滑动连接在所述外壳上，所述压缩弹簧23抵接于所述限位块26与所述顶子22之间，所述拉伸弹簧24的一端连接在所述推杆25上，所述拉伸弹簧24的一端连接在所述外壳上。

如图9及图10所示，所述推杆25可沿所述传动轴230的轴向由初始位置移动至标定位置，在所述初始位置(如图9所示)，所述第一齿式离合器28与第二齿式离合器29分离，所述第一齿式离合器28被设置于所述外壳上的限位结构限制旋转；在所述标定位置(如图10所示)，所述第一齿式离合器28与第二齿式离合器29接合，所述第一齿式离合器28摆脱外壳上的限位结构的旋转限制，第一齿式离合器28可以转动，由于所述涡卷弹簧272的内端、传动轴230及第一齿式离合器230三者固定，因而，且在标定位置没有其它结构限制涡卷弹簧272、传动轴230及第一齿式离合器28的旋转，此时涡卷弹簧可通过释放势能带动传动轴转动。

如图4所示，所述推杆25上设置有限位槽253，在所述标定位置，朝向所述凸轮21的方向按压所述限位块26可使得所述限位块26卡入所述限位槽253中，以此将推杆25保持在所述标定位置。

在所述第一齿式离合器28与第二齿式离合器29接合时，所述涡卷弹簧272可通过释放势能带动所述传动轴230转动，且所述传动轴230的转动依次通过第二传动装置及第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动，实现在紧急情况下将P挡拉回N挡。

在一实施例中，所述限位块26包括基板部262及形成在所述基板部262中部一侧的凸出部263，在所述标定位置，朝向所述凸轮21的方向按压所述限位块26可使得所述基板部262卡入所述限位槽253中，此时，所述基板部262与所述限位槽253的一侧端面抵靠，且所述凸出部263抵接于所述推杆25的推板251的外表面。

如图7及图8所示，所述第一齿式离合器28具有一圈外齿281，所述第二齿式离合器29具有一圈内齿291，在所述标定位置，所述第一齿式离合器28插入所述第二齿式离合器29内，所述第一齿式离合器28的外齿281与所述第二齿式离合器29的内齿291啮合。

在一实施例中，所述限位结构为设置于所述外壳上的一圈不完全齿，在所述初始位置，所述第一齿式离合器28的外齿281与所述不完全齿啮合以限制所述第一齿式离合器28的旋转；在所述标定位置，所述第一齿式离合器28的外齿281脱离所述不完全齿以摆脱所述不完全齿对所述第一齿式离合器28的旋转限制。

上述实施例的换挡执行机构工作原理如下：

正常进行换挡操作如图9所示，电机11通电转动，运动通过第一直齿轮12、第二直齿轮13、蜗杆14、蜗轮15、第三直齿轮16、第四直齿轮17传递到变速器的换挡轴。此时虽然蜗杆14转动带动第一锥齿轮240、第二锥齿轮250及第二齿式离合器29转动，但由于第一齿式离合器28与第二齿式离合器29不啮合，传动轴230、涡卷弹簧总成27不运动。凸轮21转动使顶子22平动压缩压缩弹簧23，但由于限位块26被外壳限位，对这些零件无影响。

当遭遇紧急情况，需要将变速器的换挡轴从P档拉至N档时，安全执行机构2初始状态如图10所示，工作过程如下：手动将推杆25沿传动轴230轴线向第一锥齿轮240方向推，达到标定位置后，将限位块26沿顶子22的轴线往凸轮21方向按下一段距离(例如10cm)，并保持数秒(例如30秒)。推杆25带动传动轴230、涡卷弹簧总成27及第一齿式离合器28位移，使得第一齿式离合器28与第二齿式离合器29内外啮合，此时，所述第一齿式离合器28的外齿281脱离所述外壳上的不完全齿以摆脱所述不完全齿对所述第一齿式离合器28的旋转限制，涡卷弹簧总成27释放势能，涡卷弹簧272的内端带动传动轴230、第一齿式离合器28、第二齿式离合器29、第一锥齿轮240、第二锥齿轮250转动，将运动通过蜗杆14传入主体机构2，通过第一传动装置带动变速箱的选档轴转动，脱出P档。此时，由于凸轮21转动到另一角度，顶子22的底面与限位块26之间距离变长，使得压缩弹簧23渐渐回复，松手后限位块26也不会回弹，最终状态如图11所示。

当紧急情况下，安全执行机构2运作后，车辆需要恢复正常使用时，安全执行机构2的初始状态如图11所示，工作过程如下：上电后电机11输出转矩带动主体机构2各传动零件转动，使换档轴转到P档位置，同时由于蜗杆14转动，使得传动轴230带动涡卷弹簧总成27内端(涡卷弹簧272)反卷，将涡卷弹簧272势能蓄到初始点。同时凸轮21亦转动，使顶子22压缩压缩弹簧23，当弹簧力大于限位块26与推杆25之间的摩擦力时，压缩弹簧23将限位块26往外顶，直至推杆25与限位块26的接触面离开B面后(参见图6)，由于拉伸弹簧24的作用，推杆25压紧A面(参见图6)，传动轴230沿轴线往远离第一锥齿轮240的方向移动，第一齿式离合器28与第二齿式离合器29间脱开(分离)，第一齿式离合器28及涡卷弹簧总成27回到初始位置，所述第一齿式离合器28的外齿281与所述不完全齿重新啮合以限制所述第一齿式离合器28的旋转，使得传动轴230不能旋转，涡卷弹簧272同样被锁紧，最终状态如图9所示。

根据本发明实施例的换挡执行机构，当遭遇紧急情况，需要该换挡执行机构工作时，不需要拆除周边件即可实现，操作简单、方便。

在其它实施例中，能量蓄积释放装置也可以是与涡卷弹簧总成具有类似功能的元件，例如扭簧。

在其它实施例中，第一弹性件也可以是与压缩弹簧具有类似功能的元件，例如弹片。

在其它实施例中，第二弹性件也可以是与拉伸弹簧具有类似功能的元件，例如弹性橡胶。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种换挡执行机构，包括外壳、主体机构及安全执行机构；

所述主体机构包括电机及第一传动装置，所述电机通过所述第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动；

其特征在于，所述安全执行机构包括凸轮、顶子、第一弹性件、第二弹性件、推杆、限位块、能量蓄积释放装置、第一齿式离合器、第二齿式离合器、传动轴及第二传动装置，所述第一齿式离合器固定在所述传动轴上，所述第二齿式离合器空套在所述传动轴上，所述凸轮套设在变速器的换挡轴上，所述凸轮与所述顶子的一端抵接，所述顶子的另一端滑动插接在所述限位块中，所述限位块滑动连接在所述外壳上，所述第一弹性件抵接于所述限位块与所述顶子之间，所述第二弹性件的一端连接在所述推杆上，所述第二弹性件的另一端连接在所述外壳上；

所述推杆可沿所述传动轴的轴向由初始位置移动至标定位置，在所述初始位置，所述第一齿式离合器与第二齿式离合器分离，所述第一齿式离合器被设置于所述外壳上的限位结构限制旋转；在所述标定位置，所述第一齿式离合器与第二齿式离合器接合，所述第一齿式离合器摆脱所述限位结构的旋转限制；

所述推杆上设置有限位槽，在所述标定位置，朝向所述凸轮的方向按压所述限位块可使得所述限位块卡入所述限位槽中；

在所述第一齿式离合器与第二齿式离合器接合时，所述能量蓄积释放装置可通过释放势能带动所述传动轴转动，且所述传动轴的转动依次通过第二传动装置及第一传动装置驱动变速器的换挡轴转动。

2.根据权利要求1所述的换挡执行机构，其特征在于，所述能量蓄积释放装置为涡卷弹簧总成，所述涡卷弹簧总成包括壳体及设置在所述壳体内的涡卷弹簧，所述壳体滑动连接在所述外壳上，所述涡卷弹簧的外端固定在所述壳体上，所述涡卷弹簧的内端与所述传动轴固定连接。

3.根据权利要求1所述的换挡执行机构，其特征在于，所述第一传动装置包括固定在所述电机的输出轴上的第一直齿轮、与所第一直齿轮啮合的第二直齿轮、与所述第二直齿轮固定连接的蜗杆、与所述蜗杆啮合的蜗轮、与所述蜗轮固定连接的第三直齿轮及与所述第三直齿轮啮合的第四直齿轮，所述第四直齿轮与所述凸轮固定连接且一体地套设在变速器的换挡轴上。

4.根据权利要求3所述的换挡执行机构，其特征在于，所述凸轮的中轴线、所述第四直齿轮的中轴线及变速器的换挡轴的中轴线重合。

5.根据权利要求3所述的换挡执行机构，其特征在于，所述第二传动装置包括相互啮合的第一锥齿轮及第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二齿式离合器固定连接且一体地空套在所述传动轴上，所述第二锥齿轮固定连接在所述蜗杆的一端，所述蜗杆与所述传动轴相互垂直。

6.根据权利要求1所述的换挡执行机构，其特征在于，所述顶子包括平板及圆柱杆，所述限位块上设置有圆柱孔，所述圆柱杆滑动插接于所述圆柱孔中，所述圆柱杆与所述传动轴相互垂直。

7.根据权利要求1所述的换挡执行机构，其特征在于，所述推杆包括沿所述传动轴的轴向延伸的推板及垂直连接在所述推板一端的施力板，所述限位槽设置在所述推板上。

8.根据权利要求1所述的换挡执行机构，其特征在于，所述限位块包括基板部及形成在所述基板部中部一侧的凸出部，在所述标定位置，朝向所述凸轮的方向按压所述限位块可使得所述基板部卡入所述限位槽中，此时，所述基板部与所述限位槽的一侧端面抵靠，且所述凸出部抵接于所述推杆的外表面。

9.根据权利要求2所述的换挡执行机构，其特征在于，所述第一齿式离合器具有一圈外齿，所述第二齿式离合器具有一圈内齿，在所述标定位置，所述第一齿式离合器的外齿与所述第二齿式离合器的内齿啮合。

10.根据权利要求9所述的换挡执行机构，其特征在于，所述壳体的外周上设置有滑齿，所述外壳上设置有滑槽，所述滑齿滑动设置在所述滑槽中。

11.根据权利要求9所述的换挡执行机构，其特征在于，所述限位结构为设置于所述外壳上的一圈不完全齿，在所述初始位置，所述第一齿式离合器的外齿与所述不完全齿啮合以限制所述第一齿式离合器的旋转；在所述标定位置，所述第一齿式离合器的外齿脱离所述不完全齿以摆脱所述不完全齿对所述第一齿式离合器的旋转限制。