CN1080983A - 车辆的变速控制装置 - Google Patents

Abstract

一作为驱动源的驱动电机M通过一场效应晶体 管(FET)传动机构107与驱动电机电子控制元件 103相连。一用于驱动变速鼓62的变速电机61通 过一场效应晶体管(FET)传动机构112与变速电机 电子控制元件111相连。当驱动电机电子控制元件 103在由加速器开口传感器106和驱动电机转速传 感器104测得的信号的基础上输出变速信号时，驱 动电机M的输出被暂时减小或停止以减轻传动机构 T的齿轮系啮合表面压力，而在此期间，变速鼓62被 变速电机61所驱动以完成变速。完成变速后，驱动 电机M的输出被平稳增加。

Description

本发明涉及一种车辆的变速控制装置，特别是一种通过传动机构的驱动动力而不需使用变速踏板来改变速度的车辆变速控制装置。

在通常用于电动自行车或类似车辆的变速齿轮中，脚操作型变速踏板的运动由棘轮机构传递到一变速鼓，以有选择地操纵间歇地与变速鼓凸轮接合的多个变速叉，使其转动以达到变速的目的。

而且，对于不需变速踏板的电动变速齿轮，已知一种技术，其中，变速鼓由电机带动，而电机是在从变速开关中输出的变速控制信号的基础上操作的（例如，日本实用新型No.S61-81043中所公开的）。

顺便提一句，在使用脚操作型变速踏板的变速鼓驱动机构中，即使当传动齿轮没有平稳地接合时，通过重复变速操作最终将完成变速;然而，在电动变速齿轮中，为在变速操作中使齿轮适当接合，需要复杂的控制。

本发明考虑到了上述因素，其目的是通过具有简单结构的传动机构以平稳地完成变速。

为解决上述问题，根据本发明，提供了一种可将驱动源的输出通过传动装置传送到驱动轮的车辆变速控制装置，它包括：一用于输出变速信号的变速信号输出装置;一在变速信号基础上减小或停止驱动源输出的输出减小装置;一在驱动源输出减小或停止期间改变传动装置速度的传动机构;以及一在完成变速后增加驱动源输出的输出增加装置。

下面将参照附图对本发明的实施例进行描述。附图中：

图1为小型机动车整个结构的侧视图;

图2为车体后部的侧视图;

图3为图2中主要部分的放大视图;

图4为沿图2中线4-4所截取的截面图;

图5为变速齿轮放大的截面图;

图6为沿图5中线6-6所截取的截面图;

图7为控制系统的原理图;

图8为功能的解释视图;

图9显示了当变速时，驱动电机中的电流变化;

图10显示了驱动电机的转速和效率之间的关系;

图11显示了驱动电机的转速和输出之间的关系。

如图1中的示，电动小机车V包括一由焊接钢管构成的前机车框架1，和一由支靠在机车前侧的手柄2操纵的前轮Wf。一后车辆托架5被支靠在前车辆托架3上并可左右转动，前车辆托架3通过一沿车体纵向向前略微上倾的摆动轴4而位于前车辆框架1的后部。由钢管构成的第一后车辆框架6的前端被刚性地固定在后车辆托架5上。具有一对左右后轮Wr的动力元件P被安装在由钢管构成的第二后车辆框架7上，而第二车辆框架7支靠在第一车辆框架6上从而可自由地上下摆动。第一后车辆框架6由一对左右后缓冲器8与第二后车辆框架7相连。因而，当驱动车辆V时，前车辆框架1可相对于第一后车辆框架6和第二后车辆框架7而左右摆动，而且，第二后车辆框架7可相对于第一后车辆框架6上下摆动。

用来遮挡风，雨和直射太阳光以保护驾驶者的窗形护罩10和顶蓬11与由合成树脂做成的遮住前车辆框架1的车体9的前部相连，顶蓬11的后端支靠在从座位12和车厢13之间竖立起来的支柱14的上端。

如图2所示，电池支承框22通过多个橡胶缓冲器21而被挂在第一后车辆框架6的内侧。电池盒主体23被固定和支承在电池支承框架22上，电池盒主体23的上表面盖有一电池盒盖24。用以驱动安装在动力元件P上的驱动电机M（见图4）的电池被安放在电池盒主体23内，并在电池盒盖24内安装有一电子控制元件，一场效应晶体管（FET）驱动器和一充电器及类似的装置。

在电池盒主体23的前部安置有一电扇25。由电扇从外面吸进的冷空气被首先引入电池盒主体23内用以冷却电子控制元件，场效应晶体管（FET）驱动器和充电器及类似装置，然后通过一挠性管26被引入动力元件P内以冷却驱动电机M。由于冷却驱动电机M而升温的冷空气通过挠性管27被引入电池盒主体23内以加热电池，然后被排到外边。

下面参照图3和图4描述动力元件P的结构。

动力元件P包括一壳体，它被沿车体纵向延伸的两个垂直分割表面分割成三个壳体，即一左侧壳体33，一中央壳体34和一右侧壳体35。三个壳体33，34和35成整体地相互联接以构成一整块。左壳体33成整体地包括一位于托架33₁和左轴套33₂之间的驱动电机壳体33₃。中央壳体34包括一覆盖在位于托架34₁后部的传动机构T的左半部的左变速箱壳体34₂。右壳体35包括一覆盖在位于右轴套35₁的后部的传动机构T的右半部的右变速箱壳体35₂。

位于左壳体33的驱动电机壳体33₃内的驱动电机M，包括一直流（D.C）无刷电机，该直流无刷电机包括一位于覆盖驱动电机壳体33₃左端开口部分的盖42上的球轴承43，和一由位于驱动电机壳体33₃的右壁上的球轴承44支承的旋转轴45。旋转轴45包括一转子48，转子48有一位于铁芯46外周边的永磁体47，和一定子51，定子包括一铁芯49，铁芯上绕有线圈50，铁芯49环绕转子48而被支承。

在中心壳体34的左变速箱壳体34₂和右壳体35的右变速箱壳体35₂之间有一由一对球轴承52和53支承的主轴54，一由一对球轴承55和56支承的副轴57和一由一对相互平行的轴承58和59支承的差动齿轮箱60。主轴54和副轴57支承着传动机构T的多个齿轮系。由电机61带动的变速鼓62支承的变速叉63a至63c与上述齿轮系接合，从而通过传动机构T达到所需的速度变化（参见图3）。

驱动电机M的旋转轴45和主轴54相互同轴安装，其相对端由橡胶联轴器64相互联接。在最后一个被驱动齿轮66上有一用于吸收变速振动的减震器67，最后一个被驱动齿轮66位于差动齿轮箱60的右端并与副轴57的最后一个驱动齿轮65啮合。因而，驱动电机M的驱动力从主轴54通过副轴57传到差动齿轮箱60，并进而传到左轴68和右轴69。

此外，图4中标号70为一停车刹闸机构，以通过操作Bowden线71而将主轴54锁住。

下面，将参考图5和图6对变速齿轮的结构进行描述。

在传动机构T的上部支承一变速叉轴81和一变速鼓62。同轴可滑动地支承在变速叉轴81上并与齿轮系相连的三个变速叉63a到63c分别与环绕变速鼓62外周的三个凸轮槽62₁到62₃接合，从而被驱动。

从由球轴承82支承的变速鼓62的一端伸出的一个变速鼓轴83在变速电机61的驱动力的作用下并通过一日内亚停止机构（Geneva  stop  mechanism）85而间歇性地转动。也就是说，支承在位于右壳体35的后面和左侧面的齿轮箱86和87外侧的变速电机61的驱动力由形成于变速电机61输出轴上的小齿轮84通过由第一中间轴88支承的齿轮89和90传递到第二中间轴91。日内亚停止机构（Geneva  stop  mechanism）85由一固定在第二中间轴91端部的驱动转子93和一由变速鼓轴83支承并可相对转动的被驱动转子94构成。

驱动转子93包括一偏离第二中间轴91中心的销93₁和一位于销93₁相对侧边的圆弧型定位伸出部分93₂。另一方面，被驱动转子94包括五个相距60°角径向延伸并与销93₁接合的槽94₁和六个相距60°角位于槽94₁外周面并与伸出部分93₂接合的圆弧定位槽部分94₂。齿轮箱87中有一用于探测第二中间轴91的转动位置的限位开关95，即，日内亚停止机构（Geneva stop mechenism）85的驱动转子93的精确转动位置。而且，有一用于探测变速鼓62的转动位置，即变速鼓轴83端部的变速位置的可转动编码器96。

可转动地由变速鼓轴83支承的被驱动转子94的转动通过一空转机构97传到变速鼓轴83。空转机构97由一位于被驱动转子94上没有槽94₁的部分上的销98，一被驱动构件99，该被驱动构件有一固定在变速鼓轴83上并平行地在销98内延伸的伸出部99₁，和一具有一对接合部100₁的线圈弹簧100，该线圈弹簧绕在变速鼓轴83外并在其两端支承着销98和被驱动构件99的伸出部99₁。

下面将参照附图7说明由一动力供应系统，一驱动电机控制系统和一变速箱控制系统构成的控制装置。

控制装置的动力供应系统包括多个安放在电池盒主体23内的电池B，一为电池B充电的电池充电器101和一使每个电池B的输出电压从48V减小到12V的直流/直流（DC/DC）变压器102。电池充电器101包括一与外面的家用交流AC电源相连的插头。从电池B中伸出的动力供应电路在充电的过程中被充电器101切断。

驱动电机控制系统包括一驱动电机电子控制元件103。驱动电机电子控制元件103接收来自一驱动电机转速传感器104的信号以探测驱动电机M的转速，接收一后轮转速传感器105的信号以探测右后轮和左后轮Wr的转速，接收一加速器开口传感器106的信号以探测一加速器柄的转角和来自一下面将要说明的变速电机电子控制元件的信号，驱动电机电子控制元件103通过一场效应晶体管（FET）驱动器107控制对驱动电机M的驱动，并输出信号至直流/直流（DC/DC）变压器102，同时有一电池残余能量测量器108来操纵它们。此外，还为驱动电机电子控制元件103提供有一温度开关110，该温度开关由用于探测驱动电机M的温度的驱动电机温度传感器109的输出信号控制并在驱动电机M的温度超过指定值时打开电扇25。

变速箱控制系统的变速电机电子控制元件111接收来自驱动电机电子控制元件103，加速器开口传感器106，用于探测变速鼓62的位置的转动编码器96及用来探测日内亚停止机构（Geneva  stop  mechanism）85的驱动转子93的位置的限位开关95的信号。变速电机电子控制元件111通过场效应晶体管（FET）驱动器112控制变速电机61的驱动。

下面将对具有上述结构的根据本发明的实施例的功能进行描述。

当动力元件P的驱动电机M被由电池B供应的电能驱动时，转动轴45的转动被通过橡胶联轴器64而传送到传动装置T的主轴54上。主轴54的转动被一指定的速度级齿轮系减小而传递给副轴57，然后再通过最后一个驱动齿轮65，减震器67，最后一个驱动齿轮66和差动齿轮箱60而传递到右后轮和左后轮Wr。

当尚未进行变速时，如图6所示，日内亚机构（Geneva mechanism）85的驱动转子93的定位凸出物93₂与被驱动转子94的任何一个定位凹槽部94₂接合，因而被驱动转子94处于被定位到指定位置的状态。因此，固定在变速鼓轴83上的空转机构97的凸出部99₁被锁紧部100₁支承在线圈弹簧100的两端以相对于被驱动转子94的销98定位在同一位置，从而变速鼓62也被定位在相应于上述被驱动转子94的停止位置。

例如，在操作车辆时，当驱动电机电子控制元件103传递一向上变速的信号，则变速电机61通过变速电机电子控制元件111和场效应晶体管（FET）驱动器112而被驱动。当变速电机61转动时，驱动转子93的销93₁到达如图8（A）中所示位置，变速开始，同时限位开关95开始操作。当限位开关95的信号通过变速电机电子控制元件111而传送到驱动电机电子控制元件103时，驱动电机电子控制元件103减小通过场效应晶体管（FET）驱动器107供给驱动电机M的电流。因此，具有当前建立在传动装置T上的变速级的齿轮系的啮合表面压力可被立即放开，并在上述操作期间，可通过转动变速鼓62而平滑地建立一新的变速级。

出就是说，当驱动转子93从图8（A）所示位置沿箭头方向转动时，销93₁与被驱动转子94的任一个凹槽94₁接合从而将被驱动转子94向上转动60°。因而，当日内亚机构（Geneva mechanism）85的被驱动转子94被转动60°时，销98的运动通过线圈弹簧100而被传递到被驱动构件99的凸出部99₁，因此，变速鼓62被转过60°并停在一新的变速位置。通过转动变速鼓62，分别与凸轮槽62₁至62₃接合的变速叉63a至63c沿变速叉轴81移动，从而在传动装置T上建立一新的变速级。

当与变速鼓83相连的转动编码器96探测到已完成上述向上的变位后，其信号通过变速电机电子控制元件111传递到驱动电机电子控制元件103，从而驱动电机电子控制元件103平滑地增加供给驱动电机M的电流，并通过场效应晶体管（FET）驱动器107将变速冲击力减到最小。而且，当限位开关95探测到驱动电机93到达图8（B）所示位置时，变速电机电子控制元件111通过场效应晶体管（FET）驱动器112停止供给变速电机61的电流。

图9显示了在上述变速过程中供给驱动电机M的电流的变化。如图中所示，当由限位开关95操纵的变速开始时，供给驱动电机M的电流迅速增加，而当由转动编码器96探测到变速完成时，上述电流逐渐增加。然后，变速完成后的电流比变速开始前的电流要低以使驱动电机M的输出在变速前后相等。

一旦上述变速由于任何原因而不能平滑地完成并且变速叉63a至63c以及变速鼓62被突然停止时，防止变速电机61在位于变速鼓62和日内亚机构（Geneva mechanism）85之间的空转机构97的作用下而超载。即，当日内亚停止机构（Geneva stop mechanism）85的被驱动转子94上的销98在与变速鼓62成一整体的被驱动构件99被暂时停止的状态下被转动时，销98相对于被驱动构件99的凸出部99₁转动以使线圈弹簧100的一对锁紧部件100₁弹性变形，从而使相互被隔开。其结果是，即使变速鼓停止了，变速电机61仍可转动，从而可防止变速电机61超载。由于在已停止的变速鼓62上通过线圈弹簧100施加有弹性力，因而当其恢复转动时，变速鼓62在线圈弹簧100的弹性力作用下被转到指定位置，从而建立需要的变速级。

即使由变速电机61驱动的变速鼓62如上所述被暂时停止，在位于日内亚停止机构（Geneva  stop  mechanism）85和变速鼓62之间的空转机构97的作用下，变速电机61可被防止施加超载荷并且变速可平滑地进行。而且，在上述变速过程中，变速冲击被位于驱动电动机M的转动轴45和传动装置T的主轴54之间的橡胶联轴器64和位于传动装置T的主轴54上的减震器所吸收。

向下变速以操作过程和上述向上变速的操作过程一样。即，变速电机61在由驱动电机电子控制元件103传来的向下变速信号的基础上，沿与上述相反的方向转动。然后，当驱动转子93从图6中所示位置到达图8（B）中所示位置时，供应给驱动电机M的电流减小，而变速鼓62在日内亚停止机构（Geneva  stop  mechanism）85的作用下转动，从而在传动装置T上建立一新的变速级。在完成向下变速后，供给驱动电机M的电流平滑地增加，当驱动转子93达到图8（A）中所示位置时，供给变速电机61的电流被停止。

下面将描述驱动电机电子控制元件103输出向上或向下的速度变化信号的过程，即如何选择新的变速级。

图10显示了由驱动电机转速传感器104探测的驱动电机M的转速和相应于由加速器开端传感器106探测的不同加速器开端的驱动电机效率的关系。例如，当加速器开端为θ，而驱动电机M的转速为Ne，驱动电机M在加速器开端为θ时的最高效率为η（参见点A）。然而，当驱动电机M相应于加速器开端θ的转速超过上述Ne值时，驱动电机M的效率小于η（参见点B）。这时，通过向上变速使驱动电机M的转速通过增加载荷而被减小，以保持效率为η。另一方面，加速器开端为θ而驱动电机M的转速小于Ne，驱动电机M的效率小于上述值η（参见点C）。在这种情况下，通过向下变速使驱动电机M的转速通过减轻载荷而被增加，以保持上述效率η。

因而，在每一加速器开端下为使驱动电机M达最大效率的目标转速可通过“补偿”（mapretrieval）来获得，并且当驱动电机M的实际转速偏离上述目标转速至一定数量，则输出向上或向下变速的信号。因此，可在每一加速器开端下使驱动电机M在如图10中箭头所示的高效率范围内操作，并减小电池B的能量消耗以延长车辆运行距离。

图11显示了在某种加速器开端下，依据驱动电机M的转速和输出的驱动电机M的效率的变化。例如，当驱动电机M的输出要求为W₁，如果驱动电机M的转速为Ne₁，则可获得可能的最大效率90%（参见点A）。因而，当转速超过上述值Ne₁时，就向上变速，当转速低于Ne₁时就向下变速。因此可将驱动电机M的转速集中在Ne₁以提高效率。同样地，当驱动电机M的输出需要为W₂时，通过这种变速的操作可使转速为Ne₂，因而可获得可能的最大效率75%（参见点B）。

如上所述，对本发明的实施例进行了描述，然而，本发明并不限于上述实施例，可作各种不同的改进设计。

例如，在实施例中，驱动电机M的输出在变速过程中减小;然而，它也可被停止。而且，在实施例中，车辆使电机作为驱动源;然而，本发明也可用在车辆上使用内燃机作为驱动源。在这种情况下，驱动源输出的减小和停止可通过点火延迟控制和离合器关闭控制来达到。此外，也可通过手动开关来输出启动变速的变速信号。此外，可用两个限位开关代替一个限位开关95来探测驱动转子95是否到达如图8（A）所示的位置或如图8（B）所示的位置。

如上所述，根据本发明，在变速信号的基础上通过减小或停止驱动源的输出，传动装置的齿轮系的啮合表面压力被暂时放松，在此期间，传动装置T的变速由传动机构完成，在完成变速后，驱动源的输出又增加。因而，可通过结构简单的传动机构而平滑地完成变速。

Claims (1)

1、车辆的变速控制装置，它通过传动装置(T)将驱动源(M)的输出传递给驱动轮(Wr)，它包括：

-用于输出变速信号的变速信号输出装置(103)；

-在所述变速信号基础上减小或停止所述驱动源(M)的输出的输出减小装置(107)；

-用于在减小或停止所述驱动源(M)的输出期间改变所述传动装置(T)的速度的促动器(61)；和

-用来在完成所述变速后增加驱动源(M)输出的输出增加装置(107)。

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