CN110985665A - 一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置及换挡方法 - Google Patents

一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置及换挡方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置及换挡方法，它包括支座，所述支座的内部通过轴承座支撑安装有滚珠丝杆减速机构，所述滚珠丝杆减速机构与拔头构成丝杆传动配合，所述滚珠丝杆减速机构与换挡电机的输出轴相连，所述换挡电机固定安装在支座的外侧壁上；所述拔头的另一端与拔叉的顶端插槽相接触配合，所述拔叉固定安装在拔叉轴上，所述拔叉轴的两端滑动配合安装在拔叉轴架上，所述拔叉轴架和拔叉轴之间设置有档位标定机构，所述拔叉的末端安装有滑动拔块。并利用支座两端增加的弹性限位装置，可以简化控制策略，且不影响换挡成功率的情况下，能可靠实现挂挡后的回退量的准确性及有效性。

Description

一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置及换挡 方法
技术领域
本发明属汽车变速器传动技术领域，具体涉及一种纯电动汽车用电控机械自动变速器采用的减少拨叉磨损的装置及换挡方法。
背景技术
随着汽车技术的发展，自动变速器已广泛应用于各类车辆。机械自动变速器以其结构简单、传动效率高、可靠性好等优点，被迅速推广。利用电机驱动换挡执行机构的电控电动式系统，免去了气压、液压操纵机构需要的复杂供能装置和管路系统，具有结构简单、成本低、对环境的适应性强、能耗小等特点；更重要的是，通过灵活的电机PWM控制，可精确调节换挡过程中换挡力大小，减小变速器换挡冲击，延长变速器使用寿命，已成为重要发展方向。
机械自动变速器的换挡控制是其关键技术，直接关系到换挡成功率及执行机构的可靠性，产生了很多控制方法和策略，但各类策略均较少涉及挂挡动作结束后的控制。由于换挡结束后，拨叉静止不动，而同步器随齿轮高速旋转，虽然在换挂挡结束时换挡电机已经停止施加作用力，但减速装置存在一定的自锁力矩，导致执行元件在换挡过程中发生弹性变形产生的压紧力并不能完全撤销，滑动拨块与结合套接触面之间仍处于压紧状态而继续滑摩，极易导致拨叉早期磨损，影响可靠性。
目前广泛使用的换挡传动方案（含换挡电机、换挡位置传感器、滚珠丝杠减速机构、支座、拨头等器件），基于实验验证，采用减小减速机构自锁力矩，或提高到挡位置的准确性，或减小换挡后期进挡力矩防止滑动拨块与结合套压紧，效果都不显著。
发明内容
本发明提出一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置及换挡方法，并利用支座两端增加的弹性销，可以简化控制策略，且不影响换挡成功率的情况下，能可靠实现挂挡后的回退量的准确性及有效性。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，它包括支座，所述支座的内部通过轴承座支撑安装有滚珠丝杆减速机构，所述滚珠丝杆减速机构与拔头构成丝杆传动配合，所述滚珠丝杆减速机构与换挡电机的输出轴相连，所述换挡电机固定安装在支座的外侧壁上；所述拔头的另一端与拔叉的顶端插槽相接触配合，所述拔叉固定安装在拔叉轴上，所述拔叉轴的两端滑动配合安装在拔叉轴架上，所述拔叉轴架和拔叉轴之间设置有档位标定机构，所述拔叉的末端安装有滑动拔块。
所述支座的两侧壁上并与拔头相接触的内侧壁上对称安装有用于推动拔头复位的弹性销。
所述拔头的侧端面距离弹性销在自然伸长状态下端面的距离B与弹性销可压入距离a之和等于换挡有效行程，使得拔头与弹性销接触并将其压下距离a时，下方拨叉轴带动拨叉拨动结合套能完全到达所挂挡位，保证所挂挡位全齿长啮合。
弹性销的压入量a即为拨叉到位后的回退量，压入量a通过改变弹性销的预紧力进行调整或者采用调整螺栓或增减垫片的方式实现弹性销的预紧力调整。
所述弹性销的压入量a建议取值为0.5-0.8mm。
所述档位标定机构包括加工在拔叉轴上的空档位置标定位，所述空档标定位的两端对称加工有挂挡位置标定位，所述拔叉轴架上设置有定位球安装孔，所述定位球安装孔的内部底端安装有定位钢球，所述定位钢球的顶端压装有定位弹簧。
所述换挡电机的驱动电路与控制器相连，采用PWM控制方法并控制换挡电机的挂挡动作。
所述电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置的换挡方法：
Step1：根据变速器换挡机构加工精度、各部位预留间隙及换挡时候的变形量调整确定弹性销的可压入距离a，进而对弹性销的预紧力调整；
Step2：调整拔叉轴、拔头和弹性销，确保在空挡位置状态，拨头两端面到弹性销的距离B与弹性销可压入距离a之和等于换挡有效行程；
Step3：标定时，拨头运动到与弹性销接触但未压缩的位置，作为“理想到挡位置”；
Step4：换挡过程中，采用换挡力自适应法挂挡；
Step5：当换挡位置传感器显示到达“理想到挡位置”后，控制换挡电机实施制动，撤销挂挡力矩，此时，控制换挡电机及机构运动仍存在的较大惯性力，通过压缩弹性销而得到有效缓冲，缓冲的同时，带动拨叉轴和拨叉彻底完成换挡动作，并保证全齿长啮合；
Step6：继而，控制换挡电机解除制动，并施以电机反向旋转的一个PWM信号作为反转动作信号并持续一定时间，其中，所述信号值应比电机带动滚珠丝杆减速机构空载移动所需的PWM信号小，该反转动作信号叠加弹性销压缩后的弹力，促使执行机构带动滑动拨块反向移动，彻底消除与结合套的接触力。
所述Step4中换挡力自适应法是采用一个能确保能有效挂上挡位的固定PWM控制力，利用直流电机特性，实现空挡附近移动阻力小时，控制换挡电机运动速度加快，当同步阶段阻力大时，控制换挡电机速度减慢而自动增加输出力矩，模拟人工换挡的方式可靠完成换挡动作。
所述Step6中电机反向旋转动作信号无法单独驱动控制换挡电机反转，且持续时间有限，当弹性销恢复原始位置后，拨叉回退过程随即结束，避免了回退过多导致的脱挡；此时，拨叉与拨叉轴在定位钢球与定位弹簧作用下，能够保持理想的到挡位置，滑动拨块与结合套又可消除接触力，从而有效避免拨叉早期磨损，达到预期目的。
本发明有如下有益效果：
1、通过采用本发明的装置和方法，挂挡完成后，为确保可靠挂挡所形成的较大惯性力利用弹性销缓冲；在电机解除制动后，采用反转动作信号叠加弹性销弹力实施回退控制，合理控制回退量，即有效避免拨叉磨损又可防止脱挡。
2、通过本发明的弹性销一方面能够在挂挡的初期对换挡电机的驱动力产生一定的缓冲，另一方面，在换挡结束之后，能够在电机反转信号共同作用下实现拔叉以及拔头的反向复位，并控制一定的回退量，有效的防止磨损。
3、通过采用PWM控制器能够有效的控制换挡电机的动作，一方面用于实现挂挡，另一方面能够保证在换挡结束之后解除对拔头的锁定，使其能够在弹性销的作用下复位。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明机械变速器换挡执行机构的结构图。
图2是本发明机械变速器换挡过程及到挡后回退状态图。
图中：弹性销1、支座2、拔头3、滚珠丝杆减速机构4、换挡电机5、定位弹簧6、拔叉轴7、拨叉8、滑动拔块9、定位球安装孔10、拔叉轴架11、挂挡位置标定位12、空档位置标定位13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-2，一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，它包括支座2，所述支座2的内部通过轴承座支撑安装有滚珠丝杆减速机构4，所述滚珠丝杆减速机构4与拔头3构成丝杆传动配合，所述滚珠丝杆减速机构4与换挡电机5的输出轴相连，所述换挡电机5固定安装在支座2的外侧壁上；所述拔头3的另一端与拔叉8的顶端插槽相接触配合，所述拔叉8固定安装在拔叉轴7上，所述拔叉轴7的两端滑动配合安装在拔叉轴架11上，所述拔叉轴架11和拔叉轴7之间设置有档位标定机构，所述拔叉8的末端安装有滑动拔块9。通过采用上述结构的装置，其采用电控加机械的方式替代传统的复杂电控控制方法，简化控制策略，且不影响换挡成功率的情况下，能可靠实现挂挡后的回退量的准确性及有效性。进而防止了拨叉磨损和脱挡问题。
进一步的，所述支座2的两侧壁上并与拔头3相接触的内侧壁上对称安装有用于推动拔头3复位的弹性销1。通过上述弹性销1，其采用机械复位的结构，辅助换挡电机5实现拔头3的复位。
进一步的，所述拔头3的侧端面距离弹性销1在自然伸长状态下端面的距离B与弹性销可压入距离a之和等于换挡有效行程，使得拔头3与弹性销1接触并将其压下距离a时，下方拨叉轴7带动拨叉8拨动结合套能完全到达所挂挡位，保证所挂挡位全齿长啮合。通过采用上述的尺寸配合，保证了在换挡完成之后，拔头3的正常回退，同时防止了其发生过回退而导致的脱挡问题。
进一步的，弹性销1的压入量a即为拨叉8到位后的回退量，压入量a通过改变弹性销的预紧力进行调整或者采用调整螺栓或增减垫片的方式实现弹性销的预紧力调整。由于压入量a 取决于变速器换挡机构加工精度、各部位预留间隙及换挡时候的变形量。
进一步的，所述弹性销1的压入量a取值为0.5-0.8mm。
进一步的，所述档位标定机构包括加工在拔叉轴7上的空档位置标定位13，所述空档标定位13的两端对称加工有挂挡位置标定位12，所述拔叉轴架11上设置有定位球安装孔10，所述定位球安装孔10的内部底端安装有定位钢球，所述定位钢球的顶端压装有定位弹簧6。通过上述的档位标定机构能够准确方便的供系统判断档位信息。
进一步的，所述换挡电机5的驱动电路与控制器相连，通过PWM控制方法控制换挡电机5的挂挡动作，该方法能够方便、准确的控制换挡电机5的换挡动作。
实施例2：
所述电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置的换挡方法：
Step1：根据变速器换挡机构加工精度、各部位预留间隙及换挡时候的变形量调整确定弹性销1的可压入距离a，进而对弹性销1的预紧力调整；
Step2：调整拔叉轴7、拔头3和弹性销1，确保在空挡位置状态，拨头3两端面到弹性销的距离B与弹性销可压入距离a之和等于换挡有效行程；
Step3：标定时，拨头3运动到与弹性销1接触但未压缩的位置，作为“理想到挡位置”；
Step4：换挡过程中，采用换挡力自适应法挂挡；
Step5：当换挡位置传感器显示到达“理想到挡位置”后，控制换挡电机5实施制动，撤销挂挡力矩，此时，控制换挡电机5及机构运动仍存在的较大惯性力，通过压缩弹性销1而得到有效缓冲，缓冲的同时，带动拨叉轴7和拨叉8彻底完成换挡动作，并保证全齿长啮合；
Step6：继而，控制换挡电机5解除制动，并施以电机反向旋转的一个PWM信号作为反转动作信号并持续一定时间，其中，所述信号值应比电机带动滚珠丝杆减速机构4空载移动所需的PWM信号小，该反转动作信号叠加弹性销压缩后的弹力，促使执行机构带动滑动拨块9反向移动，彻底消除与结合套的接触力。
所述Step4中换挡力自适应法是采用一个能确保能有效挂上挡位的固定PWM控制力，利用直流电机特性，实现空挡附近移动阻力小时，控制换挡电机5运动速度加快，当同步阶段阻力大时，控制换挡电机5速度减慢而自动增加输出力矩，模拟人工换挡的方式可靠完成换挡动作。
所述Step6中电机反向旋转动作信号无法单独驱动控制换挡电机5反转，且持续时间有限，当弹性销1恢复原始位置后，拨叉8回退过程随即结束，避免了回退过多导致的脱挡；此时，拨叉8与拨叉轴7在定位钢球与定位弹簧6作用下，能够保持理想的到挡位置，滑动拨块9与结合套又可消除接触力，从而有效避免拨叉早期磨损，达到预期目的。

Claims (10)

1.一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：它包括支座（2），所述支座（2）的内部通过轴承座支撑安装有滚珠丝杆减速机构（4），所述滚珠丝杆减速机构（4）与拔头（3）构成丝杆传动配合，所述滚珠丝杆减速机构（4）与换挡电机（5）的输出轴相连，所述换挡电机（5）固定安装在支座（2）的外侧壁上；所述拔头（3）的另一端与拔叉（8）的顶端插槽相接触配合，所述拔叉（8）固定安装在拔叉轴（7）上，所述拔叉轴（7）的两端滑动配合安装在拔叉轴架（11）上，所述拔叉轴架（11）和拔叉轴（7）之间设置有档位标定机构，所述拔叉（8）的末端安装有滑动拔块（9）。
2.根据权利要求1所述一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：所述支座（2）的两侧壁上并与拔头（3）相接触的内侧壁上对称安装有用于推动拔头（3）复位的弹性销（1）。
3.根据权利要求2所述一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：所述拔头（3）的侧端面距离弹性销（1）在自然伸长状态下端面的距离B与弹性销可压入距离a之和等于换挡有效行程，使得拔头（3）与弹性销（1）接触并将其压下距离a时，下方拨叉轴（7）带动拨叉（8）拨动结合套能完全到达所挂挡位，保证所挂挡位全齿长啮合。
4.根据权利要求3所述一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：弹性销（1）的压入量a即为拨叉（8）到位后的回退量，压入量a通过改变弹性销的预紧力进行调整或者采用调整螺栓或增减垫片的方式实现弹性销的预紧力调整。
5.根据权利要求3所述一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：所述弹性销（1）的压入量a建议取值为0.5-0.8mm。
6.根据权利要求1所述一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：所述档位标定机构包括加工在拔叉轴（7）上的空档位置标定位（13），所述空档标定位（13）的两端对称加工有挂挡位置标定位（12），所述拔叉轴架（11）上设置有定位球安装孔（10），所述定位球安装孔（10）的内部底端安装有定位钢球，所述定位钢球的顶端压装有定位弹簧（6）。
7.根据权利要求1所述一种电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置，其特征在于：所述换挡电机（5）的驱动电路与控制器相连，采用PWM控制方法并控制换挡电机（5）的挂挡动作。
8.采用权利1-7任意一项所述电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置的换挡方法，其特征在于：
Step1：根据变速器换挡机构加工精度、各部位预留间隙及换挡时候的变形量调整确定弹性销（1）的可压入距离a，进而对弹性销（1）的预紧力调整；
Step2：调整拔叉轴（7）、拔头（3）和弹性销（1），确保在空挡位置状态，拨头（3）两端面到弹性销的距离B与弹性销可压入距离a之和等于换挡有效行程；
Step3：标定时，拨头（3）运动到与弹性销（1）接触但未压缩的位置，作为“理想到挡位置”；
Step4：换挡过程中，采用换挡力自适应法挂挡；
Step5：当换挡位置传感器显示到达“理想到挡位置”后，控制换挡电机（5）实施制动，撤销挂挡力矩，此时，控制换挡电机（5）及机构运动仍存在的较大惯性力，通过压缩弹性销（1）而得到有效缓冲，缓冲的同时，带动拨叉轴（7）和拨叉（8）彻底完成换挡动作，并保证全齿长啮合；
Step6：继而，控制换挡电机（5）解除制动，并施以电机反向旋转的一个PWM信号作为反转动作信号并持续一定时间，其中，所述信号值应比电机带动滚珠丝杆减速机构（4）空载移动所需的PWM信号小，该反转动作信号叠加弹性销压缩后的弹力，促使执行机构带动滑动拨块（9）反向移动，彻底消除与结合套的接触力。
9.根据权利要求8所述电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置的换挡方法，其特征在于：所述Step4中换挡力自适应法是采用一个能确保能有效挂上挡位的固定PWM控制力，利用直流电机特性，实现空挡附近移动阻力小时，控制换挡电机（5）运动速度加快，当同步阶段阻力大时，控制换挡电机（5）速度减慢而自动增加输出力矩，模拟人工换挡的方式可靠完成换挡动作。
10.根据权利要求8所述电控电动式机械自动变速器防止拨叉防磨损装置的换挡方法，其特征在于：所述Step6中电机反向旋转动作信号无法单独驱动控制换挡电机（5）反转，且持续时间有限，当弹性销（1）恢复原始位置后，拨叉（8）回退过程随即结束，避免了回退过多导致的脱挡；此时，拨叉（8）与拨叉轴（7）在定位钢球与定位弹簧（6）作用下，能够保持理想的到挡位置，滑动拨块（9）与结合套又可消除接触力，从而有效避免拨叉早期磨损，达到预期目的。
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