CN111089164B - 一种换挡执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换挡执行器，属于车用换挡执行器技术领域，包括：基座，其设置有用于与变速箱连接的安装块；上盖，其设置在所述基座上，并且所述基座与所述上盖之间形成有密封腔；传动单元，其与所述基座连接并位于所述密封腔内，所述传动单元上设置有输出端，所述输出端用于与变速箱连接；动力单元，其设置在所述密封腔内并与所述传动单元联动连接；控制单元，其与所述动力单元电连接，并且所述控制单元感应所述传动单元的动作并控制所述动力单元运动。本发明的有益效果为：采用非蜗轮蜗杆结构进行传动，所以其内部阻力小，能够使变速器入档更加的精确、彻底。

Description

一种换挡执行器

技术领域

本发明属于车用换挡执行器技术领域，涉及一种换挡执行器。

背景技术

执行器是控制汽车变速箱变速的部件，目前广泛的应用于自动挡汽车上，自动挡汽车由前端电子换挡器发出换挡指令，电子换挡执行器执行机械动作驱动变速箱改变挡位并反馈当时位置电信号来实现的换挡功能。

例如一种申请号为201810142069.6的中国专利，公开了一种新能源汽车用换档执行器，采用三级齿轮传动；其中，第一、二级采用的是蜗轮蜗杆，第三级为直齿轮传动，所述一级齿轮由第一级蜗杆和第一级蜗齿组成；二级齿轮由第二级蜗杆和第二级蜗齿组成；所述驱动电机通过一级齿轮的蜗杆联动第一级蜗齿，第一级蜗齿通过二级齿轮的第二级蜗杆联动第二级蜗齿，进而联动三级齿轮的第三级齿轮，通过第三级传动齿的输出轴端部固定角度传感器。

上述的这种换挡执行器，其采用蜗轮结构进行驱动，所以工作过程中存在手感较差的缺点，并且这种蜗轮蜗杆结构的执行器内部阻力较大，会导致变速箱入档不彻底，所以具有一定的改进空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种换挡执行器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种换挡执行器，包括：

基座；

上盖，其设置在所述基座上，并且所述基座与所述上盖之间形成有密封腔；

传动单元，其与所述基座连接并位于所述密封腔内，所述传动单元上设置有输出端，所述输出端用于与变速箱连接；

动力单元，其设置在所述密封腔内并与所述传动单元联动连接；

控制单元，其与所述动力单元电连接，并且所述控制单元感应所述传动单元的动作并控制所述动力单元运动。

较佳的，所述传动单元包括传动齿轮组以及驱动齿轮，所述传动齿轮组与所述动力单元连接，所述驱动齿轮与所述传动齿轮组啮合，所述驱动齿轮的一端面设置有输入端，所述输出端设置在所述驱动齿轮的另一端面上并穿过所述基座。

较佳的，所述控制单元包括PCB板以及角度霍尔传感器，所述角度霍尔传感器连接在所述PCB板上，所述输入端上套设有磁钢，并且所述磁钢与所述角度霍尔传感器呈上下对应设置，当所述驱动齿轮转动时，所述角度霍尔传感器用于感应所述磁钢的转动角度并监控所述动力单元工作。

较佳的，所述输出端呈六角螺帽状结构且可由扳手拧动，所述输出端的端部开设有多边形槽孔，所述多边形槽孔用于与变速箱上的换挡轴连接。

较佳的，所述动力单元包括电机组件，所述电机组件与所述传动齿轮组联动连接，并且所述电机组件与所述PCB板电连接。

较佳的，所述电机组件为双电机结构，并且所述电机组件包括第一驱动电机以及第二驱动电机，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机上均设置有主动齿轮，两个所述主动齿轮均与所述传动齿轮组啮合。

较佳的，所述基座内设置有若干支撑柱，所述密封腔内设置有支架，所述支架固定在所述支撑柱上，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机均固定在所述支架上，所述PCB板与所述驱动齿轮分别位于所述支架的上下两侧。

较佳的，所述传动齿轮组上穿设有第一支撑轴，所述第一支撑轴的一端设置在所述基座上且另一端设置在所述支架上，所述驱动齿轮上设置有第二支撑轴，所述支架上开设有轴承孔，所述第二支撑轴穿过所述轴承孔，并且所述第二支撑轴与所述轴承孔之间设置有轴承，所述输入端设置在所述第二支撑轴的端部。

较佳的，所述传动齿轮组包括第一齿轮以及第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮均设置在所述第一支撑轴上，所述第一齿轮与所述主动齿轮啮合，所述第二齿轮与所述驱动齿轮啮合。

较佳的，所述驱动齿轮为扇形齿轮结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、采用非蜗轮蜗杆结构进行传动，所以其内部阻力小，能够使变速箱入档更加的精确，使得执行器具有自适应性。

2、输出端为六角螺帽状结构，所以可以通过扳手来拧动输出端，从而在某些情况下手动的切换变速箱以及执行器的档位，而这种通过扳手来手动换挡的前提，就在于传动单元采用非蜗轮蜗杆结构，这样才不会被执行器内的涡轮蜗杆锁住。

附图说明

图1为本发明的换挡执行器的爆炸示意图。

图2为本发明的传动单元与动力单元的连接关系示意图。

图3为本发明的传动单元的结构示意图。

图4为本发明的输出端为六角螺帽状时的示意图。

图中，100、基座；110、支撑柱；200、上盖；300、支架；410、传动齿轮组；411、第一齿轮；412、第二齿轮；420、输出端；421、多边形槽孔；430、驱动齿轮；440、输入端；441、磁钢；442、轴承；450、第一支撑轴；460、第二支撑轴；470、轴承孔；510、PCB板；520、角度霍尔传感器；610、第一驱动电机；620、第二驱动电机；630、主动齿轮。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2、图3所示，一种换挡执行器，包括：基座100、上盖200、传动单元、动力单元以及控制单元，其中，传动单元与动力单元之间采用非蜗轮蜗杆结构，所以内部阻力较小，不会影响变速箱的入档精度，所以操作时的手感非常好，能够大幅度的提高换挡精度。

此处值得说明的是，在现有技术中，执行器一般是采用丝杠结构或者蜗轮蜗杆的结构，尤其是采用涡轮蜗杆结构进行传动，但是涡轮蜗杆结构存在内部阻力较大的缺点。

具体来说，蜗杆在转动时带动蜗轮转动，而蜗轮与变速箱的输入轴连接，通过蜗轮的转动来拧动变速箱的输入轴，根据蜗轮的转动角度来切换不同的档位。

但是蜗轮与变速箱实际上是一个联动的机构，并且蜗轮只能够由蜗杆来带动，蜗轮需要比较大的扭力才能够带动蜗杆一起转动，所以蜗杆实质上能够锁住蜗轮，在较小的扭力下，蜗轮是无法转动的，而蜗杆在转动时则可以很轻松的带动蜗轮转动，这就是现有的执行器中的涡轮蜗杆结构的特点。

所以，在现有的结构中，变速箱的输入轴是无法带动蜗轮转动的，因为蜗轮无法带动蜗杆转动，而目前大多数变速箱，每个档位上都有2-3N的入档力，而执行器内部，蜗轮需要克服蜗杆的扭力远远大于2-3N，所以档位在入档时，变速箱内的入档力小于执行器内部的阻力，使得变速箱无法精确可靠的挂到档位内，总是会存在一些细微的误差，导致目前的执行器缺乏自适应性，无法被变速箱内的入档力带动至最精确的位置上。

为了解决现有的执行器缺乏自适应性，导致变速箱的入档不够精确到位，特地提供了一种内部阻力较小的执行器，其中，基座上设置有用于与变速箱连接的安装块，而安装块可以为安装支架或者凸耳结构，只需要能够与变速箱连接即可；基座100就是与变速箱连接的部位，而安装块在实际的结构中，通过螺钉穿过安装块与变速箱连接。

上盖200，其设置在所述基座100上，并且所述基座100与所述上盖200之间形成有密封腔；优选的，上盖200固定在基座100上，从而使两者之间形成密封腔，密封腔内用于安装固定各种部件，并且，在上盖200与基座100之间，还可以设置密封圈，从而保证其密封性。

传动单元，其与所述基座100连接并位于所述密封腔内，所述传动单元上设置有输出端420，所述输出端420用于与变速箱连接；优选的，传动单元就是与变速箱联动连接的结构，其能够使变速箱的输入轴转动，然后来切换不同的档位，并且传动单元采用非自锁结构，其内部的阻力较小，进一步来说，就是传动单元能够带动变速箱的输入轴转动，而变速箱的输入轴也能够带动传动单元运动，传动单元带动变速箱的输入轴转动，从而切换到档位上，此时变速箱的该档位会产生一定的入档力，由于传动单元为非自锁结构，所以入档力能够带动传动单元运动，所以变速箱的输入轴不会被传动单元锁住，入档力能够使得变速箱够彻底挂入到档位内，从而大大提高入档的精度，使得执行器具有自适应的功能。

动力单元，其设置在所述密封腔内并与所述传动单元联动连接；优选的，动力单元就是带动传动单元工作的元件，其能够根据电子换挡器的指令来运动，从而精确的带动传动单元转动一定的角度。

控制单元，其与所述动力单元电连接，并且所述控制单元感应所述传动单元的动作并控制所述动力单元运动，具体来说，控制单元根据电子换挡器发出的信号来驱动动力单元，使得传动单元工作，并且控制单元用于监控传动单元是否转动到合适的位置，从而实现档位的精确切换效果。

此处值得说明的是，这种执行器结构巧妙可靠，具有自适应功能，由于其内部阻力小，能够使变速箱入档更加的精确。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述传动单元包括传动齿轮组410以及驱动齿轮430，所述传动齿轮组410与所述动力单元连接，所述驱动齿轮430与所述传动齿轮组410啮合，所述驱动齿轮430的一端面设置有输入端440，所述输出端420设置在所述驱动齿轮430的另一端面上并穿过所述基座100。

优选的，传动单元实际上是通过齿轮副来进行传动的，所以相对涡轮蜗杆结构来说，传动单元的内部阻力较小，不会产生自锁效果，其中，传动单元包括传动齿轮组410以及驱动齿轮430，传动齿轮组410主要起到减速作用，传动齿轮组410与驱动齿轮430啮合，当传动齿轮组410带动驱动齿轮430转动时，能够使驱动齿轮430转动一定的角度，从而实现换挡效果。

由于其采用齿轮副结构，传动齿轮组410可以带动驱动齿轮430转动，而驱动齿轮430也可以带动传动齿轮组410转动，驱动齿轮430转动时所需要的扭力较小，变速箱入档时产生的入档力能够拉动变速箱内的换挡结构，同时，变速箱的输入轴也会被入档力带动产生转动，使得驱动齿轮430以及传动齿轮组410转动，从而避免因执行器内阻力过大而导致变速箱无法精确入档。

优选的，在驱动齿轮430上还设置有输入端440与输出端420，输入端440与输出端420呈轴状结构且两者同轴设置，输出端420用于与变速箱的输入轴连接，当驱动齿轮430转动时，输出端420会带动输入轴转动，从而使变速箱变速，而输入端440则用于与控制单元配合并用于监控驱动齿轮430的实际转动角度。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述控制单元包括PCB板510以及角度霍尔传感器520，所述角度霍尔传感器520连接在所述PCB板510上，所述输入端440上套设有磁钢441，并且所述磁钢441与所述角度霍尔传感器520呈上下对应设置，当所述驱动齿轮430转动时，所述角度霍尔传感器520用于感应所述磁钢441的转动角度并监控所述动力单元工作。

优选的，控制单元包括PCB板510以及角度霍尔传感器520，角度霍尔传感器520固定在PCB板510的下方，而PCB板510位于输入端440的上方，磁钢441套设在输入端440上，一旦驱动齿轮430转动，输入端440就会带动磁钢441转动，此时角度霍尔传感器520就会感应到驱动齿轮430的转动角度，从而监控换挡是否到位。

具体来说，角度霍尔传感器520能够感应磁场转动的角度，而磁钢441会随着驱动齿轮430的转动而转动，换挡时，例如要从N档切换至D档，则需要驱动齿轮430转动12.5°，而PCB板510正好通过角度霍尔传感器520来监控其是否转动到位，从而确保换挡的精确度。

如图1、图4所示，在上述实施方式的基础上，所述输出端420呈六角螺帽状结构且可由扳手拧动，所述输出端420的端部开设有多边形槽孔421，所述多边形槽孔421用于与变速箱上的换挡轴连接。

该执行器还具有手动解锁的功能，由于本实施方式中，采用的是齿轮副传动的结构，其与涡轮蜗杆结构相比，不会产生自锁效果，所以可以通过手动来调节档位或者将档位退出，例如，在一些场合中，执行器出现故障的话，一般情况下很难在不拆下执行器的情况下使驱动齿轮430转动，所以档位无法解锁，或者无法通过常规方式来切换档位。

优选的，输出端420为六角螺帽状结构，所以可以通过扳手来拧动输出端420，从而在某些情况下手动的切换变速箱以及执行器的档位，而这种通过扳手来手动换挡的前提，就在于传动单元采用非蜗轮蜗杆结构，这样才不会被执行器内的涡轮蜗杆锁住，并且，输出端420的端部开设有多边形槽孔421，在实际结构中，可以选用矩形槽孔，通过矩形槽孔与换挡轴连接，从而使执行器与变速箱联动连接在一起。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述动力单元包括电机组件，所述电机组件与所述传动齿轮组410联动连接，并且所述电机组件与所述PCB板510电连接。

优选的，动力单元为电机组件，电机组件直接带动传动齿轮组410转动，并且电机组件与PCB板510电连接，其由PCB板510控制。

此处值得指出的是，电机组件可以为一个电机，也可以为两个电机甚至多个电机。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述电机组件为双电机结构，并且所述电机组件包括第一驱动电机610以及第二驱动电机620，所述第一驱动电机610与所述第二驱动电机620上均设置有主动齿轮630，两个所述主动齿轮630均与所述传动齿轮组410啮合。

优选的，电机组件为双电机结构，即包括第一驱动电机610以及第二驱动电机620，这种双电机机构只适用于齿轮副结构的传动单元上，并且，第一驱动电机610与第二驱动电机620的电机轴上均设置有主动齿轮630，主动齿轮630均与传动齿轮组410啮合，两个电机同步工作，这样能够产生双倍的扭矩，从而带动传动齿轮组410转动，还具有降低工作负荷，延长使用寿命的作用。

此外，在实际的结构中，这种双电机结构还能够提供安全备份，即一个电机损坏后，还可以依靠另一个电机工作，从而带动传动齿轮组410工作，这样就能够减小执行器故障所造成的危害，避免了因单个电机损坏而导致整个执行器无法工作的缺点。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述基座100内设置有若干支撑柱110，所述密封腔内设置有支架300，所述支架300固定在所述支撑柱110上，所述第一驱动电机610与所述第二驱动电机620均固定在所述支架300上，所述PCB板510与所述驱动齿轮430分别位于所述支架300的上下两侧。

优选的，支撑柱110为螺纹柱结构，其具有螺纹孔，支架300能够通过螺钉固定在支撑柱110上，而第一驱动电机610与第二驱动电机620均固定在支架300上，且电机轴穿过支架300，传动齿轮组410与驱动齿轮430位于支架300的下方，PCB板510位于支架300的上方，这种结构能够使整个执行器内部结构紧凑可靠，使得每个部件都能够稳定的固定在上盖200与基座100内。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述传动齿轮组410上穿设有第一支撑轴450，所述第一支撑轴450的一端设置在所述基座100上且另一端设置在所述支架300上，所述驱动齿轮430上设置有第二支撑轴460，所述支架300上开设有轴承孔470，所述第二支撑轴460穿过所述轴承孔470，并且所述第二支撑轴460与所述轴承孔470之间设置有轴承442，所述输入端440设置在所述第二支撑轴460的端部。

优选的，传动齿轮组410上穿设有第一支撑轴450，第一支撑轴450的两端与支架300以及基座100连接，使得传动齿轮轴位于支架300与基座100之间，而驱动齿轮430上设置有第二支撑轴460，第二支撑轴460通过轴承442设置在支架300的轴承孔470内，使得驱动齿轮430能够转动，此外，输出轴位于第二支撑轴460的端部，所以能够穿过轴承孔470与PCB板510形成上下对应的结构。

如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述传动齿轮组410包括第一齿轮411以及第二齿轮412，所述第一齿轮411与所述第二齿轮412均设置在所述第一支撑轴450上，所述第一齿轮411与所述主动齿轮630啮合，所述第二齿轮412与所述驱动齿轮430啮合。

优选的，传动齿轮组410实际上是由两个齿数不同的齿轮组成，从而实现减速以及增幅扭矩的效果，具体来说，通过第一传动齿轮组410的变速效果后，能够带动驱动齿轮430转动。

如图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述驱动齿轮430为扇形齿轮结构，优选的，这种扇形齿轮结构，其弧长就是驱动齿轮430的工作行程，这样能够减小驱动齿轮430的体积，使得执行器结构更加的紧凑可靠。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种换挡执行器，其特征在于，包括：

基座；

上盖，其设置在所述基座上，并且所述基座与所述上盖之间形成有密封腔；

传动单元，其与所述基座连接并位于所述密封腔内，所述传动单元上设置有输出端，所述输出端用于与变速箱连接；

动力单元，其设置在所述密封腔内并与所述传动单元联动连接；

控制单元，其与所述动力单元电连接，并且所述控制单元感应所述传动单元的动作并控制所述动力单元运动；

所述传动单元包括传动齿轮组以及驱动齿轮，所述传动齿轮组与所述动力单元连接，所述驱动齿轮与所述传动齿轮组啮合，所述驱动齿轮的一端面设置有输入端，所述输出端设置在所述驱动齿轮的另一端面上并穿过所述基座；

所述控制单元包括PCB板以及角度霍尔传感器，所述角度霍尔传感器连接在所述PCB板上，所述输入端上套设有磁钢，并且所述磁钢与所述角度霍尔传感器呈上下对应设置，当所述驱动齿轮转动时，所述角度霍尔传感器用于感应所述磁钢的转动角度并监控所述动力单元工作；

所述动力单元包括电机组件，所述电机组件与所述传动齿轮组联动连接，并且所述电机组件与所述PCB板电连接；

所述电机组件为双电机结构，并且所述电机组件包括第一驱动电机以及第二驱动电机，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机上均设置有主动齿轮，两个所述主动齿轮均与所述传动齿轮组啮合；

所述基座内设置有若干支撑柱，所述密封腔内设置有支架，所述支架固定在所述支撑柱上，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机均固定在所述支架上，所述PCB板与所述驱动齿轮分别位于所述支架的上下两侧；

所述传动齿轮组上穿设有第一支撑轴，所述第一支撑轴的一端设置在所述基座上且另一端设置在所述支架上，所述驱动齿轮上设置有第二支撑轴，所述支架上开设有轴承孔，所述第二支撑轴穿过所述轴承孔，并且所述第二支撑轴与所述轴承孔之间设置有轴承，所述输入端设置在所述第二支撑轴的端部；

所述传动齿轮组包括第一齿轮以及第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮均设置在所述第一支撑轴上，所述第一齿轮与所述主动齿轮啮合，所述第二齿轮与所述驱动齿轮啮合；

所述驱动齿轮为扇形齿轮结构；

所述输出端呈六角螺帽状结构且由扳手拧动，所述输出端的端部开设有多边形槽孔，所述多边形槽孔用于与变速箱上的换挡轴连接。

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