CN115247702A - 一种驻车装置及变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驻车装置，包括棘轮、棘爪、锁止机构及驱动机构，所述棘爪转动连接在变速器的壳体上并可在解锁位置和锁止位置之间来回切换，所述棘轮相对固定地设置在变速器的输入轴或输出轴上，所述棘爪的一端朝向所述棘轮的一侧形成有卡齿，所述卡齿背向所述棘轮的一侧形成有承压部；所述锁止机构包括凸轮，在变速器挂入P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮沿第一旋转方向转动一预设锁紧角度，并通过所述凸轮与所述承压部的接触带动所述棘爪由解锁位置向锁止位置转动，所述凸轮与所述承压部为匹配的渐开线齿轮。本发明还公开一种变速器，包括如上所述的驻车装置。

Description

一种驻车装置及变速器

技术领域

本发明涉及汽车变速器技术领域，尤其涉及一种驻车装置及变速器。

背景技术

汽车停靠在水平路上时，驾驶员只需拉上手刹就能对整车起到制动作用。然而，如果汽车停靠在较陡的坡道上时，仅靠手刹可能会出现失效的情况。普通手动变速器可以通过挂入档位依靠发动机反拖来保证车辆不致滑动，但对于电动汽车，就必须采取措施来防止意外情况发生，所以需要驻车装置来实现对传动系统的制动。

驻车装置是防止车辆意外滑行的一种安全装置，它作用于汽车变速器，将变速器的传动系统锁死，使汽车可靠而无时间限制地停在一定位置甚至是斜坡上。因此，驻车装置广泛应用于自动变速器以及由电机驱动的变速器中。

目前，存在以下问题：

驻车装置的棘轮安装在差速器或中间轴上，驻车装置受到的扭矩很大，一般驻车装置在强度方面要余量不足，在某些特殊工况会出现棘爪断裂情况；有的驻车装置存在结构复杂、安装定位困难、控制难度大、加工精度要求高；切换P档时摩擦力大，产生噪声与振动，影响整车NVH性能等不足。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种切换P档时摩擦力小的驻车装置及变速器。

本发明提供一种驻车装置，包括棘轮、棘爪、锁止机构及驱动机构，所述棘爪转动连接在变速器的壳体上并可在解锁位置和锁止位置之间来回切换，所述棘轮相对固定地设置在变速器的输入轴或输出轴上，所述棘爪的一端朝向所述棘轮的一侧形成有卡齿，所述卡齿背向所述棘轮的一侧形成有承压部；所述锁止机构包括凸轮，在变速器挂入P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮沿第一旋转方向转动一预设锁紧角度，并通过所述凸轮与所述承压部的接触带动所述棘爪由解锁位置向锁止位置转动，所述凸轮与所述承压部为匹配的渐开线齿轮。

进一步地，所述凸轮包括基圆部以及沿所述基圆部的径向向外凸出的凸出部，所述凸出部的顶面包括第一圆弧面、第二圆弧面及连接在所述第一圆弧面与第二圆弧面之间的过渡曲面，所述凸轮轴、基圆部、第一圆弧面及第二圆弧面共轴心，所述第一圆弧面的半径小于所述第二圆弧面的半径；在所述解锁位置，所述第一圆弧面与所述承压部抵接；在所述锁止位置，所述第二圆弧面与所述承压部抵接。

进一步地，所述第一圆弧面、所述过渡曲面、所述第二圆弧面共同形成第一轮齿，所述承压部形成第二轮齿，所述第一轮齿与所述第二轮齿为匹配的渐开线齿轮。

进一步地，所述锁止机构还包括凸轮轴、限位块及蓄能部件，所述限位块固定在所述凸轮轴上，所述凸轮可转动地套设在所述凸轮轴上，所述蓄能部件连接在所述限位块与所述凸轮之间；

在变速器挂入P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮轴沿第一旋转方向转动一预设锁紧角度，所述凸轮轴的转动通过所述限位块及所述蓄能部件带动所述凸轮沿第一旋转方向转动，并通过所述凸轮与所述承压部的接触带动所述棘爪由解锁位置向锁止位置转动；

在所述凸轮轴转动所述预设锁紧角度之后，所述棘爪由解锁位置直接到达锁止位置或者所述棘爪由解锁位置到达假锁位置；在所述假锁位置，所述棘爪与所述棘轮的齿顶干涉而未能卡入所述棘轮的卡槽，所述蓄能部件可在所述棘爪与所述棘轮的齿顶刚开始接触至所述凸轮轴完成转动所述预设锁紧角度这一时间段内蓄积能量，在所述棘轮因车轮的转动而转动时，所述凸轮在所述蓄能部件的作用力下推动所述棘爪向锁止位置转动，直到所述棘爪到达锁止位置。

进一步地，所述蓄能部件为第一扭簧，所述第一扭簧间隙套设在所述凸轮轴上，所述第一扭簧的一端连接在所述凸轮上，所述第一扭簧的另一端连接在所述限位块上。

进一步地，还包括棘爪回位部件，所述棘爪回位部件施加在所述棘爪上的作用力使得所述棘爪始终具有向解锁位置转动的趋势；在变速器解除P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮轴沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向转动所述预设锁紧角度，所述凸轮轴的转动通过所述限位块带动所述凸轮沿第二旋转方向转动，所述棘爪借助所述棘爪回位部件由锁止位置回到解锁位置。

进一步地，所述棘爪通过一转轴转动连接在变速器的壳体上，所述棘爪回位部件为第二扭簧，所述第二扭簧间隙套设在所述转轴上，所述第二扭簧的一端连接在所述棘爪上，所述第二扭簧的另一端连接在变速器的壳体上。

进一步地，所述棘轮相对固定地设置在变速器的输入轴上。

进一步地，所述驱动机构整体设置在变速器的壳体的外部；所述驱动机构包括电机、蜗轮蜗杆减速机构及角度传感器，所述蜗轮蜗杆减速机构包括啮合的蜗轮与蜗杆，所述电机的输出轴与所述蜗杆同轴连接或一体形成，所述凸轮轴的一端连接在所述蜗轮的中心位置；所述角度传感器用于检测所述电机输出轴的转角、所述蜗杆的转角或所述蜗轮的转角，以此得到所述凸轮轴的转角。

本发明还提供一种变速器，包括如上所述的驻车装置。

本发明提供的驻车装置，通过将凸轮与承压部设计为渐开线齿轮，减小凸轮与棘爪接触时的摩擦力，使得棘爪稳定在驻车和解锁位置相互快速切换，减小振动与噪音，提高整车NVH性能。又通过将棘轮布置在变速器的输入轴上，驻车装置受到的扭矩较小，显著提高棘爪的使用寿命。通过蓄能部件实现延迟锁止功能，且锁止机构结构简单，零件少，尺寸链累计公差小，驻车时棘爪位置更精确，使驻车平顺。

附图说明

图1为本发明实施例驻车装置的结构示意图；

图2为图1所述驻车装置中棘爪的结构示意图；

图3为图1所述驻车装置中凸轮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参考图1至图3，本发明实施例驻车装置，用于汽车，包括棘轮10、棘爪20、转轴30、棘爪回位部件40、锁止机构50及驱动机构60，棘爪20通过转轴30转动连接在变速器的壳体(未画出)上并可在解锁位置和锁止位置之间来回切换，棘轮10相对固定地设置在变速器的输入轴或输出轴上。

在本实施例中，棘轮10固定于变速器的输入轴(未画出)，使驻车装置受到的扭矩较小，显著提高棘爪的使用寿命。棘轮10可通过花键连接的方式相对固定地设置在变速器的输入轴上，以使得棘轮10与变速器的输入轴一体地转动，即棘轮10具有内花键孔11，变速器的输入轴上设置外花键。锁止棘轮10即可锁止输入轴，对于单挡电动车的变速器，输入轴和输出轴通过齿轮硬连接，锁止棘轮10即可实现汽车的驻车。

请参考图2，棘爪20包括棘爪本体21和背离转轴30方向向外延伸的第二连接部22，棘爪本体21通过转轴30转动连接在变速器的壳体上，棘爪本体21的一端形成卡齿211，卡齿211背向棘轮10的一侧形成承压部212。在锁止位置，卡齿211卡入棘轮10的齿槽；在解锁位置，卡齿211脱出棘轮10的齿槽；棘爪回位部件4施加在棘爪2上的作用力使得棘爪20始终具有向解锁位置转动的趋势。

锁止机构50包括凸轮轴51、限位块52、凸轮53及蓄能部件54，限位块52固定在凸轮轴51上，凸轮53可转动地套设在凸轮轴51上，蓄能部件54连接在限位块52与凸轮53之间。凸轮53位于限位块52及驱动机构60之间，限位块52用以限制凸轮53在凸轮轴51上的轴向运动。

在变速器挂入P挡时，驱动机构60驱动凸轮轴51沿第一旋转方向转动一预设锁紧角度，凸轮轴51的转动通过限位块52及蓄能部件54带动凸轮53沿第一旋转方向转动，并通过凸轮53与承压部212的接触带动棘爪20由解锁位置向锁止位置转动。

在凸轮轴51转动预设锁紧角度之后，棘爪20由解锁位置直接到达锁止位置或者棘爪20由解锁位置到达假锁位置。在假锁位置，棘爪20与棘轮10的齿顶干涉而未能卡入棘轮10的卡槽，蓄能部件54可在棘爪20与棘轮10的齿顶刚开始接触至凸轮轴51完成转动预设锁紧角度这一时间段内蓄积能量。在所述棘轮10因车轮的转动(例如汽车停放在斜坡上)而转动时，凸轮53在蓄能部件54的作用力下推动棘爪20向锁止位置转动，直到棘爪20到达锁止位置。

即锁止分两种情况，一种是恰好锁止，在棘爪20的转动过程中，没有部件干涉棘爪20的转动，棘爪20一直转动到卡齿211与棘轮10的齿槽卡接。另一种是，在棘爪20的转动过程中，棘轮10的齿顶先与棘爪20的卡齿211接触干涉，使得卡齿211无法立刻卡入棘轮10的齿槽，此时，当汽车溜车时，车轮转动，带动变速器的输出轴及输入轴转动，进而棘轮20跟随转动，直到棘爪20的卡齿211完全卡入棘轮10的齿槽。这样，在汽车放置在斜坡上时，不需要借助附加的锁止结构来实现立马锁止，而是采用简单结构实现延迟锁止。

在变速器解除P挡时，驱动机构60驱动凸轮轴53沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向转动预设锁紧角度，凸轮轴51的转动通过限位块52带动所述凸轮53沿第二旋转方向转动，棘爪20借助棘爪回位部件4由锁止位置回到解锁位置，实现P挡解锁。

请参考图3，凸轮53包括基圆部531以及沿基圆部531的径向向外凸出的凸出部532和第一连接部533，凸出部532的顶面包括第一圆弧面5321、第二圆弧面5322及连接在第一圆弧面5321与第二圆弧面5322之间的过渡曲面5323，凸轮轴53、基圆部531、第一圆弧面5321及第二圆弧面5322共轴心，第一圆弧面5321的半径小于第二圆弧面5322的半径。

在解锁位置，第一圆弧面5321与承压部212抵接；在锁止位置，第二圆弧面5322与承压部212抵接。由于，第一圆弧面5321的半径小于第二圆弧面5322的半径，因而，当第一圆弧面5321与承压部212抵接时，棘爪20的卡齿脱出棘轮10的齿槽。当第二圆弧面5322与承压部212抵接时，棘爪20的卡齿卡入棘轮10的齿槽。

第一圆弧面5321、第二圆弧面5322、过渡曲面5323共同形成第一轮齿，承压部212形成第二轮齿，第一轮齿与第二轮齿为匹配的渐开线齿轮。当锁止机构50转动时，第一轮齿与第二轮齿一直保持不变的传动比，减小凸轮53与棘爪20接触时的摩擦力，提高棘爪20在驻车和解锁位置切换时的速度，减小振动与噪音，提高整车NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪音、振动、声振粗糙度)性能。

在本实施例中，蓄能部件54为第一扭簧，第一扭簧间隙套设在凸轮轴51上，第一扭簧的一端连接在第一连接部533上，第一扭簧的另一端连接在限位块52上。第一连接部533用以增大第一扭簧的力臂，使得第一扭簧能更平顺的带动凸轮53在凸轮轴51上转动。装配时使第一扭簧有一预紧力使得凸轮53能在凸轮轴51开始转动时迅速的随之转动。

棘爪20在假锁位置时，棘爪20与棘轮10的齿顶干涉而未能卡入棘轮10的卡槽，此时限位块52依然跟随凸轮轴51沿第一选择方向转动。第一扭簧连接在限位块52的一端跟随限位块52转动，第一扭簧连接在凸轮53的一端由于棘爪20与棘轮10的干涉而位置不变。使得第一扭簧的两个端口距离被拉开，第一扭簧积蓄弹性势能，直到驱动机构60转完预设锁紧角度为止，限位块52位置不变。当棘轮10因车轮的转动(例如汽车停放在斜坡上)而转动时，棘爪20与棘轮10的齿顶不干涉，第一扭簧有变回初始状态的趋势，而第一扭簧连接限位块52的一端位置不变，另一端在弹性势能的作用下带动凸轮53沿第一方向选择，直到棘爪20到达锁止位置。

在本实施例中，棘爪回位部件40为第二扭簧，第二扭簧间隙套设在转轴30上，第二扭簧的一端连接在第二连接部22上，第一扭簧的另一端连接在变速器的壳体上(例如变速器的壳体上的圆柱孔)。这样，在解除P挡时，棘爪20借助第二扭簧回位，可以防止棘爪20在未挂P挡时自由转动，在汽车行驶过程中与棘轮10接触导致的驻车装置损坏。第二扭簧的弹性势能小于第一扭簧的弹性势能，使得第二扭簧又能实现棘爪20的复位，又不影响延迟锁止功能。

在本实施例中，驱动机构60整体设置在变速器的壳体的外部。驱动机构60包括电机、蜗轮蜗杆减速机构及角度传感器，蜗轮蜗杆减速机构包括啮合的蜗轮与蜗杆，蜗轮与蜗杆设置在减速机构的壳体内。电机60的输出轴与蜗杆同轴连接或一体形成，凸轮轴51的一端连接在蜗轮的中心位置。这样，蜗轮与凸轮轴51同步转动。角度传感器用于检测蜗轮的转角，以此得到凸轮轴的转角(蜗轮的转角即为凸轮轴的转角)。

在其它实施例中，蜗轮蜗杆减速机构在增加自锁机构的前提下还可以采用其它减速机构替代，例如行星齿轮减速机构、圆柱齿轮减速机构。角度传感器也可以用于检测电机输出轴的转角或蜗杆的转角。基于蜗轮蜗杆减速机构的速比，可以通过电机输出轴的转角或蜗杆的转角获得凸轮轴的转角。

本发明实施例还提供一种变速器，其包括上述实施例的驻车装置。

本发明实施例提供的驻车装置通过将凸轮53与承压部212设计为渐开线齿轮，减小凸轮53与棘爪20接触时的摩擦力，使得棘爪20稳定在驻车和解锁位置相互快速切换，减小振动与噪音，提高整车NVH性能。又通过将棘轮10布置在变速器的输入轴上，驻车装置受到的扭矩较小，显著提高棘爪的使用寿命。通过蓄能部件54实现延迟锁止功能，且锁止机构50结构简单，零件少，尺寸链累计公差小，驻车时棘爪20位置更精确，使驻车平顺。

在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种驻车装置，其特征在于，包括棘轮、棘爪、锁止机构及驱动机构，所述棘爪转动连接在变速器的壳体上并可在解锁位置和锁止位置之间来回切换，所述棘轮相对固定地设置在变速器的输入轴或输出轴上，所述棘爪的一端朝向所述棘轮的一侧形成有卡齿，所述卡齿背向所述棘轮的一侧形成有承压部；所述锁止机构包括凸轮，在变速器挂入P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮沿第一旋转方向转动一预设锁紧角度，并通过所述凸轮与所述承压部的接触带动所述棘爪由解锁位置向锁止位置转动，所述凸轮与所述承压部为匹配的渐开线齿轮。

2.如权利要求1所述的驻车装置，其特征在于，所述凸轮包括基圆部以及沿所述基圆部的径向向外凸出的凸出部，所述凸出部的顶面包括第一圆弧面、第二圆弧面及连接在所述第一圆弧面与第二圆弧面之间的过渡曲面，所述凸轮轴、基圆部、第一圆弧面及第二圆弧面共轴心，所述第一圆弧面的半径小于所述第二圆弧面的半径；在所述解锁位置，所述第一圆弧面与所述承压部抵接；在所述锁止位置，所述第二圆弧面与所述承压部抵接。

3.如权利要求2所述的驻车装置，其特征在于，所述第一圆弧面、所述过渡曲面、所述第二圆弧面共同形成第一轮齿，所述承压部形成第二轮齿，所述第一轮齿与所述第二轮齿为匹配的渐开线齿轮。

4.如权利要求1所述的驻车装置，其特征在于，所述锁止机构还包括凸轮轴、限位块及蓄能部件，所述限位块固定在所述凸轮轴上，所述凸轮可转动地套设在所述凸轮轴上，所述蓄能部件连接在所述限位块与所述凸轮之间；

在变速器挂入P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮轴沿第一旋转方向转动一预设锁紧角度，所述凸轮轴的转动通过所述限位块及所述蓄能部件带动所述凸轮沿第一旋转方向转动，并通过所述凸轮与所述承压部的接触带动所述棘爪由解锁位置向锁止位置转动；

在所述凸轮轴转动所述预设锁紧角度之后，所述棘爪由解锁位置直接到达锁止位置或者所述棘爪由解锁位置到达假锁位置；在所述假锁位置，所述棘爪与所述棘轮的齿顶干涉而未能卡入所述棘轮的卡槽，所述蓄能部件可在所述棘爪与所述棘轮的齿顶刚开始接触至所述凸轮轴完成转动所述预设锁紧角度这一时间段内蓄积能量，在所述棘轮因车轮的转动而转动时，所述凸轮在所述蓄能部件的作用力下推动所述棘爪向锁止位置转动，直到所述棘爪到达锁止位置。

5.如权利要求4所述的驻车装置，其特征在于，所述蓄能部件为第一扭簧，所述第一扭簧间隙套设在所述凸轮轴上，所述第一扭簧的一端连接在所述凸轮上，所述第一扭簧的另一端连接在所述限位块上。

6.如权利要求4所述的驻车装置，其特征在于，还包括棘爪回位部件，所述棘爪回位部件施加在所述棘爪上的作用力使得所述棘爪始终具有向解锁位置转动的趋势；在变速器解除P挡时，所述驱动机构驱动所述凸轮轴沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向转动所述预设锁紧角度，所述凸轮轴的转动通过所述限位块带动所述凸轮沿第二旋转方向转动，所述棘爪借助所述棘爪回位部件由锁止位置回到解锁位置。

7.如权利要求6所述的驻车装置，其特征在于，所述棘爪通过一转轴转动连接在变速器的壳体上，所述棘爪回位部件为第二扭簧，所述第二扭簧间隙套设在所述转轴上，所述第二扭簧的一端连接在所述棘爪上，所述第二扭簧的另一端连接在变速器的壳体上。

8.如权利要求1所述的驻车装置，其特征在于，所述棘轮相对固定地设置在变速器的输入轴上。

9.如权利要求1至8任一所述的驻车装置，其特征在于，所述驱动机构整体设置在变速器的壳体的外部；所述驱动机构包括电机、蜗轮蜗杆减速机构及角度传感器，所述蜗轮蜗杆减速机构包括啮合的蜗轮与蜗杆，所述电机的输出轴与所述蜗杆同轴连接或一体形成，所述凸轮轴的一端连接在所述蜗轮的中心位置；所述角度传感器用于检测所述电机输出轴的转角、所述蜗杆的转角或所述蜗轮的转角，以此得到所述凸轮轴的转角。

10.一种变速器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的驻车装置。

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