CN1336292A - 一种机动车自动变速器的变速轴致动器 - Google Patents

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Abstract

一机动车自动变速器的变速轴(12)致动器,其包括:一壳体(10);一可转动地安装在壳体(10)内的致动轴(14);一电动机(22,26);一可反转的、低损耗的减速齿轮传动机构,其中,电动机(22,26)的转子(26)直接连接到致动轴(14)上,一条预张紧的盘簧(54)构成了一能量存贮装置(54),其可独立于电动机(22,26)地驱动所说致动轴(14)进入驻车位置;以及一根据控制信号驱动电动机(22,26)的电子控制器;还包括一连接致动轴(14)和自动变速器变速轴(12)的连接装置(54)。致动轴(14)的转动通过连接装置(54)被转化为变速轴(12)的转动角度,该转动角度对应于所说控制信号。致动器替代了自动变速器上常规的换档杆。

Description

一种机动车自动变速器的变速轴致动器
本发明涉及机动车自动变速器的变速轴致动器。该致动器替代了自动变速器上常规的换档杆。
在具有自动变速器的机动车中，不同齿轮箱状态(包括驻车状态)之间进行换档是借助于通常布置在车辆变速器盖板上面的一换档杆来完成。换档杆经一拉索或连杆机构连接到变速器的一变速轴上。
本发明提供一种机动车自动变速器的变速轴致动器，其不包括用手操纵的换档杆，这样，常规车辆中为换档杆留出的空间能用作它用。
根据本发明的致动器包括：
一壳体；一可转动地安装在壳体内的致动轴；一带有一转子的电动机；一可反转的低损耗减速齿轮传动机构，电动机的转子通过它与致动轴直接相连；一能量存贮装置，该装置能独立于电动机地存贮一部分驱动致动轴所需的能量；一根据控制信号驱动电动机的电子控制器；一连接致动轴与变速轴的连接装置，致动轴由电动机产生转动通过该连接装置被转化为变速轴的转动角度，该角度与控制信号相对应。
本发明的致动器是一由电控制信号起动的一机电定位器。电控制信号通过手动开关而产生，该开关位于车辆中任何理想位置处，如在权表板或在方向盘上。
发明的一目的是当车辆不动且拔下点火钥匙时确保自动变速器转换到驻车位置，也就是说，司机没有必要非要在取走点火钥匙前选换到驻车档上，但在电动机供电失败时，为了满足这个需要还必须选择到驻车档上。对于这种情况，独立于电动机地设置了一能量存贮装置，存贮一定量的驱动致动轴所需能量。因此，在正常操作时，致动轴是通过减速齿轮传动机构由电动机提供动力的，在应急操作时，致动轴由能量存贮装置提供动力。为了能避免使用一机械选择器——几乎不可能找到一种具有所需可靠性的此类选择器，本发明规定应急操作所用的能量存贮装置和正常操作所用的电动机能永久地连接到致动轴上。因此，电动机的工作要克服能量存贮装置——例如为一张紧盘簧的阻力，而在应急操作时，能量存贮装置经减速齿轮传动机构拖动电动机，转化为一较高速度。这个设计理念一方面需要一特殊的结实的电动机，另一方面，需要减速齿轮传动机构的低损耗设计。
根据本发明的一个有利的实施例，电动机被设置成一无刷的外转子马达，尤其是一种28磁极、4相的外转子马达。为了致动定位控制，采用了一由两个布置在转子上的霍尔传感器组成的转轴编码器。这样的转轴编码器能检测转子的绝对转角。定子绕组的驱动由超低阻抗的场效应半导体功率器件来完成。
特别适于传送高扭矩的低损耗减速齿轮传动机构是两级的。第一级是皮带轮传动，电动机的转子上的一小直径的皮带轮经皮带(尤其是V型皮带)与一大直径的皮带轮连接。第二级是一行星齿轮传动，其太阳轮与大直径皮带轮相连，以共同转动，行星架连接到致动轴上。这样的两级减速齿轮传动机构的传动比是例如约为0.40至1。
本发明的另一目的是确保在控制器没有确切的定位命令时，不进行任何换档操作。
这个目的通过本发明的另一实施例来实现，在该实施例中，当在非操作状态时，通过触发一插销，能将致动轴有选择地锁止在各个不连续的转动位置上，而拔掉插销需要给螺线管一电脉冲，螺线管能将插销暂态地保持在释放位置上。螺线管具有两个彼此独立的励磁绕组。在正常操作时，当致动定位控制时，控制器驱动第一励磁绕组。当取走点火钥匙且车辆不动时，来自车辆点火开关的一信号驱动另一励磁绕组。对于这个信号，需要获得有与车辆电压无关的能量(来产生)，但该能量可以是小的，例如是由一存贮电容来获得的，该电容器经一解耦二板管连接到车辆电路上。
本发明的其它特征和优点将从下面的一最佳实施例的说明看到，并且通过作为参考的附图将更明显。
图1处于第一换档位置的致动器壳体的总体俯视图；
图2是处于第二换档位置的类似视图；
图3是致动器的分解视图；
图4是致动器局部放大的轴测视图；以及
图5是致动器细节部分的另一分解视图。
机动车自动变速器的变速轴致动器放置在一细长的平行六面体10中，该平行六面体沿一变速轴12安装到变速器箱体的顶部上，其中的变速轴从箱体上突出。可旋转的变速轴12能处于不同的离散换档位置，以保持与变速器的驱动级一致。一致动轴14从该壳体10突出，其纵向中线与变速轴12的纵向中线平行。致动轴14通过一连杆机构16连接到变速轴12上，连杆机构16由三个杆件16a，16b，16c组成。连杆机构16被配置成具有关节连接的效果，以在某些换档位置时放大驱动扭矩。图1图示了一个这样的位置，其与自动变速器的驻车位置相对应，该位置需要增大的定位力。从图1和2可明显看出，致动轴14的角度转动范围a由连杆机构转化为变速轴12相当小的角度转动范围b。
包括一电子控制器的一机电定位器布置在壳体10内。壳体10由一带有密封圈20的罩18密封地密封。
定位器包括一无刷外转子马达形式的电动机，其使用一安装在一电路板24上的定子22，和经驱动皮带28与一皮带轮30相连接的一外转子26。皮带轮30安装在一小齿轮32的一轴端上，并在此处进行连接实现共同转动。小齿轮32构成一行星齿轮传动系的太阳轮。小齿轮32作为太阳轮与安装在一控制盘36上的三个行星齿轮34配合，其中控制盘36构成行星齿轮传动的行星架。行星齿轮34在固定到壳体上的一点火开关38内运转。在行星齿轮34和皮带轮30间有一附加的行星齿轮34支撑板40。
控制盘36与致动轴14一体成形。尤其如图4明显看到，控制盘36的外周有凹槽42，44，46，48，它们与自动变速器的不同换档位置相应。一弹簧作用的插销50与插销凹槽42至48相互协作。在非操作状态，带有致动轴14的控制盘36被插销50卡在一个换档位置上，该换档位置如插销槽所指示。插销50由一螺线管52驱动，螺线管具有两个彼此独立的励磁绕组。在控制盘36的侧面上布置有一盘簧54，其构成一能量存贮装置。预张紧的盘簧54的内端连接到致动轴14上，其外侧固定到壳体内一固定部件上。
驱动电动机和致动器的电子控制器的电路配置在电路板24上，在定子22的旁边。两个连接器插头56，58从电路板24引出壳体10外。
如下是致动器的操作：
在正常非操作状态，带有控制盘36的致动轴14被插销50卡在每一状况都有效的换档位置上。当一换档命令如经过CAN总线传送到电子控制器时，起动螺线管52的一个励磁绕组，插销50移入释放位置。同时，电子控制器起动电动机定位地控制致动轴14达到所想要的转动位置。外转子26的转动(速度)由皮带传动以速比—例如为6降低，并且进一步由行星齿轮传动系以速比7降低。高性能电动机的高扭矩由减速齿轮传动转化为致动轴14处可获得的高动作扭矩。由于连杆机构16，可获得的动作扭矩再一次加大，例如能在载荷作用下将变速轴12移动到驻车位置。
尽管致动器提供了高定位扭矩，但是尤其是由于换档活动的持续时间十分短，部件的低损耗设计或多或少地免除了任何升温。
由盘簧54构成的能量存贮装置和电动机一样永久地连接到致动轴14上。当取走点火钥匙，汽车不动时，从点火开关发出一动作信号传到螺线管的第二励磁绕组，这样插销50临时移入释放位置。然后与电动机传动无关地，致动轴14在盘簧54作用下移入与驻车位置相对应的转动位置，电动机传动被设计成低损耗、可逆转的，使外转子26能由该减速齿轮传动机构带动而进入增速模式。
在这个状态中，驱动器电路与电动机断开，这样转子的转动就不会受到感应电流的磁力阻碍。
在本发明的最佳实施例中，当点火开关一关闭，自动恢复驻车位置，而不论是否接通车辆电流。在这个实施例中，插销50由一双态螺线管驱动，其具有与插销的一脱离(释放)状态对应的一第一稳态。为了在两个稳态间转换，双态螺线管由一电脉冲驱动。所需的电能存贮在一电容器内。对于可购得的适合的双态螺线管，电容量在大约10V时大约是20000μF的电容器将提供一驱动脉冲的足够能量，而与车辆电能供应无关。
根据另一实施例，可检测驱动皮带28的偶然断裂。电动机内部设置有一角增量解算器，以检测转子运动的增量。另一个角增量解算器与皮带轮30相连。只要驱动皮带28是正常的，两个解算器都应该输出同步的增量。为了判断驱动皮带断裂，电子控制器检测解算器的输出间的任何同步故障。

Claims (27)

1、机动车自动变速器变速轴(12)的一致动器，其包括：
一壳体(10)，
一转动地安装在壳体(10)内的致动轴(14)，
一带有一转子(26)的电动机(22，26)，
一可反转的、低损耗的减速齿轮传动机构，电动机(22，26)的转子(26)通过这一机构直接连接到致动轴(14)上，
一能量存贮装置(54)，该装置能独立于电动机(22，26)地存贮一定量驱动所说致动轴(14)的所需能量，
一根据控制信号驱动电动机(22，26)的电子控制器，
一连接致动轴(14)和变速轴(12)的连接装置(16)，
所说致动轴(14)由所说电动机(22，26)带动的转动通过所说连接装置(16)被转化为所述变速轴(12)的转动角度，该转动角度与所说控制信号相对应。
2、根据权利要求1所述的致动器，其中：所说减速齿轮传动机构是两级的。
3、根据权利要求2所述的致动器，其中：所说减速齿轮传动权构的第一级由一驱动皮带(28)和一对皮带轮(30)构成。
4、根据权利要求2所述的致动器，其中：所说减速齿轮传动权构的第二级由一行星齿轮传动系(34)构成。
5、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说致动轴(14)能被有选择地锁止在离散的转动位置上，每一位置与所说变速轴(12)的一换档位置相对应。
6、根据权利要求5所述的致动器，其中：一由弹簧偏压进入一接合状态的插销(50)锁止所述致动轴(14)的转动位置，所说插销(50)可由一螺线管(52)移入一释放位置。
7、根据权利要求6所述的致动器，其中：所述能量存贮装置(54)始终促使所说致动轴(14)转向一转动位置，该转动位置与所说变速轴(12)的驻车位置相对应。
8、根据权利要求6和7所述的致动器，其中：当所说插销(50)处于所述释放位置时，所述能量存贮装置(54)使所述致动轴(14)进入与变速轴(12)的所述驻车位置对应的转动位置，所述电动机通过所述减速齿轮传动机构在一增速模式下工作。
9、根据权利要求6，7和8所述的致动器，其中：所说螺线管(52)包括两个独立的励磁绕组，一第一绕组由所述电子控制器驱动，一第二绕组由从一车辆点火开关来的信号驱动。
10、根据权利要求6至9任一所述的致动器，其中：所说致动轴(14)连接到一控制盘(36)上，以进行共同转动，所说控制盘(36)的外周上有凹槽件(42，44，46，48)，其布置与所说各个换档位置对应，所述插销(50)有选择地与所述凹槽件(42，44，46，48)啮合。
11、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说弹簧存贮装置(54)由在所说壳体(10)与所说致动轴(14)之间作用的一张紧弹簧(54)构成。
12、根据权利要求10和11所述的致动器，其中：所说张紧弹簧(54)是布置在所述控制盘(36)上的盘簧。
13、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说连接装置(16)包括一连杆机构，其将所述致动轴(14)预定转动角度转化为所述变速轴(12)的一较小的转动角度。
14、根据权利要求13所述的致动器，其中：所说连杆机构(16)包括三个具有增力效果的杆件(16a，16b，16c)连接而成，以在与所说变速轴(12)的一驻车位置相对应的换档位置提供一个最大致动力。
15、根据权利要求13或14所述的致动器，其中：所说杆件(16a，16b，16c)被可弯屈地连接，使得当所说致动轴在角度容许偏差范围内处于一相应转动位置时，能使所述变速轴(12)啮合进预定的换档位置。
16、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说电动机(22，26)是一无刷多磁极外转子马达。
17、根据权利要求16所述的致动器，其中：所说电动机(22，26)包括布置在一印刷电路板(24)上的定子(22)，所说电子控制器安装在该电路板上。
18、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说壳体(10)是一细长的平行六面体。
19、根据权利要求1至4所述的致动器，其中：所说电动机(22，26)的转子(26)经所说驱动皮带(28)连接到一皮带轮(30)上，而该皮带轮反过来又连接到所说行星齿轮传动系(34)的一太阳轮上。
20、根据权利要求19所述的致动器，其中：所说致动轴(14)连接在所说行星齿轮传动系(34)的一行星架上。
21、根据权利要求19和20所述的致动器，其中：所说行星齿轮传动系(34)包括相对固定地安装在所述壳体(10)内的一环形齿轮旋滚的行星轮。
22、根据权利要求10和19或20所述的致动器，其中：所说控制盘(36)构成所述行星齿轮传动系(34)的所说行星架。
23、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说电子控制器包括一在非操作状态与所述电动机(22，26)断开的驱动电路，这时存贮在所述能量存贮装置(54)内的能量使所述转子(26)转动。
24、根据上述任一权利要求所述的致动器，其中：所说电子控制器包括连接一数据总线系统的输入接口。
25、根据权利要求6所述的致动器，其中：所说螺线管(52)是一双稳态螺线管，第一稳态与所说接合状态对应，第二稳态与所说释放位置对应。
26、根据权利要求25所述的致动器，其中：所说双稳态螺线管(52)适于在从一存贮电容器来的电脉冲作用下从接合状态变到释放位置。
27、根据权利要求3所述的致动器，包括在所说电动机(22，26)中的一个第一转角增量解算器；和与所说皮带轮(30)之一相连的一个第二转角增量解算器；以及能对应于所说第一和第二解算器信号间的同步失效来检测所说皮带断裂的检测装置。
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