CN203847684U - 用于纯电动汽车两挡自动变速器的挡位传感器 - Google Patents
用于纯电动汽车两挡自动变速器的挡位传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于纯电动汽车两挡自动变速器的挡位传感器，是应用在丝杠螺母换挡机构上，丝杠螺母换挡机构是由换挡电机驱动输出轴带动丝杠转动并使得固连的螺母和拨叉在丝杠的螺纹区域上产生位移，从而实现变速器换挡；其特征是：挡位传感器设置在丝杠的螺纹区域外，其组成包括：光源、透镜、光电编码盘、固定光栅、第一光敏元件和第二光敏元件。本实用新型能克服电机等组件给挡位传感器带来的电磁干扰问题，从而增强纯电动汽车挡位传感器的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于电动汽车领域，具体涉及用于纯电动汽车两挡自动变速器挡位传感器。
背景技术
随着电动汽车研究的逐渐深入，纯电动汽车自动变速器的引入得到了认可，它可以增加车辆的启动转矩、提高电机的效率等。在自动变速器中，挡位传感器是电控单元一个重要的信号输入量，对于整车的换挡控制尤为关键。
现有技术中，挡位传感器分为接触式和非接触式，由于接触式挡位传感器工作过程会有磨损，其寿命、可靠性通常较差，所以优先选择非接触式挡位传感器。而非接触式传感器目前大多采用霍尔式传感器。
永磁同步电机因为损耗少、效率高、节电效果明显等优点被应用于纯电动汽车。电机、变速器一体化设计的理念中将电机和变速器做成一体可以大大降低机械振动、噪音，缩小几何尺寸，符合轻量化设计。此时挡位传感器的安装位置与电机等其它干扰较大的组件将更加接近，这给传统的霍尔式挡位传感器带来了巨大的电磁干扰，明显影响了挡位传感器的稳定性。
发明内容
本实用新型为克服现有技术存在的不足之处，提出了一种用于纯电动汽车两挡变速器的挡位传感器，能克服电机等组件给挡位传感器带来的电磁干扰问题，从而增强纯电动汽车挡位传感器的稳定性。
本实用新型为达到上述目的所采用的技术方案是：
本实用新型一种用于纯电动汽车两挡自动变速器的挡位传感器，是应用在丝杠螺母换挡机构上，所述丝杠螺母换挡机构的组成包括：换挡电机、丝杠、第一轴承、拨叉、螺母和第二轴承；所述丝杠螺母换挡机构是由换挡电机驱动输出轴带动丝杠转动并使得固连的螺母和拨叉在丝杠的螺纹区域上产生位移，从而实现变速器换挡；
其结构特点是：所述挡位传感器设置在所述丝杠的螺纹区域外；
所述挡位传感器的组成包括：光源、透镜、光电编码盘、固定光栅、第一光敏元件和第二光敏元件；所述光电编码盘固定在所述丝杠上，光源和透镜通过支撑架固定在所述光电编码盘的一侧，且所述透镜与光源之间的距离等于透镜的焦距；所述固定光栅和光敏元件通过支撑架固定在光电编码盘的另一侧；
所述光源通过透镜覆盖照射在所述光电编码盘上，在所述光电编码盘上设置有第一横向透光处的和第二透光处；在所述固定光栅上设置有第一光栅纵向条纹和第二光栅纵向条纹； 所述第一光栅纵向条纹和第二光栅纵向条纹分别与所述第一横向透光处和第二横向透光处形成对应的交叉区域；所述交叉区域分别对应于所述第一光敏元件和第二光敏元件；从而使得挡位传感器通过第一光敏元件和第二光敏元件获取换挡电机的角位移信号。
与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果体现在：
1.本实用新型采用非接触式传感器，由于非接触式传感器不会产生物理接触，因而传感器在工作过程中无磨损，使用寿命长，可靠性更高。
2.本实用新型采用光电式传感器，是利用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，避免了纯电动汽车电机及其他组件的电磁干扰，防止因为干扰导致传感器失灵，使得输出信号更加稳定。
3、鉴于纯电动汽车电机、变速器一体化趋势日渐明显，因此挡位传感器安装位置与电机等组件更加接近，与普遍应用的霍尔非接触式传感器相比，本实用新型光电式传感器可以有效回避较强的电磁干扰，保证挡位传感器的可靠性，能更稳定地实现纯电动汽车的自动换挡。
4.本实用新型传感器体积小，无需通过扩大变速器箱体体积来安装传感器，方便拆装便于维护，应用广泛。
5.本实用新型传感器信号响应时间短，光本身具有高速的特性，且传感器电路都由电子器件构成，所以不包含机械性工作时间，一旦换挡动作完成，光电式传感器能立即响应出换挡电机的角位移信号，随即判断出当前所处挡位。
附图说明
图1为本实用新型总体结构示意图；
图2为本实用新型挡位传感器的主视图。
图3本实用新型挡位传感器的支撑架部分及其组件的结构示意图；
图4为本实用新型挡位传感器的光电编码盘主视图；
图5为本实用新型挡位传感器的光电编码盘立体图；
图中序号：1换挡电机；2丝杠；3第一轴承；4拨叉；5螺母；6挡位传感器；7第二轴承；8a第一光敏元件；8b第二光敏元件；9固定光栅；10透镜；11传感器支撑架；12光源；13光电编码盘；14支撑架固定螺栓孔；15编码盘一挡区；16编码盘空挡区；17编码盘二挡区；18编码盘螺栓孔；a第一横向透光处；b第二横向透光处；c第一光栅纵向条纹；d第二光栅纵向条纹；e第一半径带；f第二半径带。
具体实施方式
如图1所示，一种用于纯电动汽车两挡自动变速器的挡位传感器，是应用在丝杠螺母换挡机构上，丝杠螺母换挡机构的组成包括：换挡电机1、丝杠2、第一轴承3、拨叉4、螺母 5和第二轴承7；丝杠螺母换挡机构是由单片机控制换挡电机1转动，驱动输出轴带动丝杠2转动并使得固连的螺母5和拨叉4在丝杠2的螺纹区域上产生直线位移，当拨叉4处于丝杠2螺纹区域的中间位置时为空挡，两边位置时分别为一挡和二挡，从而实现变速器换挡；本实施例中，挡位传感器6设置在丝杠2的螺纹区域外；
如图2所示，挡位传感器6的组成包括：光源12、透镜10、光电编码盘13、固定光栅9、第一光敏元件8a和第二光敏元件8b；如图5所示，光电编码盘13通过编码盘螺栓孔18固定在丝杠2上，以使得变速器换挡时，编码盘13随着丝杠2一起转动；光源12和透镜10通过支撑架11固定在光电编码盘13的一侧，且透镜10与光源12之间的距离等于透镜10的焦距；固定光栅9和光敏元件通过支撑架11固定在光电编码盘13的另一侧；即装配后保证光电编码盘13位于透镜10和固定光栅9之间，而支撑架11一般通过螺栓孔14固定在变速器箱内壳体上，
光源12的光线通过透镜10呈平行光束覆盖照射在光电编码盘13上，在光电编码盘13上，如图4所示，设有三个区域，分别为编码盘一挡区15、编码盘空挡区16和编码盘二挡区17，每个区域都有两条半径带e和f可选择是否透光，其中半径较大的称为第一半径带e，半径较小的称作第二半径带f，若半径带透光用1表示，不透光用0表示，则可以有若干种组合方式来布置光电编码盘13的三个区域各半径带透光情况，以表示三种挡位状态,即一挡、空挡和二挡。
如图4所示，在光电编码盘13上设置有第一横向透光处a的和第二横向透光处b，其中，编码盘一挡区15的第一半径带e不透光，第二半径带f不透光；编码盘空挡区16的第一半径带e透光，第二半径带f不透光；编码盘二挡区17的第一半径带e不透光，第二半径带f透光；该种组合可记为数组(00；10；01)。
在光电编码盘13上也可以设置更多的透光处来达到同样的效果，则类似的组合还可以是(00；10；11)，(00；11；10)，(10；00；01)，(11；01；10)……对于光电编码盘13各个区域的各个半径带透光与否的选择只要保证三个区域之间透光情况互不一致即可；
如图3所示，在固定光栅9上设置有第一光栅纵向条纹c和第二光栅纵向条纹d，光栅纵向条纹的中心处分别与两条半径带的中心处相对应；第一光栅纵向条纹c和第二光栅纵向条纹d在不同的挡位下可能对应于光电编码盘13的透光部分也有可能对应于不透光部分，若对应于透光部分时，则分别与第一横向透光处a或/和第二透光处b形成对应的交叉区域；交叉区域分别对应于第一光敏元件8a和第二光敏元件8b，若光敏元件接收到光线则可判断光电编码盘13上与其对应的半径带透光；从而使得挡位传感器6通过第一光敏元件8a和第二光敏元件8b是否感应到光线来获取换挡电机1的角位移信号，从而判断当前挡位情况。
以实际开发某型纯电动汽换挡机构为例，丝杠2的导程为5mm，拨叉4固定在螺母5上，从而在换挡时沿丝杠2的轴向运动，当拨叉4处于中间位置时，表示变速箱处于空挡，当拨叉4随螺母5往正方向移动11mm时，变速器换至一挡，当拨叉4在中间位置往反方向移动11mm时，表示变速器换至二挡，由公式n＝L/P得n＝11/5＝2.2；式中n代表光电编码盘13转动的转数，L代表移动的距离，P代表丝杠2的导程；即光电编码盘13的转动范围为正转2.2转至反转2.2转，由于光电编码盘13转过2.2转后的位置与其转0.2转后的位置是一样的，则根据公式θ＝n×360得θ＝0.2×360＝72°，即换挡后光电编码盘13的终态位置与空挡时的位置相比角度变化范围为-72°—72°，这里规定每个挡位的偏差为±18°，若在0—180°范围内分配每个挡位的角度范围，可知编码盘一挡区域为0-36°，空挡区域为72°-108°，编码盘二挡区域为134°-180°，编码盘挡位区域分布情况及光电编码盘13的三个区域透光情况，如图4所示；当光源12发光后，挡位传感器6会出现如下三种情况：
第一种情况是光敏元件8a和8b正对光电编码盘13的空挡区16，光源12的光线经过透镜10形成平行光线照射在光电编码盘13上，与光敏元件8a相对应的区域中，光线通过第一横向透光处a在固定光栅9上形成横向平行光束；平行光束通过固定光栅9的第一光栅纵向条纹c直射在第一光敏元件8a上；而第二光敏元件8b没有接收到任何光线；若光敏元件8接收到光线用“1”表示，未接受到光线用“0”表示，则可用数组(1；0)来表示光敏元件8的当前状态，从而使得挡位传感器6获取换挡电机1的角位移信号，判断当前挡位为空挡；
第二钟情况是光敏元件8a和8b正对光电编码盘13的二挡区17，光源12的光线经过透镜10形成平行光线照射在光电编码盘13上，与光敏元件8b相对应的区域中，光线通过第二横向透光处b在固定光栅9上形成横向平行光束；平行光束通过固定光栅9的第二光栅纵向条纹d直射在第二光敏元件8b上；而第一光敏元件8a没有接收到任何光线，若光敏元件8接收到光线用“1”表示，未接受到光线用“0”表示，则可用数组(0；1)来表示光敏元件8的当前状态，从而使得挡位传感器6获取换挡电机1的角位移信号，判断当前挡位为二挡；
第三种情况是光敏元件8a和8b正对光电编码盘13的一挡区15，光源12的光线因被光电编码盘13遮挡，第一光敏元件8a没有接收到光线，第二光敏元件8b也没有接收到光线，若光敏元件8接收到光线用“1”表示，未接受到光线用“0”表示，则可用数组(0；0)来表示光敏元件8的当前状态；从而使得挡位传感器6获取换挡电机1的角位移信号，判断当前挡位为一挡。
Claims (1)
1.一种用于纯电动汽车两挡自动变速器的挡位传感器，是应用在丝杠螺母换挡机构上，所述丝杠螺母换挡机构的组成包括：换挡电机(1)、丝杠(2)、第一轴承(3)、拨叉(4)、螺母(5)和第二轴承(7)；所述丝杠螺母换挡机构是由换挡电机(1)驱动输出轴带动丝杠(2)转动并使得固连的螺母(5)和拨叉(4)在丝杠(2)的螺纹区域上产生位移，从而实现变速器换挡；
其特征是：所述挡位传感器(6)设置在所述丝杠(2)的螺纹区域外；
所述挡位传感器(6)的组成包括：光源(12)、透镜(10)、光电编码盘(13)、固定光栅(9)、第一光敏元件(8a)和第二光敏元件(8b)；所述光电编码盘(13)固定在所述丝杠(2)上，光源(12)和透镜(10)通过支撑架(11)固定在所述光电编码盘(13)的一侧，且所述透镜(10)与光源(12)之间的距离等于透镜(10)的焦距；所述固定光栅(9)和光敏元件通过支撑架(11)固定在光电编码盘(13)的另一侧；
所述光源(12)通过透镜(10)覆盖照射在所述光电编码盘(13)上，在所述光电编码盘(13)上设置有第一横向透光处(a)的和第二透光处(b)；在所述固定光栅(9)上设置有第一光栅纵向条纹(c)和第二光栅纵向条纹(d)；所述第一光栅纵向条纹(c)和第二光栅纵向条纹(d)分别与所述第一横向透光处(a)和第二横向透光处(b)形成对应的交叉区域；所述交叉区域分别对应于所述第一光敏元件(8a)和第二光敏元件(8b)；从而使得挡位传感器(6)通过第一光敏元件(8a)和第二光敏元件(8b)获取换挡电机(1)的角位移信号。
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