CN205592378U - 两挡电控amt换挡执行机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车控制技术领域，具体的说是一种紧凑型的两挡电控AMT换挡执行机构。该换挡执行机构包括电路部分和机械结构部分，在电路部分增加了三个霍尔位置传感器，用来判断换挡拨叉所在位置。使用一个电流传感器来采集换挡电机的电流，通过实时采集电机电流来监测换挡电机的状态，同时判断出换挡拨叉所处的挡位。与霍尔位置传感器构成了一个冗余设计方法，保证了换挡的顺利完成，提高了行车安全性及使用的便利性。本实用新型机械结构部分使用较少的机械零部件，并且在变速箱齿轮及换挡机构磨损的情况下提高换挡成功率，同时降低了变速器未能完全接合的异常噪声，也可以及时解决换挡过程中电机完全堵转容易烧坏的问题。

Description

两挡电控AMT换挡执行机构

技术领域

本实用新型属于汽车控制技术领域，具体的说是一种紧凑型的两挡电控AMT换挡执行机构。

背景技术

电控AMT换挡执行机构是在传统的机械式变速箱上加装电控换挡执行装置来实现变速箱的换挡，它取代了人力手动进行换挡的繁琐过程，可以根据当前车速及加速踏板开度来自动完成换挡过程，从而减轻了驾驶员疲劳，提高了行车安全性及通过设计合理的换挡规律可较大提高汽车燃油经济性。

具体地，将直流电机作为换挡动作动力装置，电机输出转轴连接丝杠，从而带动丝杠的旋转运动。丝杠上有螺母，可以将丝杠的旋转运动转化为直线运动。螺母连接换挡拨叉，从而实现拨叉的换挡动作。

为判断拨叉是否到达换挡完成位置，一般可以通过加装角位移传感器来实现，但会存在角位移传感器布置困难及使得换挡执行机构所占空间变大、结构变复杂的问题，并且在AMT长时间的使用后因为换挡动力传动机构及变速箱齿轮磨损，而造成AMT达到了指定位移仍然未成功挂上挡的问题。也存在换挡结合套接合过程中与被啮合齿轮小齿圈顶住而电机堵转没有发现造成损坏的问题。

经过相关专利文献查询，电控AMT换挡执行机构专利具有代表性有以下两种：

中国专利公布号为CN204852309U，授权公告日2015.12.09，发明名称为“AMT换挡执行机构”，专利权人为重庆蓝黛动力传动机械股份有限公司。该专利通过使用蜗杆、扇形斜齿轮、换挡导轴、换挡摆杆完成换挡电机与换挡拨叉的动力传递，其零部件结构较复杂且安装空间较大，安装在换挡导轴上的角度传感器在遇到换挡卡住的情况下并不知道换挡电机处于堵转状态而继续让电机工作会有损坏换挡电机及其传动装置的危险。

中国授权公告号CN202579983U，授权公告日2012.12.05，发明名称为“电动车两档AMT系统”，专利权人为广东戈兰玛汽车系统有限公司。该专利在电机与换挡拨叉之间增加了两级减速齿轮、换挡轴及换挡拨头来传递换挡电机动力，在换挡轴上安装的角度位置传感器来监测换挡拨头位置。依然存在换挡执行机构复杂且没有对换挡电机状态的监测而不能及时发现换挡异常情况。在执行机构磨损后也可能会出现角位移传感器测得的换挡拨头位置不准确造成换挡失败的发生。

发明内容

本实用新型提供一种紧凑型的两挡电控AMT换挡执行机构，可以在安装空间较小的电动汽车或者混合动力汽车上使用，保证了换挡执行机构的安全工作与长期使用后的换挡成功率；在挡位位置传感器失效的情况下仍然可以成功换挡，保证了汽车行驶的安全性，解决了现有AMT换挡执行机构的上述不足。

本实用新型技术方案结合附图说明如下：

一种两挡电控AMT换挡执行机构，该换挡执行机构包括电路部分和机械结构部分，其中所述的电路部分包括变速箱TCU1、单片机2、换挡电机驱动器3、电流传感器4、换挡电机5、第一霍尔位置传感器6、第二霍尔位置传感器7和第三霍尔位置传感器8；所述的变速箱TCU1依次与单片机2、换挡电机驱动器3和换挡电机5相连；所述的电流传感器4安装在换挡电机驱动器3和换挡电机5之间的直流母线上；所述的第一霍尔位置传感器6、第二霍尔位置传感器7和第三霍尔位置传感器8安装在换挡执行机构的安装壳体盖16上的三个凹槽内；所述的机械结构部分包括丝杠9、第一橡胶缓冲块10、第一调整垫圈11、换挡拨叉12、磁铁13、第二调整垫圈14和第二橡胶缓冲块15；所述的丝杠9左端为长方体结构，该长方体结构能插入换挡电机5的转子中，所述的丝杠9的两端通过轴承支撑在变速箱壳体上；所述的丝杠9依次穿过第一橡胶缓冲块10、第一调整垫圈11、换挡拨叉12、第二调整垫圈14和第二橡胶缓冲块15；所述的第一橡胶缓冲块10支撑在变速箱壳体与第一调整垫圈11之间；所述的第一调整垫圈11右端面卡在丝杠9的轴肩上；所述的换挡拨叉12内部设置有与丝杠9的外螺纹相配合的内螺纹；所述的第二调整垫圈14左端面卡在丝杠9的轴肩上，右端面与第二橡胶缓冲块15相接触；所述的第二橡胶缓冲块15的右端面支撑在变速箱壳体上。

所述的换挡拨叉12能沿着换挡执行机构安装壳体盖16移动至1挡、空挡、2挡三个位置，其上端面设置有长方体凹槽，凹槽内部固定有长方体磁铁13，长方体磁铁13固定在凹槽内。

所述的第一霍尔位置传感器6的位置对应于长方体磁铁13在1挡的位置；所述的第二霍尔位置传感器7的位置对应于长方体磁铁13在空挡的位置；所述的霍尔位置传感器8的位置对应于长方体磁铁13在2挡的位置。

所述的换挡拨叉12是由一长方体的滑块和拨叉焊接构成的。

本实用新型的有益效果为：

1、简化了电控换挡执行机构的繁琐结构，减少换挡执行机构的体积及提高长期使用后出现的换挡失效问题，本实用新型使用较少的机械零部件，并且在变速箱齿轮及换挡机构磨损的情况下提高换挡成功率，同时也降低了变速器未能完全接合的异常噪声，也可以及时解决换挡过程中电机完全堵转容易烧坏的问题。

2、在现有的换挡执行机构的控制方法中，一般采用较为昂贵的角位移传感器来判断换挡拨叉到达挡位。这种方法的缺点是并没有及时发现电机的危险状态，当换挡卡死时，若没有发现这种状况而让电机继续开启运行，电机因为处于堵转状态而使得电流急剧上升，直到到达堵转电流，时间过长会导致电机烧毁或因为电机输出力矩过大而损坏换挡执行机构。当角位移传感器失效时，若因此不能正确完成换挡而导致长时间汽车动力中断，将危及行车安全，并且因为变速箱不能传递动力而导致无法跛行回家。若即使发现这种状况而可以采用换挡延时运行，同样存在换挡过程中发生异常情况不能及时处理的问题。

3、本实用新型采用廉价的霍尔传感器判断换挡拨叉所在位置，即使霍尔传感器失效，仍然能够正常完成换挡。使用一个电流传感器来采集换挡电机的电流，通过实时采集电机电流来监测换挡电机的状态，同时判断出换挡拨叉所处的挡位。与霍尔位置传感器构成了一个冗余设计方法，保证了换挡的顺利完成，提高了行车安全性及使用的便利性。

附图说明

图1为本实用新型电路结构示意图；

图2为本实用新型机械结构示意图；

图3为本实用新型3个挡位传感器放置位置示意图；

图4为本实用新型AMT换挡方法流程图；

图5为本实用新型霍尔传感器失效模式换挡流程图。

图中：1、变速箱TCU；2、单片机；3、换挡电机驱动器；4、电流传感器；5、换挡电机；6、第一霍尔位置传感器；7、第二霍尔位置传感器；8、第三霍尔位置传感器；9、丝杠；10、第一橡胶缓冲块；11、第一调整垫圈；12、换挡拨叉；13、长方体磁铁；14、第二调整垫圈；15、第二橡胶缓冲块。

具体实施方式

参阅图1—图3，一种两挡电控AMT换挡执行机构，该换挡执行机构包括电路部分和机械结构部分，其中所述的电路部分包括变速箱TCU1、单片机2、换挡电机驱动器3、电流传感器4、换挡电机5、第一霍尔位置传感器6、第二霍尔位置传感器7和第三霍尔位置传感器8；所述的变速箱TCU1依次与单片机2、换挡电机驱动器3和换挡电机5相连；所述的电流传感器4安装在换挡电机驱动器3和换挡电机5之间的直流母线上；所述的第一霍尔位置传感器6、第二霍尔位置传感器7和第三霍尔位置传感器8使用胶水安装在换挡执行机构的安装壳体盖16上的三个凹槽内；所述的第一霍尔位置传感器6、第二霍尔位置传感器7和第三霍尔位置传感器8的信号最终汇集到单片机2中用来判断拨叉所处位置及监测换挡电机5的状态。所述的机械结构部分包括丝杠9、第一橡胶缓冲块10、第一调整垫圈11、换挡拨叉12、磁铁13、第二调整垫圈14和第二橡胶缓冲块15；所述的丝杠9左端 为长方体结构，该长方体结构能插入换挡电机5的转子中，所述的丝杠9的两端通过轴承支撑在变速箱壳体上；所述的丝杠9依次穿过第一橡胶缓冲块10、第一调整垫圈11、换挡拨叉12、第二调整垫圈14和第二橡胶缓冲块15；所述的第一橡胶缓冲块10、第二橡胶缓冲块15均为圆柱体结构，中间为通孔，套在丝杠9的光轴上。所述的第一橡胶缓冲块10支撑在变速箱壳体与第一调整垫圈11之间；所述的第一调整垫圈11右端面卡在丝杠9的轴肩上；所述的换挡拨叉12内部设置有与丝杠9的外螺纹相配合的内螺纹；所述的第二调整垫圈14左端面卡在丝杠9的轴肩上，右端面与第二橡胶缓冲块15相接触；所述的第二橡胶缓冲块15的右端面支撑在变速箱壳体上。

所述的换挡拨叉12能沿着换挡执行机构安装壳体盖16移动至1挡、空挡、2挡三个位置，其上端面设置有长方体凹槽，凹槽内部用胶水固定有长方体磁铁13，长方体磁铁13固定在凹槽内。

所述的第一霍尔位置传感器6的位置对应于长方体磁铁13在1挡的位置；所述的第二霍尔位置传感器7的位置对应于长方体磁铁13在空挡的位置；所述的霍尔位置传感器8的位置对应于长方体磁铁13在2挡的位置。

所述的换挡拨叉12是由一长方体的滑块和拨叉焊接构成的。

开关型第一霍尔位置传感器6在换挡拨叉移动到1挡时由低电平向高电平跳变；开关型第二霍尔位置传感器7在换挡拨叉移动到空挡时由低电平向高电平跳变；开关型第三霍尔位置传感器8在换挡拨叉移动到2挡时由低电平向高电平跳变。开关型霍尔位置传感器采用型号推荐为A3144。

电流传感器4测量换挡电机直流母线电流大小，用来实时监测换挡电机5的状态。换挡电机在到达1挡或2挡位置时，由于换挡拨叉12挤压调整垫圈11或调整垫圈14，会使得换挡电机直流母线电流迅速增大，以一个临界电流I₀作为电机接近堵转状态，达到临界值I₀可以作为到达挡位。相应与开关型霍尔位置传感器出现高电平跳变作为换挡拨叉12到达1挡或2挡位置的冗余条件。同样在换挡卡住时，也会出现这种情况。电流传感器4型号推荐霍尔效应的线性电流传感器ACS758系列。

参阅图4—图5，本实用新型的控制方法为：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“高”、“低”、“正转”、“反转”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

S401、开始；

AMT换挡进入该控制程序是从开始端进入，由换挡事件触发。当没有换挡事件发生时， 控制程序处于等待事件状态，而不会往下执行。

S402、目标挡位是否为当前挡位；

目标挡位是变速箱1给单片机2的目标挡位指令。当前挡位是由第一霍尔传感器6、第二霍尔传感器7、第三霍尔传感器8给出的不同状态确定。在换挡拨叉12的上表面凹槽中有一块长方体磁铁13，在拨叉移动过程中，长方体磁铁分别从第一霍尔传感器6、第二霍尔传感器7、第三霍尔传感器8表面经过。当长方体磁铁13到达第一霍尔传感器6下表面时，第一霍尔传感器6输出高电平，指示到达挡位为1挡；当长方体磁铁13到达第二霍尔传感器7下表面时，第二霍尔传感器7输出高电平，指示到达挡位为空挡；当长方体磁铁13到达第三霍尔传感器8下表面时，第三霍尔传感器8输出高电平，指示到达挡位为2挡。如果目标挡位为当前挡位，执行S403；如果否，往下进行S404、S405、S406、S407判断。

S403、换挡电机5驱动晶体管保持关闭；

换挡电机5驱动晶体管为换挡电机5的功率驱动元件，换挡电机5驱动晶体管保持关闭即电机停转。

S404、当前挡位为1挡；

第一霍尔传感器6输出高电平时，表示此时换挡拨叉12在1挡。当前挡位为1挡时，执行S408。

S408、单片机控制换挡电机正转。

单片机2控制换挡电机5正转，在丝杠9的作用下，换挡拨叉12向2挡方向移动。

S405、当前挡位为空挡；

第二霍尔传感器7输出高电平时，表示此时换挡拨叉12在空挡。当前挡位为1挡时，执行判断S409、S410。

S409、目标挡位为1挡；

目标挡位为1挡，即单片机2接受到变速箱1的指令挡位是1挡。当目标挡位为1挡，执行S413。

S413、单片机2控制换挡电机5反转；

单片机2控制换挡电机5正转，在丝杠9的作用下，换挡拨叉12向1挡方向移动。

S410、目标挡位为2挡；

目标挡位为2挡，即单片机2接受到变速箱1的指令挡位是2挡。当目标挡位为2挡，执行S414。

S414、单片机2控制换挡电机5正转；

S406、当前挡位为2挡；

第三霍尔传感器8输出高电平时，表示此时换挡拨叉12在2挡。当前挡位为2挡时， 执行S411。

S411、单片机2控制换挡电机5反转；

S407、没有当前挡位信息；

没有当前挡位信息表示第一霍尔传感器6、第二霍尔传感器7、第三霍尔传感器8都输出为低电平，此时获取不到当前挡位信息。当出现没有当前挡位信息时，执行S412。

S415、换挡拨叉12是否到达目标挡位；

换挡拨叉12是否到达目标挡位的条件是第一霍尔传感器6、第二霍尔传感器7、第三霍尔传感器8显示挡位为目标挡位。如果否，执行S418。如果是，执行S416。

S416、目标挡位是否为空挡；

目标挡位如果是空挡，执行S419。如果否，执行S417。

S419、换挡完成，单片机2控制换挡电机5驱动器晶体管关闭。

S417、换挡电机5是否接近堵转；

换挡电机5是否接近堵转的条件是电流传感器4的采样电流值达到堵转电流。换挡电机5旋转，带动丝杠9的转动，从而使得换挡拨叉12从一侧移动到另一侧，当到达1挡或者2挡时，拨叉被第一调整垫圈11或第二调整垫圈14挡住，迫使第一调整垫圈11挤压第一橡胶缓冲块10或者第二橡胶缓冲块15。因换挡电机5负荷增大，导致电流快速上升，通过实验标定一个合理的临界电流I₀作为堵转电流以保护电机。

可选的，换挡电机接近堵转的条件也可以使用电机转速传感器测得的转速来判断，当换挡电机转速低于实验标定的一个合理的临界转速u₀，可判断电机接近堵转。

S418、换挡电机5是否接近堵转；

如果是，则回到S415,；如果否，则执行S420。

S420、计算变速器输入轴与输出轴转速比是否等于目标挡位传动比；

变速器输入轴的转速可从驱动电机控制器发到CAN总线上转速数据获得，变速器输出轴转速可由轮速传感器提供。若变速器输入轴与输出轴转速比等于目标挡位传动比则表示换挡拨叉完全结合，换挡完成，执行S421。如果不相等，表明换挡拨叉12没有进入被啮合齿轮，换挡没有完成，执行到S422与S423进行判断。

S421、换挡完成，单片机2控制换挡电机5驱动器晶体管关闭。

S422、目标挡位为1挡；

如目标挡位为1挡，执行S424。

S424、单片机2控制换挡电机5正转，下一步执行S426；

S426、拨叉到达空挡或换挡电机接近堵转；

换挡拨叉12如果到达空挡，空挡位置第二霍尔位置传感器7由低电平跳到高电平。换 挡电机5若接近堵转，电流传感器4读取电流值到达临界电流I₀。如果两个条件都没实现，则回到S426继续判断。如果条件满足，执行S428。

S428、单片机2控制换挡电机5反转，程序回到S415往下执行。

S423、目标挡位为2挡；

如果目标挡位为2挡，执行S425；

S425、单片机2控制换挡电机5反转，下一步执行S427；

S427、拨叉到达空挡或换挡电机5接近堵转；

如果两个条件有一个满足，执行S429；否则回到S427继续判断。

S429、单片机2控制换挡电机5反转，程序回到S415往下执行。

S412、进入到霍尔位置传感器故障模式运行，发出传感器故障信息；

当获取不到当前挡位信息时，进入到霍尔位置传感器故障模式运行。

S502、目标挡位为1挡；

如果目标挡位为1挡，执行S505。

S505、单片机2控制换挡5电机反转，往下执行S508；

S508、换挡电机5是否接近堵转，如果否，回到S508继续判断；如果是，往下执行S511；

S511、变速箱输入轴与输出轴转速比是否等于1挡传动比；

如果是，执行S517；如果否，执行S512。

S517、换挡完成，单片机2控制换挡电机5驱动器晶体管关闭；

S512、单片机2控制换挡电机5正转，执行S518。

S518、拨叉是否到达空挡或电机接近堵转；

如果两个条件中任何一个满足，则回到S505往下执行；如果都不满足，回到S518继续判断。

S503、目标挡位为2挡；

如果目标挡位为2挡，执行S506；

S506、单片2机控制换挡电机5正转，往下执行S509。

S509、换挡电机5是否接近堵转；

如果否，回到S509继续判断；如果是，执行S513。

S513、变速箱输入轴与输出轴转速比是否等于2挡传动比；

如果是，执行S519，如果否，执行S514。

S519、换挡完成，单片机2控制换挡电机5驱动器晶体管关闭；

S514、单片机2控制换挡电机5反转，往下执行S520。

S520、拨叉是否到达空挡或电机接近堵转；

如果条件不满足，回到S520继续判断；如果条件满足，回到S506继续往下执行。

S504、目标挡位为空挡；

如果目标挡位为空挡，执行S507。

S507、单片机2控制换挡5电机反转,往下执行S510；

S510、拨叉是否到达空挡；

如果是，执行S526；如果否，执行S515。

S515、换挡电机是否堵转；

如果否，回到S510继续判断；如果是，执行S516。

S516、单片机2控制换挡电机5正转，往下执行S521；

S521、拨叉是否到达空挡；

如果是，执行S526；如果否，执行S522。

S522、换挡电机是否堵转；

如果是，执行S523。

S523、采用延时模式运行，往后执行S524；

换挡拨叉12从1挡换到空挡或由2挡换到空挡需要一定时间，从而可以标定一个合适时间T₀作为从带挡位到空挡的换挡电机5需要运行的时间。

S524、单片机2控制换挡电机5反转，往下执行S525。

S525、延时T₀，往下执行S526；

从换挡电机反转开始计时，到达T₀时往下执行S526。

S526、换挡完成，单片机控制换挡电机驱动器晶体管关闭。

进一步地，在多挡AMT换挡执行机构的控制方法中，也可以应用本控制方法，即多挡AMT的摘挡对应两挡AMT的空挡，组合多个两挡控制即可以实现多挡AMT的换挡控制。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种两挡电控AMT换挡执行机构，其特征在于，该换挡执行机构包括电路部分和机械结构部分，其中所述的电路部分包括变速箱TCU(1)、单片机(2)、换挡电机驱动器(3)、电流传感器(4)、换挡电机(5)、第一霍尔位置传感器(6)、第二霍尔位置传感器(7)和第三霍尔位置传感器(8)；所述的变速箱TCU(1)依次与单片机(2)、换挡电机驱动器(3)和换挡电机(5)相连；所述的电流传感器(4)安装在换挡电机驱动器(3)和换挡电机(5)之间的直流母线上；所述的第一霍尔位置传感器(6)、第二霍尔位置传感器(7)和第三霍尔位置传感器(8)安装在换挡执行机构的安装壳体盖(16)上的三个凹槽内；所述的机械结构部分包括丝杠(9)、第一橡胶缓冲块(10)、第一调整垫圈(11)、换挡拨叉(12)、磁铁(13)、第二调整垫圈(14)和第二橡胶缓冲块(15)；所述的丝杠(9)左端为长方体结构，该长方体结构能插入换挡电机(5)的转子中，所述的丝杠(9)的两端通过轴承支撑在变速箱壳体上；所述的丝杠(9)依次穿过第一橡胶缓冲块(10)、第一调整垫圈(11)、换挡拨叉(12)、第二调整垫圈(14)和第二橡胶缓冲块(15)；所述的第一橡胶缓冲块(10)支撑在变速箱壳体与第一调整垫圈(11)之间；所述的第一调整垫圈(11)右端面卡在丝杠(9)的轴肩上；所述的换挡拨叉(12)内部设置有与丝杠(9)的外螺纹相配合的内螺纹；所述的第二调整垫圈(14)左端面卡在丝杠(9)的轴肩上，右端面与第二橡胶缓冲块(15)相接触；所述的第二橡胶缓冲块(15)的右端面支撑在变速箱壳体上。

2.根据权利要求1所述的一种两挡电控AMT换挡执行机构，其特征在于，所述的换挡拨叉(12)能沿着换挡执行机构安装壳体盖(16)移动至1挡、空挡、2挡三个位置，其上端面设置有长方体凹槽，凹槽内部固定有长方体磁铁(13)，长方体磁铁(13)固定在凹槽内。

3.根据权利要求2所述的一种两挡电控AMT换挡执行机构，其特征在于，所述的第一霍尔位置传感器(6)的位置对应于长方体磁铁(13)在1挡的位置；所述的第二霍尔位置传感器(7)的位置对应于长方体磁铁(13)在空挡的位置；所述的第三霍尔位置传感器(8)的位置对应于长方体磁铁(13)在2挡的位置。

4.根据权利要求1所述的一种两挡电控AMT换挡执行机构，其特征在于，所述的换挡拨叉(12)是由一长方体的滑块和拨叉焊接构成的。