CN210290717U - 换挡伺服系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换挡伺服系统，包括换挡输入轴、传动机构、偏转机构、伺服阀结构、换挡执行机构及定位机构，换挡输入轴驱动所述被动元件同步旋转，当被动元件旋转时，通过销轴连接的偏摆元件会被同步带动，由于启动初期输出轴在齿轮箱端处于被固定状态，偏摆元件以输出轴为旋转中心的向左或者向右偏摆，偏摆执行元件在偏摆元件的偏摆下实现横向移动，开启伺服阀结构内部的气阀，从而实现助力效果。通过偏摆机构的转化，换挡器的换挡杆通过传动机构传递到拉索或杆的直线运动在换挡输入轴产生的旋转运动可以转化为与传动机构几乎同纵向位置的输出轴直线运动，本实用新型可以显著地降低换挡力，提高换挡舒适性，且占用空间小、安装方便及降低成本。

Description

换挡伺服系统

技术领域

本实用新型属于汽车领域，涉及一种换挡伺服系统。

背景技术

目前市场上普遍使用的换挡助力系统如图1所示，当输入端通过换挡杆或软轴进行推拉时会同时开启助力器内部的气阀，通过外界气源输入推动助力器内部的活塞运动，从而实现助力效果，特点是直线型运动。现有的技术中，输出到齿轮箱的直线运动是与换挡输入轴一个方向的错开叠加方式，这种系统的结构外形大，不利于空间要求有限的场合，而且由于整体框架大，重量也大，不利于轻量化，也就是说现有的产品存在体积大、换挡费力、安装不便、成本高等缺点。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于提供一种可以显著地降低换挡力，提高换挡舒适性、占用空间小、安装方便及成本低的换挡伺服系统。

为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种换挡伺服系统，包括换挡输入轴、传动机构、换挡执行机构、伺服阀结构、偏转机构及定位机构，所述偏转机构包括被动元件、偏摆元件及及偏摆执行元件，其中所述被动元件与所述偏摆元件通过销轴形成可旋转的连接，销轴的轴线与所述换挡输入轴的轴线间隔且平行设置，所述偏摆元件的一端设置连接部，所述连接部收容于所述偏摆执行元件的中间的圆弧环且间隙配合，所述偏摆执行元件在所述偏摆元件的偏摆下实现横向的左右移动；所述伺服阀结构用于响应所述被动元件和所述偏摆元件之间相对位置的控制伺服机构。

在一个实施例中，所述传动机构与所述换挡输入轴连接以用于将换挡器的换挡动作转化为径向旋转。

在一个实施例中，所述传动机构包括与换挡器的操纵杆末端连接的拉索或者杆及换挡摇臂，所述换挡摇臂的一端与所述换挡输入轴远离所述被动元件的一端固定连接，所述换挡摇臂的另一端与所述拉索或者杆固定连接。

在一个实施例中，所述的定位机构与所述被动元件的侧壁抵接且正对所述换挡输入轴轴线以产生的预设锁止扭矩。

在一个实施例中，所述被动元件两侧的侧壁对称设置定位轨道，所述定位轨道设有三个凹槽以对应所述换挡输入轴的换挡位置和空挡位置，

在一个实施例中，所述定位机构包括两个相对设置的球销以及对球销施加力的弹簧，所述两个相对设置的球销正对所述换挡输入轴的旋转中心且卡设于所述定位轨道上的凹槽内。

在一个实施例中，所述连接部为圆柱形，所述连接部的周壁与所述偏摆执行元件的圆弧环相适配且有限的游隙连接，该游隙用于设定偏摆执行元件的动作滞后于偏摆元件的运动。

在一个实施例中，所述偏摆元件开设有限位孔，所述限位孔用于限制所述偏摆元件相对于所述被动元件的旋转位移，所述换挡输入轴轴向穿设于所述限位孔且与所述被动元件固定连接，所述换挡输入轴驱动所述被动元件同步旋转以实现偏摆元件以换挡输入轴为中心的左右摆动。

在一个实施例中，所述限位孔为U型环状。

在一个实施例中，所述伺服阀结构包括腔体、左右对称的伺服启动阀、进气阀以及伺服缸，其中所述伺服缸的活塞两侧分别与左右对称的所述伺服启动阀通过内部通道实现各自的气路连通，所述偏摆元件推动所述偏摆执行元件横向移动以致动其中一侧的所述伺服启动阀沿靠近所述进气阀方向运动，所述伺服启动阀与所述进气阀之间的气道连通,引导气源从所述进气阀进入所述伺服启动阀以传递到所述伺服缸。

在一个实施例中，所述伺服启动阀与所述进气阀的密封堵头之间具有启动行程，所述伺服启动阀滑动至与所述进气阀的密封堵头抵接后，所述进气阀的密封堵头开始被所述伺服启动阀顶开。

在一个实施例中，所述换挡执行机构包括与偏摆元件固定连接的输出轴以及与输出轴水平方向垂直连接的活塞杆，所述活塞杆与所述伺服缸连接，所述输出轴用于与齿轮箱内部的换挡执行机构连接；

在一个实施例中，所述活塞杆开设有插设孔，所述输出轴的一端与所述偏摆元件固定连接，所述输出轴的另一端穿设于所述插设孔且与齿轮箱内部的换挡机构连接，所述伺服缸带动所述活塞杆轴向直线运动。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

通过偏摆机构的转化，换挡器的换挡杆通过传动机构传递到拉索或杆的直线运动在换挡输入轴产生的旋转运动可以转化为与传动机构几乎同纵向位置的输出轴直线运动。

在换挡过程中，除了驾驶员通过传动机构传递到输入轴的旋转运动带动偏摆元件直接驱动输出轴的直线运动外，通过偏摆执行元件开启气阀引导气源传递到伺服缸从而驱动活塞杆伸出或者回缩然后同向协助输出轴的直线运动，辅助驾驶者完成变速箱的换挡，降低了驾驶者驱动变速箱换挡所需的力,使得系统换挡更加快捷平稳和准确,驾驶者的换挡体验明显提升,也在一定程度上优化了发动机的燃油经济性,同时对变速箱的同步器起到很好的保护，本实用新型可以显著地降低换挡力，提高换挡舒适性，同时与现有类似产品相比，缩小了体积、方便了安装、降低了成本。

附图说明

图1为目前市场上普遍使用的换挡助力系统结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的换挡伺服系统的一方向结构示意图。

图3为本实用新型一实施例的换挡伺服系统的轴线示意图。

图4为本实用新型一实施例的换挡伺服系统的又一方向示意图。

图5为本实用新型一实施例的伺服阀结构示意图。

图6为本实用新型另一实施例的换挡伺服系统的结构示意图。

图7为图6所示换挡伺服系统的结构的后视图。

图8为图6所示换挡伺服系统的结构的前视图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

请参阅图2，在其中一个实施例中，一种换挡伺服系统，包括换挡输入轴18、传动机构、偏转机构、伺服阀结构、换挡执行机构及定位机构，所述传动机构与所述换挡输入轴18连接以用于将换挡器的换挡动作转化为径向旋转；偏转机构，所述偏转机构包括被动元件17、偏摆元件15及偏摆执行元件19，其中所述被动元件与所述偏摆元件通过销轴16形成可旋转的连接，销轴16的轴线与所述换挡输入轴18的轴线间隔且平行设置，所述偏摆元件的一端设置连接部，所述连接部收容于所述偏摆执行元件的中间的圆弧环且间隙配合，所述偏摆执行元件在所述偏摆元件的偏摆下实现横向的左右移动，所述偏摆元件开设有限位孔，所述限位孔用于限定所述偏摆元件相对于所述被动元件的旋转位移，所述换挡输入轴轴向穿设于所述限位孔且与所述被动元件固定连接，所述换挡输入轴驱动所述被动元件同步旋转以实现偏摆元件以换挡输入轴为中心的左右摆动；所述换挡执行机构包括与偏摆元件固定连接的输出轴以及与输出轴水平方向垂直连接的活塞杆，所述输出轴用于与齿轮箱内部的换挡执行机构连接；所述伺服阀结构用于响应所述被动元件和所述偏摆元件之间相对位置的控制伺服机构；所述的定位机构与所述被动元件的侧壁抵接且正对所述换挡输入轴轴线以产生的预设锁止扭矩,如图1所示，所述销轴16、换挡输入轴18及输出轴14的轴线都在同一平面上。

在其中一个实施例中，所述传动机构包括与换挡器的操纵杆末端连接的拉索或者杆及换挡摇臂，所述换挡摇臂的一端与所述换挡输入轴远离所述被动元件的一端固定连接，所述换挡摇臂的另一端与所述拉索或者杆固定连接。换挡动作传递到换挡输入轴18的运动通过传动机构转化为换挡输入轴18的径向旋转。例如，当换挡动作传递到换挡输入轴18时，换挡输入轴18绕其自身的旋转中心顺时针或逆时针旋转，并且换挡输入轴18旋转时会带动被动元件17同步绕换挡输入轴18的旋转中心旋转。当被动元件17旋转时，通过销轴16与被动元件17互相连接的偏摆元件15会被同步带动。由于启动初期换挡输入轴18驱动偏摆元件15而传递到输出轴14的扭矩未能克服齿轮箱内部启动阻力时，输出轴14在齿轮箱端处于被固定状态，偏摆元件15会绕着以输出轴14为旋转中心的向左或者向右偏摆，偏摆的最大位移由所述偏摆元件收容于所述偏摆执行元件的一端的定位孔限制。

请参阅图3，在其中一个实施例中，所述被动元件17两侧的侧壁对称设置定位轨道，所述定位轨道设有三个凹槽以对应所述换挡输入轴的换挡位置和空挡位置。

本实施例中，所述定位机构包括两个相对设置的球销以及对球销施加力的弹簧，所述两个相对设置的球销正对所述换挡输入轴的旋转中心且卡设于所述定位轨道上的凹槽内。当换挡完成时，定位机构的球销20会落入被动元件的侧边相应的凹槽中，这个接合会导致可察觉的反馈，该反馈从换挡输入轴18通过与其连接的拉索或者杆传递到换挡器的换挡杆。初始状态时，球销20正对着换挡输入轴18的旋转中心，并在弹簧21施压下顶在被动元件的侧向定位轨道的中间凹槽上，产生一定的预设锁止扭矩，实现整个换挡伺服机构在空挡位置的定位。如果换挡动作传递到换挡输入轴18的扭矩偏小而无法克服定位机构在被动元件17上产生的预设锁止扭矩，则换挡输入轴18无法旋转。如果换挡动作撤销，换挡输入轴18会在定位机构的扭矩作用下重新回到换挡伺服系统的空挡位置；当换挡动作克服定位机构的锁止扭矩，则换挡输入轴18开始带动被动元件17同步旋转。如图3所示，为了适应不同的结构，例如，定位机构还可根据实际伺服系统的箱体结构调整球销的安装位置，安装位置必须处于以换挡输入轴的轴线径向辐射出的任意一条直线上。定位机构也可以根据实际可感受反馈力的需要调整为单个弹簧压紧的球销结构，此时最佳的定位机构位置处于如下的垂直轴线上。

请参阅图4，在一个实施例中，所述被动元件17的上端设置有定位轨道，定位机构可以直接采用钢珠代替球销，所述定位机构包括钢珠和钢珠连接的弹簧，弹簧被伺服系统的箱体上开的对应滑槽限制，弹簧只能沿垂直轴线方向被压缩，钢珠处于压缩在弹簧(21)施压下顶在定位轨道上，产生一定的预设锁止扭矩。另外可以根据应用需要，仅保留定位轨道的中心位置凹槽，两侧凹槽取消，这种单凹槽结构的特点是仍保留空挡定位和退档时吸入感的反馈，但可以规避应用于不同齿轮箱时不同换挡行程对换挡位置的错误反馈。

在其中一个实施例中，所述连接部为圆柱形，所述连接部的周壁与所述偏摆执行元件的圆弧环相适配且有限的游隙连接，该游隙用于设定偏摆执行元件的动作滞后于偏摆元件的运动。例如，偏摆执行元件19的圆弧环与偏摆元件15上部的圆柱同心的，其中被动元件17与偏摆元件15通过销轴16形成可旋转的连接，旋转的轴线已一定的距离平行于换挡输入轴18的轴线，换挡输入轴18轴向穿过偏摆元件15的上部的限位孔，可以实现偏摆元件15以换挡输入轴18为中心的左右摆动。偏摆执行元件19被限制了纵向移动，只能在偏摆元件15的推动下实现横向的左右移动。其中偏摆元件15的限位孔对换挡输入轴18限位，从而限制了偏摆元件15左右的旋转移动范围。当伺服阀结构出现故障导致换挡输入轴18处于纯机械运动时，一旦横向间隙被消耗掉，人力通过传动机构传递到偏摆元件15和被动元件17，驱动输出轴绕换挡输入轴18的轴线转动实现齿轮箱内部换挡。

请参阅图5，在其中一个实施例中，所述伺服阀结构包括腔体11、左右对称的伺服启动阀1、进气阀7以及伺服缸，其中所述伺服缸的活塞两侧分别与左右对称的所述伺服启动阀通过内部通道实现各自的气路连通，所述偏摆元件推动所述偏摆执行元件横向移动，所述偏摆执行元件推动其中一侧的所述伺服启动阀沿靠近所述进气阀方向运动，所述伺服启动阀与所述进气阀之间的气道连通,引导气源从所述进气阀进入所述伺服启动阀以传递到所述伺服缸。

如图5所示，在本实施例中，当换挡伺服系统在初始状态，两侧的密封堵头4在弹簧5的预压缩力作用下压紧在进气阀7的端面上，防止进气阀气体进入两侧伺服启动阀1。所述伺服启动阀在伺服弹簧9的预压缩力作用下远离进气阀，与密封堵头4形成一定的间隙。

所述伺服启动阀与所述进气阀的密封堵头8之间具有启动行程，所述伺服启动阀滑动至与所述进气阀的密封堵头抵接，所述进气阀的密封堵头开始被所述伺服启动阀顶开。具体的，当偏摆执行元件19向左或者向右移动时，会推动伺服启动阀1向左或者向右移动。在初始未启动状态，偏摆执行元件19与伺服启动阀1之间可以存在微小间隙，防止伺服启动阀1被误启动。同时伺服启动阀1与中间的密封堵头5存在一定的间隙，这个间隙即为伺服阀的启动行程。当伺服启动阀1移动到消除间隙后，密封堵头5开始被伺服启动阀1顶开，从而打开进气通道。气源从进气阀8进入伺服启动阀腔体1，然后通过内部通道传递到伺服缸的一侧。

在其中一个实施例中，所述活塞杆与所述伺服缸连接，所述活塞杆开设有插设孔，所述输出轴的一端与所述偏摆元件固定连接，所述输出轴的另一端穿设于所述插设孔且与齿轮箱内部的换挡机构连接，所述伺服缸带动所述活塞杆轴向直线运动，即向左或者向右移动。在未克服齿轮箱内部启动扭矩时，输出轴14无法在气缸活塞杆13的轴向方向左右移动，当活塞杆13移动时，会同步带动输出轴14克服齿轮箱的启动扭矩，并开始沿着活塞杆13的轴向移动，此时换挡输入轴18在活塞杆13的助力作用下，开始共同实现齿轮箱的换挡操作。在换挡过程中伺服阀结构的动态平衡过程，一旦伺服缸启动，原来以输出轴14为旋转中心偏转的偏转元件15会相对减小偏转量，进而减小偏摆执行元件19开启伺服启动阀1的行程，这直接导致伺服缸进气压力降低。一旦伺服缸进气压力降低到无法继续克服齿轮箱的换挡扭矩时，输出轴14会停止移动。此时偏转元件15在换挡输入轴18的输入扭矩作用下又开始以输出轴14为旋转中心增加偏转量，进而加大偏摆执行元件19开启伺服启动阀1的行程，这相应会增加伺服缸进气量，并进一步推动输出轴14沿活塞杆13的轴向继续移动。

当换挡完成时，由于已无换挡动作施加在换挡输入轴18上，偏转执行元件19会在伺服启动阀1的弹簧力作用下重新返回中间位置。

当偏转执行元件19返回中间位置过程中，进气阀8中的密封堵头5在进气阀8弹簧力的作用下压紧在出口通道上，从而密封气源，切断伺服启动阀1与进气阀8之间的气道。当偏转执行元件19返回到伺服启动阀1与密封堵头5没有接合面时，伺服启动阀1的中间通孔12与伺服启动阀腔体相通，伺服缸中的气压经过箱体内部通道反向到伺服阀腔体并通过该通孔12释放到大气环境中。偏转执行元件19两侧均设有排气孔10，目的是为了避免堵塞伺服缸气压的顺利释放。

当换挡伺服系统没有气源输入或者气源压力不足时，换挡输入轴18在完成偏摆元件15偏摆并达到预设限位位置之后，换挡输入轴18在换挡器换挡杆的继续施加扭矩下，开始带动偏摆元件15和被动元件17共同绕着换挡输入轴18的轴向旋转，从而驱动输出轴14向左或向右移动完成齿轮箱的换挡动作。另外此过程偏摆元件15是绕旋转中心旋转，并不再施加横向的位移到偏摆执行元件19，从而避免偏摆执行元件的过行程。

请参阅图6至图8，在另一个实施中，偏转执行元件19直接通过偏摆元件15驱动而左右移动，所述连接部包括限位套筒22、偏转轴24以及定位销23，所述限位套筒22垂直设置于所述偏摆元件上，所述偏转轴24的一端通过定位销23枢接在所述限位套筒22的内侧，所述偏转轴24的另一端延伸至所述限位套筒22外，所述偏转轴24的另一端与所述偏摆执行元件的中间的圆弧环相适配且有限游隙连接，偏转轴24与偏摆执行元件(19)之间存在一定的游隙，当偏转轴24偏转到消除该游隙时才开始带动偏摆执行元件19沿着水平面向左或者向右移动。这个游隙设定了伺服阀结构的开启行程。定位销23的作用是限制偏转轴(24)在其轴线方向的移动，偏转轴24以定位销23为支点在水平面方向的左右旋转移动。偏转轴24的外表面与限位套筒22的内壁之间存在一定的间隙，该间隙限制了偏转轴24绕定位销23旋转的旋转角度，从而限制了偏摆执行元件19的最大位移。也就是该间隙限制了伺服阀结构开启的最大行程，其中限位套筒可以是固定在伺服系统箱体内，也可以是伺服系统箱体内直接开的槽孔。

在该实施方式中，整个伺服阀结构的主体可以与以偏转轴24轴线形成的水平面水平布置，进一步压缩伺服换挡系统的结构空间。可以将被动元件17以优选实施方式中的布置方法，置于偏摆元件15的后侧。在该实施方式中，定位机构仍作用于被动元件17的两侧。前述任何方式的定位机构均可应用到该实施方式中。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种换挡伺服系统，包括换挡输入轴、传动机构、换挡执行机构、伺服阀结构、偏转机构及定位机构,其特征在于，所述偏转机构包括被动元件、偏摆元件及及偏摆执行元件，其中所述被动元件与所述偏摆元件通过销轴形成可旋转的连接，销轴的轴线与所述换挡输入轴的轴线间隔且平行设置，所述偏摆元件的一端设置连接部，所述连接部收容于所述偏摆执行元件的中间的圆弧环且间隙配合，所述偏摆执行元件在所述偏摆元件的偏摆下实现横向的左右移动；

所述伺服阀结构用于响应所述被动元件和所述偏摆元件之间相对位置的控制伺服机构。

2.如权利要求1所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述传动机构与所述换挡输入轴连接以用于将换挡器的换挡动作转化为径向旋转。

3.如权利要求2所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述传动机构包括与换挡器的操纵杆末端连接的拉索或者杆和换挡摇臂，所述换挡摇臂的一端与所述换挡输入轴远离所述被动元件的一端固定连接，所述换挡摇臂的另一端与所述拉索或者杆固定连接。

4.如权利要求1所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述的定位机构与所述被动元件的侧壁抵接且正对所述换挡输入轴轴线以产生的预设锁止扭矩。

5.如权利要求1所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述被动元件两侧的侧壁对称设置定位轨道，所述定位轨道设有三个凹槽以对应所述换挡输入轴的换挡位置和空挡位置。

6.如权利要求5所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述定位机构包括两个相对设置的球销以及对球销施加力的弹簧，所述两个相对设置的球销正对所述换挡输入轴的旋转中心且卡设于所述定位轨道上的凹槽内。

7.如权利要求1所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述连接部为圆柱形，所述连接部的周壁与所述偏摆执行元件的圆弧环相适配且有限的游隙连接，该游隙用于设定偏摆执行元件的动作滞后于偏摆元件的运动。

8.如权利要求1所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述偏摆元件开设有限位孔，所述限位孔用于限制所述偏摆元件相对于所述被动元件的旋转位移，所述换挡输入轴轴向穿设于所述限位孔且与所述被动元件固定连接，所述换挡输入轴驱动所述被动元件同步旋转以实现偏摆元件以换挡输入轴为中心的左右摆动。

9.如权利要求8所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述限位孔为U型环状。

10.如权利要求1所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述伺服阀结构包括腔体、左右对称的伺服启动阀、进气阀以及伺服缸，其中所述伺服缸的活塞两侧分别与左右对称的所述伺服启动阀通过内部通道实现各自的气路连通，所述偏摆元件推动所述偏摆执行元件横向移动以致动其中一侧的所述伺服启动阀沿靠近所述进气阀方向运动，所述伺服启动阀与所述进气阀之间的气道连通,引导气源从所述进气阀进入所述伺服启动阀以传递到所述伺服缸。

11.如权利要求10所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述伺服启动阀与所述进气阀的密封堵头之间具有启动行程，所述伺服启动阀滑动至与所述进气阀的密封堵头抵接后，所述进气阀的密封堵头开始被所述伺服启动阀顶开。

12.如权利要求10所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述换挡执行机构包括与偏摆元件固定连接的输出轴以及与输出轴水平方向垂直连接的活塞杆，所述活塞杆与所述伺服缸连接，所述输出轴用于与齿轮箱内部的换挡执行机构连接。

13.如权利要求12所述的换挡伺服系统，其特征在于，所述活塞杆开设有插设孔，所述输出轴的一端与所述偏摆元件固定连接，所述输出轴的另一端穿设于所述插设孔且与齿轮箱内部的换挡机构连接，所述伺服缸带动所述活塞杆轴向直线运动。

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