CN214171302U - 换挡致动器组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出用于电动车辆或混动车辆的换挡致动器组件，包括与蜗杆联接的驱动电机、输出部以及包括第一齿轮组和第二齿轮的二级齿轮组。第一齿轮组包括面齿轮和可变半径齿轮部分，面齿轮与蜗杆啮合，可变半径齿轮部分与面齿轮同轴地布置；并且与为扇形齿轮的第二齿轮啮合。第二齿轮设置在输出部处与车辆减速器的换挡轴可操作地联接，以致动其执行换挡操作。通过二级齿轮组的设置，换挡制动器组件能够在输出部中输出不同的扭矩以满足在不同挡位之间进行切换的扭矩要求，同时使得整体上空间紧凑，结构得以优化。

Description

换挡致动器组件

技术领域

本实用新型提出了一种用于车辆的换挡致动器组件，具体是用于电动车辆或混动车辆的换挡致动器组件。

背景技术

当前用于燃油车辆、混动车辆(PHEV)和电动车辆(EV)的电子换挡执行机构(ARC)通常需要较大的扭矩来实现换挡。由于这类电子换挡执行机构在结构上的设计构造，其换挡所能达到的角度范围也较大。例如，对于现有的用于实现变速箱或减速机构的三级齿轮传动，换挡角度最大可达到46°，而换挡扭矩最大可达12Nm，但是该电子换挡执行机构总体上所占用的空间较大，内部结构相对复杂，并且不够紧凑。

然而，对于电动车辆和混动车辆，其换挡时所需要的角度往往并不像燃油车辆那么大。例如对于从P挡切换至非P挡，在换挡时所需要的角度小于30°，所需的最大换挡扭矩也仅为8Nm。因此，期望提出一种适用于电动车辆或混动车辆的换挡执行机构，其能满足车辆在换挡时所需的最大扭矩的要求和角度要求。

从CN 111089164 A(公开日期：2020年5月1日)已知一种换挡执行器，其采用非蜗轮蜗杆结构的三级齿轮结构进行传动，其中，该三级齿轮传动结构包括为正齿轮的一部分的扇形齿轮。

从CN 201875115 U(公开日期：2011年6月22日)已知一种用于电动车辆的二挡减速器总成自动换挡执行机构，其包括蜗轮蜗杆传动并通过扇形齿轮与驱动齿轮的啮合并配合拨叉实现直线运动，进而实现换挡，其中，扇形齿轮同样为正齿轮的一部分。

从DE 10 2019 100 300 A1(公开日期：2020年7月9日)已知一种驻车锁致动器，该驻车锁致动器借助包括蜗杆与扇形齿轮的二级齿轮传动来执行换挡，该扇形齿轮为正齿轮的一部分。

基于现有技术，期望提出一种适用于电动车辆或混动车辆的改进的换挡执行机构，其内部结构相较于现有技术有所优化，整体结构变得紧凑，并且降低了制造和装配成本。

实用新型内容

本实用新型是鉴于上述技术问题而完成的，其提出了一种用于电动车辆或混动车辆的换挡致动器组件，该换挡致动器组件包括：

-与蜗杆联接的驱动电机；

-输出部；以及

-二级齿轮组，二级齿轮组将驱动电机输出的驱动扭矩传递到输出部，以使车辆的减速器的换挡轴执行换挡；

其中，二级齿轮组包括第一齿轮组和第二齿轮。

第一齿轮组包括面齿轮和可变半径齿轮部分，面齿轮与蜗杆啮合，可变半径齿轮部分与面齿轮同轴地布置；并且第二齿轮为扇形齿轮，该扇形齿轮与可变半径齿轮部分啮合，且设置在输出部处与换挡轴可操作地联接。通过上述布置，由驱动电机输出的驱动扭矩经过蜗杆传递到第一齿轮组的面齿轮，并进而通过第一齿轮组的可变半径齿轮部分与第二齿轮的啮合传递到换挡轴上，从而驱动换挡轴执行换挡操作。

第一齿轮组的可变半径齿轮部分包括具有最大半径的第一齿和具有最小半径的第二齿，以及设置在第一齿与第二齿之间的至少一个第三齿。可变半径齿轮部分的半径从第二齿到第一齿逐渐地增大。换言之，上述至少三个齿所对应的齿轮半径从小到大的顺序依次为：第二齿、第三齿和第一齿。根据需要，可变半径齿轮部分可以在第一齿与第二齿之间设有多于一个第三齿。

由此，通过可变半径齿轮部分设有具有不同半径的齿，实现了二级齿轮组可变的传动比。具体地，可以根据车辆应用场合来设置二级齿轮组中第一齿轮组的可变半径齿轮部分与第二齿轮的传动比，从而使得能够在输出部处将不同的扭矩输出给减速器的换挡轴，并且同时使得组件的结构在整体上更为紧凑。具体的，有些车辆从P挡切换到其它非P的挡位(例如，在车辆满载停在坡道的情况下)所需要的扭矩会比在其它非P挡位之间切换所需要的扭矩更大。在这种情形下，根据换挡致动器组件具体应用的车辆的要求，可以对应地计算可变半径齿轮部分的传动比范围，并进而计算对应的最小半径，即，第二齿的半径，与最大半径，即，第一齿的半径，并根据需要在第一齿与第二齿之间设置对应数量的第三齿。第三齿的数量越多，可以将二级齿轮组所能实现的传动比范围分得更细。

在优选的实施方式中，联接于驱动电机的蜗杆与第一齿轮组的面齿轮之间的传动比设置为12.5，而第一齿轮组的可变半径齿轮部分与扇形齿轮之间的传动比设置为在5.6至10.6的范围之中。

进一步，扇形齿轮在其中心处设有孔，车辆的减速器的换挡轴就插在这一孔中。换挡轴与扇形齿轮由此实现配合地连接，从而换挡轴可以被扇形齿轮致动进行换挡。

在优选的实施方式中，扇形齿轮中心处的这一孔设置为长方形孔。

在本实用新型的优选设计构造中，换挡致动器组件还可包括挡位保持装置。挡位保持装置与换挡致动器组件的输出部可操作地连接，使得当驱动电机输出的驱动扭矩小于预先给定的阈值时，换挡轴无法执行换挡。

如上所述，车辆减速器的换挡轴通过扇形齿轮致动以执行换挡操作。在车辆行驶的过程中，例如颠簸造成的振动也可能导致扇形齿轮转过一定角度，在这种情况下，可能会导致换挡轴不期望的运动，从而从接合的挡位中脱开，并因此影响动力系的传动。上述挡位保持装置的设置使得换挡致动器组件可以确保：当传递到输出部的扭矩未超过阈值时，换挡轴无法执行换挡操作，从而保证车辆行驶过程中的安全。特别地，还可以避免换挡轴不期望地从P挡中被脱开，以确保停车安全。

现有车辆的设计中，实现上述挡位保持的结构或装置往往设置在车辆的减速器中。根据本实用新型的设置，通过将挡位保持功能结合到所提出的换挡致动器组件中，原本设置在减速器中的挡位保持结构可以取消，从而减小减速器的结构。

在本实用新型一优选的实施例中，换挡致动器组件的挡位保持装置包括挡位保持特征部和与输出部联接的弹性件，弹性件被压缩抵靠于挡位保持特征部。挡位保持装置构造为当与挡位保持装置连接的装置的输出部所输出的扭矩无法克服弹性件由于压缩受到的压缩力时，弹性件就无法移动。进而导致第二齿轮被锁定，因此输出部无法进一步输出扭矩，减速器中的换挡轴也就无法执行换挡操作。

具体地，挡位保持装置的上述挡位保持特征部包括凹陷部，其中，在减速器的换挡轴切换到所选择的挡位中之后，弹性件就被压靠在凹陷部中。

优选地，凹陷部为凹入的圆弧状部分。弹性件在圆弧状部分中滑动，当输出部的扭矩减小，弹性件就被压缩抵靠在凹陷部上，无法运动，进而使得换挡轴无法换挡。

更优选地，挡位保持装置的挡位保持特征部包括间隔开的至少两个凹陷部和设置在凹陷部之间的凸起部。在此情况下，挡位保持装置例如可以构造为当换挡轴要执行从P挡进入非P挡的切换时，弹性件需要从一个凹陷部中运动离开经过凸起部并进而进入第二凹陷部。在此设置的情况下，输出部所输出的扭矩就必须更大才能使得弹性件经过凸起部进入下一个凹陷部。反之，如果输出部所输出的扭矩不够大，则弹性件会滑落回到第一凹陷部中，导致换挡轴无法从P挡换挡到非P挡，也就无法解锁制动。

对于所述阈值的预先给定可参考换挡致动器组件所应用的车辆的具体应用场合的需求、安全冗余方面的考量等。

具体地，在一实施方式中，挡位保持装置的弹性件包括设置在套筒的第一端中的弹簧球，并且套筒的第二端固定地连接到扇形齿轮。

例如，从扇形齿轮的中心可以在径向方向上伸出臂部，沿周缘方向看，鼻部设置在扇形齿轮的没有第一齿、第二齿和第三齿的部分上。在所述臂部远离扇形齿轮的中心的端部处固定有套筒。具体地，套筒的第二端与臂部的所述端部固定连接，而第一段中设有弹簧球。随着扇形齿轮的转动，连接在臂部的所述端部处的套筒被带动，进而使得弹簧球在挡位保持特征部的凹陷部中有运动的趋势。当扇形齿轮上的扭矩大于预先给定的阈值时，弹簧球不再被压靠凹陷部保持静止，而是可以在凹陷部中滑动，此时，扇形齿轮即可带动减速器的换挡轴执行换挡。进一步地，当车辆需要从P挡切换到非P挡时，根据应用场合的要求，设置此时需要弹性件，即，弹簧球从第一凹陷部移出，并且经过凸起部进入第二凹陷部。由此，挡位保持特征部中凸起部的设置确保了仅在输出部输出的扭矩足够大，即，仅在达到足够高的传动比、具体是第一齿轮组的可变半径齿轮部分与扇形齿轮之间的传动比足够高且驱动电机输出的驱动扭矩足够大时，减速器的换挡轴才能从P挡换挡进入非P挡。

此外，也设想了其它可能的形式的弹性件，尽管在此仅阐述了设置在套筒中的弹簧球。

替代地，挡位保持装置的弹性件也可以是通过预加载的弹簧固定连接到扇形齿轮的滑块。弹性件的弹性也可以通过其它途径实现。

替代地，挡位保持装置的挡位保持特征部也可以不包括凹陷部或凸起部，而包括设有特定摩擦系数的表面，例如是滑动轨道。由此，只有当扇形齿轮上要输出的扭矩大于滑块与滑动轨道之间的静摩擦时，滑块才能滑动，进而使得扇形齿轮能够转动。

由此，本实用新型提出了一种适用于电动车辆或混动车辆的换挡致动器组件。该换挡致动器组件具有结构紧凑、部件少的优点，借助该组件可以致动实现车辆减速器中的换挡轴从P挡换入其它挡位和在其它非P挡位之件的切换。

此外，上述换挡致动器组件还可集成有挡位保持功能，避免在车辆行驶的过程中，传动装置所接合的挡位由于振动等非人为因素而被不期望地切换或脱开，还同时简化了车辆的减速器的结构，取消挡位定位机构，降低车辆的减速器的成本，提升了竞争力，并且能够节约空间。

由于上述结构的优化，也导致了换挡致动器组件所需的零件数量减少，所需零件的种类也得以减少，并且能够实现减少装配步骤。

本文所描述的的额外特征和优点将在下文的详细描述中陈述，并且通过下文对于本领域技术人员变得显然或者从通过实践本文所描述的实施方式而被本领域技术人员认识到。

附图说明

参考以上目的，本实用新型的技术特征在下面的权利要求中清楚地描述，并且其上述优点和其它优点会从以下参照附图的详细描述中对本领域技术人员变得明了。附图以示例方式示出了本实用新型的实施方式，而不限制本实用新型的范围，附图中：

图1示出在移除上壳体的情况下根据本实用新型的换挡致动器组件的俯视图；

图2示出在移除下壳体的情况下根据本实用新型的换挡致动器组件的仰视图；以及

图3示出根据本实用新型的换挡致动器组件的立体分解图。

附图标记列表：

100 换挡致动器组件

101 上壳体

102 下壳体

10 驱动电机

11 蜗杆

20 输出部

21 第一齿轮组

22 面齿轮

23 可变半径齿轮部分

231 可变半径齿轮部分的第一齿

232 可变半径齿轮部分的第二齿

233 可变半径齿轮部分的第三齿

24 第二齿轮

25 扇形齿轮

251 孔

252 臂部

30 挡位保持装置

31 挡位保持特征部

311 凹陷部

312 凸起部

32 弹性件

321 套筒

322 弹簧球

具体实施方式

现在将详细地参照本实用新型的实施例。实施例的示例在附图中示出并在下文中进一步描述。尽管本实用新型将与示例性实施例相结合进行描述，但是应当理解的是，本说明书并非旨在将本实用新型限制为所描述的实施例。相反，本实用新型旨在不但覆盖所描述的示例性实施例，而且覆盖落入所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在图中所示的示例性的特征的位置来对这些特征进行描述。

下面参照图1至图3详细描述总体以附图标记100标示的用于电动车辆或混动车辆的换挡致动器组件。

如图3所示，换挡致动器组件100分别具有上壳体101和下壳体102。在图1和图2中，为了清楚示出组件结构，分别移除了上壳体101和下壳体102。

如图1所示，换挡制动器组件100具有驱动电机10、包括第一齿轮组21和第二齿轮24的二级齿轮组、输出部20以及挡位保持装置30。

如图中可见的，驱动电机10的电机轴上联接有蜗杆11。蜗杆11与第一齿轮组21的面齿轮22啮合，从而将驱动电机10输出的驱动扭矩传递到面齿轮22上。

如图2和图3所示，第一齿轮组21还包括可变半径齿轮部分23，可变半径齿轮部分23与面齿轮22同轴地设置，通过轴套固定在同一根轴上，并且具体是与面齿轮的端面平行地设置。可变半径齿轮部分与设置在换挡致动器组件100的输出部20处的第二齿轮24啮合。在所示的实施例中，第二齿轮24为扇形齿轮25。

可变半径齿轮部分23如图2所示具有多个齿231、232、233，它们对应的齿轮半径彼此不同。具体地，在这多个齿中，第一齿231具有最大半径，第二齿232具有最小半径。在第一齿231与第二齿232之间，可变半径齿轮部分沿周向方向还设置有第三齿233。

在图2中，可变半径齿轮部分23具有十一个第三齿，这些第三齿相互之间的半径并不相同。然而，这仅是示例性的。在使用时，根据需求可以设置更多或更少的第三齿233。举例来说，第一齿231与第二齿232之间可仅设有一个第三齿233。

通过可变半径齿轮部分23所具有的从对应于最大直径的第一齿231到对应于最小直径的第二齿232的设置，允许可变半径齿轮部分23以不同的半径与扇形齿轮25啮合，从而使得扇形齿轮25与可变半径齿轮部分23之间的可变的传动比。

进一步，第三齿233的个数和半径的设置使得可将上述传动比从最小传动比到最大传动比进行进一步的细分，并能够借此将驱动电机10输出的输出扭矩以不同的传动比传递到换挡制动器组件100的输出部20处。

输出部20可操作地联接有车辆的减速器的换挡轴(未示出)。扇形齿轮25借助传递到其上的扭矩带动减速器的换挡轴进行换挡操作。换挡轴具体是联接于位于扇形齿轮25的中心处的长方形孔251中。

在此设想，车辆对于从P挡切换到非P挡以及在各非P挡位之间的切换需要不同的扭矩。因此，通过上述可变半径齿轮部分23的设置及其与扇形齿轮25的啮合实现不同的传动比，进而实现将不同的扭矩传递到输出部20，由此，扇形齿轮25带动换挡轴进行不同的换挡操作，确保满足相应操作所需的扭矩。

在本实施例中，设想了扇形齿轮25与第一齿轮组21中的可变半径部分齿轮23之间的传动比在5.6至10.6之间。在未示出的其它实施例中，也可采用其它的传动比。

现在回到图1，如上所述，换挡致动器组件100还具有挡位保持装置30。挡位保持装置30包括弹性件32和挡位保持特征部31。

弹性件32在此为设置在套筒321的第一端中的弹簧球322。套筒321的第二端固定连接于从扇形齿轮的中心处向外延伸的臂部252。

挡位保持特征部31包括两个凹陷部311和在它们之间的凸起部312。如图所示，当切换到所选择的挡位之后，弹簧球322被压靠在一个凹陷部311中。此时，例如由于车辆行驶中遇到的颠簸造成的振动，扇形齿轮25有带动减速器中的换挡轴运动的趋势，但是由于颠簸造成的振动所带来的扭矩并不足以使弹簧球322抵抗原本的压缩力从而能够在凹陷部311中滑动，因此扇形齿轮25被锁止，换挡轴也就不会被致动，由此避免了不期望的挡位脱开，保证了行车安全。

在此，要使弹簧球322能在挡位保持特征部31的凹陷部312中移动或滑动需要扇形齿轮25上的扭矩能够克服预先给定的阈值。该阈值与抵抗弹簧球322被压靠在凹陷部312中的压力大小有关。换言之，可以根据期望的使弹簧球322克服压力以运动所需的力的大小，即，该阈值的高低来选择弹簧球。阈值的高低的给定可以参考对车辆应用场合的设想、对车辆执行换挡所需的扭矩的基本要求等。

进一步，如图所示，挡位保持特征部31包括两个凹陷部312。在所示实施例中，当扇形齿轮25需要转过较大的角度，例如需要从较低的传动比转换到较高的传动比，例如是需要从P挡切换到非P挡时，弹簧球322需要从第一凹陷部滑动到图中位于其下方的第二凹陷部。在此过程中，弹簧球322从凹陷部312向外滑动时还需要克服凸起部311。由此可知，此时在扇形齿轮25的与套筒321固定连接的臂部252上需要存在较大的扭矩，以使得弹簧球322能沿着凸起部311滑动到另一凹陷部中，而不会停止在凸起部311处或滑落回到原先所处的凹陷部中。因此，凸起部311的设置进一步确保了在进行特定挡位的切换，或从特定的挡位脱开并切换到另一挡位中时，需要在换挡致动器组件100的输出部20处具有足够大的扭矩。由此，扇形齿轮25能克服挡位保持装置30带来的阻力，带动换挡轴进行换挡。

尽管上文中描述的弹性件32为弹簧球322，但是也可设想与其它种类的弹性装置相连接的滑动件。

尽管图中示出的挡位保持特征部31包括两个凹陷部312和在它们之间的一个凸起部311，但是也可设想挡位保持特征部31包括更多或更少的凹陷部，包括更多的凸起部或不包括凸起部。此外，还可设想挡位保持特征部31为其它形式，例如是包括具有特定摩擦系数的滑动轨道，等。

本实用新型在其范围内，能将各实施方式自由组合，或是将各实施方式适当变形、省略。

Claims (10)

1.一种换挡致动器组件(100)，用于电动车辆或混动车辆，所述换挡致动器组件包括：

驱动电机(10)，所述驱动电机与蜗杆(11)联接；

输出部(20)，以及

二级齿轮组，

其中，所述二级齿轮组将所述驱动电机(10)输出的驱动扭矩传递到所述输出部(20)，以使车辆的减速器的换挡轴执行换挡；

其中，所述二级齿轮组包括第一齿轮组(21)和第二齿轮(24)；

所述第一齿轮组(21)包括面齿轮(22)和可变半径齿轮部分(23)，所述面齿轮(22)与所述蜗杆啮合，所述可变半径齿轮部分(23)与所述面齿轮(22)同轴地布置；并且

所述第二齿轮(24)为扇形齿轮(25)，所述扇形齿轮与所述可变半径齿轮部分(23)啮合，并且所述第二齿轮(24)设置在所述输出部(20)处与所述换挡轴可操作地联接。

2.如权利要求1所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述可变半径齿轮部分(23)包括具有最大半径的第一齿(231)和具有最小半径的第二齿(232)，并且还包括设置在所述第一齿(231)与所述第二齿(232)之间的至少一个第三齿(233)，其中，所述可变半径齿轮部分(23)的半径从所述第二齿(232)到所述第一齿(231)逐渐增大。

3.如权利要求2所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述可变半径齿轮部分(23)与所述第二齿轮(24)之间的传动比在5.6至10.6之间。

4.如权利要求1至3中任一项所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述扇形齿轮(25)在中心处设有孔(251)，所述换挡轴插入所述孔(251)。

5.如权利要求4所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述扇形齿轮(25)上的所述孔(251)为长方形孔。

6.如权利要求1至3中任一项所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述换挡致动器组件还包括与所述输出部(20)可操作地连接的挡位保持装置(30)，从而当所述驱动电机(10)输出的扭矩小于预先给定的阈值时，所述换挡轴无法执行换挡。

7.如权利要求6所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述挡位保持装置(30)包括挡位保持特征部(31)和与所述输出部(20)联接的弹性件(32)，所述弹性件(32)压靠所述挡位保持特征部(31)。

8.如权利要求7所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述挡位保持特征部(31)包括凹陷部(311)，其中，在所述换挡轴切换到所选择的挡位中之后，所述弹性件(32)压靠在所述凹陷部(311)中。

9.如权利要求8所述的换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述挡位保持特征部(31)包括间隔开的至少两个所述凹陷部(311)和设置在所述凹陷部(311)之间的凸起部(312)。

10.如权利要求7所述换挡致动器组件(100)，其特征在于，所述弹性件(32)包括设置在套筒(321)的第一端中的弹簧球(322)，并且所述套筒(321)的第二端固定地连接到所述扇形齿轮(25)。

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