WO2010003364A1 - 汽车电控机械式自动变速器用的换档机构 - Google Patents

汽车电控机械式自动变速器用的换档机构 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a shifting mechanism for an automatic transmission, and more particularly to a shifting actuator for an automotive electronically controlled mechanical automatic transmission, which belongs to the technical field of automotive transmissions. Background technique
  • the automotive electronically controlled mechanical automatic transmission is controlled by motor or hydraulic pressure.
  • the motor control reliability is poor, and its control mechanism has changed a lot to the mechanical transmission.
  • the hydraulic control structure is complex and there are many control elements.
  • the shifting mode adopted by the hydraulic control is mostly the normal connection mode, the connection strength cannot be guaranteed, and the common connection method is seriously worn. Summary of the invention
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a shifting actuator for an electric control mechanical automatic transmission of an automobile according to the deficiencies of the prior art, which adopts a spring-type return position, and a proportional electromagnet pushes the shift finger to realize shift control. Its compact structure, easy installation, automatic shift control by adjusting the current, TCU (Transmission Control Unit) is easy to control.
  • TCU Transmission Control Unit
  • a shifting mechanism for an automatic transmission for an automobile comprising a housing, a spline shaft mounted in the housing, an axial position sensor mounted on the spline shaft, and a radial rotational position sensor coupled to the spline shaft by a spline
  • the shift finger refers to a gear selection device and a shifting device that select and shift gears by controlling the shift finger.
  • the axial position sensor monitors the selected position in real time and the radial position sensor monitors the shift position in real time.
  • the gear selection device comprises a gear selection proportional electromagnet, a spring mechanism, a first sector gear, a stop block, a second sector gear, and a shift lever.
  • the top rod is oriented to the selected proportional electromagnet.
  • the external movement pushes the stopper connected with the first sector gear to drive the first sector gear to rotate around its own rotation shaft, the first sector gear drives the second sector gear meshed with the rotation thereof, and the second sector gear rotates and is fixed thereto
  • the lever on the same shaft rotates, and the rotation of the lever can move the shift finger along the axial direction of the spline shaft to realize the selection action.
  • the shifting device includes a forward shifting proportional electromagnet, a reverse shifting proportional electromagnet, and a shifting dial.
  • the shifting dial and the spline shaft are connected by a pin, and the forward shifting ratio electromagnet is energized to the top.
  • the lever moves to the outside to push the shift dial, and the opposite reverse shift ratio electromagnet is not energized, and the shift dial rotates clockwise to drive the spline shaft Rotate to achieve shifting.
  • the reverse shift ratio solenoid is energized, and the forward shift ratio solenoid is not energized to achieve counterclockwise gear shifting.
  • the return position of the shift finger is controlled by a three-stage spring mechanism, wherein the first spring has a greater stiffness than the second spring, and the second spring has a greater stiffness than the third spring; when the selected ratio electromagnet force F el is transmitted to the shift through the sector gear The force F ed on the finger is greater than the spring force F12max at which the third spring reaches the maximum compression amount, and is smaller than the spring pre-installation force F10min of the second spring, the third spring will be compressed, and the shift finger position is positioned at the second spring The position of the end face of the seat realizes the precise selection and positioning of the shift finger.
  • Automatic control of the multi-gear transmission can be achieved by increasing the number of spring stages.
  • the shifting mechanism of the present invention can be used in an electronically controlled mechanical automatic transmission.
  • the invention adopts a spring-type return position, a proportional electromagnet pushes the shift finger, and the return spring adopts a stepped spring design, and different springs at different positions act to generate different spring forces, realizing a one-to-one correspondence between force and position,
  • the number of gear positions increases as the number of springs increases, enabling automatic shifting of gear shifts of six or more gears.
  • Compact structure, easy installation, automatic shift control by adjusting the current, TCU control is simple.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a shifting mechanism of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural view of a gear selection operation of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic structural view of a shifting operation of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a shifting mechanism of the present invention.
  • the shift finger 13 is coupled to the spline shaft 18 by a spline, and the shift finger 13 is axially movable along the spline shaft 18 (selecting action), and the spline shaft 18 is mounted on the housing 1.
  • the spline shaft 18 is rotatable about its own axis (shifting action) and is axially non-movable; the spline shaft 18 is mounted with an axial position sensor 4 and a radial rotational position sensor 3; the axial position sensor 4 monitors the selected position in real time.
  • the radial position sensor 3 monitors the shift position in real time.
  • the shift finger 13 acts directly on the shift slider inside the transmission.
  • Fig. 2 is a schematic view showing the structure of the gear selection operation of the present invention.
  • the proportional electromagnet 2 for selecting the gear is energized, and the jack is moved to the outside of the proportional electromagnet 2, and the applied force increases as the current increases.
  • the return position of the shift finger 13 is controlled by a three-step spring mechanism, and different spring stiffnesses are designed to obtain different gear selection positions under different forces, and the spring seats 9, 11 position the spring and the gear selection.
  • the amount of compression and the precise selection of the first spring 8 and the third spring 12 are determined by the left end faces of the first spring seat 9 and the shift finger 13.
  • the return position of the first spring 8 is determined by the flange of the first spring seat 9 and the boss on the housing 1; the return position of the second spring 10 and the third spring 12 is respectively determined by the flange of the second spring seat 11 And the right end face of the shift finger 13 is determined together with the boss on the housing 1.
  • the automatic control of the multi-speed transmission can be realized by increasing the number of spring stages.
  • the force F ed transmitted to the shift finger 13 by the sector is greater than the spring force F12max at which the spring 12 reaches the maximum compression amount, and is smaller than the spring pre-installation force F10min of the spring 10, the spring 12 will be compressed, at this time
  • the position of the gear finger is positioned at the end position of the second spring seat 11, and the gear selection position of the shift finger is accurately realized.
  • the positioning of the plurality of positions can be achieved by controlling the current of the proportional electromagnet 2 to control the force Fel of the proportional electromagnet 2.
  • the transmission ratio of the second sector gear 16 and the first sector gear 17 can be adjusted for different transmissions to achieve different multiple gears.
  • the versatility of the components of the shifting speed, that is, the proportional electromagnet 2 has strong versatility.
  • FIG. 3 is a schematic structural view of a shifting operation of the present invention.
  • the positive shift ratio electromagnet 6 is energized, and the ejector lever moves to the outside thereof to push the shift dial block 15, and the opposite reverse shift ratio electromagnet 5 is not energized;
  • the block 15 can be rotated clockwise. Since the shifting block 15 and the spline shaft 18 are connected together by the pin 14, the shifting block 15 rotates clockwise to drive the spline shaft 18 to rotate, and the spline shaft 18 drives the shifting finger 13 to rotate. The center of rotation rotates, and the internal rails of the transmission are toggled to achieve shifting. If the reverse shift ratio solenoid 5 is energized, the shifting of the counterclockwise gear will be achieved.
  • the positioning of the selection position can be achieved, and the selection position is fed back to the TCU through the position sensor 4; by controlling the forward shift ratio electromagnet 6 and the reverse shift proportional electromagnet 5
  • the shift of the odd and even gears can be realized, and the shift position is fed back to the TCU through the position sensor 3; the automation of the gear position is realized by the control of the TCU.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear-Shifting Mechanisms (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)

Description

汽车电控机械式自动变速器用的换档机构
技术领域
本发明涉及一种自动变速器用的换档机构， 尤其是一种汽车电控机械式自动变速 器用的换档执行机构， 属于汽车变速器技术领域。 背景技术
现阶段汽车电控机械式自动变速器都用电机或液压控制。 电机控制可靠性差， 其 控制机构对机械式变速器改动很大， 需要将选换档轴、 选换档零件等元件集成到换档 控制机构上。 液压控制结构复杂， 控制元件多。 液压控制采用的换档方式多为常连接 方式， 连接强度方面无法保证， 同时常连接方式磨损严重。 发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足， 提供一种汽车电控机械式 自动变速器用的换档执行机构， 采用弹簧式回位， 比例电磁铁推动换档指实现换档控 制， 其结构紧凑， 安装方便、 通过调节电流的大小可控制自动换档， TCU (变速箱控 制单元） 控制简便。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种汽车自动变速器用换档机构， 包括壳体， 安装在壳体内的花键轴， 安装在花 键轴上的轴向位置传感器和径向旋转位置传感器， 通过花键与花键轴连接的换档指， 通过控制换档指进行选档和换档的选档装置和换档装置。 轴向位置传感器实时监测选 档位置， 径向位置传感器实时监测换档位置。
进一步， 选档装置包括选档比例电磁铁、 弹簧机构、 第一扇形齿轮、 挡块、 第二 扇形齿轮， 以及拨杆， 选档比例电磁铁通电后， 其顶杆向选档比例电磁铁的外部运动， 推动与第一扇形齿轮连接在一起的挡块， 带动第一扇形齿轮绕自身转轴旋转， 第一扇 形齿轮带动与其啮合的第二扇形齿轮旋转， 第二扇形齿轮旋转时带动与其固定在同一 轴上的拨杆旋转， 拨杆的旋转可以使换档指沿花键轴的轴向运动， 实现选档动作。 换 档装置包括正向换档比例电磁铁、 反向换档比例电磁铁、 以及换档拨块， 换档拨块与 花键轴通过销连接在一起， 正向换档比例电磁铁通电其顶杆向其外部运动推动换档拨 块， 此时与之相对的反向换档比例电磁铁不通电， 换档拨块顺时针旋转， 带动花键轴 旋转， 实现换档。 反向换档比例电磁铁通电、 而正向换档比例电磁铁不通电时， 实现 逆时针档位的换档。
换档指的回位由三级弹簧机构控制， 其中第一弹簧的刚度大于第二弹簧， 第二弹 簧的刚度大于第三弹簧； 当选档比例电磁铁的力 Fel 通过扇形齿轮传递到换档指上的 力 Fed 大于第三弹簧到达最大压縮量的弹簧力 F12max，且小于第二弹簧的弹簧预安装 力 FlOmin 时， 第三弹簧将被压縮， 换档指位置定位于第二弹簧座的端面位置， 实现 换档指的精确选档定位。
通过控制选档比例电磁铁的电流来控制选档比例电磁铁的力 Fel从而实现多个位 置的定位。
通过增加弹簧级数， 可实现多档位变速器的自动控制。
本发明的换档机构可用于电控机械式自动变速器。
本发明采用弹簧式回位， 比例电磁铁推动换档指， 回位弹簧采用阶梯式弹簧设计， 在不同的位置不同的弹簧作用以产生不同的弹簧力， 实现力与位置的一一对应关系， 选档位置的数目随弹簧的数目增加而增加， 可实现 6档以上的档位变速器的自动化换 档。 结构紧凑， 安装方便、 通过调节电流的大小可控制自动换档， TCU控制简便。 附图说明
图 1为本发明换档机构结构示意图；
图 2为本发明选档动作结构示意图；
图 3为本发明换档动作结构示意图。
附图标记说明：
1 壳体； 2—选档比例电磁铁； 3—径向旋转位置传感器；
4一轴向位置传感器； 5—反向换档比例电磁铁； 6—正向换档比例电磁铁； 7 拨杆； 8—第一弹簧； 9 第一弹簧座； 10—第二弹簧；
11 第二弹簧座； 12—第三弹簧； 13—换档指； 14一销；
15—换档拨块； 16—第一扇形齿轮； 17—第二扇形齿轮；
18—花键轴； 19 挡块。 具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。 图 1为本发明换档机构结构示意图。 如图 1所示， 换档指 13通过花键与花键轴 18连接， 换档指 13可以沿花键轴 18轴向移动 （选档动作）， 花键轴 18安装在壳体 1 上， 花键轴 18能够绕自身轴线旋转 （换档动作）， 轴向不可运动； 花键轴 18上安装有 轴向位置传感器 4和径向旋转位置传感器 3 ; 轴向位置传感器 4实时监测选档位置， 径向位置传感器 3实时监测换档位置。 换档指 13直接与变速器内部的换档滑块作用。
图 2为本发明选档动作结构示意图， 用于选档的比例电磁铁 2通电， 其顶杆向比 例电磁铁 2的外部运动， 其施加的力随着电流的增大而增大。其中换档指 13的回位由 三级阶梯式弹簧机构控制， 设计不同的弹簧刚度以获得在不同力的情况下得到不同的 选档位置， 弹簧座 9、 11给弹簧和选档定位。 第一弹簧 8和第三弹簧 12的压縮量和精 确选档定位由第一弹簧座 9和换档指 13的左端面确定。第一弹簧 8的回位定位由第一 弹簧座 9的凸缘与壳体 1上的凸台共同确定； 第二弹簧 10和第三弹簧 12的回位定位 分别由第二弹簧座 11凸缘和换档指 13右端面与壳体 1上凸台共同确定。
第一弹簧 8的刚度大于第二弹簧 10， 第二弹簧 10的刚度大于第三弹簧 12; 且第 三弹簧 12到达最大压縮量时其弹簧力 F12max 与第二弹簧 10的弹簧预安装力 FlOmin 有下列关系：
F12max<F10min;
第二弹簧 10到达最大压縮量时其弹簧力 FlOmax 与第一弹簧 8的弹簧预安装力 F8min有下列关系：
F10max<F8min;
同理如果控制 8档以及以上档位变速器时， 通过增加弹簧级数， 即可实现多档位 变速器的自动控制。
如图 2所示并参照图 1， 当比例电磁铁 2的顶杆向外运动时推动与第一扇形齿轮 17连接在一起的挡块 19， 扇形齿轮 17绕自身转轴旋转， 并带动与之啮合的第二扇形 齿轮 16旋转， 扇形齿轮 16旋转时可带动与之固定在同一轴上的拨杆 7旋转， 拨杆 7 的旋转可以使换档指 13沿花键轴 18的轴向运动， 实现选档动作； 当比例电磁铁 2的 力 ？^通过扇齿传递到换档指 13 上的力 Fed大于弹簧 12 到达最大压縮量的弹簧力 F12max, 且小于弹簧 10的弹簧预安装力 FlOmin时， 弹簧 12将被压縮， 此时换档指 位置定位于第二弹簧座 11的端面位置， 精确实现换档指的选档定位。可以通过控制比 例电磁铁 2的电流来控制比例电磁铁 2的力 Fel 从而实现多个位置的定位。 并且针对 不同的变速器可以调节第二扇形齿轮 16和第一扇形齿轮 17的传动比， 实现不同多档 位变速的零部件通用性， 即比例电磁铁 2具备较强的通用性。
图 3为本发明换档动作结构示意图。 如图 3所示， 正向换档比例电磁铁 6通电， 其顶杆向其外部运动推动换档拨块 15，此时与之相对的反向换档比例电磁铁 5不通电； 换档拨块 15可以顺时针旋转， 由于换档拨块 15与花键轴 18通过销 14连接在一起， 换档拨块 15顺时针旋转带动花键轴 18旋转， 花键轴 18带动换档指 13绕其旋转中心 旋转， 拨动变速器内部滑轨， 实现换档。 如果反向换档比例电磁铁 5通电， 将实现逆 时针档位的换档。
通过控制选档比例电磁铁 2的电流大小可以实现选档位置的定位， 并通过位置传 感器 4将选档位置反馈给 TCU; 通过控制正向换档比例电磁铁 6和反向换档比例电磁 铁 5可以实现奇数档和偶数档的换档，并且通过位置传感器 3将换档位置反馈给 TCU; 通过 TCU的控制实现档位的自动化。
在上述实施例描述中换档轴的旋转动力由比例电磁铁提供， 事实上旋转动力也可 以采用液压油缸和电机提供。 最后所应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明而非限制， 尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明进行修 改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围， 其均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。

Claims

权利要求书
1、 一种汽车自动变速器用换档机构， 包括壳体 (1)， 安装在壳体内的花键轴 (18)， 安装在花键轴 (18)上的轴向位置传感器 (4)和径向旋转位置传感器 (3)， 通过花键与花键 轴连接的换档指 (13)， 通过控制换档指 （13 ) 进行选档和换档的选档装置和换档装置。
2、 如权利要求 1 所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 选档装置包 括选档比例电磁铁 (2)、 弹簧机构、 第一扇形齿轮 (17)、 挡块 （19)、 第二扇形齿轮 (16)， 以及拨杆 (7)， 选档比例电磁铁 (2)通电后， 其顶杆向选档比例电磁铁 (2)的外部运动， 推 动与第一扇形齿轮 (17)连接在一起的挡块 （19)， 带动第一扇形齿轮 (17)绕自身转轴旋 转， 第一扇形齿轮 (17)带动与其啮合的第二扇形齿轮 (16)旋转， 第二扇形齿轮 (16)旋转 时带动与其固定在同一轴上的拨杆 (7)旋转， 拨杆 (7)的旋转使换档指 (13)沿花键轴 (18) 的轴向运动， 实现选档动作。
3、 如权利要求 1 或 2任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 换档装置包括正向换档比例电磁铁 (6)、 反向换档比例电磁铁 (5)、 以及换档拨块 (15)， 换档拨块 (15)与花键轴 (18)通过销 (14)连接在一起， 正向换档比例电磁铁 (6)通电， 其顶 杆向其外部运动推动换档拨块 (15)， 此时与之相对的反向换档比例电磁铁 (5)不通电， 换档拨块 (15)顺时针旋转， 带动花键轴 (18)旋转， 实现换档。
4、 如权利要求 3 所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 反向换档比 例电磁铁 (5)通电、 而正向换档比例电磁铁 (6)不通电时， 实现逆时针档位的换档。
5、 如权利要求 1-4任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 换档 指 (13)的回位由三级弹簧机构控制， 其中第一弹簧 (8)的刚度大于第二弹簧 (10)， 第二弹 簧 (10)的刚度大于第三弹簧 (12) ; 且第三弹簧 (12)到达最大压縮量时其弹簧力 F12max 与第二弹簧 （10 ) 的弹簧预安装力 FlOmin有下列关系：
F 12max<Fl Omin；
第二弹簧 （10 ) 到达最大压縮量时其弹簧力 FlOmax 与第一弹簧 （8 ) 的弹簧预 安装力 F8min有下列关系：
F10max<F8min。
6、 如权利要求 5 所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 当选档比例 电磁铁（2 )的力 Fel 通过扇形齿轮传递到换档指（13 )上的力 Fed 大于第三弹簧（12) 到达最大压縮量的弹簧力 F12max， 且小于第二弹簧（10 )的弹簧预安装力 FlOmin时， 第三弹簧 （12 ) 被压縮， 换档指定位于第二弹簧座 （11 ) 的端面位置， 实现换档指的 精确选档定位。
7、 如权利要求 5或 6任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 第一弹簧 （8 ) 和第三弹簧 （12) 的压縮量和精确选档定位由第一弹簧座 （9 ) 和换档 指 （13 ) 的左端面确定。
8、 如权利要求 1一 7任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 第 一弹簧 （8 ) 的回位定位由第一弹簧座 （9) 的凸缘与壳体 （1 ) 上的凸台共同确定； 第 二弹簧（10)和第三弹簧（12)的回位定位分别由第二弹簧座（11 )凸缘和换档指（13 ) 右端面与壳体 （1 ) 上凸台共同确定。
9、 如权利要求 2— 8任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 通 过控制选档比例电磁铁 (2)的电流来控制选档比例电磁铁 (2)的力 Fel从而实现多个位置 的定位。
10、 如权利要求 1一 9 任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 轴向位置传感器 (4)实时监测选档位置， 径向位置传感器 (3)实时监测换档位置。
11、 如权利要求 5所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 通过增加弹 簧级数， 可实现多档位变速器的自动控制。
12、 如权利要求 1一 11任一项所述的汽车自动变速器用换档机构， 其特征在于： 所述换档机构用于电控机械式自动变速器。
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