專利名稱：車輛變速用自動換檔裝置及其方法
技術領域：
本發明屬于車輛零部件，尤其涉及變速齒輪傳動裝置控制機構在車輛上的布置和安裝的車輛變速用自動換檔裝置及其方法。
背景技術：
目前應用于汽車上的自動變速系統，絕大數是由液力變矩器和行星齒輪變速箱組成的液力自動變速器(AT)，由于成本高、油耗大，往往只應用于高檔轎車，難以普及。八十年代出現了在手動檔變速箱的基礎上通過加裝一套執行機構及電控單元，實現自動化的機械式自動變速器(AMT)，其變速箱的控制一直采用液壓執行機構，該機構由選檔、換檔油缸、油泵及電磁閥組成，通過控制電磁閥來實現選檔和換檔動作。其缺點是結構復雜，成本較高，動作過程存在動力損失。中國發明專利ZL012^807. 0公開一種車輛變速用自動換檔裝置，其包括電動機、減速器、凸輪軸、凸輪盤、一組換檔撥叉和角位移傳感器；所述的電動機通過減速器與凸輪軸相聯，凸輪盤通過鍵連接軸向固定在凸輪軸上，凸輪盤的端面和凸輪軸軸肩的端面分別設有凸輪槽，所述的撥叉的一端通過圓柱銷插在前述兩個凸輪槽內，撥叉的另一端插入汽車變速箱內換檔撥塊的凹槽內；所述的角位移傳感器置于凸輪軸的端部。該機構存在的主要缺陷是凸輪廓線是關鍵的技術環節，需要很高的加工精度，不利于批量生產；嚴格的凸輪廓線要求有高精度的傳感器進行位置檢測，并且要有高的控制精度；檔位必須依照凸輪廓線來依次升降檔，不能實現跳檔。

發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種車輛變速用自動換檔裝置，以簡化換檔裝置結構，提高傳動效率，降低成本，維修使用方便。本發明的技術方案是一種車輛變速用自動換檔裝置，其包括選檔電機、與選檔電機相連并進行減速的選檔減速機、主軸、套裝在主軸上的撥頭、換檔電機、與換檔電機的輸出相連的絲杠、套設在絲杠上的螺母、套裝在主軸上并與螺母傳動配合的撥叉、設置在選檔減速機上的選檔位置傳感器、與主軸相連接的換檔位置傳感器、以及位于選檔減速機和換檔電機之間并包覆主軸的殼體。在上述技術方案的基礎上，進一步包括如下附屬技術方案所述選檔減速機具有輸出平動軸、以及設置在輸出平動軸末端的選檔撥片，而所述撥頭設置有與選檔撥片卡接配合的環形凹槽。所述的螺母兩側均有一個柱狀突起，而撥叉具有與柱狀突起卡裝的分叉部、和套裝在主軸的套接部。其進一步包括與所述選檔位置傳感器和換檔位置傳感器均電氣連接的電控單元。所述選檔電機緊固在選檔減速機上，而選檔減速機和換檔電機均緊固在殼體上，所述主軸通過位于兩端的軸承固定連接在殼體上。
另外本發明的另一技術方案是一種車輛變速用自動換檔方法，其應用于車輛變速用自動換檔裝置中，其包括Sl 當電控單元判斷需要換擋后，電控單元控制換檔電機，驅動絲杠和螺母，并將軸向推力傳遞給撥叉且在主軸上形成扭矩以驅動撥頭旋轉；再通過換檔位置傳感器的位置指示，先行進至變速箱的空檔位置；S2 判斷是否需要進行選檔，如是則執行步驟S3，如否，則執行步驟S5 ；S3 電控單元控制選檔電機，驅動選檔減速機，進而驅動輸出平動軸產生軸向平動，通過輸出平動軸上設的選檔撥片卡裝入撥頭上所設的環形凹槽內，從而帶動撥頭在主軸上平動；S4 再通過選檔位置傳感器的位置指示，到達目標選檔位置，實現選檔；S5:電控單元控制換檔電機，驅動絲杠和螺母，并將軸向推力傳遞給撥叉且在主軸上形成扭矩；進而驅動撥頭旋轉；S6 再通過換檔位置傳感器的位置指示，到達目標檔位位置，實現換檔至結束。在上述技術方案的基礎上，進一步包括附屬技術方案所述車輛變速用自動換檔裝置包括選檔電機、與選檔電機相連并進行減速的選檔減速機、主軸、套裝在主軸上的撥頭、換檔電機、與換檔電機的輸出相連的絲杠、套設在絲杠上的螺母、套裝在主軸上并與螺母傳動配合的撥叉、設置在選檔減速機上的選檔位置傳感器、與主軸相連接的換檔位置傳感器、以及位于選檔減速機和換檔電機之間并包覆主軸的殼體。所述選檔減速機具有與主軸平行的輸出平動軸、以及設置在輸出平動軸末端并與撥頭卡接配合的選檔撥片；而所述撥頭設置有與選檔撥片配合的環形凹槽；所述螺母兩側均有一個柱狀突起；所述撥叉具有分叉部、和套裝在主軸的套接部；所述分叉部具有相對而設的一對分叉件，而柱狀突起分別卡裝在相應的分叉件上，且螺母位于分叉件之間本發明的優點是結構簡單、輕巧，機械效率高；可以實現跳檔，安裝方便，機械占用空間小；撥頭與主軸、減速機輸出平動軸可靠連接，實現動力平穩傳遞，位置準確，易于實現程序控制，選換檔動作準確無誤，安全可靠；成本低廉，易于實施，適用于任何采用固定軸式有級齒輪手動換檔變速箱的車輛，也可以在不改變原變速箱內部結構的基礎上，對手動換檔系統進行自動化改造。


對照附圖對本發明作進一步說明。圖1是本發明的結構示意圖，其中部分內部結構有揭示；圖2是圖1沿著A-A線的剖面示意圖。
具體實施例方式實施例如圖1-2所示，其為本發明的車輛變速用自動換檔裝置的具體實施例，其包括選檔電機1、與選檔電機1相連并進行減速的選檔減速機2、主軸3、套裝在主軸3上的撥頭4、換檔電機5、與換檔電機5的輸出相連的絲杠6、套設在絲杠6上的螺母7、套裝在主軸3上并與螺母7傳動配合的撥叉8、設置在選檔減速機2上的選檔位置傳感器9、與主軸3相連接的換檔位置傳感器10、位于選檔減速機2和換檔電機5之間并包覆主軸3的殼體11、以及與選檔位置傳感器9、換檔位置傳感器10、選檔電機1、換檔電機5均電氣相連的電控單元(圖中未標出)。其中選檔電機1由螺栓緊固在選檔減速機2上，而選檔減速機2和換檔電機5分別由螺栓緊固在殼體11上，主軸3通過位于兩端的軸承30固定連接在殼體11上，并與絲杠6相互垂直。選檔減速機2具有與主軸3平行的輸出平動軸20、以及設置在輸出平動軸20末端并與撥頭4卡接配合的選檔撥片22。撥頭4設置有與選檔撥片22配合的環形凹槽40。螺母7兩側均有一個柱狀突起70。撥叉8具有分叉部80、和套裝在主軸3的套接部82。分叉部80具有相對而設的一對分叉件，而柱狀突起70分別卡裝在相應的分叉件上，且螺母7位于分叉件之間。由圖1可以看出，換檔電機5直接驅動絲杠6，通過絲杠螺母配合將換檔電機5的轉矩轉化為螺母7的軸向推力；同時螺母7上設的兩個柱狀突起70卡裝在撥叉8的分叉部80上，即確保螺母7不發生旋轉，只產生軸向移動，又確保螺母7的軸向推力傳遞給撥叉8。撥頭4與主軸3既可以實現扭矩的傳遞，又可以實現相對平動；撥叉8套裝在主軸3上，并可以使螺母7的推力在主軸3上產生扭矩。同時輸出平動軸20上設的選檔撥片22卡裝入撥頭4上所設的環形凹槽40內，實現輸出平動軸20與撥頭4無間隙聯動。其中撥頭4與撥叉8在工作中兩者不接觸，撥頭4套裝在主軸3上，通過選檔減速機2可以在主軸3上滑動，進行選檔，但同主軸3之間不能相對轉動；撥叉8也套裝在主軸3上，通過絲杠螺母驅動，使得主軸3轉動，進而使得撥叉8轉動，實現換檔動作，同時撥叉8與主軸3之間也不能相對轉動。選檔位置傳感器9和換檔位置傳感器10均采用角位移傳感器。選檔位置傳感器9通過對選檔減速機2的位置檢測，實現對撥頭4軸向位置的準確反饋；而換檔位置傳感器10通過對主軸3的轉動位置的檢測，實現對撥頭4角向位置的準確反饋。由于換檔過程分為選檔和換檔選檔時，撥頭4首先回到豎直位置，即驅動變速箱驅動塊回到空檔位置；此時通過選檔電機1及選檔減速機2驅動撥頭4在主軸3上滑動實現對變速箱不同檔位驅動塊的選擇，達到目標驅動塊位置之后，選檔動作完成；換檔時主要是通過撥叉8驅動主軸3轉動，進而使撥頭4轉動驅動變速箱驅動塊，實現換檔；當需要更換檔位時，先通過換檔電機5使撥頭4運行至豎直位置，就驅動變速箱驅動塊回到空檔；之后根據選檔位置傳感器9位置判斷是否需要進行選檔，如需進行，則通過選檔電機1及選檔減速機2驅動撥頭4在主軸3上滑動到達目標驅動塊位置；之后再通過換檔電機5使撥頭4驅動變速箱驅動塊進入目標檔位。其中撥頭4只能在主軸3上滑動，不能相對主軸3轉動；撥叉8套裝在主軸3上，不能與主軸3相對轉動，所以可以驅動主軸3轉動，通過主軸3驅動撥頭4轉動，驅動變速箱驅動塊，實現進檔。選檔只能在變速箱驅動塊回到空檔才可以進行，即撥頭4豎直朝下時。工作時，當接到電控單元的換檔指令后，首先通過換檔電機5驅動撥頭4回到豎直位置(即變速箱空檔位置)，之后根據選檔位置傳感器9位置判斷是否需要進行選檔，如需要進行選檔；電控單元首先控制選檔電機1，驅動選檔減速機2，進而驅動輸出平動軸20產生軸向平動，由于輸出平動軸20上設的選檔撥片22卡裝入撥頭4上所設的環形凹槽40內，輸出平動軸20與撥頭4無間隙聯動，故可實現撥頭4在主軸3上平動；再通過選檔位置傳感器9的位置指示，到達目標選檔位置，實現選檔。然后，電控單元控制換檔電機5，驅動絲杠6和螺母7，而由于螺母7上設有卡裝在分叉部80上的兩個柱狀突起70，所以螺母7無法旋轉，只能形成軸向推力，并通過柱狀突起70將軸向推力傳遞給撥叉8，并在主軸3上形成扭矩；進而驅動撥頭4旋轉，再通過換檔位置傳感器10的位置指示，到達目標檔位位置，實現換檔。如果無需選檔，則電控單元直接控制換檔電機5，通過換檔位置傳感器10的位置指示，到達目標檔位位置，實現換檔。一般變速箱有3到4個選檔位，每個選檔位分布1 2個檔，即撥頭4置于豎直狀態下，對應變速箱的空檔位置，通過撥頭4在主軸3上的滑動同時根據角位移傳感器的位置，來確定選檔位；之后根據電控單元驅動換檔電機5帶動絲杠螺母，進而驅動撥叉8和主軸3轉動，帶動撥頭4轉動，實現換檔動作；假設從1檔到2檔的換檔過程當需要變換檔位時，電控單元首先驅動換檔電機5，驅動撥叉8帶動主軸3及撥頭4轉動，根據換檔位置傳感器10的位置反饋，驅動變速箱一檔驅動塊運行至變速箱空檔位置，之后根據選檔位置傳感器位置9的反饋，如需進行選檔，則電控單元會驅動選檔電機1，通過選檔減速機2，通過選檔位置傳感器9的位置反饋，帶動撥頭4抵達變速箱二檔驅動塊的目標位置，完成選檔動作；電控單元繼續驅動換檔電機5，通過換檔位置傳感器10的位置反饋，通過撥頭4驅動變速箱2檔驅動塊行進至2檔位置，完成整個換檔動作。同時本實施例進一步提供另一技術方案一種車輛變速用自動換檔方法，其應用于上述的車輛變速用自動換檔裝置中，且該車輛變速用自動換檔裝置至少包括選檔電機1、與選檔電機1相連并進行減速的選檔減速機2、主軸3、套裝在主軸3上的撥頭4、換檔電機5、與換檔電機5的輸出相連的絲杠6、套設在絲杠6上的螺母7、套裝在主軸3上并與螺母7傳動配合的撥叉8、設置在選檔減速機2上的選檔位置傳感器9、與主軸3相連接的換檔位置傳感器10、以及位于選檔減速機2和換檔電機5之間并包覆主軸3的殼體11、以及與選檔位置傳感器9、換檔位置傳感器10、選檔電機1、換檔電機5均電氣相連的電控單元，其中選檔減速機2具有與主軸3平行的輸出平動軸20、以及設置在輸出平動軸20末端并與撥頭4卡接配合的選檔撥片22 ；撥頭4設置有與選檔撥片22配合的環形凹槽40 ；螺母7兩側均有一個柱狀突起70 ；撥叉8具有分叉部80、和套裝在主軸3的套接部82 ；分叉部80具有相對而設的一對分叉件，而柱狀突起70分別卡裝在相應的分叉件上，且螺母7位于分叉件之間，并包括如下步驟Sl 當電控單元判斷需要換擋后，電控單元控制換檔電機5，驅動絲杠6和螺母7，而由于螺母7上設有卡裝在分叉部80上的兩個柱狀突起70，所以螺母7無法旋轉，只能形成軸向推力，并通過柱狀突起70將軸向推力傳遞給撥叉8，并在主軸3上形成扭矩；進而驅動撥頭4旋轉，再通過換檔位置傳感器10的位置指示，先行進至變速箱的空檔位置；S2 電控單元判斷是否需要進行選檔，如是則執行步驟S3，如否，則執行步驟S5 ；S3 電控單元控制選檔電機1，驅動選檔減速機2，進而驅動輸出平動軸20產生軸向平動，通過輸出平動軸20上設的選檔撥片22卡裝入撥頭4上所設的環形凹槽40內，從而帶動撥頭4在主軸3上平動；S4 再通過選檔位置傳感器9的位置指示，到達目標選檔位置，實現選檔；S5 電控單元控制換檔電機5，驅動絲杠6和螺母7，而由于螺母7上設有卡裝在分叉部80上的兩個柱狀突起70，所以螺母7無法旋轉，只能形成軸向推力，并通過柱狀突起70將軸向推力傳遞給撥叉8，并在主軸3上形成扭矩；進而驅動撥頭4旋轉；S6 再通過換檔位置傳感器10的位置指示，到達目標檔位位置，實現換檔至結束。
當然上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種車輛變速用自動換檔裝置，其特征在于其包括選檔電機(1)、與選檔電機(1)相連并進行減速的選檔減速機O)、主軸(3)、套裝在主軸C3)上的撥頭G)、換檔電機(5)、與換檔電機(5)的輸出相連的絲杠(6)、套設在絲杠(6)上的螺母(7)、套裝在主軸(3)上并與螺母(7)傳動配合的撥叉(8)、設置在選檔減速機( 上的選檔位置傳感器(9)、與主軸C3)相連接的換檔位置傳感器(10)、以及位于選檔減速機( 和換檔電機( 之間并包覆主軸(3)的殼體(11)。
2.根據權利要求1所述的一種車輛變速用自動換檔裝置，其特征在于所述選檔減速機(2)具有輸出平動軸(20)、以及設置在輸出平動軸00)末端的選檔撥片(22)，而所述撥頭(4)設置有與選檔撥片0 卡接配合的環形凹槽GO)。
3.根據權利要求2所述的一種車輛變速用自動換檔裝置，其特征在于所述的螺母(7)兩側均有一個柱狀突起(70)，而撥叉(8)具有與柱狀突起(70)卡裝的分叉部(80)、和套裝在主軸(3)的套接部(82)。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種車輛變速用自動換檔裝置，其特征在于其進一步包括與所述選檔位置傳感器(9)和換檔位置傳感器(10)均電氣連接的電控單元。
5.根據權利要求1或2或3所述的一種車輛變速用自動換檔裝置，其特征在于所述選檔電機⑴緊固在選檔減速機⑵上，而選檔減速機⑵和換檔電機(5)均緊固在殼體(11)上，所述主軸( 通過位于兩端的軸承(30)固定連接在殼體(11)上。
6.一種車輛變速用自動換檔方法，其應用于車輛變速用自動換檔裝置中，其特征在于其包括51當電控單元判斷需要換擋后，電控單元控制換檔電機，驅動絲杠和螺母，并將軸向推力傳遞給撥叉且在主軸上形成扭矩以驅動撥頭旋轉；再通過換檔位置傳感器的位置指示，先行進至變速箱的空檔位置；52判斷是否需要進行選檔，如是則執行步驟S3，如否，則執行步驟S5 ；53電控單元控制選檔電機，驅動選檔減速機，進而驅動輸出平動軸產生軸向平動，通過輸出平動軸上設的選檔撥片卡裝入撥頭上所設的環形凹槽內，從而帶動撥頭在主軸上平動；54再通過選檔位置傳感器的位置指示，到達目標選檔位置，實現選檔；55電控單元控制換檔電機，驅動絲杠和螺母，并將軸向推力傳遞給撥叉且在主軸上形成扭矩；進而驅動撥頭旋轉；56再通過換檔位置傳感器的位置指示，到達目標檔位位置，實現換檔至結束。
7.根據權利要求6所述的一種車輛變速用自動換檔方法，其特征在于所述車輛變速用自動換檔裝置包括選檔電機(1)、與選檔電機(1)相連并進行減速的選檔減速機O)、主軸(3)、套裝在主軸(3)上的撥頭G)、換檔電機(5)、與換檔電機(5)的輸出相連的絲杠(6)、套設在絲杠(6)上的螺母(7)、套裝在主軸C3)上并與螺母(7)傳動配合的撥叉(8)、設置在選檔減速機( 上的選檔位置傳感器(9)、與主軸C3)相連接的換檔位置傳感器(10)、以及位于選檔減速機( 和換檔電機( 之間并包覆主軸(3)的殼體(11)。
8.根據權利要求7所述的一種車輛變速用自動換檔方法，其特征在于所述選檔減速機( 具有與主軸C3)平行的輸出平動軸00)、以及設置在輸出平動軸O0)末端并與撥頭(4)卡接配合的選檔撥片0 ；而所述撥頭(4)設置有與選檔撥片0 配合的環形凹槽(40)；所述螺母(7)兩側均有一個柱狀突起(70)；所述撥叉(8)具有分叉部(80)、和套裝在主軸( 的套接部(8 ；所述分叉部(80)具有相對而設的一對分叉件，而柱狀突起(70)分別卡裝在相應的分叉件上，且螺母(7)位于分叉件之間。
全文摘要
本發明涉及一種車輛變速用自動換檔裝置及其方法，其包括選檔電機、與選檔電機相連并進行減速的選檔減速機、主軸、套裝在主軸上的撥頭、換檔電機、與換檔電機的輸出相連的絲杠、套設在絲杠上的螺母、套裝在主軸上并與螺母傳動配合的撥叉、設置在選檔減速機上的選檔位置傳感器、與主軸相連接的換檔位置傳感器、以及位于選檔減速機和換檔電機之間并包覆主軸的殼體。本發明的優點是結構簡單、輕巧，機械效率高；可以實現跳檔，安裝方便，機械占用空間小；實現動力平穩傳遞，位置準確，易于實現程序控制，選換檔動作準確無誤，安全可靠；成本低廉，易于實施。
文檔編號F16H63/32GK102384262SQ201110362638
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者劉振發, 呂小科, 李磊 申請人:南京綠控傳動科技有限公司