自动变速器及其选换挡执行机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动变速器及其选换挡执行机构，该选换挡执行机构包括换挡室，内设有选挡拨块、换挡拨块和换挡指；选挡机构，驱动所述选挡拨块带动所述换挡指左右移动以选挡；换挡机构，驱动所述换挡拨块带动所述换挡指上下移动以换挡；所述选挡机构的动力源为选挡电机，所述换挡机构的动力源为气动装置或直线电机。如此，气动装置作为换挡机构的动力源，其响应速度快，可实现快速换挡；直线电机作为换挡机构的动力源，能够直接带动换挡指做直线运动，可取消将电机转子的旋转运动转化为直线运动的额外机械装置，简化机械结构，提高响应速度；而且，选挡机构的动力源为选挡电机，对其进行调速控制，能够实现选挡时间的可控性。
【专利说明】自动变速器及其选换挡执行机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及变速器【技术领域】，特别是涉及一种自动变速器及其选换挡执行机构。【背景技术】
[0002]机械式自动变速器(AMT,Automated Mechanical Transmission)是在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的，它是融合了自动和手动两者优点的机电液一体化自动变速器。
[0003]为提高AMT车辆的性能，改善其选换挡操纵控制是一个重要的方面。目前，按照执行机构动力源的不同，AMT的选换挡执行机构可分为电控气动、电控液动和电控电动三种类型。
[0004]选换挡执行机构包括换挡室、选挡机构和换挡机构；其中，所述选挡机构驱动所述换挡室内的选挡拨块带动换挡指横向移动以选挡，所述换挡机构驱动所述换挡室内的换挡拨块带动换挡指纵向移动以换挡。
[0005]对于电控电动式选换挡执行机构来说，其选挡机构和换挡机构的动力源分别为选挡电机和换挡电机，目前所用电机的输出均为电机转子的旋转运动，而，换挡指的横向移动或纵向移动均为直线运动，从而需要在电机轴上安装额外的机械装置，如滚珠丝杠、涡轮蜗杆等，以便将电机转子的旋转运动转变为直线运动，为实现在横向和纵向两个方向上推动换挡指做直线运动，需要两套上述机械装置。因此，使得选换挡执行机构的机械结构复杂，不仅降低了可靠性，也使得执行机构的响应速度变慢，灵敏性变差，从而可控性较低；此外，机械结构的增加也使得整个执行机构的体积增大，给其布置带来困难。
[0006]对于电控气动式选换挡执行机构来说，其选挡机构和换挡机构的动力源均为气动装置，对于选挡机构来说，由于气动装置仅能实现固定的选挡时间，无法对选挡时间进行控制，且对于选挡位置较多的机构来说，作为选挡动力源的气动装置结构复杂，体积大，不宜布置。
[0007]有鉴于此，如何改进选换挡执行机构，提高其可控性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种选换挡执行机构，该选换挡执行机构的可控性高。本发明的另一目的是提供一种包括上述选换挡执行机构的自动变速器。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供一种选换挡执行机构，包括:
[0010]换挡室，内设有选挡拨块、换挡拨块和换挡指；
[0011]选挡机构，驱动所述选挡拨块带动所述换挡指左右移动以选挡；
[0012]换挡机构，驱动所述换挡拨块带动所述换挡指上下移动以换挡；
[0013]所述选挡机构的动力源为选挡电机，所述换挡机构的动力源为气动装置或直线电机。[0014]如此，气动装置作为换挡机构的动力源，其响应速度快，可实现快速换挡，与电控气动式选换挡执行机构相比，选挡机构的动力源为选挡电机，可以对选挡电机进行调速控制，从而实现对选挡时间的可控性，且通过调节控制选挡电机的控制器可以实现不同选挡位置的选挡定位，以匹配不同的变速箱箱体实现相应的选挡要求，此外，选挡电机相对于气动装置来说结构简单，易于布置；
[0015]直线电机作为换挡机构的动力源，能够直接带动换挡指做直线运动，可取消【背景技术】中将电机转子的旋转运动转化为直线运动的额外机械装置，简化选换挡执行机构的机械结构，提高其响应速度，从而提高可控性，且，由于选换挡执行机构的简化，其体积减小，易于布置。
[0016]优选地，所述气动装置包括换挡气缸和设于所述换挡气缸内腔的换挡活塞杆；所述换挡活塞杆在高压气体的驱动下带动所述换挡拨块上下移动。
[0017]优选地，所述换挡活塞杆包括第一活塞杆和第二活塞杆；所述第一活塞杆的工作面积小于所述第二活塞杆的工作面积；
[0018]所述换挡气缸的气室被所述第一活塞杆和所述第二活塞杆分隔为上气室、中气室和下气室，各气室均设有气口，且，所述上气室、所述下气室的气口与高压气源之间均设有换向阀，以控制所述上气室、所述下气室的进气或排气，所述中气室的气口与大气连通；
[0019]所述换挡气缸内还设有限位件，用于限制所述第二活塞杆向上的移动位置。
[0020]优选地，所述中气室呈阶梯设置，具有朝向所述第二活塞杆的活塞端的台阶面。
[0021]优选地，所述中气室的气口与所述上气室，和\或，所述下气室的换向阀的排气口连通。
[0022]优选地，所述选挡电机和所述选挡拨块之间通过选挡拉杆连接。
[0023]优选地，所述选挡电机为直线电机。
[0024]本发明还提供一种自动变速器，包括行星齿轮机构和选换挡执行机构，所述选换挡执行机构用于改变所述行星齿轮机构的传动比，所述选换挡执行机构为上述任一项所述的选换挡执行机构。
[0025]由于上述选换挡执行机构具有上述技术效果，所以具有该选换挡执行机构的自动变速器也具有相应的技术效果，这里不再赘述。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明所提供选换挡执行机构第一种实施例的结构示意图；
[0027]图2为图1所示选换挡执行机构的剖面示意图；
[0028]图3为本发明所提供选换挡执行机构第二种实施例的结构示意图；
[0029]图4为图3所示选换挡执行机构的原理示意图。
[0030]图1-4 中:
[0031]换挡室10，选挡拨块11，换挡拨块12，换挡指13 ；
[0032]选挡电机21，选挡位置传感器22，选挡拉杆23 ；
[0033]换挡电机31’，气动装置31，换挡气缸311，上气口 311a，中气口 311b，下气口311c，换挡活塞杆312，第一活塞杆312-1，第二活塞杆312-2，换挡位置传感器32。【具体实施方式】
[0034]本发明的核心是提供一种选换挡执行机构，该选换挡执行机构的可控性高。本发明的另一核心是提供一种包括上述选换挡执行机构的自动变速器。
[0035]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0036]这里需要说明的是，文中所涉及的方位词左、右、上和下是以图1-4中零部件位于图中及零部件之间的相互关系来定义的，只是为了表述技术方案的清楚及方便；应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
[0037]请参考图1-2，图1为本发明所提供选换挡执行机构第一种实施例的结构示意图；图2为图1所示选换挡执行机构的剖面示意图。
[0038]在一种实施例中，所述选换挡执行机构包括:
[0039]换挡室10，内设有选挡拨块11、换挡拨块12和换挡指13 ；
[0040]选挡机构，驱动选挡拨块11带动换挡指13左右移动以选挡；
[0041]换挡机构，驱动换挡拨块12带动换挡指13上下移动以换挡；
[0042]其中，所述选挡机构的动力源为选挡电机21，所述换挡机构的动力源为气动装置31。
[0043]如此设计，换挡通过气动装置31控制，其响应速度快，可实现快速换挡；与电控气动式选换挡执行机构相比，选挡机构的动力源为选挡电机21，可以对选挡电机21进行调速控制，从而实现对选挡时间的可控性，相较于气动装置，选挡电机21可实现对选挡位置的精确控制，且运行平稳，无冲击；另，通过调节TCU (变速箱控制器)的控制程序即可实现二位置、三位置或四位置等不同数目选挡位置的选挡定位，以匹配不同的变速箱箱体实现相应的选挡要求，避免了选挡位置数目不同时，重新设计气动装置；此外，选挡电机21相对于气动装置来说，结构简单，易于布置。
[0044]所述选挡机构还包括选挡位置传感器22和选挡拉杆23 ;选挡电机21和选挡拨块11之间通过选挡拉杆23连接，机械结构简单，部件的集成度高；在选挡电机21的驱动下，选挡拉杆23带动选挡拨块11左右移动，从而带动位于选挡拨块11内的换挡指13左右移动，实现选挡；选挡位置传感器22用于监测选挡拉杆23的行程及位置，并将结果反馈至TCU。
[0045]所述气动装置31包括换挡气缸311和设于换挡气缸311内腔的换挡活塞杆312 ；其中，换挡活塞杆312与换挡拨块12连接，在高压气体的驱动下可带动换挡拨块12上下移动，从而带动位于换挡拨块12内的换挡指13上下移动，实现换挡；所述换挡机构还包括换挡位置传感器32，用于监测换挡活塞杆312的行程及位置，并将结果反馈至TCU。
[0046]换挡室10内的选挡拨块11和换挡拨块12通过压块压紧，且两者可相对运动，选挡拨块11上开设有可容纳换挡指13的通孔，换挡指13设有滑块，嵌装于换挡拨块12的滑道内，三者之间的设置以保证选挡拨块11带动换挡指13左右移动选挡的同时，换挡指13可以上下移动换挡为准。
[0047]下面介绍气动装置31的具体结构，以同一选挡位置的三个挡位为例。
[0048]如图2所示，换挡活塞杆312包括第一活塞杆312-1和第二活塞杆312_2，且第一活塞杆312-1的工作面积小于第二活塞杆312-2的工作面积。这里，第一活塞杆312-1和第二活塞杆312-2可相对运动。
[0049]换挡气缸311的气室被第一活塞杆312-1和第二活塞杆312_2分隔为上气室、中气室和下气室，各气室均设有气口，且所述上气室的上气口 311a、所述下气室的下气口311c与高压气源之间均设有换向阀，该换向阀可控制所述上气室、所述下气室的进气或排气；为便于精确控制，所述换向阀可选用电磁换向阀，电磁换向阀的通断可由TCU来控制；所述中气室的中气口 311b与大气连通。
[0050]这里需要指出的是，由于第一活塞杆312-1和第二活塞杆312-2可在换挡气缸311内上下移动，且两者之间可相对运动，所以，被其分隔的上气室、中气室和下气室的容积是可变的。
[0051]换挡气缸311内还设有限位件，用于限制第二活塞杆312-2向上的移动位置。
[0052]所述限位件可以有多种具体结构，其中一种较为简便且可靠的方式为:所述中气室呈阶梯设置，其具有朝向第二活塞杆312-2的活塞端的台阶面；当第二活塞杆312-2向上移动至其活塞端与该台阶面相抵时，被限位，即不可继续上移。
[0053]该选换挡执行机构的工作过程如下:
[0054]TCU接收到选换挡命令后，根据内部控制策略产生相应的输出信号，驱动选挡电机21，选挡电机21带动选挡拉杆23，及与选挡拉杆23连接的选挡拨块11向左或右移动，其间，通过选挡位置传感器22监测选挡拉杆23的行程及位置，并将结果反馈至T⑶，当T⑶监测到选挡拉杆23到达预定行程位置时，发出指令停止选挡电机21的动作，以确保选挡拨块11带动换挡指13位于需要的选挡位置。
[0055]TCU接收到选挡动作完成的指令后，TCU通过控制电磁换向阀的通断实现三个气室的进排气过程，实现换挡。
[0056]具体地，由低挡到空挡转换时，控制电磁换向阀使上气口 31 Ia和下气口 31 Ic均处于进气状态，显然，此时中气口 311b处于排气状态；虽然上气室和下气室内的进气压力相同，但是由于第二活塞杆312-2的工作面积大于第一活塞杆311-1的工作面积，所以，在高压气体的作用下，换向活塞杆312 (包括第一活塞杆312-1和第二活塞杆312-2)上移，带动换挡拨块12上移，从而带动换挡指13完成由低挡到空挡的换挡动作。
[0057]由空挡到高挡转换时，控制电磁换向阀使下气口 311c处于进气状态，上气口 311a处于排气状态，此时，由于限位件的作用，第二活塞杆312-2无法上移，在高压气体的作用下，第一活塞杆312-1上移，带动换挡拨块12上移，从而带动换挡指13完成由空挡到高挡的换挡动作。在此过程中，由于第一活塞杆312-1上移，第二活塞杆312-2保持位置不变，所以两者之间的中气室的容积减小，导致中气室内的气压低于大气压，为补偿气压差，中气口 311b处于进气状态。
[0058]由高挡到空挡转换时，控制电磁换向阀使上气口 311a和下气口 311c均处于进气状态，显然，此时中气口 311b处于排气状态；由于限位件的作用，第二活塞杆312-2无法动作，在高压气体的作用下，第一活塞杆312-1下移，直至与第二活塞杆312-2接触，在此过程中，带动换挡拨块12下移，从而带动换挡指13完成由高挡到空挡的换挡动作；此时，由于工作面积差的作用第一活塞杆312-1停止向下运动，在限位件的作用下，与第二活塞杆312-2一起保持不动。
[0059]由空挡到低挡转换时，控制电磁换向阀使上气口 311a处于进气状态，下气口 311c处于排气状态，则第一活塞杆312-1和第二活塞杆312-2同时向下移动，带动换挡拨块12下移，从而带动换挡指13完成由空挡到低挡的换挡动作。在此过程中，由于第一活塞杆312-1和第二活塞杆312-2同时移动，中气室的容积变化取决于两活塞杆的移动速度，若中气室存在气压差，则可通过中气口 311b的进气或排气来补偿。
[0060]在上述换挡过程中，换挡位置传感器32监测第一活塞杆312-1、第二活塞杆312_2的行程及位置，并将结果反馈至TCU，TCU根据反馈结果和实际所需挡位来控制电磁换向阀的通断，从而确保换挡的精确性。
[0061]上述以同一选挡位置的三个挡位为例进行了说明，实际中同一选挡位置的两个挡位等其他情况，与上述原理类似，本领域的技术人员可参照设计，这里不再赘述。
[0062]进一步地，所述中气室的中气口 311b与所述上气室，和\或，所述下气室的换向阀的排气口连通。为了降低噪音，在各气口的排气部位还设有消声装置，即上气口 311a、中气口 311b和下气口 311c的排气均需经过消声装置进行消音后，再排入大气，如上设置，中气口 311b与上气口 311&，和\或，下气口 311c可共用一个消声装置，降低成本且便于布置。此外，当中气室由于气压差需要进气补偿时，可通过上气口 311a或下气口 311c处的高压气体快速实现。
[0063]进一步地，所述选挡电机21为直线电机；如此设计，选挡电机21可直接带动换挡指13做直线运动，无需设置【背景技术】中将电机转子的旋转运动转换为直线运动的额外机械装置，简化了选换挡执行机构的机械结构，提高了可靠性和响应速度，且由于机械结构简化，该执行机构的体积减小，更易于布置。请参考图3-4，图3为本发明所提供选换挡执行机构第二种实施例的结构示意图；图4为图3所示选换挡执行机构的原理示意图。
[0064]本实施例与前述第一实施例中功能相通的构件或结构在图3和图4中以相同标记进行标示。
[0065]结合图3-4所示，可知，本实施例与前述第一实施例的区别在于，换挡执行机构的动力源为换挡电机31’，该换挡电机31’为直线电机。换挡电机31’和换挡拨块12之间可通过换挡拉杆连接，在换挡电机31’的驱动下，带动换挡拨块12上下移动，从而带动位于换挡拨块12内的换挡指13上下移动，实现换挡。
[0066]如此设计，与电控电动式选换挡执行机构相比，换挡机构的动力源为直线电机，则换挡电机31’可直接带动换挡指13做直线运动，无需设置【背景技术】中将电机转子的旋转运动转换为直线运动的额外机械装置，简化选换挡执行机构的机械结构，提高其可控性，且由于该执行机构的简化，体积较小，易于布置。
[0067]该实施例中的选挡电机21也可设为直线电机，以进一步简化选换挡执行机构的机械结构，可控性更高。
[0068]该实施例以同一选挡位置的两个挡位为例说明。
[0069]TCU接收到选换挡命令后，根据内部控制策略产生相应的输出信号，驱动选挡电机21，选挡电机21带动选挡拉杆23和选挡拨块11向左或向右(即图4中的X方向)移动，当换挡指13在选挡拨块11的带动下移动到所需的选挡位置后，TCU发出指令停止选挡电机21的动作。
[0070]T⑶接收到选挡动作完成的指令后，T⑶产生相应的输出信号，驱动换挡电机31’，换挡电机31’带动换挡拨块12向上或向下(即图4中的Y方向)移动，当换挡指13在换挡拨块12的带动下上移或下移，实现换挡。
[0071]以图4所示为例，换挡指13在选挡电机21的驱动下位于I挡、2挡的选挡位置，此时，若换挡指13在换挡电机31’的驱动下向上移动时，变速器将挂I挡，若换挡指13在换挡电机31’的驱动下向下移动时，变速器将挂2挡。
[0072]在该实施例中，选挡机构和换挡机构的动力源均为直线电机，即电机转子直接输出线性运动，无需【背景技术】中将电机转子的旋转运动转换为直线运动的额外机械装置，不仅可以减小选换挡执行机构的体积，也可以提高选换挡执行机构的灵敏性和可靠性。
[0073]除了上述选换挡执行机构，本发明还提供一种自动变速器，该自动变速器包括行星齿轮机构和选换挡执行机构，所述选换挡执行机构用于改变所述行星齿轮机构的传动t匕，所述选换挡执行机构为上述任一项所述的选换挡执行机构。
[0074]由于上述选换挡执行机构具有上述技术效果，所以包括该选换挡执行机构的自动变速器也具有相应的技术效果，这里不再赘述。
[0075]以上对本发明所提供的自动变速器及其选换挡执行机构均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种选换挡执行机构，包括: 换挡室，内设有选挡拨块、换挡拨块和换挡指； 选挡机构，驱动所述选挡拨块带动所述换挡指左右移动以选挡； 换挡机构，驱动所述换挡拨块带动所述换挡指上下移动以换挡； 其特征在于，所述选挡机构的动力源为选挡电机，所述换挡机构的动力源为气动装置或直线电机。
2.如权利要求1所述的选换挡执行机构，其特征在于，所述气动装置包括换挡气缸和设于所述换挡气缸内腔的换挡活塞杆；所述换挡活塞杆在高压气体的驱动下带动所述换挡拨块上下移动。
3.如权利要求2所述的选换挡执行机构，其特征在于，所述换挡活塞杆包括第一活塞杆和第二活塞杆；所述第一活塞杆的工作面积小于所述第二活塞杆的工作面积； 所述换挡气缸的气室被所述第一活塞杆和所述第二活塞杆分隔为上气室、中气室和下气室，各气室均设有气口，且，所述上气室、所述下气室的气口与高压气源之间均设有换向阀，以控制所述上气室、所述下气室的进气或排气，所述中气室的气口与大气连通； 所述换挡气缸内还设有限位件，用于限制所述第二活塞杆向上的移动位置。
4.如权利要求3所述的选换挡执行机构，其特征在于，所述中气室呈阶梯设置，具有朝向所述第二活塞杆的活塞端的台阶面。
5.如权利要求3所述的选换挡执行机构，其特征在于，所述中气室的气口与所述上气室，和\或，所述下气室的换向阀的排气口连通。
6.如权利要求1所述的选换挡执行机构，其特征在于，所述选挡电机和所述选挡拨块之间通过选挡拉杆连接。
7.如权利要求1至6任一项所述的选换挡执行机构，其特征在于，所述选挡电机为直线电机。
8.一种自动变速器，包括行星齿轮机构和选换挡执行机构，所述选换挡执行机构用于改变所述行星齿轮机构的传动比，其特征在于，所述选换挡执行机构为权利要求1至7任一项所述的选换挡执行机构。
【文档编号】F16H59/02GK103836174SQ201310674336
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】韩尔樑, 王朝辉, 陈国涛, 耿丽珍, 周之光, 王庆来, 于钦江, 刘兴龙, 李冰 申请人:潍柴动力股份有限公司