一种适用于手动挡车型的自动换挡装置以及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及机动车技术领域，具体涉及一种适用于手动挡车型的自动换挡装置以及车辆。


背景技术：

2.现代汽车变速器从换挡方式上区分主要采用自动变速器和手动变速器，自动变速器又分为at、cvt、双离合自动变速器等。自动变速器降低了驾驶员的操作难度，减轻了劳动强度，但由于自动变速器中液力变矩器的存在使得传动系统的传递效率较齿轮传动偏低，造成车辆整体油耗偏高，并且自动变速器相对比手动变速器成本要高出很多。
3.但是现有技术中，由于手动变速器通过驾驶室内的换挡杆操纵变速器内的拨叉来实现挡位的切换，同时又需要驾驶员熟练的控制离合器、油门以及考虑当前的车速、路况等综合信息才能实现平稳的驾驶，需要驾驶员有较高的驾驶水准，同时操作强度也较大。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，实现本实用新型目的，本实用新型提供了一种适用于手动挡车型的自动换挡装置以及车辆，在不破坏原车结构的情况下，无需人工干涉就能实现自动换挡的目的，且配合路径规划、速度控制还可以实现自动驾驶。
5.实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种适用于手动挡车型的自动换挡装置，包括x向驱动组件、y向驱动组件和z向驱动组件；其中：所述x向驱动组件包括第一动力元件以及由所述第一动力元件驱动的第一执行机构；所述y向驱动组件包括第二动力元件以及由所述第二动力元件驱动的第二执行机构；所述z向驱动组件包括第三动力元件以及由所述第三动力元件驱动的第三执行机构；所述第一执行机构、第二执行机构和第三执行机构分别沿设定路线运动，以分别驱动挡把沿第一方向、第二方向和第三方向运动，且第一方向、第二方向和第三方向互呈角度设置。
6.进一步地，所述第一执行机构包括第一传动件，所述第一传动件的输出端设置有用于驱动所述挡把沿所述第一方向运动的第一驱动部；所述第二执行机构包括第二传动件，所述第二传动件的输出端设置有用于驱动所述挡把沿所述第二方向运动的第二驱动部；所述第三执行机构包括第三传动件，所述第三传动件的输出端设置有用于驱动所述挡把沿所述第三方向运动的第三驱动部；所述第一传动件、所述第二传动件和所述第三传动件的输入端分别与所对应的动力元件的输出轴连接。
7.进一步地，所述第二执行机构还包括执行件，所述执行件与所述第二传动件的输出端活动连接，所述第二驱动部转动设置于所述执行件的执行端，所述执行件在所述传动件的驱动下沿设定路线运动，以使所述第二驱动部具有平行于第二方向的运动分量。
8.进一步地，所述第二传动件的输出端设置有沿轴向延伸的滑槽，且所述滑槽内滑动设置有滑块，所述执行件通过所述滑块与所述第二传动件滑动连接
9.进一步地，所述第二传动件为摆臂，所述执行件为与所述摆臂连接的连杆；或者所
述第二传动件为齿轮，所述执行件为与所述齿轮啮合且滑动设置的齿条；或者所述第二执行机构为曲柄滑块机构。
10.进一步地，所述第一传动件/所述第二传动件/第三传动件的输入端上均设置有套筒部，且所述套筒部的筒壁上沿周向设有导槽，所述套筒部套装于对应的动力元件的输出轴上；所述输出轴上设有插销，且所述插销活动插入对应的所述导槽中。
11.进一步地，所述导槽所对应的圆心角为n，n≥2α，其中，α为所述挡把的最大换挡行程所对应的传动件的旋转角度；所述插销的零位位于所述导槽的周向中点。
12.进一步地，所述第一动力元件、所述第二动力元件和所述第三动力元件的输出轴上均套设有轴套，且所述轴套位于所述第一动力元件/第二动力元件/第三动力元件的输出轴和所对应的传动件的套筒部之间；所述轴套上沿周向开设有安装槽，所述插销活动插设于所述安装槽和所述导槽中。
13.进一步地，所述自动换挡装置还包括与挡把固定连接的抱箍，所述抱箍上设置有连接块、第一连接销和第二连接销，所述连接块滑动设置于所述第三驱动部中，第一连接销和第二连接销均与所述挡把的轴向平行，所述第一连接销穿设于所述第一驱动部中，所述第二连接销穿设于所述第二驱动部中。
14.基于同样的发明构思，本实用新型还提供了一种车辆，包括上述的适用于手动挡车型的自动换挡装置。
15.由上述技术方案可知，本实用新型提供的一种适用于手动挡车型的自动换挡装置，包括独立设置的x向驱动组件、y向驱动组件和z向驱动组件；其中：x向驱动组件包括第一动力元件以及由第一动力元件驱动的第一执行机构；y向驱动组件包括第二动力元件以及由第二动力元件驱动的第二执行机构；z向驱动组件包括第三动力元件以及由第三动力元件驱动的第三执行机构；第一执行机构、第二执行机构和第三执行机构分别沿设定路线运动，以分别驱动挡把沿第一方向、第二方向和第三方向运动，且第一方向、第二方向和第三方向互呈角度设置，各个驱动组件的执行机构将动力元件的扭矩转化为第一方向、第二方向和第三方向上的运动分量，通过先后驱动挡把实现挡位的自动切换通过三个方向的先后移动进行自动挂挡以及自动切换挡位操作。
16.本实用新型提供的具有上述自动换挡装置的车辆，实现了手动换挡和自动换挡的自由切换，且设置有z向驱动组件，可满足下压挂挡车型的自动换挡操作，该自动换挡装置体积小，可以隐蔽安装，不影响正常驾驶，拆除汽车档把附近的覆盖件即可安装，安装完再制作一套覆盖件装上去即可实现完全隐蔽安装。
附图说明
17.图1为实施例1提供的适用于手动挡车型的自动换挡装置的结构示意图；
18.图2为图1中的适用于手动挡车型的自动换挡装置的示意图；
19.图3为图2的局部放大示意图；
20.图4为图1中的x向驱动组件的示意图；
21.图5为图1中的y向驱动组件的示意图；
22.图6为图1中的z向驱动组件的示意图；
23.图7为导槽和插销零位的示意图。
24.附图标记：1-x向驱动组件，11-第一动力元件，12-第一传动件，13-第一驱动部；2-y向驱动组件，21-第二动力元件，22-第二传动件，23-第二驱动部，24-执行件，25-滑槽，26-滑块，27-折弯部；3-z向驱动组件，31-第三动力元件，32-第三传动件，33-第三驱动部；4-套筒部，41-导槽；5-插销；6-轴套，61-安装槽；7-抱箍，71-连接块，72-第一连接销，73-第二连接销，74-拉环；8-底座，81-第一支架，82-第二支架，83-第三支架；9-导向结构，91-第一导向部，92-第二导向部，93-第三导向部。
具体实施方式
25.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。
26.为了在不破坏原车结构的情况下，实现手动变速器在无人工操作的情况下实现自动换挡，本实用新型提供了一种适用于手动挡车型的自动换挡装置以及车辆，将动力元件的运动转换为直线运动来推动档把沿换挡方向前后移动，从而实现所有挡位的自动换挡，且可以配合路径规划、速度控制实现自动驾驶。下面通过两个具体实施例对本实用新型内容进行说明：
27.实施例1
28.如图1-图7所示，本实用新型实施例提供了一种适用于手动挡车型的自动换挡装置，包括x向驱动组件1、y向驱动组件2和z向驱动组件3；其中：x向驱动组件1包括第一动力元件11以及由第一动力元件11驱动的第一执行机构；y向驱动组件2包括第二动力元件21以及由第二动力元件21驱动的第二执行机构；z向驱动组件3包括第三动力元件31以及由第三动力元件31驱动的第三执行机构；第一执行机构、第二执行机构和第三执行机构分别沿设定路线运动，以分别驱动挡把沿第一方向、第二方向和第三方向运动，且第一方向、第二方向和第三方向互呈角度设置，各个驱动组件的执行机构将动力元件的扭矩转化为第一方向、第二方向和第三方向上的运动分量，通过先后驱动挡把实现挡位的自动切换通过三个方向的先后移动进行自动挂挡以及自动切换挡位操作。
29.本实用新型中对第一方向、第二方向和第三方向不做具体限定，只要实现驱动挡把从一个挡位到另一个挡位的挂挡操作即可，只要满足驱动路线的无阻碍运动，即分别存在x向、y向和z向的分量即可。为了便于设置，便于定位，本实施例中，优选地，第一方向设置为平行于x向，第二方向设置为平行于y向，第三方向设置于平行于z向，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。
30.本实用新型对第一执行机构、第二执行机构和第三执行机构的具体结构不做限定，只要可以实现将动力元件的转动转化为挂挡方位上的运动即可，本实施例中，第一执行机构包括第一传动件12，第一传动件12的输出端设置有用于驱动挡把沿第一方向运动的第一驱动部13；第二执行机构包括第二传动件22，第二传动件22的输出端设置有用于驱动挡把沿第二方向运动的第二驱动部23；第三执行机构包括第三传动件32，第三传动件32的输出端设置有用于驱动挡把沿第三方向运动的第三驱动部33；第一传动件12、第二传动件22和第三传动件32的输入端分别与所对应的动力元件的输出轴连接，各传动件将各动力元件的扭矩分别转化为第一方向、第二方向和第三方向上即x向、y向和z向上的运动分量。
31.由于挂挡时，挡把在y向的路程较大，为了稳定驱动挡把y向移动，本实施例中，第
二执行机构还包括执行件24，执行件24与第二传动件22的输出端活动连接，第二驱动部23转动设置于执行件24的执行端，执行件24在传动件的驱动下沿设定路线运动，以使第二驱动部23具有平行于第二方向即y向的运动分量。
32.本实用新型对传动件与执行件24的活动连接方式不做限定，可以为铰接或者滑动连接等，本实施例中，第二传动件22的输出端设置有沿轴向延伸的滑槽25，且滑槽25内滑动设置有滑块26，执行件24通过滑块26与第二传动件22连接。
33.为了实现手动切换和自动切换的互不影响，需要使动力元件与执行机构具有单向驱动的功能，即动力元件可以驱动执行机构运动以驱动挡把，但手动切换时需要保证挡把和执行机构的运动不会驱动动力元件，动力元件也不会阻碍执行机构的运作，所以本实施例中，第一动力元件11和第一执行机构之间、第二动力元件21和第二执行机构之间、第三动力元件31和第三执行机构之间均分别设置有单向驱动结构，以使第一动力元件11/第二动力元件21/第三动力元件31单向驱动所对应的传动件转动，即实现手动换挡和自动换挡的独立，在需要人工操作挡把时，挡把的移动不会受到限制，驱动部以及传动件会跟随挡把一起运动，但传动件的转动不会传递给动力元件，动力元件不会动作。
34.本实用新型对单向驱动结构的实现方式不做具体限定，比如可以采用单向离合器实现动力元件和执行机构间的单向动力传递。为了节约成本，通过简单的结构实现单向驱动的技术效果，本实施例中，第一传动件12/第二传动件22/第三传动件32的输入端上均设置有套筒部4，且套筒部4的筒壁上沿周向设有导槽41，套筒部4套装于对应的动力元件的输出轴上；输出轴上设有插销5，且插销5活动插入对应的导槽41中，导槽41和插销5即构成单向驱动结构。
35.为了保证手动换挡和自动换挡的互不影响，还需要使保证任意情况下，手动换挡时挡把在任意方向均不会驱动动力元件，本实施例中，导槽41所对应的圆心角为n，n≥2
ɑ
，其中，
ɑ
为挡把在某一挡线方向的最大换挡行程所对应的传动件的旋转角度；插销5的零位位于导槽41的周向中心，即插销5在零位时，平分导槽41，插销5顺时针转动和逆时针转动时，在导槽41内的空行程相同，如图7所示。每次自动换挡后，控制动力元件回位以使插销5回到零位，以保证手动进行最大换挡行程的切换时，传动件顺时针或逆时针运动均不会驱动动力元件，本实施例中，插销5的默认位置垂直向下，电机标定零位，挡把默认在“n”档。
36.如图4-图6所示，为了实现润滑，保证驱动顺畅、保证动力元件输出轴和传动件之间稳定的相对转动，本实施例中，x向驱动组件1、y向驱动组件2和z向驱动组件3均还包括轴套6，且轴套6的设置方式相同，以y向驱动组件2为例，轴套6套设在第二动力元件21的输出轴上、且轴套6位于第二动力元件21的输出轴和第二传动件22的套筒部4之间，轴套6上沿周向开设有安装槽，插销5活动插设于安装槽和导槽41中。
37.本实用新型对安装槽的具体角度不做限定，可以任意选择，优选地，安装槽所对应的圆心角与导槽41所对应的圆心角相同，以使轴套6在动力元件驱动摆臂的过程中始终转动，保证润滑效果。
38.如图3所示，为了在不改变挡把的结构的情况下，实现驱动，本实施例中，自动换挡装置还包括与挡把固定连接的抱箍7，抱箍7上设置有连接块71以及与挡把的轴向平行的第一连接销72和第二连接销73，连接块71滑动设置于第三驱动部33中，第一连接销72穿设于第一驱动部13中，第二连接销73穿设于第二驱动部23中，本实施例中，连接块71通过抱箍7
上的拉环74设置在抱箍7上。
39.本实用新型对第一执行机构和第三执行机构的结构不做具体限定，作为两种可选的实施方式，传动件为齿轮，驱动部沿齿轮的径向设置；或者传动件为摆臂，驱动部设置在摆臂的输出端。本实施例中，由于在x方向上挡把并非整体移动，挡把本身会有一定的倾斜角度，为了配合挡把自身的变化，第一传动件12为摆臂，摆臂的默认位置垂直向下，第一驱动部13转动设置在摆臂的输出端，第一驱动部13具有沿y向的限位槽，第一连接销72穿设于限位槽内，且第一驱动部13可绕限位槽的轴向转动。第三执行机构只需带动挡把下压即可，第三传动件32也为摆臂，第三驱动部33为沿第三传动件32的轴向延伸的卡槽，如图4和图6所示。
40.本实用新型对第二执行机构的结构不做具体限定，只要能实现将第二动力元件21的转动转化为挡把在y向的移动即可。比如，可选的，第二传动件22为齿轮，执行件24为与齿轮啮合且沿设定方向移动的齿条；或者第二执行机构为曲柄滑块机构。本实施例中，第二传动件22为摆臂，摆臂的默认位置垂直向下，执行件24为与摆臂连接的连杆，第二驱动部23转动设置在连杆远离摆臂的一端，第二驱动部23具有沿x向的槽口，第二连接销73穿设于槽口内，且第一驱动部13可绕槽口的轴向转动，如图5所示。
41.为了预留处足够的执行机构的运动空间，本实施例中，自动换挡装置还包括用于安装第一动力元件11、第二动力元件21和第三动力元件31的底座8；本实施例中，第一动力元件11和第三动力元件31设置在挡把的同一侧且间距较小，第二动力元件21与第一动力元件11分布于挡把的异侧，所以底座8包括供第一动力元件11和第三动力元件31安装的第一支架81以及供第二动力元件21安装的第二支架82。
42.为了保证执行件24具有平行于挡把换挡方向的运动分量，即驱动挡把沿y向运动，自动换挡装置还包括用于对执行件24导向的导向结构9，导向结构9设置于第二支架82上。
43.为了控制自动换挡装置的整体体积，使得便于安装等，本实施例中，执行端具有折弯部27，折弯部27通过导向结构9导向，导向结构9可以只对折弯部27进行限位导向。可以同时对折弯部27和执行件24的主体进行限位导向，可根据实际需求进行设置，通过将执行件24的执行端设计为折弯结构，使得可以有效增加传动件的转动或摆动所对应的执行件24的位移，使得驱动挡把挂挡时传动件的摆动或者运动角度不需要很大，同时可以使得自动换挡装置安装后的高度不影响车辆其他构件的布置使用。
44.本实用新型对导向结构9的数量以及具体设置不做限定，可根据选择的执行机构的结构设计，本实施例中，自动换挡装置的底座8还包括用于安装在挡把的安装座上的第三支架83，导向结构9包括设置在第三支架83上的第一导向部91和第二导向部92以及设置在第二支架82上的第三导向部93，执行件24滑动设置在第一导向部91和第三导向部93中，折弯部27滑动设置在第二导向部92中，以防止折弯部27转动。本实施例中，第一导向部91和第三导向部93为直线轴承，执行件24穿设于相对设置的两个直线轴承内，第二导向部92为导向槽，折弯部27穿过导向槽且可沿导向槽滑动产生平行于换挡方向的分量。
45.下面以大众车型的手动挡车辆为例，挡位默认在n档位置，第一动力元件11、第一动力元件11和第一动力元件11优选为电机，且三个电机的输出轴上的插销5初始安装在零位。如图示，以视图方向定义xyz坐标轴方向，用以定义档把的运动方向，第一传动件12上的导槽41圆心角为90
°
，第二传动件22上的导槽41圆心角为120
°
，第一传动件12上的导槽41圆
心角为60
°
，本实用新型提供的适用于手动挡车型的自动换挡装置的工作原理和使用方法如下：
46.n档挂1档：
47.第一动力元件11顺时针转动60
°
，因为有45
°
的空行程，第一动力元件11输出轴上的插销5超过45
°
后才会带动第一传动件12运动，所以第一传动件12和第一动力元件11实际转动15
°
，最终会将档把推到图示坐标轴-x方向的极限位置；然后第二动力元件21逆时针转动90
°
，因为有60
°
的空行程，所以第二传动件22会转动30
°
，第二传动件22会带动执行件24向坐标系y方向推动，执行件24会带动第二驱动部23将档把挂入1档，档把挂入1档后会保持在1档状态无需电机继续维持。第一动力元件11逆时针转动60
°
回归零位，第二动力元件21顺时针转动90
°
回归零位，等待下一步换挡。
48.1档挂2档：
49.第一动力元件11顺时针转动60
°
，因为有45
°
的空行程，第一动力元件11的输出轴上的插销5超过45
°
后才会带动第一传动件12运动，所以第一传动件12和第一动力元件11实际转动15
°
，最终会将档把推到图示坐标轴-x方向的极限位置；然后第二动力元件21顺时针转动90
°
，因为有60
°
的空行程，所以第二传动件22会转动30
°
，第二传动件22会拉动执行件24向坐标系-y方向拉动，执行件24会带动第二驱动部23将档把从1档挂入2档。第一动力元件11逆时针转动60
°
回归零位，第二动力元件21顺时针转动90
°
回归零位，等待下一步换挡。
50.2档挂3档:
51.第二动力元件21逆时针转动70
°
，因为有60
°
的空行程，所以第二传动件22只会转动10
°
，第二传动件22会推动执行件24和第二驱动部23向前，档把由于自身的回正性会回归n档；第二动力元件21顺时针转动70
°
回归零位；第二动力元件21再逆时针转动90
°
，将档把推入3档；第二动力元件21再顺时针转动90
°
回归零位，等待下一步换挡。
52.3档挂4档：
53.第二动力元件21顺时针转动90
°
，应为有60
°
的空行程，所以第二动力元件21实际转动30
°
，带动执行件24及第二驱动部23将档把推入4档；第二动力元件21逆时针转动90
°
回归零位，等待下一步换挡。
54.4档挂5档：
55.第二动力元件21逆时针转动70
°
，因为有60
°
的空行程，所以第二传动件22只会转动10
°
，第二传动件22会推动执行件24和第二驱动部23向前，档把由于自身的回正性会回归n档；第一动力元件11逆时针转动60度，因为有45
°
的空行程，第一传动件12实际的转动角度为15
°
，第一动力元件11会带动第一销钉及档把向坐标轴的x方向运动到极限位置；第二动力元件21再逆时针转动90
°
，因为有60
°
的空行程，所以第二传动件22实际转动30度，带动执行件24沿坐标轴的y方向运动，档把被推入5档。第一动力元件11顺时针转动60
°
回归零位，第二动力元件21顺时针转动90
°
回归零位，等待下一步换挡。
56.n档挂r档：
57.第三动力元件31逆时针转动50
°
，因为有30
°
的空行程，所以第三传动件32实际转动20
°
，第三传动件32会带动连接块71，连接块71会带动抱箍7及档把向下拉动；第一动力元件11顺时针转动60
°
，因为有45
°
的空行程，电机输出轴上的销钉超过45
°
后才会带动第一传动件12运动，所以第一传动件12和第一动力元件11实际转动15
°
，最终会将档把推到图示坐
标轴-x方向的极限位置；然后第二动力元件21逆时针转动90
°
，因为有60
°
的空行程，所以第二传动件22会转动30
°
，第二传动件22会带动执行件24向坐标系y方向推动，执行件24会带动第二驱动部23将档把挂入r档，档把挂入r档后会保持在r档状态无需电机继续维持。第三动力元件31顺时针转动50
°
回归零位；第一动力元件11逆时针转动60
°
回归零位；第二动力元件21顺时针转动90
°
回归零位；等待下一步换挡。
58.换挡工况中，n档挂r档是最大跨度，三个动力元件全部都需要动作；假设电机的转速30转/分，换挡时间也只有1.11s，换挡速度快。
59.实施例2
60.基于同样的发明构思，本实用新型还提供了一种车辆，包括实施例1提供的的适用于手动挡车型的自动换挡装置。具有上述自动换挡装置的车辆，自然具备上述自动换挡装置的所有有益效果，不会改变车辆的自身结构，且自动换挡装置结构简单，占用空间小，不会影响车辆的布局以及驾驶情况。
61.本实用新型对车辆的种类及类型不做具体限定，可以为现有技术中任一种车辆，比如家用小车、客车、货车等，该车辆的其他未详述结构均可参照现有技术的相关公开，此处不做展开说明。
62.通过上述实施例，本实用新型具有以下有益效果或者优点：
63.1)本实用新型提供的适用于手动挡车型的自动换挡装置，自动换挡的时候先跑完空行程，销钉才作用在摆臂上执行换挡；当需要人工换挡的时候，无需拆除这一套装置，人工直接拔动档把即可，执行件和传动件会跟随档把一起运动；因为所有传动件上有一定角度的空行程，人工换挡的时候插销始终在空行程内转动，不会带动电机，这样自动换挡与人工换挡就相互独立，互不影响。
64.2)本实用新型提供的适用于手动挡车型的自动换挡装置，设置有z向驱动组件，可满足下压挂挡车型的自动换挡操作，该自动换挡装置体积小，可以隐蔽安装，不影响正常驾驶。拆除汽车档把附近的覆盖件即可安装，安装完再制作一套覆盖件装上去即可实现完全隐蔽安装。换挡速度快，且可以配合路径规划、速度控制实现自动驾驶。
65.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
66.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。