[發明專利]汽車手動變速器電控隨速換擋系統

有效

• 申請號: 201210166807.3
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102900838A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 杜占強;杜夢寒;杜夢哲
• 申請（專利權）人: 杜占強;杜夢寒;杜夢哲
• 主分類號: F16H59/68
• 分類號: F16H59/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種汽車手動變速器的自動化控制，根據車輛行駛速度自動切換擋位的裝置，并能根據駕駛人的意愿，在手動模式與電控隨速換擋模式之間切換。

背景技術

目前，公知的手動變速器須要人工操作進行擋位變換，在交通擁堵的路段或路況復雜時，須要頻繁手工操作，增大了駕駛人的勞動強度，并會分散對周圍道路情況的觀察注意力。

發明內容

為克服手動變速器行駛中必須手動換擋的不足，本發明提出一種電控隨速換擋系統，變速器會根據車輛當前的行駛速度，自動切換擋位。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：將變速器殼體外面的撥叉桿適量延長，在延長部分做出與它所控制的兩個擋位換擋行程等長或稍長的齒條，將直流換擋電機轉子上的齒輪與其嚙合，直流換擋電機通過支架固定在變速器殼體或撥叉桿支座或機艙架上，在撥叉桿與撥叉桿支座上分別做出換擋定位模塊，同一撥叉桿支座上的兩個定位模塊間距為此撥叉桿所控制的兩個擋位換擋行程。撥叉桿上的定位模塊在空擋時剛好位于兩個支座定位模塊的中點位置，支座定位模塊上裝有擋位定位開關，并且支座上的一擋及倒擋定位模塊可在外力作用下滑至空擋位置，在離合器上加裝離合電機，離合電機與換擋電機由安裝在帶有鎖止功能的套筒式伸縮換擋桿上的功能開關，速控開關以及安裝在油門踏板支架上的起步開關所聯合控制的數個由兩個電磁鐵，電磁鐵補償開關，離合電機開關和可以在兩個電磁鐵輪流控制下實現電流換向的換擋電機開關組成的組合式電磁開關控制，當控制電路閉合，離合電機運轉，離合器片分離的同時，換擋電機轉動帶動撥叉桿運行，掛入擋位時，撥叉桿上的定位模塊剛好運行至支座上的定位模塊，支座定位模塊上的擋位定位開關關閉，切斷組合式電磁開關上的電磁鐵電流，組合式電磁開關上的回位彈簧，將電磁鐵補償開關、離合電機開關、換擋電機開關彈回預定位置，離合電機與換擋電機電流中斷，停止運轉，完成此次換擋過程。在制動踏板支架上安裝一個離合電機開關，以便在制動時，啟動離合電機，切斷發動機與變速器之間的動力傳輸。為滿足在行駛過程中停車的需要，在制動踏板支架上與撥叉桿支座上的一擋及倒擋定位模塊之間建立一條液壓通道或拉索，當踏下制動踏板，制動踏板支架上的離合電機開關閉合，離合電機啟動時，制動踏板運行至行程末端，可將一擋及倒擋定位模塊連同在此位置的一擋或倒擋推回或拉回空擋位置，松開制動踏板時，能在回位彈簧作用下，將撥叉桿支座上的一擋及倒擋定位模塊拉回預定位置，為了防止變速器的互鎖裝置對換擋電機的換擋限制，并加快換擋速度，將其去除，并在換擋撥叉桿連同撥叉桿支座做出一個寬度為由空擋至進入擋位行程距離的凹槽，長度貫穿所有的撥叉桿直徑連同撥叉桿與撥叉桿之間的間隔部分，在凹槽寬度的中點部位，撥叉桿與撥叉桿之間間隔的支座上固定安裝長度等于或略小于兩個撥叉桿的直徑連同它們中間間隔距離的撥片，撥片能在凹槽內以固定點為圓心轉動，以使在進入某一擋位的同時，可以通過撥片將另一撥叉桿上還沒有退入空擋的擋位撥回空擋位置，在電控隨速換擋模式時掛擋與退擋同步，加快換擋速度，在手動模式時可防止變速器同時掛入兩個擋位運行。為使車輛平穩起步并提高行駛中換擋過程的平順性，在離合器從動軸的花鍵上做出自半結合點至結合點逐漸增高的坡道，并在坡道上做出數個橫向波紋，在離合器分離軸承套筒與從動軸的花鍵坡道對應位置安裝彈簧鋼銷或彈簧鋼球，使離合器分離軸承套筒自分離至結合過程中，運行至半結合點時，須逐漸克服彈簧鋼銷或彈簧鋼球的彈簧下壓力及彈簧鋼銷或彈簧鋼球與離合器從動軸花鍵坡道上橫向波紋之間的摩擦阻力，才能向結合點移動，使結合速度放緩。在功能開關與制動踏板支架上安裝的離合電機開關之間的導線上或制動踏板支架上安裝的離合電機開關至離合電機正極之間的導線上，安裝一個由電磁鐵控制的離合電機保護開關，此離合電機保擴開關的電磁鐵正極由導線連接至速控開關的待電柱與油門踏板支架上安裝的起步開關之間的電路上進行控制，負極通過車架與蓄電池負極連接，在車速為“0”時由速控開關時速表指針游離末端安裝的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊將供電柱與待電柱觸合，啟動離合電機保護開關的電磁鐵，切斷由功能開關至離合電機之間的電流，以防止車輛在靜止狀態，長時間踩踏制動踏板，離合電機啟動后鎖死所導致的損毀。此電控隨速換擋控制系統，可以由帶有鎖止及功能開關的套筒式伸縮換擋桿在手動模式與電控隨速換擋模式之間隨意切換，套筒式伸縮換擋桿至少由外殼、內芯撥桿及外殼內套在內芯撥桿上的彈簧、內芯撥桿與外殼間隙中的功能開關和鎖止裝置構成，在手動模式下，按壓解鎖按鈕，鎖止解除，內芯撥桿在彈簧作用下向上彈起，內芯撥桿與換擋撥槽分離，功能開關同時閉合，接通控制電路電源，進入電控隨速換擋模式，在電控隨速換擋模式下，向下按壓換擋桿擋把頭，內芯撥桿向下滑動，內芯撥桿進入換擋撥槽后，自動鎖止，功能開關同時切斷控制電路電源，進入手動換擋模式。速控開關是由在時速表指針的游離末端加裝的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊，以及在時速表“0”點與時速表指針固定點之間的連接線上，時速表指針游離末端位置的表盤盤面固定安裝的兩個相鄰而不相接觸的金屬導體柱，其中一個為供電柱，另一個為待電柱以及分別以時速表指針固定點為圓心，以時速表指針固定點與供電柱之間的距離和時速表指針固定點與待電柱之間的距離為半徑，在時速表盤面自時速為“0”至最高時速刻度之間設置的兩條弧形金屬導軌組成，以時速表指針固定點為圓心，時速表指針固定點與供電柱之間距離為半徑設置的一條弧形金屬導軌為供電導軌，另一條弧形金屬導軌為待電導軌，供電導軌與供電柱直接連接或通過一個控制開關用導線連接，待電導軌與待電柱不相連接并且根據控制需要，將待電導軌分成不相連接的數段，段與段之間的間距可隨控制目的不同而調整，速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊可在時速為零時將供電柱與待電柱觸合，在其他時速時可分別將供電導軌與每一段待電導軌觸合，接通控制電路、速控開關用于控制變速器換擋時，待電柱與和它相鄰的一段待電導軌之間的距離應稍大于速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒的直徑或金屬導體滑塊的寬度以防止車輛在靜止時將第一段待電導軌與供電導軌觸合后自行起步。待電導軌段與段之間的間距應等于或略大于速控開關時速表指針上安裝的金屬導體滾筒直徑的兩倍或金屬導體滑塊寬度的兩倍，以防止速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊運行至相鄰的兩段待電導軌之間時，因微小的速度變化在相鄰的兩個擋位之間頻繁切換。其供電柱通過功能開關連接至點火開關，待電柱通過起步開關及一擋定位開關連接至組合式電磁開關一擋電磁鐵；將待電導軌分成與變速器前進擋個數相同的數段，與待電柱相鄰的一段待電導軌定為第一段待電導軌，通過導線連接至起步開關與一擋定位開關之間的電路，第一段待電導軌以上的各段待電導軌依次為第二段、第三段……直至最高一段，分別通過與其控制擋位對應的擋位定位開關后連接至與其控制擋位對應的組合式電磁開關電磁鐵，通過電磁鐵控制組合式電磁開關上的電磁鐵補償開關、離合電機開關以及可在同一組合式電磁開關的兩個電磁鐵輪流控制下改變電流方向的換擋電機開關來控制離合電機與換擋電機完成換擋過程，在換擋過程中為保證離合電機先于換擋電機運轉，組合式電磁開關內的離合電機開關自斷開至閉合電路的運行距離應小于換擋電機開關自斷開至閉合電路的距離，電磁鐵補償開關、離合電機開關及換擋電機開關通過導線與功能開關連接，再經功能開關連接至點火開關，使其能被功能開關及點火開關所控制。當發動機啟動，車輛靜止時，功能開關閉合，此時速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊與供電柱及待電柱處于觸合狀態，只要踏下油門踏板，安裝在油門踏板支架上的起步開關閉合，控制組合式電磁開關的一擋電磁鐵啟動、將一擋電磁鐵補償開關、離合電機開關及一、二擋換擋電機開關依次閉合，離合電機及一、二擋換擋電機依次啟動，離合器片分離，變速器由空擋進入一擋后，一擋定位開關關閉，組合式電磁開關一擋電磁鐵失去電流，一擋電磁鐵補償開關、離合電機開關及一、二擋換擋電機開關被組合式電磁開關的回位彈簧彈回預定位置，離合電機與換擋電機停止轉動，離合器分離軸承套筒自分離狀態向結合點運行，運行至半結合點時，由于須逐漸克服彈簧鋼銷或彈簧鋼球的彈簧下壓力及彈簧鋼銷或彈簧鋼球與離合器從動軸花鍵坡道上的橫向波紋之間的摩擦阻力，離合器片緩慢結合，完成此次換擋過程，車輛起步。車輛起步后，速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊與供電柱及待電柱分離，不再為起步開關供電，以防止變速器進入一擋以外的擋位后，一擋定位開關閉合，變速器重新回到一擋。速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊與供電柱及待電柱分離后，會立即將待電導軌的第一段與供電導軌觸合，由于此時變速器還處于一擋狀態，一擋定位開關已將通向組合式電磁開關一擋電磁鐵的電流切斷，不會出現換擋動作。當車速繼續上升，速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊將待電導軌的第二段與供電導軌觸合時，它所控制的組合式電磁開關的二擋電磁鐵做功，將二擋電磁鐵補償開關，離合電機開關及一、二擋換擋電機開關閉合，啟動離合電機及一、二擋換擋電機，由于一、二擋換擋電機開關被組合式電磁開關的二擋電磁鐵閉合時會與被組合式電磁開關一擋電磁鐵閉合時電流相反，一、二擋換擋電機反向轉動，切入二擋。車速繼續上升，速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊會依次將待電導軌的其余段與供電導軌觸合，控制換擋動作，直至最高擋位。車速下降時，速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊，同樣會將與當前時速對應的一段待電導軌與供電導軌觸合，控制離合電機與換擋電機使變速器換入與當前時速對應的擋位。需要停車時，將制動踏板踏至行程末端，車輛在制動減速的同時，安裝在制動踏板支架上的離合電機開關閉合，離合電機啟動，離合器片分離，此時，如變速器擋位位于一擋或倒擋位置，安裝在制動踏板支架與一擋及倒擋定位模塊之間的液壓通道或拉索，會通過支座上的一擋及倒擋定位模塊將其推回或拉回空擋位置，如擋位不在一擋或倒擋位置，此時，由于一擋定位模塊連同它上面安裝的一擋定位開關，已經運行至空擋位置，車輛會在減速過程中，依次降擋，在由二擋換入一擋的過程中，由二擋運行至二擋與一擋之間的空擋位置時，撥叉桿上的定位模塊，會在此空擋位置切斷一擋定位開關，組合式電磁開關控制一擋的電磁鐵失去電流后，一擋電磁鐵補償開關、離合電機開關以及一、二擋換擋電機開關被回位彈簧彈回預定位置，切斷離合電機與一、二擋換擋電機電流，換擋終止，車輛停車。增加電磁鐵補償開關的目的是為防止車速變化過快時，速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊運行至兩段待電導軌之間時，由于與待電導軌接觸時間過短所導致的換擋失敗，它可以使電磁鐵一經啟動，可以同時為電磁鐵由組合式電磁開關與功能開關連接的電路取電，直至換擋完成后，再由擋位定位開關為電磁鐵切斷電流。為滿足車輛在日常行駛中超車的需要，在待電導軌控制最高擋位的一段與變速器最高擋位的擋位定位開關之間的電路上，安裝一個高擋限制開關，并通過一根可被高擋限制開關控制的導線與比最高擋位低一擋的擋位定位開關連接，高擋限制開關通過支架安裝在油門踏板之下，當油門踏板踏至行程末端時，可通過此開關在切斷速控開關待電導軌控制最高擋位的一段與變速器最高擋位定位開關之間電流的同時，可將來自速控開關待電導軌控制最高擋位一段的電流轉接至比最高擋位低一擋的擋位定位開關，如變速器在最高擋位時，快速將油門踏板踏至其行程末端變速器會降低一擋行駛，如變速器不在最高擋位，變速器會在升至比最高擋位低一擋時停止升擋，超車完畢，松抬油門踏板，重新接通速控開關時速表上的待電導軌控制最高擋位的一段與變速器最高擋位定位開關之間的連接，同時將速控開關時速表待電導軌控制最高擋位的一段與比最高擋位低一擋的擋位定位開關之間的電流切斷，以使車輛變速器升至最高擋位運行。為滿足車輛在冰雪路面時的起步需要，在速控開關時速表第一段待電導軌和起步開關至一擋定位開關之間導線的連接點與一擋定位開關之間的導線上，安裝一個雪地模式開關，并通過一根可被雪地模式開關控制的導線與二擋定位開關連接，通過此控制開關，可在切斷速控開關時速表待電柱及第一段待電導軌通向一擋定位開關電流的同時，把來自速控開關時速表待電柱及第一段待電導軌的電流轉接至二擋定位開關，在踏下油門踏板，閉合起步開關時，車輛由二擋起步。此電控隨速換擋系統的控制電路具體連接順序為：自點火開關、功能開關、速控開關時速表上的供電柱由導線順序連接，供電柱與供電導軌自接連接或通過一個控制開關由導線連接；速控開關時速表上的待電柱通過導線連接至起步開關，再經起步開關由導線連接至一擋定位開關后與組合式電磁開關的一擋電磁鐵正極連接；速控開關時速表上的待電導軌分成與變速器前進擋個數對應的數段，與待電柱相鄰的一段為第一段，通過導線連接至起步開關與一擋定位開關之間的導線上，自此以上依次為第二段、第三段……，分別通過導線連接至與其控制擋位對應的擋位定位開關，再經擋位定位開關連接至控制此擋位的組合式電磁開關的電磁鐵正極，各電磁鐵負極通過車架與蓄電池負極連接；組合式電磁開關中的電磁鐵補償開關，一端通過導線經功能開關與點火開關連接，另一端連接至與其對應的擋位定位開關與速控開關待電導軌之間的電路；組合式電磁開關中的離合電機開關，一端通過導線經功能開關與點火開關連接，另一端與離合電機正極連接，離合電機的負極通過車架連接至蓄電池負極；組合式電磁開關中的換擋電機開關為雙聯動開關，一端區分正負極，并且同一換擋電機開關在控制它的兩個電磁鐵輪流控制下能實現電流方向的改變，使換擋電機按照設定正轉或反轉，其正極通過導線經功能開關與點火開關連接，負極通過車架與蓄電池負極連接，另一端分別通過導線連接至換擋電機正負極；制動踏板支架上安裝的離合電機開關一端連接離合電機正極，另一端通過一個由電磁鐵控制的離合電機保護開關連接至功能開關與速控開關供電柱之間的電路，離合電機保護開關上面的電磁鐵正極由導線連接至速控開關待電柱與起步開關之間的電路，負極通過車架連接至蓄電池負極，或將離合電機保護開關安裝在制動踏板支架上安裝的離合電機開關與離合電機正極之間的導線上；高擋限制開關安裝在速控開關待電導軌控制最高擋位的一段與變速器最高擋位定位開關之間的導線上，并有一根可被高擋限制開關控制的導線與比最高擋位低一擋的擋位定位開關連接，在切斷速控開關待電導軌控制最高擋位的一段與變速器最高擋位定位開關之間電流的同時，可將來自速控開關待電導軌控制最高擋位一段的電流轉接至比最高擋位低一擋的擋位定位開關；雪地模式開關，將其安裝在速控開關時速表第一段待電導軌和起步開關至一擋定位開關之間導線的連接點與一擋定位開關之間的導線上，并通過一根可被雪地模式開關控制的導線與二擋定位開關連接。速控開關時速表上的供電柱與待電柱、各段待電導軌與供電導軌，能被速控開關時速表指針上的金屬導體滾筒或金屬導體滑塊運行至其位置時觸合，接通控制電路。如若取消換擋桿，不再保留手動換擋模式，則需去掉功能開關，將速控開關時速表上的供電柱與點火開關通過導線直接連接，增加控制倒擋的電磁開關及倒擋定位開關，控制離合電機及倒擋撥叉桿上的換擋電機，倒擋定位開關與一擋定位開關通過一切換開關與起步開關連接并在速控開關的供電柱與供電導軌之間的導線上加裝一開關，將此開關及一擋與倒擋切換開關組合在一起一鍵控制，按下一鍵控制按鈕，可以由控制一擋的電路切換至控制倒擋，并切斷速控開關供電柱與供電導軌之間的電流，以防止在倒車過程中，時速過高時，切換進入二檔及二擋以上的擋位。