电控换挡器和电控换挡控制系统的制作方法

本发明涉及一种自动换挡装置，更具体地涉及一种实现变速器的自动换挡的电控换挡器。另外，还涉及一种包括这种换挡控制器的电控换挡控制系统。

背景技术：

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

自从改革开放以来，随着国家提升农机化水平以及加快农村基础设施政策的实施，我国的农机产业得到显著的发展，形成了完整的农业机械工业化体系。农业机械的迅猛发展及其在农村中的应用加快了我国农村农业劳动力结构革新，这些都促进了我国新农村建设以及农村经济的发展。

随着我国工业自动化水平的提高，用户对农业机械的自动化程度也提出了新的要求。在现有技术的农业机械，特别是农用拖拉机中，驾驶舒适性以及自动化程度已经成为农机用户在购买农业机械时所要考虑的重要因素。就现有技术中的农用拖拉机而言，为了提高发动机的传动效率，通常采用手动变速器，变速器的换挡操作一般采用最为原始的手动拨杆换挡。手动拨杆换挡不仅操作费力、不便，而且换挡信号难以采集，这不利于对换挡进行自动控制，给后续全自动换挡以及智能换挡带来障碍。

另外，由于现有技术中的换挡拨杆在安装时行程不方便调节，各个挡位行程的调节会出现干涉操作不便，换挡费力，误操作发生的概率较大，并且换挡拨杆安装不方便，需要特制的安装支架，占用驾驶室内的空间较大。因此，现有技术中的特别是用于农业机械的换挡系统导致农业机械的操作舒适性大大地降低，不能满足农机操作人员或用户在这方面的相关需求。

因此，现有技术中需要一种能够提高农业机械的舒适性并且能够减小换挡控制器所占据空间的换挡控制器以及相关的换挡控制系统，使操作人员能够在非常方便的位置以非常舒适的方式实现拖拉机等农业机械的换挡操作。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的农用拖拉机中的换挡系统操作不便、操作舒适性差以及换挡操作杆在驾驶室内的布置不合理等问题，本发明提出一种能够大大减小操作部在驾驶室内的占据空间并且能够大大提高换挡操作便利性和舒适性的换挡器以及相应的换挡控制系统。

本发明提供一种用于变速器的电控换挡器，该电控换挡器包括通过第一换挡控制拉线与变速器的第一换挡拨叉传动地连接的第一运动输出部件、通过第二换挡控制拉线与变速器的第二换挡拨叉传动地连接的第二运动输出部件、用于驱动第一运动输出部件的第一驱动机构、用于驱动第二运动输出部件的第二驱动机构以及用于控制第一驱动机构和第二驱动机构运转的控制电路板。

根据本发明的用于变速器的电控换挡器能够通过由驱动机构致动的运动输出部件来带动换挡控制拉线，该换挡控制拉线则可以传动地连接至变速器的换挡拨叉。通过两个换挡拨叉实现对变速器的挡位变换的精确控制。由于通过换挡控制拉线对变速器进行控制，因此可以将电控换挡器设置在距离变速器较远的位置处，并且这也不会影响变速器的操作效率，因此，大大地方便了电控换挡器的安装。另外，通过电控换挡器能够提高换挡效率，并且减低换挡时的误操作率。

根据本发明的用于变速器的电控换挡器的一个优选的实施例，第一驱动机构和第二驱动机构包括步进电机和与步进电机传动地联接的减速装置，步进电机通信地连接至控制电路板，减速装置与第一运动输出部件和第二运动输出部件传动地联接。

在根据本发明的用于变速器的电控换挡器的另一个优选的实施例中，减速装置包括齿轮减速装置。

根据本发明的用于变速器的电控换挡器的再一个优选的实施例，齿轮减速装置的最后一级传动包括齿条，齿条相对固定地连接至第一运动输出部件和第二运动输出部件。

在根据本发明的用于变速器的电控换挡器的还一个优选的实施例中，第一驱动机构和第二驱动机构包括液压驱动机构，液压驱动机构包括为液压驱动机构提供工作流体的液压马达、通过流体管路与液压马达流体连通的液压缸以及设置在液压马达与液压缸之间的流体通路上的液压阀，液压阀通过控 制电路板控制。

在根据本发明的用于变速器的电控换挡器的另一个优选的实施例中，该电控换挡器还包括用于容置电控换挡器的各个部件的壳体。可以通过壳体将电控换挡器的各个零部件容纳其中，从而为电控换挡器提供良好的保护，并为其各个部件提供安装基础。

根据本发明的用于变速器的电控换挡器可被用于农业机械中，这将大大改善农业机械的驾驶便利性和舒适性，另外还能够提高换挡控制器在农业机械的驾驶室内的安装便利性。

本发明还提供一种用于变速器的电控换挡控制系统，该电控换挡控制系统包括用于输入挡位信息和显示当前挡位信息的控制面板、与控制面板通信地连接的控制器、与控制器通信地连接的电控换挡器、用于将电控换挡器联接至变速器的第一换挡拨叉的第一换挡控制拉线以及用于将电控换挡器联接至变速器的第二换挡拨叉的第二换挡控制拉线，在此，该电控换挡器为根据本发明的如上所述的电控换挡器中的任一种。

根据本发明的用于变速器的电控换挡控制系统的一个优选的实施例，该电控换挡控制系统还包括设置在变速器与控制器之间的挡位反馈装置。通过挡位反馈装置将变速器的当前挡位信息进行采集，并通过控制面板显示给车辆操作人员。

进一步地，根据本发明的如上所述的用于变速器的电控换挡控制系统可以用于农业机械中。根据本发明的换挡控制系统的控制面板可以在驾驶室内集成在驾驶人员易于观察和操作的中控台上，因此对换挡控制器的操作简单省力，可以有效防止误操作，并且大大节省了换挡器在驾驶室内所占据的空间。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是变速器的选挡控制示意图。

图2是根据本发明的用于变速器的电控换挡器的第一实施例的俯视图。

图3是根据本发明的用于变速器的电控换挡器的第一实施例的主视 图。

图4是根据本发明的用于变速器的电控换挡控制系统的第一实施例的示意图。

图5是根据本发明的用于变速器的电控换挡器的第二实施例的俯视图。

图6是根据本发明的用于变速器的电控换挡器的第二实施例的主视图。

图7是根据本发明的用于变速器的电控换挡控制系统的第二实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

本发明提出一种用于变速器的电控换挡器，该变速器可以通过两根换挡控制拉线实现挡位的选择和变换。如图1所示，示出变速器的选挡控制图。将变速器的挡位位置用-1、0、1三个数字进行标定，其中“-1”对应于图1中的换挡控制拉线长度“短”，“0”对应于图1中的换挡控制拉线长度“中”，“1”对应于图1中的换挡控制拉线长度“长”。如图1所示，其中，空挡坐标为(0，0)，一挡坐标为(-1，1)，二挡坐标为(-1，-1)，三挡坐标为(0，1)，四挡坐标为(0，-1)，五挡坐标为(1，1)，六挡坐标为(1，-1)。换挡时，通过第一换挡控制拉线12控制挡位的y轴的坐标位置，并通过第二换挡控制拉线14控制挡位的x轴的坐标位置。

在使用手动换挡器的过程中，可以将换挡过程分成三个步骤：第一步，将y值置零，即将换挡拨杆拨动至y＝0，然后判断需要变换到的挡位的x值，使换挡拨杆沿x轴移动，当到达所需要的x轴挡位位置时，再使换挡拨杆沿y轴方向运动，直到达到所需的目标挡位。以上换挡过程也可以通过第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14来实现。通过第一换挡控制拉线12控制挡位沿y轴方向的位置，并通过第二换挡控制拉线14控制挡位沿x轴方向的位置，从而实现挡位的选择和变换。

如图4和图7所示，图4示出根据本发明的第一实施例的电控换挡控制 系统200的示意图，其包括根据本发明的第一实施例的电控换挡器20，图7示出根据本发明的第二实施例的电控换挡控制系统400的示意图，其包括根据本发明的第二实施例的电控换挡器40。根据本发明的电控换挡器即用于控制第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14的运动，从而实现对变速器1的换挡操作。根据本发明的电控换挡器包括分别与变速器1的第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14传动地连接的第一运动输出部件和第二运动输出部件，第一运动输出部件和第二运动输出部件相对于电控换挡器的壳体做往复直线运动，从而分别带动第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14做线性运动。然后，通过第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14分别操纵变速器1的第一换挡拨叉2和第二换挡拨叉3，实现变速器1的换挡操作。

进一步地，根据本发明的电控换挡器还包括用于驱动第一运动输出部件的第一驱动机构和用于驱动第二运动输出部件的第二驱动机构。在如图2、图3和图4所示的根据本发明的第一实施例中，根据本发明的电控换挡器20的第一驱动机构可以包括步进电机22、与步进电机22传动地联接的减速装置24以及控制步进电机22的运转的控制电路板26，减速装置24的动力输出传动地联接至第一运动输出部件，并且驱动第一运动输出部件做往复直线运动。控制电路板26可以用于接收来自操作人员的信号输入，并通过信号处理产生用于控制步进电机22的运动状态的电信号。类似地，根据本发明的电控换挡器20的第二驱动机构可以具有与第一驱动机构相同的结构和组成部件，即第二驱动机构包括步进电机22、与步进电机22传动地联接的减速装置24以及控制步进电机22的运转的控制电路板26，减速装置24的动力输出传动地联接至第二运动输出部件，并且驱动第二运动输出部件做往复直线运动。根据本发明的电控换挡器20还包括用于容置电控换挡器20的各个部件的壳体，该壳体可以将电控换挡器20的各个零部件封装其中，从而为各个零部件提供安全防护，并为各个零部件提供安装基础。

在此，减速装置24可以采用齿轮减速装置或蜗轮蜗杆减速装置。在此，当减速装置24采用齿轮减速装置时，其可以包括传动地连接至步进电机22的小齿轮和传动地连接至第一运动输出部件或第二运动输出部件的大齿轮，通过小齿轮带动大齿轮来对步进电机22的输出进行减速。当然，为了进一步增大减速比，也可以采用多级减速传动，比如可以采用多组小齿轮和大齿轮组合的传动形式。当采用齿轮减速装置时，齿轮 减速装置的最后一级传动可以采用齿条27，通过齿条27将齿轮的旋转运动转换成直线运动。当然，该减速装置24也可以采用蜗轮蜗杆减速装置，此时可以将步进电机22的输出直接连接至蜗轮蜗杆减速装置的涡轮部分，并且将蜗杆部分连接至第一运动输出部件或第二运动输出部件，由此带动第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14做直线运动。在根据本发明的电控换挡器中，第一运动输出部件或第二运动输出部件可以是与齿轮减速装置的齿条27或蜗轮蜗杆减速装置的蜗杆部分固定地连接的伸缩杆。当齿条27在齿轮减速装置的驱动下做往复直线运动时，与齿条27相对固定地设置在一起的伸缩杆随着齿条27做往复直线运动，从而带动第一换挡控制拉线12或第二换挡控制拉线14做往复直线运动。类似地，当蜗杆在蜗轮蜗杆减速装置的驱动下做往复直线运动时，与蜗杆相对固定地设置在一起的伸缩杆随着蜗杆做往复直线运动，由此带动第一换挡控制拉线12或第二换挡控制拉线14做往复直线运动，并由此实现对变速器1的换挡操作。

进一步，在如图5、图6和图7所示的第二实施例中，根据本发明的电控换挡器40的第一驱动机构可以包括液压驱动机构，该液压驱动机构包括为其提供工作流体的液压马达(未示出)、通过流体管路41与液压马达流体连通的液压缸42、设置在液压马达与液压缸42之间的流体通路上的液压阀44以及用于控制液压阀44的操作的控制电路板46。该液压阀44可以用于控制液压马达与液压缸42之间的连通状态，从而控制液压缸42的活动部件的往复运动。液压缸42的往复运动的活动部件可以用于连接并且驱动第一运动输出部件或第二运动输出部件，由此带动换挡控制拉线对变速器1进行换挡控制。控制电路板46可以用于接收来自操作人员的信号输入，并通过信号处理产生用于控制液压阀44的操作状态的电信号。液压阀44的阀芯还可以通过电磁阀进行控制，以使液压阀44处于不同的连接状态中。或者，也可以通过电磁阀直接控制液压马达与液压缸42之间的连通状态。根据本发明的电控换挡器40同样还包括用于容置电控换挡器40的各个部件的壳体，该壳体可以将电控换挡器40的各个零部件封装其中，从而为各个零部件提供安全防护，并为各个零部件提供安装基础。

在根据本发明的如上所述的电控换挡器中，第一运动输出部件或第二运动输出部件可以是液压缸42的往复运动的活动部件，或者也可以是相对固定地连接至该活动部件的伸缩杆。当活动部件或连接至活动部件的伸缩 杆在液压马达和液压阀44的驱动下做往复直线运动时，液压缸42的活动部件或连接至该活动部件的伸缩杆带动第一换挡控制拉线12或第二换挡控制拉线14做往复直线运动，并由此实现对变速器1的换挡操作。

如图4所示，示出根据本发明的第一实施例的电控换挡控制系统200的示意图。根据本发明的电控换挡控制系统200包括用于输入挡位信息以及显示当前挡位信息的控制面板220、与控制面板220通信地连接的控制器240、与控制器240通信地连接的电控换挡器20、用于将电控换挡器20联接至变速器1的第一换挡拨叉2的第一换挡控制拉线12以及用于将电控换挡器20联接至变速器1的第二换挡拨叉3的第二换挡控制拉线14。在此，该电控换挡器20为根据本发明的如上所述的第一种电控换挡器，即以步进电机22为驱动部件的电控换挡器20。控制器240用于接收来自控制面板220的信号输入，操作人员可以通过控制面板220输入需要换挡的挡位，并将该挡位信息传送至控制器240，控制器240对所接收的挡位信息进行分析和处理，并将其转换成用于驱动电控换挡器20的电信号。控制器240可以根据当前挡位和目标挡位的坐标差值发出相应控制指令，电控换挡器20的控制电路板26接收来自控制器240的控制指令，并将控制指令转换为脉冲信号，控制步进电机22旋转相应角度，进而控制换挡控制拉线的行程，实现不同挡位的切换。

电控换挡器20在接收到输入信号之后，通过控制电路板26对信号进行处理，然后将信号传递至步进电机22，由此控制步进电机22的运转。在根据本发明的电控换挡器20包括彼此独立的两套驱动机构时，即电控换挡器20包括两个独立操作的步进电机22，控制电路板26根据其所接收的信号分别控制第一步进电机22和第二步进电机22的动作，进一步地通过各自的减速装置24分别致动电控换挡器20的第一运动输出部件和第二运动输出部件，由此带动第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14动作。第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14的动作则通过变速器1的第一换挡拨叉2和第二换挡拨叉3控制变速器1进行换挡操作。通过对第一换挡拨叉2和第二换挡拨叉3的控制，实现对挡位变换的精确控制。根据本发明的第一实施例的电控换挡器20可以具有独立的电源，比如其可以通过电源线28连接至车辆的蓄电池。另外，根据本发明的第一实施例的电控换挡控制系统200还包括设置在变速器1与控制器240之间的挡位反馈装置260，该挡位反馈装置260对变速器1 的挡位信息进行信号采集，并将所采集的信息进行处理，随后传送至控制器240，通过控制器240将变速器1的挡位信息传送至控制面板220并显示给操作人员。当然，在根据本发明的电控换挡器20中也可以设置单个步进电机22，在单个步进电机22与第一运动输出部件和第二运动输出部件之间设置分动装置，通过分动装置可以使单个步进电机22分别对第一运动输出部件和第二运动输出部件进行驱动。

如图7所示，示出根据本发明的第二实施例的电控换挡控制系统400的示意图。根据本发明的电控换挡控制系统400包括用于输入挡位信息和显示当前挡位信息的控制面板420、与控制面板420通信地连接的控制器440、与控制器440通信地连接的电控换挡器40、用于将电控换挡器40联接至变速器1的第一换挡拨叉1的第一换挡控制拉线12以及用于将电控换挡器40联接至变速器1的第二换挡拨叉2的第二换挡控制拉线14。在此，该电控换挡器40为根据本发明的如上所述的第二种电控换挡器，即以液压驱动机构为驱动部件的电控换挡器40。控制器440用于接收来自控制面板420的信号输入，操作人员可以通过控制面板420输入需要换挡的挡位，并将该挡位信息传送至控制器440，控制器440对所接收的挡位信息进行分析和处理，并将其转换成用于驱动电控换挡器40的电信号。

电控换挡器40在接收到输入信号之后，通过控制电路板46对信号进行处理，然后将信号传递至液压驱动机构，由此控制液压驱动机构的动作。控制电路板46根据其所接收的信号控制液压驱动机构动作，比如可以在根据本发明的电控换挡器40中设置两套独立的液压驱动机构，每一套液压驱动机构分别驱动电控换挡器40的第一运动输出部件和第二运动输出部件，由此带动第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14动作。第一换挡控制拉线12和第二换挡控制拉线14的动作则通过变速器1的第一换挡拨叉2和第二换挡拨叉3控制变速器1进行换挡操作。通过对第一换挡拨叉2和第二换挡拨叉3的控制，实现对挡位变换的精确控制。另外，也可以在根据本发明的电控换挡器40中设置单个液压马达和两个液压缸42，并通过提供液压阀44来控制液压马达的输出端与两个液压缸42的液压腔的通断，从而完成单个液压马达对两个液压缸42的驱动操作，两个液压缸42中的每一个分别对第一运动输出部件和第二运动输出部件进行驱动，从而带动第一换挡控制拉线12和第二换挡 控制拉线14动作。进一步地，根据本发明的第二实施例的电控换挡控制系统400还包括设置在变速器1与控制器440之间的挡位反馈装置460，该挡位反馈装置460对变速器1的挡位信息进行信号采集，并将所采集的信息进行处理，随后传送至控制器440，通过控制器440将变速器1的挡位信息传送至控制面板420并显示给操作人员。

根据本发明的电控换挡器以及包括这种电控换挡器的电控换挡控制系统采用相关程序控制驱动机构运转以实现电控换挡，无需分析变速器的内部结构，对于采用换挡控制拉线的拉线式换挡变速器，只需测量换挡拉线的行程，即可在控制器中通过编程定位，从而实现电控换挡。进一步地，根据本发明的电控换挡器以及相应的电控换挡控制系统是外置式结构，可独立安装于车辆的任何位置，只需使控制面板通过总线与控制器连接，极大地方便了车辆相关零部件的布局。

根据本发明的换挡控制器由于采用控制器发送指令的方式控制步进电机的转动角度或液压缸的动作，进而控制挡位变换的方法，故容易实现换挡速度的调节、换挡规则的修改以及自动换挡的实施。此外，根据本发明的换挡控制系统的控制面板可以在驾驶室内集成在驾驶人员易于观察和操作的中控台上，因此对换挡控制器的操作简单省力，可以有效防止误操作，并且大大节省了换挡器在驾驶室内所占据的空间。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。