用于车辆变速器的换挡组件的制作方法

本发明涉及一种用于车辆变速器的换挡组件，包括：换挡杆，换挡杆安装于基座中，以在用于自动模式的换挡槽与用于手动模式的换挡槽之间在选择方向上进行枢转运动以及在换挡槽中每一个中在垂直于选择方向的换挡方向上进行枢转运动；返回机构，其由电动马达(2)操作并且被布置成经由推动构件机械地作用于换挡杆上，以使换挡杆从手动换挡槽返回到自动换挡槽，其中推动构件通过连接部连接到由电动马达驱动的从动构件，连接部允许推动构件相对于从动构件在力传递到换挡杆的方向上运动，并且包括作用于推动构件与从动构件之间的弹簧，在启动(激活)返回机构的情况下，弹簧被加载，以使换挡杆返回，并且外部反力作用于换挡杆上，从而防止返回运动，在此情况下，转换电动马达的力以预加载弹簧；以及阻挡元件，阻挡元件能被致动以从阻挡位置移出，在阻挡位置，该阻挡元件阻挡换挡杆从自动换挡槽运动到手动换挡槽，

用于车辆变速器的换挡组件公开于us8316734b2中。用于将换挡杆从手动换挡槽驱动回到自动换挡槽的返回机构包括电动马达，电动马达用来驱动蜗杆或主轴。蜗杆与主轴螺母啮合，通过在任一方向上旋转蜗杆，主轴螺母可以沿着蜗杆在任一方向上移位。主轴螺母联接到第一杠杆，第一杠杆能绕中心轴线枢转，其中，主轴螺母联接到第一杠杆的远离枢转轴线的端部。第二杠杆联接到第一杠杆，其中连接部为枢轴联接件，并且其中弹簧安置于枢转联接件中。弹簧将第二杠杆偏压到闲置位置，在闲置位置，第二杠杆形成远离中心枢转轴线延伸的第一杠杆的延伸部。第二杠杆安置成使得当第二杠杆随着第一杠杆一起绕着中心轴线枢转时，其能作用于换挡杆上，从而使换挡杆从手动换挡槽返回到自动换挡槽。

第一杠杆和第二杠杆利用偏压弹簧的枢转连接具有以下优点。在障碍物、诸如手提包阻挡了换挡杆回到自动换挡槽的情况下，自动返回机构虽然能运行，但不会有损坏电动马达的危险。在障碍物的情况下，通过使旋转蜗杆上的主轴螺母前移来使第一杠杆枢转。在此情况下，第一杠杆的枢转运动不能传递给第二杠杆，因为就像第二杠杆所作用的换挡杆，第二杠杆也同样被阻挡。第一杠杆相对于第二杠杆的枢转运动造成预负荷累积于弹簧中。在移除了障碍物之后，预加载弹簧的偏压力完成了换挡杆到自动槽的返回运动。

这种换挡组件的缺点在于在返回机构执行了返回操作之后，一旦通向手动换挡槽的路径再次开放，电动马达就必须在相反方向上操作(与用来执行返回操作的旋转相比)，以使主轴螺母和第一杠杆和第二杠杆向后运动。

本发明的目的在于提供一种换挡组件，其具有返回到自动换挡槽的返回机构，该返回机构可以由电动马达(电动机)以简单并且可靠的方式来操作。

由包括权利要求1的特征的换挡组件实现了这个目的。在附属权利要求中陈述了本发明的优选实施例。

根据本发明，返回机构包括轮，可由马达驱动该轮进行旋转。该轮在其前面上具有螺旋凸轮表面。螺旋凸轮面与轮的旋转轴线同轴，并且在轮的前面之上的高度在周向方向上从起点的最小高度增加，并且在一圈之后返回到起点处的最小高度。螺旋凸轮表面可以由在轮的前表面上周向延伸的同轴壁的上表面形成。周向壁被成形为在前表面之上具有这样的高度：该高度沿周向从起点的最小高度开始不断增加，并且沿周向一圈或360°之后返回到最小高度。高度可以从起点持续地增加，以在绕圆周接近360°时到达最大高度，并且以陡下降边缘快速降低以达到在起点处的最小高度。

从动构件由柱塞形成，柱塞沿着轮的旋转轴线、沿轴向可滑动地安置，但是旋转固定的(无法旋转的)，使得当轮旋转时其不能旋转。柱塞具有在径向从它延伸的突出部，以在螺旋凸轮表面上延伸，使得当轮旋转以使柱塞在轴向方向上朝向换挡杆运动从而推动该推动构件时，突出部沿着螺旋凸轮表面滑动。以此方式，当突出部骑跨在螺旋凸轮表面上以增加在轮的前表面之上的高度时，柱塞向前运动。推动构件由柱塞承载并且可以相对于柱塞在轴向方向上滑动。弹簧是作用于柱塞与推动构件之间的压缩弹簧。当障碍物阻挡换挡杆回到自动换挡槽时，照常操作返回机构。柱塞通过以其突出部骑跨在旋转轮的旋转凸轮表面上而照常向前朝向换挡杆移位。然而，推动构件不能跟随柱塞的移位，因为推动构件抵靠于被阻挡的换挡杆。替代地，在柱塞与推动构件之间的压缩弹簧被压缩。因此，电动马达用于返回操作的能量被吸收在压缩弹簧中，并且在压缩弹簧中储存。在移除了障碍物之后，预加载弹簧的力作用于推动构件上并且因此作用于换挡杆上，并且完成换挡杆到自动换挡槽的返回运动。

应意识到，返回机构能通过如下方式执行返回操作，即转动轮，以使得柱塞的突出部骑跨在螺旋凸轮表面上、从轮的前表面之上的最小高度到沿着螺旋凸轮表面具有最大高度的位置。在柱塞的突出部经过螺旋凸轮表面的最大高度区域之后，由电动马达使轮在相同方向上进一步旋转到如下位置，在该位置中，柱塞的突出部再次位于凸轮表面上、在具有在轮的前表面之上的最小高度的区域中。在这种状态下，驾驶员能使换挡杆往回枢转到手动槽，手动槽也向后推动该推动构件和柱塞，以使得柱塞的突出部更靠近轮的前表面，并且柱塞的突出部靠近或者抵靠在轮的前表面之上最小高度的区域中的螺旋凸轮表面。因此，当换挡杆再次枢转到手动槽时，返回机构的电动马达必须操作以在相同方向上旋转，从而执行返回操作并且回到推动构件能由换挡杆返回的状态。因此，简化了电动马达被操作成仅沿一个方向旋转的操作。

螺旋凸轮表面的形状可以使得其在轮的前表面之上的高度从起点增加，并且在轮的周向方向上接近360°时到达在轮的前表面之上的最大高度，并且然后当到达360°时再次降低到最小高度。然而，螺旋凸轮表面也可以具有其它形状，例如从起点处最小高度增加并且绕圆周180°处到达最大高度，之后，高度再次降低并且在绕圆周360°处到达最小高度。在此情况下，电动马达必须进行几乎180°的旋转来执行返回操作，并且当换挡组件再次被带到能使换挡杆枢转到手动挡的状态时执行到360°的进一步旋转。在原则上，螺旋凸轮表面的形状也可以在以下意义上不同：其周期性并不是360°，而是例如仅180°。然后，将存在两个相对的螺旋凸轮表面，第一个从0°延伸到180°，第二个从180°延伸到360°，其中在180°的每个螺旋凸轮区段中，螺旋凸轮表面的高度从最小高度增加到最大高度，并且再次回落到最小高度。在此情况下，电动马达将仅须驱动该轮旋转180°来执行返回操作，并且使换挡组件返回到换挡杆能再次枢转到手动换挡槽的状态。原则上，甚至可能存在绕圆周彼此相继的多于两个这样的螺旋凸轮区段，在三个相继螺旋凸轮区段的情况下，这种螺旋凸轮区段具有120°的周向延伸部(延伸范围)，在四个螺旋凸轮区段的情况下，这种螺旋凸轮区段具有90°的周向延伸部(延伸范围)等。然而，绕圆周的大量的顺序螺旋凸轮区段并非优选的，因为随着螺旋凸轮区段的周向延伸部变得更小，用来执行操作的轮的角转动范围相对应地变得更小。因此，优选地具有360°周期性的单个螺旋凸轮表面，在轮的前表面之上从最小高度增加到最大高度，并且在轮的一圈内再次降回到最小高度。在此情况下，电动马达必须驱动轮360°完全旋转，以便执行返回操作和使换挡组件回到换挡杆能往回枢转到手动槽的状态。轮的完整旋转对应于电动马达的更多旋转，并且因此向电动马达提供更好的齿轮或变速比，那么电动马达可以具有相应低的输出功率。

在一优选实施例中，返回机构的电动马达被布置成驱动蜗杆旋转。轮是蜗轮并且与蜗杆啮合。这种涡轮变速器能以节省空间的方式来设计。此外，这种蜗轮变速器可以被设计成具有高齿轮比，以使得小电动马达可以用来驱动蜗轮旋转。

在一优选实施例中，返回机构的轮还设有绕轮圆周的径向凸轮表面，径向凸轮表面呈现离绕轮的旋转轴线变化的径向距离。阻挡元件是偏压到阻挡位置的弹簧，在阻挡位置，其阻挡换挡杆朝向手动换挡槽的运动。径向凸轮表面被布置成与阻挡元件相互作用，以在返回机构的轮被转动以执行返回操作、即推动该推动构件以使之运动到换挡杆上从而使换挡杆返回到自动换挡槽时，允许阻挡元件通过弹簧偏压而返回到阻挡位置。径向凸轮表面还被布置成与阻挡元件相互作用，以在返回机构的轮被进一步转到如下位置时驱动它远离阻挡位置并且保持远离阻挡位置，在该位置中，柱塞的突出部安置成与螺旋凸轮表面的具有最小高度的区域相对。在此情形下，可以通过手动地枢转换挡杆、造成往回推该推动构件和柱塞，使换挡杆再次被带到手动换挡槽。当然，在此状态下，阻挡构件必须已经从阻挡位置移出以允许这种运动。径向凸轮表面被布置成使得当轮已将螺旋凸轮表面转动到如下位置时已经克服弹簧力使阻挡构件从阻挡位置出来，在该位置中，螺旋凸轮表面允许换挡杆再次枢转到手动换挡槽，即柱塞的突出部安置成与螺旋凸轮表面的最小高度区域相对，从而能往回推该推动构件和柱塞、直到突出部在轮的前表面之上具有最小高度的区域中抵靠于螺旋凸轮表面上。

在一优选实施例中，阻挡元件是枢转阻挡臂，枢转阻挡臂具有延伸到径向凸轮表面的凸轮从动件。径向凸轮表面与凸轮从动件被布置成协作，使得在轮旋转时，凸轮从动件沿着径向凸轮表面滑动，以克服弹簧的偏压力选择性地驱动阻挡臂从阻挡位置枢转出来和由偏压弹簧力允许阻挡臂返回到阻挡位置。

在这种布置中，返回机构作用于从动元件上以执行返回操作，并且当需要时也作用于阻挡构件上以使之从阻挡位置出来。

现将关于在附图中示出的优选实施例来描述本发明，在附图中：

图1和图2示出了换挡组件的优选实施例的返回机构的部分的透视图；

图3示出了在图1和图2中示出的实施例的返回机构的侧视图；

图4示出了在附图中示出的优选实施例的返回机构的各部分的顶视平面图；

图5示出了优选实施例的返回机构的一部分的侧视图；

图6和图7示出了在图4和图5中示出的返回机构的部分的透视图；

图8至图10示出了其中换挡组件的返回机构执行返回操作的顺序运动状态。

在附图中示出的本发明的实施例的换挡组件包括换挡杆1(其下端在图3、图8至图10中示出)。换挡杆1安装于轴承中，使得其能在选择方向上、在用于自动模式的换挡槽与用于手动模式的换挡槽之间枢转。在换挡槽中的每一个中，换挡杆可以在垂直于选择方向的换挡方向上枢转。

换挡组件还包括返回机构，返回机构允许将换挡杆1机械地驱动到自动换挡槽。参考图1至图3，将给出返回机构的主要部件的总体视图。返回机构包括电动马达2，电动马达2驱动轴4旋转。轴4承载蜗杆6，蜗杆6在图1中示出。蜗杆1与蜗轮8啮合。蜗杆6和蜗轮8优选地被布置成使得实现更高的齿轮比，更高的齿轮比允许采用相当小的电动马达2。以此方式，能由电动马达2来驱动蜗轮8旋转。

在蜗轮8的前表面上形成径向凸轮表面18和螺旋凸轮表面10。径向凸轮表面18形成紧邻蜗轮8的侧表面，侧表面具有至蜗轮8的旋转轴线的变化的径向距离，即，与周缘的其余部分相比，径向凸轮表面18的侧表面沿着周缘的某些部分会更靠近蜗轮8的旋转轴线，如在图4中最佳地看出。将在下文中更加详细地描述径向凸轮表面18的功能。

也在图4至图7中看到螺旋凸轮表面10。螺旋凸轮表面10由同轴包围蜗轮8的旋转轴线的圆形壁12的上表面形成。螺旋凸轮表面10在起点处在蜗轮8的前表面上方具有最小高度。在周向方向上从起点，在蜗轮8的前表面上的高度增加(参看例如图5和图7)。在沿周向方向到达360°之前，螺旋凸轮表面10达到在前表面上方的最大高度，并且具有降低的边缘，以在再次到达起点时返回到最小高度。

中空柱塞20与蜗轮8的旋转轴线同轴地安置，并且可以在蜗轮8的旋转轴线的方向上移位，但是被固定防止绕蜗轮8的旋转轴线旋转。柱塞20部分地接纳于圆形壁12内，圆形壁12在其上表面处提供螺旋凸轮表面10。柱塞20还设有径向突出部22，径向突出部22可以在图1和图4至图7中可以看出。径向突出部22径向延伸超过圆形壁12，如在图4和图5中最佳地看出。径向突出部22的朝向螺旋凸轮表面10的表面抵靠在螺旋凸轮表面10上。如果径向突出部22处于其抵接螺旋凸轮表面的位置中，并且当电动马达然后被启动以在一方向上旋转蜗轮8从而使得螺旋凸轮表面10在蜗轮8的前表面上的高度升高时，沿着旋转轴线并且远离蜗轮8推动柱塞20，同时径向突出部22在正旋转的螺旋凸轮表面10上向上滑动。

螺旋压缩弹簧40以一端接纳于柱塞20内并且支承在柱塞20中。压缩弹簧40的相对端支承推动构件30，推动构件30朝向换挡杆的下端部，如在图3中可以看出。

当通过启动电动马达2来起始返回机构时，蜗轮8开始旋转。这造成柱塞20的径向突出部22相对地沿着螺旋凸轮表面运动，以升高在蜗轮8的前表面之上的高度。以此方式，推动柱塞12以在蜗轮8的旋转轴线的方向上并且朝向换挡杆1运动。当推动构件30到达换挡杆1的下端部时，并且通过使螺旋凸轮表面10进一步朝向其在蜗轮8的前表面之上的最大高度进一步旋转，使柱塞进一步朝向换挡杆1运动，推动构件30作用于换挡杆1的下端部上，以使换挡杆1运动回到自动换挡槽。

在图8至图10中，返回操作被示出为运动状态的顺序，其中在示出的操作中，由暂时阻挡换挡杆1运动到自动换挡槽的障碍物而使情形变得复杂。在图8所示的状态下，换挡杆1处于手动换挡槽中。通过启动电动马达2来开始返回操作，这造成蜗轮8旋转，而蜗轮8旋转又造成螺旋齿轮表面10旋转，螺旋齿轮表面10相对于柱塞20的径向突出部22旋转会使得抵接柱塞20的径向突出部22的螺旋凸轮表面10在蜗轮8的前表面之上的高度升高。这造成柱塞20与弹簧40和推动构件30一起被推向换挡杆1，直到推动构件30抵接换挡杆1的表面。如果在这种情形下，换挡杆1受到外部障碍物、例如紧邻换挡杆安置的手提包阻挡，因为换挡杆1被挡住而不能完成返回操作。在这种情况下，电动马达2的操作照常继续，蜗轮8照常旋转，并且因此柱塞20被进一步推向换挡杆1。然而，由于抵靠换挡杆的推动构件30不能参与这种运动，柱塞20相对于推动构件30的运动由压缩弹簧40吸收，压缩弹簧40因此被压缩到预加载状态。这在图9中示出，其中与图8相比，柱塞20已经朝向换挡杆1运动，而推动构件30抵靠被阻挡的换挡杆1保持在位。

如果现在移除障碍物，例如当驾驶员离开汽车时，预加载压缩弹簧40在推动构件30上的力足以使推动构件30运动，以使得换挡杆1被推动到如图10所示的自动换挡槽。预加载压缩弹簧40的力足以用于这种操作，以使得电动马达2在这个阶段期间不使用。

当换挡杆1已经由返回机构推回到自动换挡槽时，换挡杆到自动换挡槽的运动处于由棘爪机构支持的运动的最后阶段，由从换挡杆1下端延伸的棘爪形成该棘爪机构，棘爪与在换挡槽中的每一个中的棘爪谷合作(参看图8至图10)。返回机构使换挡杆1运动远到足以使得棘爪经过在棘爪轨道的各谷之间的峰(脊)，之后棘爪力支持到自动换挡槽内的最终运动，这样就足够了。

当完成返回操作时，蜗轮8旋转到如下位置：在该位置中，柱塞20的径向突出部22经过螺旋凸轮表面10的最大高度的区域，并且安置成再次与螺旋凸轮表面的开始位置(即，螺旋凸轮表面在蜗轮8的前表面之上的最小高度的区域)相对。在这个位置，当换挡杆1在选择方向上朝向手动换挡槽枢转时，推动构件30和柱塞20再次自由以往回运动。

为了控制换挡杆1朝向手动换挡槽的运动，还设置手动模式阻挡元件50，手动模式阻挡元件50在图1至图3和图8至图10中示出。阻挡元件50安装成使得其能绕枢转销56枢转。在与枢转销56相对的端部，阻挡元件50包括阻挡臂54。弹簧58作用于阻挡元件50上以使阻挡元件50偏压到闲置位置，在闲置位置，阻挡臂54相对于换挡杆1的下端充分地被升高，使得其阻挡换挡杆1朝向手动模式换挡槽的运动。这个状态在图3和图10中示出。

臂从阻挡元件50突出，作为凸轮从动件52(参看图1和图2)，凸轮从动件52朝向蜗轮8的前表面延伸，以与径向凸轮表面18合作。凸轮从动件52的远端抵靠径向凸轮表面18。径向凸轮表面18具有离蜗轮8的旋转轴线具有可变径向距离的侧表面。特别地，径向凸轮表面18包括相比于构成圆的一部分的其余圆周部分具有减小半径的圆周部分，如在图4的平面图中最佳地示出。当阻挡臂54的远端处于径向凸轮表面18的减小直径部分中时，阻挡元件50借助偏压弹簧58自由向上枢转，以使得阻挡臂54被朝向阻挡位置推压以抵靠换挡杆1的下端部的侧表面，如在图3中所示。如果蜗轮8被旋转成使得凸轮从动件52的远端从径向凸轮表面18的减小直径部分滑出，凸轮从动件52推压阻挡元件50以进行枢转，以使得阻挡臂54向下运动并且不阻碍换挡杆1的下端。这个状态在图8中示出，其中，换挡杆1已经枢转到手动换挡槽。

在图9的状态下，已经操作返回机构，并且因此凸轮从动件52已经到达径向凸轮表面18的减小直径部分。在这种情形下，偏压弹簧58已经向上推压阻挡臂54，但是其运动仍受到换挡杆1的下表面阻挡。一旦返回机构的预加载弹簧40能将换挡杆1往回推向自动换挡槽，换挡杆1的下表面已经运动成不阻碍阻挡臂54，以使得阻挡臂54已往回运动到阻挡位置，如在图10中可以看出。