本公开总体上涉及一种用于车辆变速器的换挡系统。
背景技术：
在一些车辆中，车辆的乘客舱中的换挡杆能够被车辆的操作者移动，以使车辆变速器在它的驻车挡和其他挡之间变换，所述其他挡例如倒挡、空挡和前进挡等。变速杆通过缆线机械地耦接到变速器，所述缆线将变速杆的运动传递到变速器换挡机构。其他车辆使用所谓的“线控换挡（shift-by-wire）”系统，其中，操作者变速杆或换挡控制单元不通过缆线物理地耦接到变速器换挡机构。替代的是，换挡控制单元被电耦接到换挡致动器（shiftactuator），所述换挡致动器被布置成在接收到来自换挡控制单元的操作者期望变速器换挡的信号时使变速器换挡。如果车辆或者给线控换挡系统供电的车辆的电路失去电力，则操作者通过换挡控制单元来控制变速器换挡的能力也丧失。
技术实现要素：
一种换挡控制系统的至少一些实施方式包括第一驱动构件和第二驱动构件、通过所述第一驱动构件和所述第二驱动构件来选择性地驱动的传动系以及保持器。所述传动系包括第一输入件、第二输入件和输出件，所述第一输入件在第一操作模式期间通过所述第一驱动构件来驱动以引起变速器换挡、所述第二输入件在第二操作模式期间被驱动以引起变速器换挡，所述输出件耦接到所述第一输入件和所述第二输入件二者并且选择性地通过这二者来驱动，所述输出件适于耦接到所述变速器的换挡机构。第二驱动构件被耦接到第二输入件，以在第二操作模式期间通过第二输入件来驱动输出件，以引起变速器换挡。并且保持器被选择性地耦接到所述第二输入件，并且可在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述保持器在所述第一操作模式期间防止所述第二输入件的移动，在所述第二位置，所述保持器在所述第二操作模式期间允许所述第二输入件移动。即使系统失去电力，并且即使第一驱动构件不起作用，第二驱动构件也可以在第二操作模式期间驱动第二输入件。第二驱动构件可以手动驱动，或者它可以包括能够驱动第二输入件的弹簧或其他储存的能源。
在至少一种实施方式中，所述第二驱动元件包括耦接到所述第二输入件的驱动齿轮，并且所述保持器包括至少一个止动表面，所述至少一个止动表面在所述第一位置被止动件接合，以防止所述驱动齿轮旋转，其中，所述保持器的止动表面在所述第二位置可从所述止动件脱离，以允许所述驱动齿轮旋转。如果期望，则驱动齿轮可以手动旋转，并且可沿第一方向旋转，以使变速器挡位朝向驻车挡改变或改变成驻车挡，并且可沿第二方向旋转，以使变速器挡位远离驻车挡改变或离开驻车挡。驱动齿轮和第二输入件可以包括啮合的齿，使得驱动齿轮的旋转使第二输入件旋转。所述第一输入件、所述第二输入件和所述输出件可以是行星齿轮组中的齿轮，其中，所述第一输入件是太阳齿轮和齿圈中的一个，并且所述第二输入件是所述太阳齿轮和所述齿圈中的另一个，并且所述第二输入件包括与所述驱动齿轮的齿啮合的齿。
所述传动系可以被接收在壳体内，并且可由止动表面接合的止动件可以通过所述壳体来限定。系统还可以包括限制表面，其适于在第二操作模式期间限制第二输入件的移动。所述限制表面可以被定位成使得当限制表面被第二输入件接合时，变速器处于期望的挡位，该期望的挡位可以是驻车挡或某种其他挡位。
换挡控制系统的至少一些实施方式包括：包括电动机的第一驱动构件；输出件，其适于被耦接到车辆变速器，并且耦接到第一驱动构件，以通过第一驱动构件来驱动以便旋转；行星齿轮组；以及第二驱动构件。所述行星齿轮组被耦接到第一驱动构件和输出件，并且具有三个相互啮合的齿轮元件，包括齿圈、太阳齿轮和至少一个行星齿轮。第一齿轮元件被耦接到第一驱动构件，并通过第一驱动构件来驱动以便旋转，并且第二齿轮元件被耦接到输出轴，以便与输出轴一起旋转。第二驱动构件被耦接到第三齿轮元件，以通过第三齿轮元件来驱动输出轴。在第一操作模式中，当期望变速器换挡时，通过使第一驱动构件通过第二齿轮元件和第一齿轮元件来使输出件旋转，使变速器在驻车挡和其他挡位之间变换。在第二操作模式期间，变速器通过第二驱动构件来换挡，所述第二驱动构件通过第三齿轮元件和第一齿轮元件来驱动输出件。第二驱动构件包括具有齿的驱动齿轮，并且第三齿轮元件包括与所述驱动齿轮的齿啮合的齿，使得所述驱动齿轮的旋转引起第三齿轮元件的旋转。
在至少一些实施方式中，保持器与至少一个止动表面选择性地接合，以防止所述驱动齿轮的旋转，并且其中，当所述驱动齿轮与所述止动表面接合时，所述驱动齿轮的齿与所述齿圈的齿接合，以防止所述第三齿轮元件的旋转。所述驱动齿轮可沿第一方向旋转，以使变速器挡位朝向驻车挡改变或改变成驻车挡，并且可沿第二方向旋转，以使变速器挡位远离驻车挡改变或离开驻车挡。第二驱动构件可包括弹簧，当保持器移动到第二位置时，所述弹簧使第三齿轮元件旋转。所述保持器可以被耦接到驱动齿轮，并且包括止动表面，所述止动表面在被止动件接合时防止所述驱动齿轮旋转，并且所述保持器和所述驱动齿轮可相对于所述止动件移动，以在所述保持器处于第二位置时允许所述驱动齿轮旋转。
附图说明
将参照附图来阐述优选实施方式和最佳模式的以下详细描述，附图中：
图1是换挡系统致动器的透视图；
图2是致动器的一部分的分解图；
图3是换挡系统致动器的透视图；
图4是图3中的致动器的一部分的放大透视图；
图5是图3的致动器的底视透视图；
图6是壳体和处于第一位置的第二驱动元件的一部分的放大透视图；
图7是壳体和处于第二位置的第二驱动元件的一部分的放大透视图；
图8是示出了处于第一位置的第二驱动元件的放大局部透视图；
图9是示出了处于第二位置的第二驱动元件的放大局部透视图；以及
图10是致动器的一部分的分解图。
具体实施方式
更详细地参照附图，图1示出了变速器换挡系统10，其包括致动器12，所述致动器12由车辆的操作者控制，以命令变速器14换挡，例如，用于使变速器在驻车挡、空挡、倒挡和前进挡之中及之间变换。换挡系统10可以是所谓的“线控换挡”系统，其中，用于换挡的操作者命令被传输到致动器12的电动机16，并且电机16驱动耦接到变速器14的换挡机构的致动器12的输出机构，例如输出轴18，以在变速器挡位之中变换。所述输出机构可以是可将致动器直接或间接地耦接到变速器的换挡机构的任何装置或部件。在所示示例中，输出轴18被耦接到换挡线19，所述换挡线19可以被耦接到变速器14上的换挡机构，如图1中示意性地示出的。输出件18可以包括适于以已知的方式接收缆线19的一端的端部连接器的开口21。
如果在车辆中或至少在包括电机16的车辆电气系统的电路中失去电力，则车辆操作者控制车辆变速器的换挡的能力也可能丧失。在这种情况下，可能期望将变速器14换挡至驻车，使得能够停止车辆的任何运动，并且防止进一步的运动，直到致动器电机16恢复电力。如果失去动力并且车辆处于驻车状态，则可能期望允许车辆换挡移出驻车挡，以例如便于移动或牵引车辆。
如图1中所示，致动器12可以包括壳体20，所述壳体20在覆盖件移除的情况下示出以暴露内部部件。致动器12还可以包括主驱动元件，所述主驱动元件通过传动系22驱动输出轴18以使变速器14换挡。所述主驱动元件可以是能够响应于车辆操作者的请求而引起变速器14换挡的任何装置。传动系22可以是与主驱动元件和变速器14接口以有利于使变速器换挡的任何一个或多个装置。在至少一种实施方式中，主驱动元件包括电动机16和驱动齿轮24，所述驱动齿轮24在这里示出为通过电机来旋转的蜗杆。在该实施方式中，蜗杆24与传动系22的第一输入件27啮合，在该实施方式中，所述第一输入件27被示出为具有与蜗杆24上的齿30啮合的外齿28的蜗轮27。此外，如图2中所示，传动系22可以包括行星齿轮组，并且第一输入件包括耦接到蜗轮27的太阳齿轮29。因此，蜗杆24的旋转引起蜗轮27和太阳齿轮29的旋转。
如图2中所示，太阳齿轮29包括适于与传动系22的输出件32啮合的齿31。在所示实施方式中，输出件32包括与太阳齿轮29啮合的一个或多个行星齿轮，使得太阳齿轮29的旋转引起行星齿轮32的旋转。行星齿轮32被承载用于绕连接到承载架36的轴或销34旋转。承载架36又被耦接到输出轴18，以便承载架36和输出轴18共同旋转。以这种方式，行星齿轮32围绕太阳齿轮29的运动引起输出轴18的旋转。在所示实施方式中，设置了四个行星齿轮32，但是可以使用任何期望的数量。
行星齿轮32还与传动系22的第二输入件40啮合。在所示实施方式中，第二输入件包括齿圈40，所述齿圈40具有与行星齿轮32的互补齿44啮合的向内延伸的齿42，所述互补齿44同时与太阳齿轮的齿31接合。在变速器14的挡位根据车辆操作者的命令而变换的致动器12的正常或第一操作模式期间，行星齿轮32绕齿圈40的内周界相对于齿圈40移动，并且齿圈被保持成使得它不旋转。在至少一种实施方式中，齿圈40通过保持器50保持以抵抗旋转（heldagainstrotation）。
保持器50可以是能够抑制或防止齿圈40旋转的任何装置，并且它可以是可释放的，以选择性地允许齿圈40旋转。在至少一种实施方式中，致动器的第二操作模式使得变速器14能够在电机16失去电力或电机以其他方式不工作时移出驻车挡。在该第二操作模式期间，保持器50被释放，使得齿圈40能够旋转，太阳齿轮29被保持就位，并且齿圈40沿第二方向被驱动。齿圈40的旋转引起行星齿轮32的相应运动，并且齿圈40和行星齿轮32二者都相对于太阳齿轮29旋转。行星齿轮32的这种运动引起输出轴18的旋转和变速器14的换挡机构20的相应运动，直到变速器换挡移出驻车挡。太阳齿轮29可以通过电机16来保持就位，所述电机16在不操作时抵抗或防止太阳齿轮29经由蜗轮27所耦接到的蜗杆24旋转。当然，如果需要，则可以在第二操作模式期间使用单独的锁定机构来保持太阳齿轮29。
在图1和图2中所示的实施方式中，保持器50是扭转弹簧或离合器弹簧，其围绕齿圈40的外部盘绕，并且具有一个固定腿52和一个可移动腿54。固定腿52被附接到相邻的结构或通过相邻的结构以其他方式保持不动，所述相邻的结构可以是致动器12的壳体20或其他部分或者与致动器不相关的结构（为此目的，在图2中示出了支架55）。可移动腿54可以相对于固定腿52移动。在其正常状态下，没有可移动腿54相对于固定腿52的运动，弹簧50提供防止或者至少抑制或限制齿圈40旋转的力。然而，当可移动腿54远离固定腿52移动时，弹簧50在齿圈40上的力被解除或至少充分地减小以允许齿圈40旋转。
齿圈40的旋转可以通过第二驱动元件56来实现，所述第二驱动元件56可以是能够在齿圈40上提供合适的旋转力的任何装置。因此，在图1中示意性地示出了第二驱动元件。第二驱动元件的一个可能的实施例包括弹簧，所述弹簧在本文中可以称为换挡弹簧56，这是因为它的功能是当齿圈40能够旋转时使变速器14换挡。虽然能够使用任何合适的弹簧，但在所示示例中，换挡弹簧56可以是扭转弹簧。换挡弹簧56具有第一端58，其支承在齿圈40上，例如支承在齿圈40的台肩60或保持槽或其他特征处，以使齿圈40偏置以便沿第二方向旋转。换挡弹簧的第二端61支承在支架或支柱62上，所述支架或支柱62可以被附接到另一结构并被保持以抵抗旋转。因此，当保持器50在齿圈40上的力被解除时，换挡弹簧56使齿圈40旋转，这使输出轴18旋转并使变速器14换挡移出驻车挡。
如图1中所示，设置释放机构或第三驱动元件66，以释放齿圈保持器50并允许齿圈40旋转。如上所述，这可能是期望的，以允许当换挡控制组件不工作时，例如当电力不可用于电机16时或者当电机由于某种其他原因而不工作时，使车辆换挡移出驻车挡。还如上所述，保持器的图示实施例是扭转弹簧50，其通过使可移动腿54沿趋于展开弹簧50的方向移动来释放。为了移动可移动腿54，设置了第三驱动元件66，其如所述地接合并移动腿54。
在至少一种实施方式中，第三驱动元件66包括可手动移位的释放件。释放件66具有缩回位置，其中，扭转弹簧50接合齿圈40并且防止齿圈40旋转。释放件66还具有前进位置，其中，释放引起可移动腿54的运动，以释放齿圈40上的保持力并允许齿圈旋转。如图所示，释放件66包括枢转杆68，所述枢转杆68可以通过支柱69来承载并与支柱69一起枢转，并且所述枢转杆68可以被手动地枢转到前进位置。杆68本身可接合可移动腿54，或者如图所示，可设置连杆70，其中，连杆70被耦接到杆68并随着杆移动而移动。在释放件66移动到其前进位置时，齿圈40上的保持力被释放，并且第二驱动元件56可使齿圈40旋转，以使变速器换挡移出驻车挡。在至少一些实施方式中，变速器可以被换到空挡，以便于推动或以其他方式移动车辆或者牵引车辆。
虽然上面描述为手动可移动的杆68，但也能够设置电机71（图2）来将释放件66移动到其前进位置。所述电机能够通过由诸如电池或者一个或多个电容器之类的功率储存装置72提供的电功率来供电。在预定情况下，例如在检测到供给电机16的电力中的故障或者电机16的操作中的故障时，可通过控制器给电机提供储存的功率。当提供电机时，根据需要，所述电机可以直接移动可移动腿54，或者可以通过所述电机驱动释放件、齿轮、凸轮或其他中间部件以使可移动腿移动。
在第二操作模式完成并且车辆变速器14已换挡移出驻车挡之后，可以采用第三操作模式。第三操作模式重置致动器12，使得当主电机16恢复电力时，正常或第一操作模式能够再次开始。更详细的来说，在恢复或第三操作模式期间，齿圈40被旋转以使变速器返回到驻车挡。这使得齿圈40返回到其适当的位置并且卷绕换挡弹簧56，使得如果再次失去主电机16的电力，则能够再次为后续的换挡事件提供必要的力。
为了使齿圈40返回到其起始位置，使输出轴18保持不动，齿圈40未锁定，并且给主电机16供能，以使太阳齿轮29旋转。太阳齿轮29的旋转引起行星齿轮32的相应旋转，这又使齿圈40朝向其起始位置回转，并且由此卷绕换挡弹簧56。输出轴18在第三操作模式期间可通过任何合适的机构来锁定，或者其运动可以通过处于驻车挡的变速器来防止或抵抗。
在齿圈40返回到其起始位置之后，释放件66或其他机构能够被缩回，以允许可移动腿54返回到其保持位置，以重新锁定齿圈40并防止它旋转。以这种方式，致动器的部件（例如，电机、传动系、输出轴、释放机构、保持器以及任何锁定机构）被定位和布置成允许未来在主电机16的能力下根据车辆操作者的命令变速器14在第一操作模式中换挡。
图3-10中示出了变速器换挡系统100的第二实施例。换挡系统100包括第二驱动元件102，其被耦接到传动系104以选择性地引起传动系104使变速器14换挡。传动系104（图10中所示）可以按照与传动系22相同的总体方式来布置，而其差异如下所述。在部件相同的情况下，为了便于描述，将使用相同的附图标记。在所示实施方式中，第二驱动元件包括具有齿108的驱动齿轮106，所述齿108与从齿圈114的周缘112延伸的齿110啮合。驱动齿轮106的旋转使齿圈114旋转。当太阳齿轮29例如通过电机16和与蜗轮27接合的蜗杆24来保持以抵抗旋转时，齿圈114的旋转引起变速器换挡。例如，当电机16故障时，或者如上所述，在系统100中发生电气故障时，太阳齿轮29可以被保持以抵抗旋转。
在这样的故障期间，可能期望将变速器14换到驻车挡，或者使变速器换挡移出驻车挡。在至少一些实施方式中，驱动齿轮106可被用于进行两者。驱动齿轮106沿第一方向的旋转使齿圈114沿趋于将变速器14换到驻车挡的方向旋转。驱动齿轮106沿第二方向的旋转使齿圈114沿趋于使变速器14换挡移出驻车挡的方向旋转。驱动齿轮106可以手动旋转，例如利用类似螺丝刀之类的工具。为此，驱动齿轮106或耦接到它的部件可包括可接合以促进驱动齿轮106旋转的一个或多个驱动特征116。或者，驱动齿轮106可通过电机驱动来旋转，并且如上所述，所述电机可通过来自电源或功率储存装置的电功率来供电。
也可能期望在利用驱动齿轮106使齿圈114旋转并引起变速器换挡之后将变速器14保持在期望的挡位中，如上所述。此外，在系统的正常操作中，齿圈114被保持以抵抗旋转，并且太阳齿轮29通过电机16来驱动。如图8和图9中所示，为了保持齿圈114的特定位置，驱动齿轮的齿108可与齿圈的齿110持续啮合，并且驱动齿轮106可以通过保持器118来保持以抵抗旋转，直到期望驱动齿轮106旋转的时候为止。因此，由于驱动齿轮106不能旋转，与驱动齿轮106啮合的齿圈114也不能旋转。
在一种形式中，如图5-9中所示，保持器118被耦接到驱动齿轮106，并且包括止动表面120、122，所述止动表面120、122可选择性地与相对的止动件124、126接合，以防止当止动表面120、122和止动件124、126接合时，驱动齿轮106沿任一方向旋转。如图6和图7中所示，止动件124、126通过在包含传动系114的壳体130中的腔128的周缘中限定的轴向和大致径向延伸的表面来限定。在所示示例中，驱动齿轮106包括头部118，其限定了保持器并且包括驱动特征116和在向外突出的凸缘132、134中形成的止动表面120、122。头部118可以成形为被接收在腔128内，并且相对于壳体130和齿圈114轴向移动，如图6与图7以及图8与图9的比较所示。以这种方式，如果需要，则头部118可以从壳体130的外部接近，并且可以轴向移位到壳体130中，以离开止动件124、126并允许驱动齿轮106旋转。
更详细的来说，在例如图6-9中所示的至少一些实施方式中，驱动齿轮106可相对于齿圈114和止动件124、126轴向（例如，沿其旋转轴线136）移动。当驱动齿轮106在第一位置和第二位置之间轴向移动时，轴向延伸的驱动齿轮齿108保持与齿圈齿110接合，但在驱动齿轮106轴向移动时，止动表面120、122移动至与止动件124、126对齐以及从与止动件124、126对齐移出。当驱动齿轮106处于第一位置（图6和图8）时，止动表面120、122与止动件124、126轴向对准，并且通过止动表面与止动件的接合来防止驱动齿轮106沿任一方向的旋转。这也防止齿圈114沿任一方向的旋转。当驱动齿轮106轴向移动到第二位置（图7和图9）时，保持器118被移动到壳体130中，并且止动表面120、122不再与止动件124、126轴向对准。在该位置，驱动齿轮106可被旋转，以使齿圈114旋转并引起变速器换挡。在所示实施方式中，例如利用接合保持器118中的驱动特征116的工具，手动地旋转驱动齿轮。如箭头135所示，保持器118和驱动齿轮106沿一个方向的旋转将使变速器换到驻车挡（图中通过字母p示出），并且沿相反方向的旋转将使变速器换到空挡（图中通过字母n示出）。
在驱动齿轮106已旋转以使齿圈114旋转并引起期望的变速器换挡之后，驱动齿轮106可以轴向返回到其第一位置（图6和图8），以防止驱动齿轮的任何额外的无意旋转。诸如弹簧140之类的偏置构件可以作用在驱动齿轮106上并且可缩性地（yieldably）使驱动齿轮106朝向其第一位置偏置。因此，在没有力使驱动齿轮106保持远离其第一位置的情况下，驱动齿轮将被弹簧140移位至其第一位置，在该位置，防止驱动齿轮的旋转。因此，即使在驱动齿轮旋转之后，头部118未与腔128对准并接收在腔128内，例如在凸缘132、134未与腔128的相应部分对准的情况下，在齿圈114的轻微旋转不足以引起换挡时，头部118也将变得与腔128适当地对准，并且随后，弹簧140将使头部118轴向移动到腔128中，其中，止动表面120、122与止动件124、126对准并邻接止动件124、126。驱动齿轮106和弹簧140可以被接收和保持在于壳体130中的壁144中限定的凹部142内。壁144可以保持驱动齿轮与齿圈齿110啮合，同时允许齿轮106的轴向往复运动。
虽然止动表面120、122被示出和描述为与驱动齿轮106及其齿108一体地形成在相同主体中，但止动表面能够被设置在与驱动齿轮106可操作地相关联的单独部件中，例如，可与驱动齿轮的一部分相邻或在之上设置以防止驱动齿轮在安装时旋转的帽或其他构件。所述部件可以被移动或移除以允许驱动齿轮106旋转，并且随后，在驱动齿轮旋转完成之后重新安装。这样的部件可以与壳体130的一部分匹配或靠着壳体130的一部分被接收，例如，用于防止所述部件或驱动齿轮在安装时旋转。此外，在驱动电机使驱动齿轮106旋转的系统中，例如通过使用与驱动齿轮啮合的蜗杆，所述电机可保持驱动齿轮106以抵抗旋转。
对于在通过驱动齿轮106的变速器换挡之后的换挡系统100的正常操作，驱动齿轮106可以旋转回到其起始位置，以使齿圈114返回到其起始或初始位置。然后，头部118可以被接收在腔128内，以防止在使用换挡系统100时齿圈114的意外旋转。齿圈114可通过驱动齿轮106实现的旋转量可被限制，以控制齿圈114的位置，并且由此，实现期望的变速器换挡或挡位选择。在所示示例中，相对的限制表面146、148（图4）可以被设置成接合齿圈114并限制齿圈的旋转，所述齿圈同样限制与之啮合的驱动齿轮106的旋转。限制表面146、148可以周向隔开，以允许齿圈114在限制表面之间的期望的旋转范围。在所示示例中，限制表面146、148通过壳体130承载，并且各自布置成接合齿圈114的齿110中外侧的一个（例如，在齿圈的周缘中形成的齿扇（gearsector）的端部处的齿），但是齿圈114也可包括突出部或其他特征以接合限制表面146、148。
因此，如本文所述的换挡系统10、100可以按照各种方式来布置，以允许车辆变速器14的期望换挡，即使电动换挡/驱动元件失去动力。变速器14可根据需要来换到驻车挡或换挡移出驻车挡。此外，系统的重置可以自动地发生，或者另外以与变速器换挡类似的方式完成，以便于当系统中恢复动力或系统中的其他故障被修复时正常使用换挡系统。
虽然本文公开的本发明的形式构成了当前优选的实施例，但许多其他实施例也是可能的。本文不意在提及本发明的所有可能的等同形式或分支。例如，虽然传动系22被示出和描述为行星齿轮组，但其他布置结构也是可能的。此外，虽然第一输入件被描述为是太阳齿轮29，第二输入件描述为是齿圈40并且输出件描述为是行星齿轮32，但这些齿轮能够被不同地布置，使得不同的齿轮限定不同的输入件和输出件。应当理解的是，本文使用的术语仅仅是描述性的，而不是限制性的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以作出各种改变。