变速器机电一体执行系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种变速器领域的技术，具体是一种变速器机电一体执行系统。

背景技术：

现有的换挡执行机构大多在手动变速器、无级变速器、双离合变速器等上采用，其主要使用油泵、电磁阀、阀体、油路、油缸、活塞等组成的液压系统，以油缸、活塞直接与拨叉和拨叉轴接触或与选换挡轴接触，或与无级变速器的钢带轮、链条轮相关联，实现换挡动作；或采用电驱执行机构：通过电机、机械减速机构、机械运动转换机构推动拨叉实现换挡动作。其中手动变速器不仅对驾驶员操作技术要求高，而且驾驶员操作强度大、换挡噪音大、换挡不平顺，长时间驾驶容易疲劳，这对形成安全性和舒适性带来一定的影响。而无级变速器的变速、变档执行机构效率低，机构复杂、制造难度大，仅适应小排量乘用车的应用。

相比之下，双离合器变速器(DCT)及机械式自动变速器(AMT)的液压执行机构液压损耗影响效率，清洁度要求严苛，制造难度高，结构尺寸优化难度大。而电驱执行机构的多电机结构选换挡行程受限制，结构布置难度大。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的空白，提出一种变速器机电一体执行系统，能够实现精确、快速、可靠、安全的选换挡全自动化控制。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型涉及一种变速器机电一体执行系统，包括：扭矩输出装置以及与之相连的操纵端，其中：扭矩输出装置包括至少一端设有主液压缸的丝杆螺母副，所述的操纵端可以是：

①设置于多根拨叉轴至少一端的子液压缸，或

②分离叉结构形式离合器的分离助力子液压缸，或

③集成式液压分离器(CSC)结构形式离合器的液压分离器(CSC)的液压缸；

并且主液压缸与子液压缸相连，通过扭矩输出装置依次带动齿轮副以及螺母旋转使丝杆轴向运动并推动主液压缸活塞和子液压缸活塞，从而实现拨叉轴的轴向位移完成换挡过程，或实现离合器分离、闭合动作。

所述的扭矩输出装置采用但不限于：电机、内燃机等能够输出转动扭矩的装置。

所述的变速器机电一体执行系统中进一步设有采集实时车况并实时处理，然后向电机和/或操纵端输出换挡指令的控制系统，该控制系统同时监测和诊断异常工况并对应启动报警机制。

所述的实时车况包括但不限于：采集整车CAN、变速器TCU等发出的信号和本系统各传感器输出的信号。

所述的换挡指令包括但不限于：目标挡位的电磁销解锁、电机旋转、相应主液压缸中活塞位移、目标挡位子液压缸中活塞推动拨叉轴至指定位置、目标挡位拨叉轴上的位置传感器反馈到位信号、目标挡位电磁销闭锁。

所述的异常工况包括但不限于：传感器失效、电磁销不到位、拨叉不到位、扭矩输出装置失效、电磁销失效、主液压缸卡滞、子液压缸卡滞等。

所述的监测和诊断其采用但不限于：通过阈值法数值比较以判断是否工况处于正常范围内、通过历史数据对安全范围进行实时更新、通过在线方式实时更新工况判断方式等。

所述的报警机制包括但不限于：向整车CAN发送报警码、由整车作屏显和音频报警、进入“跛行回家”工况等。

所述的电机采用有刷或无刷直流电机，该电机轴上设有所述齿轮副中的减速主动齿轮。

所述的电机轴上进一步优选设有与所述控制系统相连的转角传感器。

所述的丝杆螺母副采用但不限于滚珠丝杆螺母副，该丝杆螺母副上设有所述齿轮副中的减速从动齿轮。

所述的减速从动齿轮通过轴承实现轴向和径向限位，丝杆螺母副中的螺母跟随减速从动齿轮转动，从而将减速从动齿轮的圆周运动转换为丝杆的直线位移。

所述的主液压缸优选为两个且分别设置于丝杆螺母的两端，实现执行机构双向作动。

进一步地，所述的子液压缸优选为两个且分别设置于每根拨叉轴(拨叉轴可以为多根)的两端以实现拨叉轴双向平衡快速移动。

所述的拨叉轴可以是一根也可以为多根，视变速器挡位需要而定。每根拨叉轴上固定有拨叉，用以拨动变速器中的同步器来进行换挡。

所述的拨叉轴上进一步设有挡位锁销座，每个挡位锁销座上设有自锁孔。

所述的自锁孔优选包括：用于不同速度挡位的两个自锁孔以及用于空档的自锁孔，并分别通过所述电磁销来锁定不同的挡位，并使得不同拨叉轴的动作互不干涉。所述的电磁销通过换挡指令实现缩回解锁或顶出并插入拨叉轴自锁孔闭锁。

所述的拨叉轴上优选设有用于监测位移的电磁铁和与之相对应的位置传感器，因此拨叉轴(电磁铁)的移动可以被位置传感器感知并产生信号发送至控制系统，由控制系统处理并作出相应的控制指令(如：电机运转或停止，电磁销解锁或闭锁等)。

所述的主液压缸的活塞上设有轴向偏心插销孔，对应主液压缸的缸体端面设有插销，通过插销在活塞行程过程中插入插销孔，起到约束丝杆旋转的作用。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型体积小、零部件少、成本低，柔性好，应用范围广，容易实现模块化，选换挡更加精确，而且具有良好的平顺性、更高的效率和低能耗等特点。另外，对于不同的控制参数如选换挡力或者动态响应特性，可以通过改变电机的电流来调节液压缸内的介质压力或者流量，实现不同变速器执行机构之间的匹配问题。

附图说明

图1为本实用新型结构原理示意图；

图2a、图2b、图2c为本实用新型控制方法流程图；

图3为实施例中单主液压缸单子液压缸示意图；

图4为实施例中单主液压缸单子液压缸示意图；

图5为实施例中双主液压缸单子液压缸示意图；

图6为实施例中单主液压缸双子液压缸示意图；

图7为实施例中双主液压缸液压分离器(CSC)液压缸示意图；

图8为实施例中单主液压缸液压分离器(CSC)液压缸示意图；

图9为实施例中带电磁销和锁销座双主液压缸液压分离器(CSC)液压缸示意图；

图10为实施例中带电磁销和锁销座单主液压缸液压分离器(CSC)液压缸示意图；

图11为实施例中配置一个补油池的本实用新型结构原理示意图。

图中：1电机(带转角传感器)、2减速主动齿轮、3减速从动齿轮、4第一轴承、5第二轴承、6螺母、7丝杆、8第一主液压缸、9第二主液压缸、10第一主液压缸活塞、11第二主液压缸活塞、12第一活塞旋转约束销、13第二活塞旋转约束销、14第一子液压缸、15第二子液压缸、16第一子液压缸活塞、17第二子液压缸活塞、18电磁销、19位置传感器、20位置传感磁铁、21控制系统、22TCU、23CAN、24挡位锁销座、25拨叉轴、26拨叉轴旋转约束挡块、27第一补油池、28第二补油池、29放气口、30CSC总成。

具体实施方式

如图1和图2a‐图2c所示，本实施案例涉及一种变速器机电一体执行系统，包括：扭矩输出装置和与之相连的操纵端及控制系统，本实施案例中扭矩输出装置包括两端设有第一和第二主液压缸8、9的丝杆螺母，操纵端可以是：

①设置于多根拨叉轴25两端的第一和第二子液压缸14、15，或

②分离叉结构形式离合器的分离助力液压缸，或

③如图7和图8所示不带电磁销和锁销座的集成式液压分离器(CSC)结构形式离合器的液压分离器(CSC)液压缸。

④如图9和图10所示带电磁销和锁销座的集成式液压分离器(CSC)结构形式离合器的液压分离器(CSC)液压缸。

所述的第一和第二主液压缸8、9与第一和第二子液压缸14、15通过密闭通道相连并在电机1通过减速主动齿轮2和减速从动齿轮3组成的齿轮副带动螺母6旋转使丝杆7轴向运动，依次推动第一和第二主液压缸8、9中的第一和第二主液压缸活塞10、11和第一和第二子液压缸14、15中的第一和第二子液压缸活塞16、17，实现拨叉轴25的轴向位移，完成换挡过程；或推动分离助力油缸/液压分离器CSC油缸中的活塞，实现如图7‐图10所示的离合器切换。

所述的丝杆7、螺母6，通过设置于电机1输出轴上的减速主动齿轮2和减速从动齿轮3组成的齿轮副驱动以实现减速升扭。

所述的控制系统21与变速器TCU22、整车CAN23可实时通讯，即接受来自变速器TCU22、整车CAN23的信号和把信号发送给变速器TCU22、整车CAN23，同时控制系统21也与本变速器机电一体执行系统内部所设的位置传感器19、电磁销18、带转角传感器的电机1等之间实时通讯，即接受来自位置传感器19、电磁销18、带转角传感器的电机1等的信号并在进行处理计算的基础上向位置传感器19、电磁销18、带转角传感器的电机1等发出指令实现高精度快速挡位切换等功能。

所述的拨叉轴25上设有用于确保挡位稳定的自动锁定装置，该自动锁定装置包括：电磁销18、设置于拨叉轴25上带有自锁孔的挡位锁销座24，其中：电磁销18与挡位锁销座24的自动接触和脱离可实现拨叉轴25轴向位移的闭锁和解锁。

所述的自动锁定装置中进一步设有与控制系统21相连的锁定检测装置，其中：电磁销18与控制系统21相连，通过检测电磁销18位置，实现控制系统21对电磁销9动作的闭环控制。

所述的电磁销18默认与挡位锁销座24相接触，并在通电情况下脱离挡位锁销座24，以实现对拨叉轴25的解锁。

所述的图1中的第一和第二主液压缸8、9和第一和第二子液压缸14、15各自设有一个滑动密封件以减少介质(如液压油等)的泄漏风险。

所述的拨叉轴25上设有用于旋转约束的凹槽或圆周方向的平面缺口，对应所述的变速器壳体内设有拨叉轴旋转约束挡块26与所述凹槽或缺口相接触以阻止拨叉轴25旋转。

所述的第一和第二主液压缸8、9内设有用于旋转约束的柱销、凹槽或限位块等，该机构使得丝杆7只能作直线移动而不能旋转。

所述的柱销采用但不限于：活塞旋转约束销12、13。

所述的减速从动齿轮3与丝杆螺母副的螺母6相固定并由轴承4、5作径向和轴向支撑，螺母6在电机1带动减速主动齿轮2、减速从动齿轮3旋转时随减速从动齿轮3一起旋转，此时螺母6无轴向移动，而丝杆螺母副中的丝杆7则作轴向直线移动。因为丝杆两端分别与第一和第二主液压缸活塞10、11固定连接，而第一和第二主液压缸活塞10、11又被对应的活塞旋转约束销12、13所约束不能旋转，所以丝杆7在作直线移动时无旋转。

所述的丝杆7直线移动会推动与之固定连接的第一和第二主液压缸活塞10、11也作直线移动，进而使第一或第二主液压缸8或9(视电机1转向而定)以及与之相接的封闭通道中的介质受挤压并建立压力，此时某一电磁销18处于解锁状态(视控制系统21给予的目标挡位而定)，则与之对应的拨叉轴25一侧的第一或第二子液压缸14或15中与拨叉轴25固定连接的第一或第二子液压缸活塞16或17可推动带有位置传感磁铁20和挡位锁销座24的拨叉轴25向目标挡位直线移动，这时跟随拨叉轴25直线移动的位置传感磁铁20在位置传感器19中产生位置信号并通过线束传递到控制系统21。当拨叉轴25运动到目标挡位位置时，控制系统21即发出指令至电机1和电磁销18，使电机1停止旋转，并将电磁销18运动至挡位闭锁状态。这就完成了一个换挡循环。拨叉轴25及其他拨叉轴上的挡位切换均依此类推。

由于第一和第二主液压缸8、9分别对称设置于丝杆7的两端，使得只要切换电机1的转向，即可获得双向的运动和动力；第一和第二子液压缸14、15也为对称设置于拨叉轴25两端，使得拨叉轴25可双向平衡受力以进行直线移动。

对所述的图1中的变速器机电一体执行系统作局部调整和修改，可形成如图3、图4、图5和图6中所示相似的变速器机电一体执行系统。这些相似的变速器机电一体执行系统采用了有2个或2个以上滑动密封件的第一和第二主液压缸8、9和/或第一和第二子液压缸14、15。

考虑到所述的变速器机电一体执行系统在长期运行过程中，介质(如液压油等)会有所损耗，因此所述的系统中设有如图1、图3、图4、图5和图6所示的补油装置，即补油池27、28。在同一变速器执行系统中，补油池可以设两个，也可以设一个，如图11所示。只设一个补油池的图11所示系统由图1所示系统演变而来，同样地图3、图4、图5和图6所示系统也可依此类推作相同演变，构成只设一个补油池的变速器机电一体执行系统。

考虑到所述的变速器机电一体执行系统在运行过程中，介质(如液压油等)不能混杂空气等气体，因此所述的主液压缸和子液压缸中均设有放气口29。

考虑到所述的变速器机电一体执行系统在长期运行过程中，减速主动齿轮2、减速从动齿轮3、轴承4和5、丝杆7、螺母6等需要润滑，因此所述的系统中采用如图1、图3、图4、图5、图6和图11所示的润滑脂或润滑油对这些零件进行润滑。

本实施案例涉及上述装置的具体工作过程如下：

控制系统21从变速器TCU22和整车CAN23接受换挡信号，并发出换挡指令，指明目标挡位，目标挡位所在拨叉轴25对应的电磁销18从挡位锁销座27中退出解锁，解锁到位后电磁销18反馈信号给控制系统21，控制系统21再发指令至电机1，使电机1旋转(旋转方向按目标挡位定)，通过减速主动齿轮2、减速从动齿轮3、螺母6使丝杆7作直线移动，从而推动第一和第二主液压缸8、9中的第一和第二主液压缸活塞10、11，将介质(如液压油等)推送至目标挡位所在拨叉轴端部的子液压缸14或15，使子液压缸活塞16或17推动拨叉轴25及挡位锁销座27一起向目标挡位作直线移动，此时位置传感器19感知拨叉轴25上的位置传感磁铁20因随拨叉轴直线移动而造成的磁场变化，并转化为电信号发送至控制系统21，当拨叉轴25移动到目标挡位处时，控制系统21发出指令至电机1和目标挡位电磁销18，使电机1停止转动，电磁销18插入挡位锁销座27进行闭锁，闭锁完成后电磁销18向控制系统21发送闭锁信号。由此一个换挡循环即为完成，其他挡位的切换依此类推。位置传感器19与电机1中的转角传感器搭配使用，即控制系统21对传感器19和电机1转角传感器的反馈信号进行解读，并按设定算法运算，从而形成可比较的两组拨叉轴25的位置值，控制系统21根据两组位置值的差异进行补偿，当该差异超过一定限度时，控制系统21发出报警信号。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。