换挡执行器的制作方法

本实用新型涉及汽车自动变速器换挡控制技术领域，特别涉及一种换挡执行器。

背景技术：

汽车操纵、控制机构线控化是未来发展的一个方向，线控换挡执行器是一种机械电子一体化的机构装置，用于控制自动变速器进行PRNDS(或其它型式)挡位切换。传统技术中，换挡执行器传动机构主要采用丝杠组件传动，将驱动机构的转动转换为沿丝杆轴线的直线运动，再将直线运动通过连杆转换成换挡摇臂的摆动。这种丝杆传动组件结构复杂，占用空间较大，振动较大，成本较高。而且，线控换挡执行器无法实时反馈当前换挡摇臂位置，即无法实时识别当前挡位位置，无法将实时情况反馈至GSM(换挡控制模块)，控制器无法实时进行驱动机构控制修正，系统会存在一定误差，无法实现对驱动机构的精确控制，从而无法对换挡执行器进行精确控制。

技术实现要素：

基于此，为解决上述问题，本实用新型提供一种换挡执行器，结构紧凑占用空间小，运行可靠且振动小，而且可实现换挡执行器的精确控制。

其技术方案如下：

一种换挡执行器，包括执行器壳体，设置于所述执行器壳体中的驱动机构、与所述驱动机构连接并与变速器换挡轴连接的传动结构，以及设置于所述执行器壳体上并与所述传动结构连接的位置检测机构；

所述传动结构包括与所述驱动机构连接的同步带传动机构，与所述同步带传动机构连接并与所述驱动机构平行设置的蜗轮蜗杆传动机构，与所述蜗轮蜗杆传动机构连接的齿轮传动机构，且变速器换挡轴和所述位置检测机构分别设置于所述齿轮传动机构两侧。

通过驱动机构驱动传动结构运行，从而驱动与传动结构连接的变速器换挡轴转动，以实现换挡功能。在换挡过程中，可以通过位置检测机构实时检测换挡轴的转动位置，以实时识别当前档位位置，将实时情况反馈至GSM(换挡控制模块)，控制器可实时进行对驱动机构进行控制修正，可对驱动机构进行精确控制，从而可对换挡执行器进行精确控制。而且，通过设置同步带传动机构连接相互平行的驱动机构和蜗轮蜗杆传动机构，可将位于一个轴线上驱动机构的旋转运动传递到另一条平行轴线上的蜗轮蜗杆传动机构，使蜗轮蜗杆传动机构与驱动机构设置得紧凑以减小占用空间，而且齿轮传动机构紧靠蜗轮蜗杆传动机构设置，从而可以减小整个设备的占用空间。此外，还可以利用同步带传动机构实现一级增扭减速，利用蜗轮蜗杆传动机构实现二级增扭减速，利用齿轮传动机构实现三级增扭减速，可以充分减少整个设备的振动和噪音，使设备运转平稳可靠。

下面对进一步技术方案进行说明：

进一步地，所述同步带传动机构包括连接设置于所述驱动机构一端的主动带轮，与所述蜗轮蜗杆传动机构连接并与所述主动带轮平行设置的从动带轮，以及连接所述主动带轮和从动带轮的同步带。

进一步地，所述蜗轮蜗杆传动机构包括一端连接于所述从动带轮并与所述驱动机构平行的主动蜗杆，设置于所述主动蜗杆两端并固定于所述执行器壳体上的蜗杆支架，以及与所述主动蜗杆啮合并与所述齿轮传动机构连接的从动蜗轮。

进一步地，所述蜗杆支架包括设置于主动蜗杆两端的蜗杆支撑座，以及设置于蜗杆支撑座上的蜗杆轴承，所述主动蜗杆两端分别穿设于所述蜗杆轴承中。

进一步地，所述齿轮传动机构包括穿设于所述从动蜗轮上的齿轮轴，穿设于所述齿轮轴上并与所述从动蜗轮同轴心的主动齿轮，以及与所述主动齿轮啮合的从动齿扇，所述从动齿扇连接于所述执行器壳体上并邻近所述主动蜗杆，且所述从动齿扇两侧分别与所述位置检测机构和变速器换挡轴连接。

进一步地，所述齿轮传动机构还包括设置于所述从动齿扇上并转动连接于所述执行器壳体的齿扇轴，所述齿扇轴上贯设有齿扇轴孔，变速器换挡轴套设于所述齿扇轴孔一端；

所述位置检测机构包括套设于所述齿扇轴孔另一端的传感器轴，以及连接于所述传感器轴端部并位于所述执行器壳体外的角度传感器。

进一步地，所述齿扇轴包括突出于所述从动齿扇一侧的并套设于所述传感器轴上的传感器轴连接部，所述传感器轴连接部转动连接于所述执行器壳体一侧；

以及突出于所述从动齿扇另一侧并套设于换挡轴上的换挡轴连接部，换挡轴连接部转动连接于所述执行器壳体另一侧。

进一步地，所述传感器轴包括与所述角度传感器连接的半圆轴部，以及设置于所述半圆轴部端部并套设于所述齿扇轴孔中的套轴部，所述套轴部开设有连接变速器换挡轴端部的换挡轴连接孔。

进一步地，所述驱动机构包括固定于所述执行器壳体上的电机固定架，设置于所述电机固定架上的驱动电机，以及突出设置于所述驱动电机一端的电机输出轴，所述电机输出轴与所述同步带传动机构连接。

进一步地，所述执行器壳体包括底板，所述驱动机构、传动结构设置于所述底板上；

以及盖设于所述底板上的盖板，所述驱动机构、传动结构位于所述盖板内，所述位置检测机构突出于所述盖板外。

本实用新型具有如下突出的优点：

1、在传统换挡执行器的基础上做了结构优化，设计了包括同步带传动机构、蜗轮蜗杆传动机构及齿轮传动机构的传动结构，使整个设备结构紧凑，运行平稳可靠，使换挡执行器体积小巧，布置灵活，减少空间占用；

2、并增加位置检测机构(角度传感器)进行闭环控制，使整个换挡执行器响应迅速，执行时间短，控制更精准；

3、可以取消传统换挡拉索，实现换挡的电控化；换挡执行器的形式可以根据需要选择杆式、旋钮式、按钮式等等；另外，配置线控换挡执行器后可实现智能化，是自动泊车、自动驾驶的基础条件。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述换挡执行器的立体结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述换挡执行器的盖板与底板分离时的立体结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述换挡执行器的角度传感器与传感器轴分离时的立体结构示意图；

图4是本实用新型实施例所述换挡执行器(移除角度传感器时)的俯视结构示意图；

图5是图4的A-A平面局部剖视结构示意图；

图6是本实用新型实施例所述换挡执行器的驱动机构的立体结构示意图；

图7是本实用新型实施例所述换挡执行器的同步带传动机构的立体结构示意图；

图8是本实用新型实施例所述换挡执行器的蜗轮蜗杆传动机构的立体结构示意图；

图9是本实用新型实施例所述换挡执行器的从动蜗轮与主动齿轮的分解结构示意图；

图10是本实用新型实施例所述换挡执行器的齿轮传动机构的立体结构示意图；

图11是本实用新型实施例所述换挡执行器的从动齿扇与角度传感器的分解结构示意图。

附图标记说明：

10-换挡轴，100-执行器壳体，110-底板，120-盖板，200-驱动机构，210-驱动电机，220-电机输出轴，300-同步带传动机构，310-主动带轮，320-从动带轮，330-同步带，400-蜗轮蜗杆传动机构，410-主动蜗杆，420-从动蜗轮，430-齿轮轴，500-齿轮传动机构，510-主动齿轮，520-从动齿扇，530-齿扇轴，532-齿扇轴孔，600-位置检测机构，610-角度传感器，620-传感器轴。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例进行详细说明：

如图1至图5所示，一种换挡执行器，包括执行器壳体100，设置于所述执行器壳体100中的驱动机构200、与所述驱动机构200连接并与变速器换挡轴10连接的传动结构，以及设置于所述执行器壳体100上并与所述传动结构连接的位置检测机构600。通过驱动机构200驱动传动结构运行，从而驱动与传动结构连接的变速器换挡轴10转动，以实现换挡功能。在换挡过程中，可以通过位置检测机构600实时检测换挡轴10的转动位置，以实时识别当前档位位置，将实时情况反馈至GSM(换挡控制模块)，控制器可实时进行对驱动机构20进行控制修正，可对驱动机构200实现精确控制，从而可对换挡执行器进行精确控制。

而且，所述传动结构包括与所述驱动机构200连接的同步带传动机构300，与所述同步带传动机构300连接并与所述驱动机构200平行设置的蜗轮蜗杆传动机构400，与所述蜗轮蜗杆传动机构400紧密连接的齿轮传动机构500，且变速器换挡轴10和所述位置检测机构600分别设置于所述齿轮传动机构500两侧。这样，通过设置同步带传动机构300连接相互平行的驱动机构200和蜗轮蜗杆传动机构400，可将位于一个轴线上驱动机构200的旋转运动传递到另一条平行轴线上的蜗轮蜗杆传动机构400，使蜗轮蜗杆传动机构400与驱动机构200设置得紧凑以减小占用空间，而且齿轮传动机构500紧靠蜗轮蜗杆传动机构400设置，从而可以减小整个设备的占用空间。此外，还可以利用同步带传动机构300实现一级增扭减速，利用蜗轮蜗杆传动机构400实现二级增扭减速，利用齿轮传动机构500实现三级增扭减速，这样通过三次增扭减速，可以充分增大换挡执行器的输出扭矩，并减小输出转速，使换挡过程稳定可靠，还可以减少整个设备的振动和噪音，使设备运转平稳可靠。

此外，所述执行器壳体100安装于减速器上，其包括底板110，以及盖设于所述底板110上的盖板120。所述驱动机构200、传动结构设置于所述底板110上，且所述驱动机构200、传动结构位于所述盖板120内，所述位置检测机构600突出于所述盖板120外。所述底板110和盖板120构成线控换挡执行器的主支架，为所述驱动机构200、传动结构提供的安装座，方便对位置检测机构进行固定，并将整个换挡执行器固定到变速器箱体上。所述底板110与盖板120之间形成一个容纳腔，所述驱动机构200、传动结构罩设于搞容纳腔内，便于形成一个紧凑的整体结构安装于减速器上，以减少占用空间，并不会与其他零部件产生干涉。而将所述位置检测机构600设置于容纳腔外，便于所述位置检测机构600正常运行，以及便于和控制器连接。

此外，如图6所示，所述驱动机构200包括固定于所述执行器壳体100上的电机固定架(图中未标示出)，设置于所述电机固定架上的驱动电机210，以及突出设置于所述驱动电机210一端的电机输出轴220，所述电机输出轴220与所述同步带传动机构300连接。两个所述电机固定架固定于所述执行器壳体100的底板110上，并从所述驱动电机210两侧进行固定，使驱动电机210固定牢固，不易产生振动。此外，所述电机输出轴220从所述驱动电机210的一端穿过所述电机固定架伸出，并与所述同步带传动机构300连接。而且，所述驱动电机210采用直流有刷电机，外形呈圆柱型，通过控制器控制功率输出，以实现一定的转速与扭矩。所述驱动电机210体积小，耐高温、高湿和振动，占用空间小，而且性能稳定可靠。

此外，如图7所示，所述同步带传动机构300包括连接设置于所述驱动机构200一端的主动带轮310，与所述蜗轮蜗杆传动机构400连接并与所述主动带轮310平行设置的从动带轮320，以及连接所述主动带轮310和从动带轮320的同步带330。所述主动带轮310设置于所述驱动机构200的驱动电机210的电机输出轴220端部，且电机输出轴220与主动带轮310的轴孔过盈配合连接，即所述主动带轮310与电机输出轴220位于同一轴线上。通过同步带330，可将电机输出轴220输出的旋转运动从主动带轮310传递到从动带轮320，并通过从动带轮320输送到所述蜗轮蜗杆传动机构400。即可以通过设置所述同步带传动机构300，将布置与不同轴线上的驱动机构200和蜗轮蜗杆传递机构400连接起来，将一条轴线(驱动机构)上的旋转运动传递到另一条平行轴线(蜗轮蜗杆传递机构400)上去，打破布置空间的限制，将驱动机构200和蜗轮蜗杆传递机构400布置得紧凑可靠。而且，所述同步带传动机构300还可实现一级减速增扭(通过设计主动带轮310和从动带轮320的减速比实现)，减弱传递到驱动电机的机械振动，有利于提高NVH性能。

此外，如图8所示，所述蜗轮蜗杆传动机构400包括一端连接于所述从动带轮320并与所述驱动机构200平行的主动蜗杆410，设置于所述主动蜗杆410两端并固定于所述执行器壳体100上的蜗杆支架(图中未标示出)，以及与所述主动蜗杆410啮合并与所述齿轮传动机构500连接的从动蜗轮420。所述主动蜗杆410和从动蜗轮420相互配合，可以将传动方向变更90°，即可以改变驱动机构200和同步带传动机构300的传动方向，便于紧凑地与齿轮传动机构500连接。而且所述蜗轮蜗杆传动机构400能够实现较大速比的第二级减速增扭，可以在同步带传动机构300的基础上进一步地进行减速增扭，同时保证所述蜗轮蜗杆传动机构400的结构不会太大，不会占用太大的空间，以使传动结构紧凑小巧。此外，蜗轮蜗杆传动机构本身具备结构简单可靠、效率高、噪音小、自锁扭矩大等优点，可使整个设备运行可靠，效率高，振动和噪音小。

此外，所述从动带轮320与主动蜗杆410位于同一轴线上，使二者连接紧凑，减小占用空间。而且，二者通过轴孔过盈配合连接，并利用锁紧螺钉锁紧固定，使二者连接牢固可靠。此外，所述蜗杆支架(图中未示意出)包括设置于主动蜗杆410两端的蜗杆支撑座，以及设置于蜗杆支撑座上的蜗杆轴承，所述主动蜗杆410两端分别穿设于所述蜗杆轴承中。在主动蜗杆410两端设计轴向和径向定位(通过蜗杆支撑座和蜗杆轴承实现)，以满足主动蜗杆410自身转动的功能。在本实施例中，所述蜗杆轴承可设置为滚动轴承。

此外，如图9至图10所示，所述齿轮传动机构500包括穿设于所述从动蜗轮420上的齿轮轴430，穿设于所述齿轮轴430上并与所述从动蜗轮420同轴心的主动齿轮510，以及与所述主动齿轮510啮合的从动齿扇520，所述从动齿扇520连接于所述执行器壳体100上并邻近所述主动蜗杆410，且所述从动齿扇520两侧分别与所述位置检测机构600和变速器换挡轴10连接。从动蜗轮420传递过来的扭矩通过主动齿轮510传递到从动齿扇520，可实现第三级减速增扭，进一步减小换挡速度并增大换挡扭矩，使换挡过程更加稳定可靠。由于变速器换挡是通过旋转换挡轴来实现，换挡过程中的总转角约60°，因此在本实施例中采用扇角大于60°的从动齿扇520，以替换传统技术中的换挡摇臂。所述从动齿扇520可替代现其他方案的换挡摇臂、推杆、球铰等一整套连杆传动机构，简单方便。此外，主动齿轮510与从动蜗轮420同轴并通过齿轮轴430刚性固定，使主动齿轮510与从动蜗轮420的结构紧凑。具体地，从动蜗轮420与主动齿轮510通过键槽与齿轮轴430固定，从动蜗轮420与主动齿轮510相对静止，二者之间在径向通过齿轮轴430的轴肩定位。

而且，所述齿轮传动机构500还包括设置于所述从动齿扇520上并转动连接于所述执行器壳体100的齿扇轴530，所述齿扇轴530上贯设有齿扇轴孔532，变速器换挡轴10套设于所述齿扇轴孔532一端。通过蜗轮蜗杆传动机构400带动齿轮传动机构500运转，即可通过从动蜗轮420带动主动齿轮510同步转动，从而带动从动齿扇520转动，从而带动变速器换挡轴10转动，以实现换挡功能。而且，套设换挡轴10的齿转轴530的齿扇轴孔部分设置长圆孔，通过长圆孔与变速器换挡轴匹配连接，便于传递转动力矩。

此外，如图11所示，所述位置检测机构600包括套设于所述齿扇轴孔532另一端的传感器轴620，以及连接于所述传感器轴620端部并位于所述执行器壳体100外的角度传感器610。所述角度传感器通过传感器轴620与从动齿扇520连接，所述位置检测机构600的传感器轴620与从动齿扇520的齿扇轴530同轴，实现二者的同步转动，所述角度传感器通过PWM波的形式实时反馈从动齿扇520的当前位置，以指导GSM对驱动电机实施精准控制。

而且，所述齿扇轴530包括突出于所述从动齿扇520一侧的并套设于所述传感器轴620上的传感器轴连接部(图中未标示出)，所述传感器轴连接部转动连接于所述执行器壳体100一侧。具体地，所述传感器轴连接部转动连接于盖板120上，所述盖板120上开设有第一通孔，所述传感器轴620由所述齿扇轴孔532中穿过所述第一通孔并伸出到盖板120外侧。所述齿扇轴530还包括突出于所述从动齿扇520另一侧并套设于换挡轴10上的换挡轴连接部(图中未标示出)，换挡轴连接部转动连接于所述执行器壳体另一侧。具体地，换挡轴连接部转动连接于底板110上，所述底板上开设有第二通孔，变速器换挡轴从第二通孔穿入底板内侧并伸入所述齿扇轴孔532中。而且，还可在盖板和底板上分别设置轴承结构，并使齿扇轴530两端穿设于轴承结构中，一方面对齿扇轴530及从动齿扇520提供支撑，另一方面也便于齿扇轴530和从动齿扇520二者自由转动。

进一步地，所述传感器轴620包括与所述角度传感器610连接的半圆轴部(图中未标示出)，以及设置于所述半圆轴部端部并套设于所述齿扇轴孔532中的套轴部(图中未标示出)，所述套轴部开设有连接变速器换挡轴10端部的换挡轴连接孔。换挡轴10端部伸入到该换挡轴连接孔中，并可通过螺纹连接的方式使换挡轴10与套轴部连接(即变速器换挡轴10上部与齿扇轴530螺纹相连)，精准地实现传感器轴620与换挡轴10的同轴同步转动，使角度传感器610检测准确可靠。而且，齿扇轴530与安装在执行器壳体100上的角度传感器610的传感器轴620配合，配合形式为半圆孔轴过盈配合，这种连接方式紧密可靠，而且便于将转矩传递给角度传感器610。

此外，所述换挡执行器工作原理过程如下：换挡执行器收到驾驶员的换挡意图(P、R、N、D、S或其它相应的挡位信号)后，将该意图通过电信号发送给控制器，控制器收到指令后通过计算处理，将其转换电机控制信号(电流)，发送给驱动电机210，控制驱动电机210的转速与扭矩输出。驱动电机210通过电机输出轴220输出高转速低扭矩，通过同步带传动机构300、蜗轮蜗杆传动机构400以及齿轮传动机构500进行三级减速增扭，最后通过齿轮传动机构500的从动齿扇520的转动带动换挡轴10的转动以实现挡位切换。同时，角度传感器610与从动齿扇520、变速器换挡轴10同步转动，并将实时位置通过PWM波反馈至GSM，，以指导GSM对驱动电机210实施精准控制。

本实用新型提出的换挡执行器，在传统换挡执行器的基础上做了结构优化，设计了包括同步带传动机构、蜗轮蜗杆传动机构及齿轮传动机构的传动结构，使整个设备结构紧凑，运行平稳可靠，使换挡执行器体积小巧，布置灵活，减少空间占用；并增加位置检测机构(角度传感器)进行闭环控制，使整个换挡执行器响应迅速，执行时间短，控制更精准；可以取消传统换挡拉索，实现换挡的电控化；换挡执行器的形式可以根据需要选择杆式、旋钮式、按钮式等等；另外，配置线控换挡执行器后可实现智能化，是自动泊车、自动驾驶的基础条件。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。