一种利用差速器控制汽车换档的装置的制作方法

专利名称：一种利用差速器控制汽车换档的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型系控制汽车变速的一种装置，特别是涉及一种汽车混合动力， 利用差速器进行自动变速换档的装置。
背景技术：
汽车的诞生凝聚了人类百余年不断追求创新的智慧结晶，汽车工业的发 展标志衡量着一个国家的科学技术工业发展的水平，随着改革开放我国的汽车 工业也得到飞速发展，汽车不仅成为经济发辟的支柱产业，而且给人民生活带 来了丰富便利，汽车开始步入了我国普通人的家庭。
汽车中有一个重要系统是传动系统，它决定了汽车驾驶的可操作性、安全
性，乘坐人员的舒适性，人们在不断地研究改造完善，从而改善汽车的动力性、 燃油经济性和换档平顺性。
发动机基本是在一个衡定转速范围内运转的，但是汽车需要在很大的范围 改变速度，因此必须要有一个变速器，使其达到增扭减速、变扭变速和空档、 倒车功效，回顾变速器的发展历史，目前认为还是传统的变速器结构较为经济、 可靠、实用。因为传统手动变速器传动系具有体积小、质量轻、结构简单、成 本低廉、传动效率高的优点，但缺点是有离合器是耗损大且有传动摩擦损失， 不能自动换挡。
变速器是有档位的，即前进数档，另有倒档、空档，各档由不同齿数的齿 轮配合形成不同的转速比和不同的运转方向，汽车在运行中具有较高转速，有 级地更换档位，必须在花键和花键套达到相同的转速时才能换档，使乘座人舒 适，又保护齿轮不损坏花键套和花键。为了达到此目的，在发动机和变速器之 间设置了离合器及同步器，即由发动机发出的动力，经离合器的分离和结合， 将发动机的输出轴经变速器变速后驱动轮子。离合器一般是由主从动离合片结 合传递的，在换档时必须首先踩踏离合器，切断动力，在无动力情况下用手扳动变速器手柄，进入合适的档次，使相应的花键和花键套相互啮合，再结合离 合器，动力再次输出，提供合适的传动比进行行驶。
变速器虽然结构简单、成本低，变速可靠，能量损耗小，但是踩踏离合器 总是驾驶中的一大难关，初学者不得不化费天量时间精力学习掌握，但是还是 时常会出现失误，切断和结合离合器的时机与挂挡的动作配合不好，导致或者 发动机熄火，或者挂档不平稳，造成乘坐人员前仰后翻，而且离合器还有磨损 和动力损失。
自动变速器能够根据发动机负荷和车速等情况自动变换传动比，使汽车获 得良好的动力性和燃料经济性，并减少发动机排放污染。自动变速器操纵容易， 在车辆拥挤时，可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性，因此，目前的汽车是 向着自动变速的方向发展。
现有技术的自动变速机构是根据汽车速库、发动机转速、动力负荷等因素
自动进行升降档位，不需由驾驶者操作离合器换档，自动变速器比手动变速器 复杂得多，有很多方面不相同，但最大的区别在于控制方面。手动变速器由驾 驶员操纵档位，加档或减档由人工操作，而自动变速器是由机器自动控制档位， 变换档位是由液压控制装置进行的。液压控制装置根据节气门(油门)开度和 变速器输出轴上输送来的信号控制升降档。根据节气门开度变化，液压控制装 置中的调节阔产生与加速踏板踏下量成正比的液压，该液压作为节气门开度
"信号"加到液压控制装置；另外有装配在输出轴上的速控液压阀可产生与转 速(车速)成正比的液压，作为车速"信号"加到液压控制装置。因此，就有 节气门开度"信号"和车速"信号"，液压控制装置根据这两个"信号"自动 调节变速器油量(档位)，从而控制换档时机。在汽车驾驶中驾驶员踏下加速 踏板(油门踏板)，控制节气门开度就能自动控制变速器内的液压控制装置， 液压控制装置会利用液力去控制行星齿轮系统的离合器和制动器，以改变行星 齿轮的传动状态。如果是电子控制自动变速器，就要在上述基础上增加电磁阀。
电控单元借助电磁阀控制自动变速器工作过程。ECU输入电路接受传感器和其
它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成电信号驱动被控 的电磁阀工作。今天的自动变速器技术已有重大发展，但是从整体看自动变速器的传动效率与变速器相比仍存在近10%的差距。现有技术的自动变速装置主 要包括由行星齿轮组成的自动变速器及变距器，此种结构体积大，机构复杂， 重量重，能耗大，变距器发热耗能制动片摩擦，滑移也是一种能量损失。
如何提供一种结构简单可靠，能耗省，换挡变速平稳的自动变速装置，始 终是汽车领域科研人员不懈的追求目标。
经检索，有些专利申请件公开了一种由差速器接入发动机、变速器和电机 之间的混合动力型结构，可以实现发动机和电机混合驱动汽车的机构，该配置 结构相对简单，但是此类公开的专利技术在变速中仍旧需要离合器，如前所述 离合器的结构导致具有摩擦磨损，消耗一定的动力，摩擦发热易引发故障，离 合器操作不当会引起油离配合不合适而熄火产生麻烦和事故，因此仍然有再完 善再提高的需要。
〇发明内容
本实用新型的目的是结合自动变速器和手动变速器各自的优点，采用一种 不需要离合器的动力传递配置实现汽车变速，提高燃油经济性和换挡平顺稳定 的效果。
本实用新型的目的由以下技术方案予以解决
一种利用差速器控制汽车换挡的装置，包括与发动机连接的变速器、与驱 动轮子连接的主减速器和一个由壳体轴和左半轴、右半轴三根轴构成的差速 器，其特征在于
所述差速器的壳体轴和左半轴、右半轴任意分别与变速器的输出轴、主减 速器的输入轴以及转速控制器的输出轴连接，由电子控制器对前述所有部件电 连接并控制。
差速器由壳体轴和左半轴、右半轴三根轴构成，差速器的结构决定了具有 如此特性，即当一个恒定的转速从一根轴输入从另一根轴输出，如果控制第三 根轴的转速，则会改变输出轴的转速。根据此特性，
在差速器的三根轴分别与变速器的输出轴、主减速器的输入轴以及转速控 制器的输出轴连接，由电子控制器对前述部件电连接并控制。控制转速控制器 的输出速度，便能改变差速器对主减速器的传递转速，就能实现驱动轮子变速
6的目的。通过相关齿轮比的改变，由电子控制器按照程序进行控制，能实现汽 车的变速。
进一步，在差速器与主减速器的输入轴之间设置次变速器，形成分体式变 速器技术方案一。
进一步，在差速器与转速控制器的输出轴之间设置次变速器和转速传感 器，形成分体式变速器技术方案二。
所述变速器或次变速器为手动变速器结构。
所述转速控制器为阻尼控制电机或液力可控阻尼元件或电磁可控阻尼元 件或制动器。采用阻尼控制电机，既可以调节转速控制汽车变速器的同步又能 阻尼发电。
进一步，所述阻尼控制电机为同步电机和阻尼电机或与驱动电机和/或启 动电机和/或发电机合并为一个电机。在以上的技术方案中，采用不同的电机 可以分别达到，或者同时达到平稳换档、控制转速、充电、驱动汽车用。
进一步，所述阻尼控制电机为同步电机和阻尼电机或与驱动电机和/或启 动电机和/或发电机分别由转轴经齿轮或皮带传动方式并联。在实际应用中采 用以上方式结构进行并联。
所述变速器或次变速器由换档器或次换档器推动变速器或次变速器中的 花键移动档位。变速器移档动作的结构。
进一步，所述换档器或次换档器为电磁推杆或液压推杆式。由以上两种方 式推行换档。
进一步，所述换档器或次换档器由电子控制器连接控制。由电子控制器采 集相关部件、传感器的信息，按程序指令换档器工作动作。
进一步，所述电子控制器由手动选择档位。本实用新型还提供了可由手动 选择电子控制器换档的档位进行换档。
在所述转速控制器和差速器之间设置制动片。当档位在最高档或固定档 时，或控制轴转速低到一个设定值时，锁死制动片可进一步提高传动效率或者 可使用制动装置直接控制阻尼即控制差速器控制轴的转速。根据需要可选择是 否采用制动片结构。
在所述变速器的输入轴和输出轴上设置转速传感器。为了实现自动换档，需要采集由传感器采集的信息。
在所述变速器的输出轴和主减速器输入轴上设置转速传感器。
在各部件之间分别由齿轮或皮带减速机构连接。发动机的高转速须由以上 减速机构进行减速。
差速器的结构主要由行星齿轮、半轴和壳体等组成，差速器允许左、右半 轴以不同的转速旋转，在本实用新型的技术方案中，将普通的差速器结构组合 应用于发动机、变速器、电机之间，产生了一个意想不到的效果，并且，根据 以上技术方案的各种组合，本实用新型可以产生自动控制变速，油电混动控制 变速，手动控制变速和手自一体化控制变速四种结构和效果。
本实用新型的有益效果
本实用新型在变速器的输出轴、主减速器的输入轴以及转速控制器的输出 轴之间配置了一个差速器便达到由转速控制器控制调节，实现变速器待结合齿 轮和变速器输出轴转速同步的目的，可以平稳、顺畅地换挡。
本实用新型取消了离合器部件的动作，具有起步、换档平顺的特点，换档 无须离合自动同步传动效率高，没有离合器也就没有摩擦磨损，提高了发动机 工作效率，节能省能。并且无离合器踏板，不会因为油离配合不当而熄火产生 不必要的麻烦，甚至事故。结合了自动变速器和手动变速器各自的优点，去掉 各自的缺点，是一种理想的自动变速装置。
本实用新型在采用电机作为动力驱动时，经过差速器后直接驱动轮子，避 开了变速器的机械传递能量消耗，更加节能高效。当然，在高转速时增加了一 个次变速器有利电机的功率发挥。当次变速器设置在差速器输出端时，可以与 变速器配合一起提供予发动机变速用；当次变速器设置在差速器控制端时，仅 给予电机宽范围变速用。
本技术方案构思独特，结构简单巧妙，功能多，重量轻，换档效果平稳， 传动效率较高、成本低。
卿

图1为本实用新型利用差速器控制汽车换档的装置主要部件的连接配置示意图2为本实用新型利用差速器控制汽车换挡的装置其中使用分体式变速器 方案一主要部件的连接配置示意图3为本实用新型利用差速器控制汽车换挡的装置其中使用分体式变速器 方案二主要部件的连接配置示意图。
图中，l是轮子，2是变速器，4是发动机，5是制动片，6是转速控制器， 7是电子控制器，8是差速器，9是换挡器，IO是转速传感器，ll主减速器， 12是转速传感器、13是次变速器、14是次换挡器、15是转速传感器。
(5)具体实施方、 去
以下结合附图进一步详细说明本实用新型的结构。
一种利用差速器控制汽车换挡的装置，包括与发动机4连接的变速器2、 与驱动轮子1连接的主减速器11和一个由壳体轴和左半轴、右半轴三根轴构 成的差速器8，所述差速器8的壳体轴和左半轴、右半轴任意分别与变速器2 的输出轴、主减速器11的输入轴以及转速控制器6的输出轴连接，由电子控 制器7对前述部件电连接并控制。
其中分体式变速器方案一，在上述连接配置的方案中，在差速器8与主减 速器11的输入轴之间设置次变速器13。
其中分体式变速器方案二，在上述连接配置的方案中，在差速器8与转速 控制器6的输出轴之间设置次变速器13和转速传感器15。
所述变速器2或次变速器13为手动变速器结构。
所述转速控制器6为阻尼控制电机或液力可控阻尼元件或电磁可控阻尼元 件或制动器。
进一步，所述阻尼控制电机为同步电机和阻尼电机或与驱动电机和/或启 动电机和/或发电机合并为一个电机。
进一步，所述阻尼控制电机为同步电机和阻尼电机或与驱动电机和/或启 动电机和/或发电机分别由转轴经齿轮或皮带传动方式并联。
所述变速器2或次变速器13由换挡器9或次换挡器14推动变速器2或次 变速器13中的花键移动挡位。进一步，所述换档器9或次换档器14为电磁推杆或液压推杆式。
进一步，所述换档器9或次换档器14由电子控制器7连接控制。 进一步，所述电子控制器7由手动选择档位。 在所述转速控制器6和差速器8之间设置制动片5。
在所述变速器2的输出轴和主减速器11输入轴上设置转速传感器10、 12。 在各部件之间分别由齿轮或皮带减速机构连接。
差速器的结构主要由行星齿轮、半轴和壳体等组成，差速器允许左、右半 轴以不同的转速旋转，在本实用新型的技术方案中，将普通的差速器结构组合 应用于主减速器、变速器、转速控制器之间，产生了一个如下完全意想不到的 作用和效果，并且根据以上技术方案的各种组合，本实用新型可以产生自动控 制变速，油电混动控制变速，手动控制变速和手自一体化控制变速四种结构和 效果，其各种配置的动作细述如下
一.作为自动控制变速
① 汽车怠速、空挡首先启动发动机4，进入档位。转速控制器6，包括 控制电机处于无阻尼或发电状态有相对但较小阻尼；另一侧由于差速器8的输 出轴通过机械传动与驱动轮保持连接，因此负担所有车辆起步行驶阻力，阻尼 相对非常大，发动机的怠速全部被差速器8转移到控制电机上，汽车可自由滑 行但无主动的驱动力，发动机4保持怠速工况。
② 汽车启动正常运行/加减速踩下油门踏板，控制电机阻尼力随发动机 4输出功率曲线按一定曲线增加。控制电机的阻尼力大小可以由控制电机直接 自励获得并通过控制电阻而改变，也可通过改变它作为发电机的发电量来改 变，并通过减速齿轮来增距，通过得知的控制电机最大阻尼扭距来设计齿轮比 的大小从而得到可以控制差速器8的控制轴的相应力距对控制轴进行控制，这 样可以减小控制电机体积、功率、负担，车速到达一定程度档位从原来挡切出。
进行换档同步时可以采用两种方法，其一是精确计算法，其二是模糊对比
法，分述如下
精确计算法
通过发动机4现在转速计算出下一档结合齿轮转速，通过转速传感器12
10得知差速器8输出轴现在转速，通过差速器8内外齿轮比计算出要使变速器2 输出轴与下一挡结合齿同步控制电机需要的转速，使控制电机到达该转速，使 变速器2输出轴与下一挡待结合齿轮转速同步,然后花键结合，进入下一挡。 模糊对比法
通过发动机4现在转速计算出下一挡待结合齿轮现在转速，通过转速传感 器10检测变速器输出轴转速，改变控制电机转速，直至转速传感器10检测到 变速器输出轴转速与下一挡待结合齿轮转速相同，并保持，即使变速器2输出 轴与下一挡待结合齿轮同步，进入下一挡。
当挡位在最高挡或固定挡时，或控制轴转速低到一个设定值时，锁死制动 片5来进一步提高传动效率或者可使用制动装置直接控制阻尼即控制差速器8 控制轴的转速。根据需要可选择是否采用制动片5结构。 ④汽车倒挡
在怠速情况下，控制控制电机，使变速器2输出轴转速与变速器2倒挡 齿轮转速同步，结合花键，然后类似汽车起步方式。
⑤汽车刹车与现有汽车一样，但可利用本传动系通过控制发动机转速，
使传动轴滑行动力传递给控制电机，利用滑行能量制动发电。
(D汽车驻车锁死制动片5，挡位切入一挡利用发动机4制动来实现驻
车制动，这种驻车制动在发动机熄火时采用。
二.作为油电混动控制变速
①汽车启动发动机4不启动，利用发动机4或制动片5锁死差速器8输 入轴，利用作为转速控制器6的驱动电机直接启动汽车。换挡方式与自动类型
的一样，电力不足时可使用自动挡启动、怠速、行驶方案，由控制电机或发电
机发电。如有需要可在差速器8的输出轴或输入轴上附加次变速器形成分体式 变速器方案一和分体式变速器方案二，这两个方案的同步换挡方法类似于本实 用新型专利中的自动挡车变挡方法。对于方案一在转速控制器驱动车辆时可使 用次变速器变挡，在次变速器13中可设置少量的但合适转速控制器的挡位。 在此方案中变速器的挡位因考虑次变速器的组合及会形成的最终齿轮比。使用 发动机驱动时的挡位数可以独立，也可以配合次变速器13相互使用。在换挡过程中如需要两个变速器同时换挡可先同步换挡一个后再同步换挡另一个变 速器。对于方案二来说两个变速器互不相关4自独立，可以分别针对转速控制 器和发动机设计各自适应的档位和齿轮比。在转速控制器驱动时使用次变速器 13。在发动机4驱动时使用变速器2。
②汽车正常运行/加减速驱动电机把汽车驱动到一定车速时或动力不够 时，驱动电机开始阻尼发电，发动机启动，汽车切换成发动机驱动模式，在发 动机4驱动模式下控制电机通过发电来产生阻尼力控制驱动力分配并发电，其 余与自动档模式下控制方法一样，在电池电力不足无法起步或支持低速运行 时，启动方法与自动档模式一样，阻尼电机发电充电。也可采用分体式变速器 方案一和分体式变速器方案二。
④ 汽车倒档有电的情况下发动机不启动，结合倒档花键，踩下油门踏板， 驱动电机产生动力，直接驱动车辆倒车；电力不足的情况下与自动档倒档模式 一样，并由驱动电机发电、充电。也可采用分体式变速器方案一和分体式变速
器方案二。
⑤ 汽车刹车与现有汽车一样，但可利用本传动系通过控制发动机4转速， 使传动轴滑行动力传递给控制电机，利用滑行能量制动发电。
(D汽车驻车锁死图中制动片5,把档位切入一档利用发动机4制动来 实现驻车制动，这种驻车制动在发动机熄火时采用。
三. 作为手动控制变速 —
① 汽车怠速、空挡与自动档模式一样。
② 汽车启动正常运行/加减速与自动档模式基本一样，只是换档的时机 和选择的档位不再由电子控制器7自动控制选择，而是由驾驶员通过手动控制 开关控制选择。
④ 汽车倒档与自动档模式一样
⑤ 汽车刹车与自动档模式一样
⑥ 汽车驻车与自动档模式一样
四. 作为手自一体化控制变速 ①汽车怠速、空挡与自动档模式一样②汽车启动正常运行/加减速与自动档模式基本一样，只是多了选择开 关，换档时机和档位选择可以由驾驶员通过手动开关来选择是由电子控制器7 自动控制选择，还是由驾驶员手动选择。
④ 汽车倒档与自动档模式一样
⑤ 汽车刹车与自动档模式一样
⑥ 汽车驻车与自动档模式一样
关于转速控制器的说明如前所述，本实用新型的转速控制器可以采用对 输出轴以机械、电磁、液压方式产生阻尼控制转速，实现本实用新型对汽车驱 动速度的改变调整，另外，作为常用的转速控制器可以采用电机，对于电机， 根据不同的需要可以选用同步电机和/或驱动电机和/或启动电机和/或发 电机，各种不同电机，通过轴的并联，或者全体或者部分整合在一个电机中， 可以实现不同的作用①作为控制电机，用来使变速器换档同步，无级分配动 力到变速器输入轴；②作为发动机的启动电机；③作为直驱电机，不供油，发
动机不工作；④作为发电机，在行驶时控制转速电机产生阻尼就发电，换言之，
电动机的发电产生了阻尼，发出的电能储存于蓄电池。
关于电子控制器(ECU):在使用的自动同步方法即中，通过传感器采集信
号、计算。通过改变转速控制器转速达到变速器待结合齿轮和变速器输出轴转
速同步，指令换档器9推动变速器2中的花键移动档位。或在分体式变速器方 案一、二中，相继指令换档器9、次换档器14分别前后推动变速器2或次变速 器13中的花键移动进行换档。
权利要求1.一种利用差速器控制汽车换挡的装置，包括与发动机(4)连接的变速器(2)、与驱动轮子(1)连接的主减速器(11)和一个由壳体轴和左半轴、右半轴三根轴构成的差速器(8)，其特征在于所述差速器(8)的壳体轴和左半轴、右半轴任意分别与变速器(2)的输出轴、主减速器(11)的输入轴以及转速控制器(6)的输出轴连接，由电子控制器(7)对前述所有部件电连接并控制。
2. 根据权利要求1所述汽车换挡的装置，其特征在于在差速器(8)与主减 速器(ll)的输入轴之间设置次变速器(13)。
3. 根据权利要求1所述汽车换挡的装置，其特征在于在差速器(8)与转速 控制器(6)的输出轴之间设置次变速器(13)和转速传感器(15)。
4. 根据权利要求l、 2或3所述汽车换挡的装置，其特征在于所述变速器 (2)或次变速器(13)为手动变速器结构。
5. 根据权利要求1所述汽车换挡的装置，其特征在于所述转速控制器(6) 为阻尼控制电机或液力可控阻尼元件或电磁可控阻尼元件或制动器。
6. 根据权利要求5所述汽车换挡的装置，其特征在于所述阻尼控制电机为 同步电机和阻尼电机或与驱动电机和/或启动电机和/或发电机合并为一个 电机。
7. 根据权利要求6所述汽车换挡的装置，其特征在于所述阻尼控制电机为 同步电机和阻尼电机或与驱动电机和/或启动电机和/或发电机分别由转轴 经齿轮或皮带传动方式并联。
8. 根据权利要求1、 2或3所述汽车换挡的装置，其特征在于所述变速器(2) 或次变速器(13)由换挡器(9)或次换挡器(14)推动变速器(2)或次变速器(13)中的 花键移动挡位。
9. 根据权利要求8所述汽车换挡的装置，其特征在于所述换挡器(9)或次换 挡器(14)为电磁推杆或液压推杆式。
10. 根据权利要求9所述汽车换挡的装置，其特征在于所述换挡器(9)或次 换挡器(14)由电子控制器(7库接控制。
11. 根据权利要求1或IO所述汽车换挡的装置，其特征在于所述电子控制器(7)由手动选择档位。
12. 根据权利要求1所述汽车换档的装置，，其特征在于在所述转速控制器(6)和差速器(8)之间设置制动片(5)。
13. 根据权利要求1所述汽车换档的装置，其特征在于在所述变速器(2)的 输出轴和主减速器(11)输入轴上设置转速传感器(IO、 12)。
14. 根据权利要求1所述汽车换档的装置，其特征在于在各部件之间分别 由齿轮或皮带减速机构连接。
专利摘要本实用新型涉及汽车自动变速换档的一种装置。一种利用差速器控制汽车换档的装置，包括与发动机(4)连接的变速器(2)、与驱动轮子(1)连接的主减速器(11)和一个由壳体轴和左半轴、右半轴三根轴构成的差速器(8)，所述差速器(8)的壳体轴和左半轴、右半轴任意分别与变速器(2)的输出轴、主减速器(11)的输入轴以及转速控制器(6)的输出轴连接，由电子控制器(7)对前述所有部件电连接并控制。本实用新型实现变速器(2)待结合齿轮和变速器(2)输出轴转速同步的目的，可以平稳、顺畅地换档，取消了离合器部件的动作，具有起步、换档平顺的特点，传动效率高，没有离合器没有摩擦磨损，提高了发动机工作效率，节能省能。无离合器踏板，不会因油离配合不当而熄火产生麻烦甚至事故。
文档编号B60K17/16GK201371748SQ20082015585
公开日2009年12月30日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者骏 周 申请人:骏 周