专利名称：自动选位装置、自动挂挡装置及自动选挂挡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机车车辆技术领域，尤其是指一种机车换挡用自动选位装置、自动挂挡装置及自动选挂挡装置。
背景技术：
汽车的变速包括手动和自动两种，手动变速器主要采用手动换挡杆来对变速器进行操作，实现换挡，而自动变速器则是在手动变速器上加装电控系统，并由电控系统控制执行机构代替人工进行选挂挡的操作，构成自动变速器。然而现有技术的自动变速器基本上没有改变原来变速器的结构和传动系各零部件组成，只是取消了手动换挡操纵杆等零件，并将其替换为电控系统和选挂挡执行机构，而如何研究开发一种新型的选挂挡自动执行机构，使变速器能够快速、平稳地在各挡位间进行切换，成为各汽车厂商在改进汽车结构上的一个研究项目。
发明内容
本发明技术方案的目的是提供一种自动选位装置、自动挂挡装置及自动选挂挡装置，能够将电机的旋转运动转换为换挡杆的直线运动，实现快速、平稳地自动换挡过程。为实现上述目的，本发明一方面提供一种机车换挡用自动选位装置，包括第一电机，用于使第一电机轴作正向和反向转动；第一转动部件，以齿轮啮合方式与所述第一电机轴连接，通过所述第一电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第一转动部件在第一平面内作顺时针和逆时针转动；第一拖动板，水平放置于与所述第一平面相垂直的第二平面内，且与所述第一转动部件固定连接，通过所述第一转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第一拖动板向第一方向和第二方向平移；换挡杆，与所述第一拖动板连接，通过所述第一拖动板的平移，所述换挡杆在不同挡位间平移。优选地，上述所述的自动选位装置，所述第一转动部件上形成有第一轴套，相对转动地套设于一第一固定轴上，通过所述第一轴套绕所述第一固定轴的转动使所述第一转动部件作顺时针和逆时针转动，；第一扇形齿轮，与所述第一电机轴上的齿轮啮合连接；转动自由端，随所述第一转动部件的转动而转动，所述转动自由端与所述第一固定轴之间保持一距离，所述第一拖动板设置于所述转动自由端。优选地，上述所述的自动选位装置，所述第一转动部件包括第一个摆动部件，一端形成有第一轴套，所述第一轴套相对转动地套设于一第一固定轴；与所述第一轴套相对的另一端形成有第一扇形齿轮，用于与所述第一电机轴上的齿轮啮合连接，使所述第一电机轴能够带动所述第一个摆动部件绕所述第一固定轴转动；第二个摆动部件，一端形成有第二轴套，所述第二轴套相对转动地套设于所述第一固定轴上，且所述第一轴套与所述第二轴套相结合，使所述第一个摆动部件转动的同时带动所述第二个摆动部件转动；与所述第二轴套相对的另一端形成为转动自由端，所述第一拖动板设置于所述转动自由端。优选地，上述所述的自动选位装置，所述第一轴套和所述第二轴套以花键结合连接。本发明另一方面提供一种机车换挡用自动挂挡装置，包括；第二电机，用于使第二电机轴作正向和反向转动；第二转动部件，以齿轮啮合方式与所述第二电机轴连接，通过所述第二电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第二转动部件在第三平面内作顺时针和逆时针转动；第二拖动板，水平放置于与所述第三平面相垂直的第四平面内，且与所述第二转动部件固定连接，通过所述第二转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第二拖动板向第三方向和第四方向平移；换挡杆，与所述第二拖动板连接，通过所述第二拖动板的平移，所述换挡杆定位或脱离一挡位。优选地，上述所述的自动挂挡装置，所述第二转动部件包括第三个摆动部件，一端形成有第三轴套，所述第三轴套相对转动地套设于一第二固定轴；与所述第三轴套相对的另一端形成有第二扇形齿轮，用于与所述第二电机轴上的齿轮啮合连接，使所述第二电机轴能够带动所述第三个摆动部件绕所述第二固定轴转动；第四个摆动部件，一端形成有第四轴套，所述第四轴套相对转动地套设于所述第二固定轴上，且所述第四轴套与所述第三轴套相结合，使所述第三个摆动部件转动的同时能够带动所述第四个摆动部件转动；与所述第四轴套相对的另一端形成为转动自由端，所述第二拖动板设置于所述转动自由端。本发明再一方面提供一种机车用选挂挡装置，包括第一电机，用于使第一电机轴作正向和反向转动；第一转动部件，以齿轮啮合方式与所述第一电机轴连接，通过所述第一电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第一转动部件在第一平面内作顺时针和逆时针转动；第一拖动板，水平放置于与所述第一平面相垂直的第二平面内，且与所述第一转动部件固定连接，通过所述第一转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第一拖动板向第一方向和第二方向平移；第二电机，用于使第二电机轴作正向和反向转动；第二转动部件，以齿轮啮合方式与所述第二电机轴连接，通过所述第二电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第二转动部件在第三平面内作顺时针和逆时针转动；第二拖动板，水平放置于与所述第三平面相垂直的第四平面内，且与所述第二转动部件固定连接，通过所述第二转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第二拖动板向第三方向和第四方向平移；换挡杆，分别与所述第一拖动板和所述第二拖动板连接，所述第一拖动板平移时， 带动所述换挡杆在不同挡位间平移；所述第二拖动板平移时，带动所述换挡杆定位或脱离一挡位。优选地，上述所述的选挂挡装置，所述第一拖动板和所述第二拖动板相互平行设置，且所述第一拖动板上形成有第一开槽，所述第二拖动板上形成有第二开槽，所述换挡杆分别插设于所述第一开槽和所述第二开槽中，当所述第一拖动板带动所述换挡杆平移时， 所述换挡杆能够在所述第二开槽内滑动，所述第二拖动板带动所述换挡杆平移时，所述换挡杆能够在所述第一开槽内滑动。优选地，上述所述的选挂挡装置，所述换挡杆包括两个沿杆体上、下设置的球形体，分别插设于所述第一开槽和所述第二开槽内。优选地，上述所述的选挂挡装置，所述第一拖动板和所述第二拖动板上分别设置有位置传感器，用于监测所述第一拖动板和所述第二拖动板的移动距离。本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果本发明的自动选挂挡装置，通过第一电机轴与第一转动部件之间的齿轮连接方式，使第一电机输出的旋转运动转换为第一拖动板在水平面上的左、右移动，也即令换挡杆沿图1所示水平线段，在不同挡位的水平位置之间移动，完成相应选位动作；通过第二电机轴与第二转动部件之间的齿轮连接方式，使第二电机输出的旋转运动转换为第二拖动板在水平面上的前、后移动，也即令换挡杆沿图1所示挡位的竖直线段移动，挂设或脱离于相应挡位，完成挂挡或摘挡动作。上述方式的自动选挂挡方式，结构简单，切换过程快速、平稳。
图1为现有技术的车辆挡位分布示意图；图2为本发明具体实施例所述自动选位装置的立体结构示意图；图3为本发明具体实施例所述自动挂挡装置的立体结构示意图；图4为本发明具体实施例所述自动选挂挡装置的立体结构示意图；图5为本发明具体实施例中所述换挡杆的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。本发明具体实施例所述机车挂挡用自动选位装置、自动挂挡装置及自动选挂挡装置，利用动力源直流电机输出旋转运动，并采用齿轮啮合传动机构，将旋转运动转换为拖动板的前、后摆动运动，使设置在摆动部件上的拖动板进行平移，实现旋转运动至直线运动的转换，最终使换挡杆平稳地移动至合适的挡位位置。本领域技术人员可以理解，通常汽车的变速器为五挡变速，挡位布置如图1所示。 从图1可以看出，在手动换挡模式下，摘挡、选位、挂挡等一系列动作均为直线运动，而在电控电动机构中，作为动力源的直流电机输出的均为旋转运动，故需要设计一个合理的机械结构将电机的旋转运动转换成选挂挡时的直线运动。结合图1，选位和挂挡动作是相互垂直的，如欲选择3挡速度时，首先需要选定3挡对应的水平位置，然后垂直水平移动方向，向上推动换挡杆，使换挡杆定位于3挡。结合该动作原理，本发明所述选挂挡装置由互相垂直的选位装置和挂挡装置两部分构成，每一装置的工作原理均是将电机的旋转运动转换成换挡杆的直线运动。以下首先对本发明具体实施例的机车挂挡用自动选位装置进行详细描述。
本发明具体实施例所述自动选位装置，包括第一电机，用于使第一电机轴作正向和反向转动；第一转动部件，以齿轮啮合方式与所述第一电机轴连接，通过所述第一电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第一转动部件在第一平面内作顺时针和逆时针转动；第一拖动板，水平放置于第二平面内，且与所述第一转动部件固定连接，其中所述第二平面与所述第一平面相垂直，通过所述第一转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第一拖动板向第一方向和第二方向平移；换挡杆，与所述第一拖动板连接，通过所述第一拖动板的平移，所述换挡杆在不同挡位间平移。以上结构的自动选位装置，当有控制指令输入给第一电机时，利用第一电机的第一电机轴与第一转动部件之间的配合，将第一电机轴的旋转运动转换为第一拖动板的直线运动，进一步使设置于第一拖动板上的换挡杆平移至恰当位置，完成选位动作。图2为本发明所述自动选位装置的一种具体实施例的结构示意图。参阅图2，该自动选位装置通过两个摆动部件将第一电机轴的旋转运动转换为第一拖动板的平移运动，具体地，该自动选位装置包括第一电机轴10、第一个摆动部件20、第二个摆动部件30、第一拖动板40和换挡杆(图中未显示)。其中，第一电机轴10上固定设置有第一齿轮11，在第一电机的带动下，第一齿轮 11随第一电机轴10作正向和反向的转动；第一个摆动部件20，第一端形成有一第一轴套21，该第一轴套21能够可转动地套设于一第一固定轴上，该第一固定轴设置于选挂挡装置壳体上；第二端形成有一扇形齿轮22，与第一电机轴10上的第一齿轮11啮合连接；这样当第一电机轴10作正向和反向转动时，第一齿轮11能够分别带动第一个摆动部件20绕第一固定轴，作顺时针和逆时针的转动，且该第一个摆动部件20是在第一平面(也即所设置平面，如图2为竖直平面)内进行转动；第二个摆动部件30，第一端形成有第二轴套31，第二轴套31同第一轴套21相结合，共同套设于第一固定轴上；另外第二个摆动部件30上，与第一端相对的第二端为转动自由端；当第一个摆动部件20向顺时针或逆时针方向转动时，通过第一轴套21和第二轴套31的配合连接(在本发明具体实施例中以花键连接)，第二轴套31随同第一轴套21 — 起转动，因此使得整个第二个摆动部件30通过第二轴套31绕第一固定轴作顺时针或逆时针的转动；如图2，本发明具体实施例中，第二个摆动部件30与第一个摆动部件20 —样，所作转动均是位于竖直平面内，也即第二个摆动部件30的第二端能够在竖直平面内前、后摆动；第一拖动板40，水平设置于第二个摆动部件30的第二端(转动自由端)，能够随第二个摆动部件30第二端的前、后摆动而平移；此外，机车的换挡杆相对于第一拖动板40 竖直插设于第一拖动板40的第一开槽41上，通过第一拖动板40在水平方向的前、后平移， 使得换挡杆平移至不同挡位对应的水平位置，也即沿图1所示的水平线段移动。本领域技术人员可以理解，上述结构形式的第一个摆动部件20和第二个摆动部件30可以合并为一个部件，也即第一轴套21和第二轴套31采用一体结构设置的形式，通过一个摆动部件实现旋转运动至直线运动的转换；另外，将电机的旋转运动转换为拖动板的直线运动，中间所设置摆动部件的数量也可以设置两个以上，并不限于上述的一个或两个。结合以上结构的自动选位装置，本发明具体实施例还提供一种自动挂挡装置，与上述的自动选位装置具有相似结构，由直流电机输出力矩后经减速齿轮啮合传动方式，传动给一转动部件，通过转动部件带动拖动板，实现挂挡动作。具体地，本发明具体实施例所述自动挂挡装置，包括第二电机，用于使第二电机轴作正向和反向转动；第二转动部件，以齿轮啮合方式与所述第二电机轴连接，通过所述第二电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第二转动部件在第三平面内作顺时针和逆时针转动；第二拖动板，水平放置于第四平面内，且与所述第二转动部件固定连接，其中所述第四平面与所述第三平面相垂直，通过所述第二转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第二拖动板向第三方向和第四方向平移；换挡杆，与所述第二拖动板连接，通过所述第二拖动板的平移，所述换挡杆定位或脱离一挡位。图3为所述自动挂挡装置的结构示意图。参阅图3，本发明具体实施例中，所述自动挂挡装置包括第二电机轴50、第三个摆动部件60、第四个摆动部件70和第二拖动板80， 对比图2与图3可知，本发明所述自动选位装置与自动挂挡装置具有相同的工作原理和结构原理，因此在此不再对自动挂挡装置的结构进行详细描述。本发明具体实施另一方面还提供一种具有上述自动选位装置和自动挂挡装置的自动选挂挡装置，图4为所述自动选挂挡装置的结构示意图。参阅图4，自动选位装置和自动挂挡装置相互垂直设置，分别包括第一电机100、 第一个摆动部件20、第二个摆动部件30、第一拖动板40和第二电机200、第三个摆动部件 60、第四个摆动部件70、第二拖动板80以及换挡杆300。图5为所述换挡杆300的结构示意图，参阅图5，所述换挡杆300的一端形成为球形手柄310，另一端为拔叉端，包括两个沿杆体上、下设置的球形体320和330。结合图2和图3，第一拖动板40上形成有长条型的第一开槽41，第二拖动板80上形成有长条型的第二开槽81，换挡杆300的两个球形体320和330分别插设于第一开槽41 和第二开槽81中，且能够分别沿第一开槽41和第二开槽的长度方向相对滑动。如图4，所述自动选挂挡装置中，第一拖动板40和第二拖动板80上、下平行放置， 但第一拖动板40和第二拖动板80的移动方向垂直，且第一开槽41和第二开槽81的长度方向也为垂直。当第一电机100启动时，第一拖动板40带动换挡杆300在水平面内前、后 (图中所示方向)移动，此时第二开槽81的长度方向与换挡杆300的移动方向相同，换挡杆300相对于第二开槽81滑动，第二拖动板80保持不动；当第二电机200启动时，第二拖动板80带动换挡杆300在水平面内左、右(图中所示方向)移动，此时第一开槽41的长度方向与换挡杆300的移动方向相同，换挡杆相对于第一开槽41滑动，第一拖动板40保持不同。另外，为了保证选挂挡操作的准确性，本发明具体实施例中，第一拖动板40和第二拖动板80上还分别设置有位置传感器，用于监测第一拖动板40和第二拖动板80的移动距离。
本发明具体实施例上述结构的自动选挂挡装置，通过第一电机轴与第一转动部件之间的齿轮连接方式，使第一电机输出的旋转运动转换为第一拖动板在水平面上的左、右移动，也即令换挡杆沿图1所示水平线段，在不同挡位的水平位置之间移动，完成相应选位动作；通过第二电机轴与第二转动部件之间的齿轮连接方式，使第二电机输出的旋转运动转换为第二拖动板在水平面上的前、后移动，也即令换挡杆沿图1所示挡位的竖直线段，挂设或脱离于相应挡位，完成挂挡或摘挡动作。上述方式的自动选挂挡方式，结构简单，切换过程快速、平稳。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种机车换挡用自动选位装置，其特征在于，包括 第一电机，用于使第一电机轴作正向和反向转动；第一转动部件，以齿轮啮合方式与所述第一电机轴连接，通过所述第一电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第一转动部件在第一平面内作顺时针和逆时针转动；第一拖动板，水平放置于与所述第一平面相垂直的第二平面内，且与所述第一转动部件固定连接，通过所述第一转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第一拖动板向第一方向和第二方向平移；换挡杆，与所述第一拖动板连接，通过所述第一拖动板的平移，所述换挡杆在不同挡位间平移。
2.如权利要求1所述的自动选位装置，其特征在于，所述第一转动部件上形成有第一轴套，相对转动地套设于一第一固定轴上，通过所述第一轴套绕所述第一固定轴的转动使所述第一转动部件作顺时针和逆时针转动，； 第一扇形齿轮，与所述第一电机轴上的齿轮啮合连接；转动自由端，随所述第一转动部件的转动而转动，所述转动自由端与所述第一固定轴之间保持一距离，所述第一拖动板设置于所述转动自由端。
3.如权利要求1所述的自动选位装置，其特征在于，所述第一转动部件包括第一个摆动部件，一端形成有第一轴套，所述第一轴套相对转动地套设于一第一固定轴；与所述第一轴套相对的另一端形成有第一扇形齿轮，用于与所述第一电机轴上的齿轮啮合连接，使所述第一电机轴能够带动所述第一个摆动部件绕所述第一固定轴转动；第二个摆动部件，一端形成有第二轴套，所述第二轴套相对转动地套设于所述第一固定轴上，且所述第一轴套与所述第二轴套相结合，使所述第一个摆动部件转动的同时带动所述第二个摆动部件转动；与所述第二轴套相对的另一端形成为转动自由端，所述第一拖动板设置于所述转动自由端。
4.如权利要求3所述的自动选位装置，其特征在于，所述第一轴套和所述第二轴套以花键结合连接。
5.一种机车换挡用自动挂挡装置，其特征在于，包括； 第二电机，用于使第二电机轴作正向和反向转动；第二转动部件，以齿轮啮合方式与所述第二电机轴连接，通过所述第二电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第二转动部件在第三平面内作顺时针和逆时针转动；第二拖动板，水平放置于与所述第三平面相垂直的第四平面内，且与所述第二转动部件固定连接，通过所述第二转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第二拖动板向第三方向和第四方向平移；换挡杆，与所述第二拖动板连接，通过所述第二拖动板的平移，所述换挡杆定位或脱离一挡位。
6.如权利要求5所述的自动挂挡装置，其特征在于，所述第二转动部件包括第三个摆动部件，一端形成有第三轴套，所述第三轴套相对转动地套设于一第二固定轴；与所述第三轴套相对的另一端形成有第二扇形齿轮，用于与所述第二电机轴上的齿轮啮合连接，使所述第二电机轴能够带动所述第三个摆动部件绕所述第二固定轴转动；第四个摆动部件，一端形成有第四轴套，所述第四轴套相对转动地套设于所述第二固定轴上，且所述第四轴套与所述第三轴套相结合，使所述第三个摆动部件转动的同时能够带动所述第四个摆动部件转动；与所述第四轴套相对的另一端形成为转动自由端，所述第二拖动板设置于所述转动自由端。
7.一种机车用选挂挡装置，其特征在于，包括第一电机，用于使第一电机轴作正向和反向转动；第一转动部件，以齿轮啮合方式与所述第一电机轴连接，通过所述第一电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第一转动部件在第一平面内作顺时针和逆时针转动；第一拖动板，水平放置于与所述第一平面相垂直的第二平面内，且与所述第一转动部件固定连接，通过所述第一转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第一拖动板向第一方向和第二方向平移；第二电机，用于使第二电机轴作正向和反向转动；第二转动部件，以齿轮啮合方式与所述第二电机轴连接，通过所述第二电机轴的正向和反向转动，分别带动所述第二转动部件在第三平面内作顺时针和逆时针转动；第二拖动板，水平放置于与所述第三平面相垂直的第四平面内，且与所述第二转动部件固定连接，通过所述第二转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动所述第二拖动板向第三方向和第四方向平移；换挡杆，分别与所述第一拖动板和所述第二拖动板连接，所述第一拖动板平移时，带动所述换挡杆在不同挡位间平移；所述第二拖动板平移时，带动所述换挡杆定位或脱离一挡位。
8.如权利要求7所述的选挂挡装置，其特征在于，所述第一拖动板和所述第二拖动板相互平行设置，且所述第一拖动板上形成有第一开槽，所述第二拖动板上形成有第二开槽， 所述换挡杆分别插设于所述第一开槽和所述第二开槽中，当所述第一拖动板带动所述换挡杆平移时，所述换挡杆能够在所述第二开槽内滑动，所述第二拖动板带动所述换挡杆平移时，所述换挡杆能够在所述第一开槽内滑动。
9.如权利要求8所述的选挂挡装置，其特征在于，所述换挡杆包括两个沿杆体上、下设置的球形体，分别插设于所述第一开槽和所述第二开槽内。
10.如权利要求7所述的选挂挡装置，其特征在于，所述第一拖动板和所述第二拖动板上分别设置有位置传感器，用于监测所述第一拖动板和所述第二拖动板的移动距离。
全文摘要
本发明提供一种自动选位装置、自动挂挡装置及自动选挂挡装置，该自动选位装置包括第一电机，用于使第一电机轴作正向和反向转动；第一转动部件，以齿轮啮合方式与第一电机轴连接，通过第一电机轴的正向和反向转动，分别带动第一转动部件在第一平面内作顺时针和逆时针转动；第一拖动板，水平放置于与第一平面相垂直的第二平面内，且与第一转动部件固定连接，通过第一转动部件的顺时针和逆时针转动，分别带动第一拖动板向第一方向和第二方向平移；换挡杆，与第一拖动板连接，通过第一拖动板的平移，换挡杆在不同挡位间平移。本发明能够将电机的旋转运动转换为换挡杆的直线运动，实现快速、平稳地自动换挡过程。
文档编号F16H37/12GK102252077SQ20101017815
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者席军强, 席玉岭, 张泉, 莫淑萍, 金辉, 陈慧岩, 陈雷 申请人:北京汽车研究总院有限公司, 北京理工大学