自动式手动变速器及其变速操纵机构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及自动式手动变速器及其变速操纵机构。该变速操纵机构包括：n个换档拨叉组件，n≥1；可绕纵向轴线转动并绕外周面形成有无端环形的凹槽的转鼓，n>1时凹槽包括当从转鼓外周面的展开图看去时与纵向轴线垂直的直线形部段和与直线形部段续接并在展开图中呈S形的S形部段，n=1时凹槽在展开图中整体为一S形部段；具有第一和第二端部的n个换档拨杆，第一端部与凹槽侧面滑动接合，第二端部与一换档拨叉组件操作连接；随着转鼓转动，n个换档拨杆的第一端部依次单独与凹槽S形部段滑动接合而使n个换档拨杆依次来回摆动并由第二端部依次带动n个换档拨叉组件往复移动，从而使变速器顺序实现至多2n个传递机械动力的档位。
【专利说明】自动式手动变速器及其变速操纵机构
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及车辆的变速器领域，特别是自动式手动变速器(机械式自动变速器，AMT)。更具体地，本发明涉及一种用于自动式手动变速器的变速操纵机构。
【背景技术】
[0002]自动式手动变速器是在传统的齿轮式手动变速器的基础上改进而成的电控式自动换档变速器，其既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动效率高、成本低、结构简单、工作可靠、便于制造的长处，因而性价比较高，在车辆变速器领域内具有广泛的应用。
[0003]图1A和IB示出了一种典型的传统手动变速器，其是具有五个前进档1-5和一个倒档R的五速变速器，包括手动换档杆11和变速器壳体12，在变速器壳体12内容纳有变速传动机构13和变速操纵机构14。变速传动机构13包括多个齿轮副，变速器的输入轴15和输出轴16与变速传动机构13操作连接。变速操纵机构14包括三个换档拨叉组件，手动换档杆11的下端与换档拨叉组件之一操作接合。在换档时，操作者以所谓的“H模式”操作手动换档杆11，即如图1B所示，首先使手动换档杆11沿双箭头X的方向摆动以使得手动换档杆的下端与选定的一个换档拨叉组件接合(“选档”操作)，然后再使手动换档杆11沿双箭头I的方向摆动以带动相应的换档拨叉组件朝选定的方向移动(“变档”操作)，该换档拨叉组件进而带动相连的啮合套与特定的齿轮副接合，使得机械动力经由该齿轮副在输入轴15和输出轴16之间传递，由此使变速器实现具有特定传动比的档位。
[0004]以上述手动变速器为基础发展出的自动式手动变速器的一种常用设计是，通过电子控制利用电动、液压或气动的方式代替手动操作来操控换档杆的上述换档动作。但是，此设计中的变速操纵机构需要两个致动器来分别实现换档杆的上述“选档”和“变档”操作，结构较为复杂。此外，“选档”与“变档”的双重操作需要相互协调，还导致换档速度慢的缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术中的上述缺陷，即提供一种结构简单、工作可靠且换档速度快的用于自动式手动变速器的变速操纵机构及包括该变速操纵机构的自动式手动变速器。
[0006]一方面，本发明提供了一种用于自动式手动变速器的变速操纵机构，其包括:η个换档拨叉组件，其中η为等于或大于I的整数，每个换档拨叉组件都可往复移动而选择性地经由所述变速器的特定齿轮副传递机械动力，以使所述变速器实现特定档位；可受驱动而绕与所述换档拨叉组件往复移动的方向平行的纵向轴线转动的转鼓，所述转鼓绕其外周面形成有无端环形的凹槽，其中，当η大于I时，所述凹槽包括当从所述转鼓的外周面的展开图看去时呈与所述纵向轴线垂直的直线形的直线形部段和与该直线形部段续接并在所述展开图中呈S形的S形部段，当η等于I时，所述凹槽在所述展开图中整体为呈S形的S形部段；和η个换档拨杆，每个换档拨杆可在与所述换档拨叉组件往复移动的方向平行的平面内摆动并具有第一和第二端部，所述第一端部与所述凹槽的侧面相接触地滑动接合在所述凹槽内，所述第二端部与相应的一个换档拨叉组件操作连接；其中，随着所述转鼓转动，所述η个换档拨杆的第一端部依次单独地与所述凹槽的所述S形部段滑动接合，由此使所述η个换档拨杆依次来回摆动并通过相应的第二端部依次带动所述η个换档拨叉组件往复移动一次，从而使所述变速器顺序地实现至多2η个能传递机械动力的档位。
[0007]优选地，所述S形部段在所述转鼓的周向上的长度为所述转鼓的周向总长度的I/η。
[0008]有利地，当η大于I时，所述η个换档拨杆的第一端部在所述转鼓的周向上等间隔地均布在所述凹槽内。
[0009]所述转鼓可设置在所述变速器的壳体的外部，并且所述η个换档拨杆可延伸穿过所述壳体。
[0010]所述转鼓的转动可由电动系统、液压系统或气动系统来驱动。根据一种有利构型，所述转鼓能沿相反的两个方向转动。
[0011]此外，在所述换档拨杆的摆动平面内所述第一端部到所述换档拨杆的摆动转轴的距离与所述第二端部到所述摆动转轴的距离之比等于所述S形部段的最大凸出高度与所述换档拨叉组件往复移动的单向最大行程之比。
[0012]另外，在所述2η个能传递机械动力的档位中的每两个相邻档位之间，所述变速器实现空档。
[0013]另一方面，本发明还提供了一种包括如上所述的变速操纵机构的自动式手动变速器，以及一种包括该自动式手动变速器的车辆。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1A是现有技术中的一种典型的传统手动变速器的透视图；
[0015]图1B是部分地示出图1A中的手动变速器的内部的局部剖视图；
[0016]图2Α是根据本发明一实施例的自动式手动变速器的透视图；
[0017]图2Β是部分地示出图2Α中的自动式手动变速器的内部的局部剖视图；
[0018]图3是根据本发明一实施例的变速操纵机构的详细视图；
[0019]图4Α至4C分别示出根据本发明的变速操纵机构中的转鼓和换档拨杆的三种示例性的构型；
[0020]图5Α至5F是分别示出根据本发明一实施例的变速操纵机构的不同档位的换档状态图；以及
[0021]图6是示出根据本发明的变速操纵机构中的各个部件的设计参数的示意图。【具体实施方式】
[0022]以下参照附图对根据本发明的自动式手动变速器及其变速操纵机构进行说明。根据本发明的自动式手动变速器也以手动变速器(例如，图1A和IB所示的典型的传统手动变速器)为基础改动而成，具有与手动变速器相同的齿轮式变速传动机构，但对手动变速器的变速操纵机构作了修改。[0023]具体地，图2A、2B和3示出了根据本发明的自动式手动变速器及其变速操纵机构的一个实施例。这里，仍以具有五个前进档1-5和一个倒档R的五速变速器为例对该实施例进行说明。如图2B和3所示，根据该实施例的变速操纵机构14包括三个换档拨叉组件41、42、43，转鼓21，和三个换档拨杆31、32、33。
[0024]换档拨叉组件41-43具有与在手动变速器中一样的公知构型，即包括换档拨叉和凹座以及可选的、位于这二者之间的换档拨叉轴。在该实施例中，如图3所示，换档拨叉组件42只具有换档拨叉和凹座，而换档拨叉组件41和43还包括附加的换档拨叉轴，使得各换档拨叉组件能通过各自的啮合套与变速传动机构13中的设在不同位置的齿轮副接合。为了实现该接合，各换档拨叉组件能往复移动(在图3中沿与输入轴15和输出轴16平行的方向)。例如，换档拨叉组件41能往复移动，以便带动其啮合套51选择性地与齿轮副61或62接合，使得机械动力经由被接合的齿轮副传递，从而变速器便获得由该齿轮副确定的传动比。应指出，换档拨叉组件和齿轮式变速传动机构的工作方式是本领域公知的，这里仅作以上简要说明。
[0025]转鼓(也可称为“凸轮”)21构造成可受驱动而绕与换档拨叉组件往复移动的方向平行的纵向轴线22转动。可采用电动的、液压的或气动的系统来驱动转鼓21转动。当然，也能根据需要控制转鼓21在转过了特定角度后停下。转鼓21绕其外周面形成有无端环形(即，首尾相接呈环状)的凹槽23，凹槽23包括当从转鼓21的外周面的展开图看去时呈与纵向轴线22垂直的直线形的直线形部段25和与该直线形部段续接并在所述展开图中呈S形(波浪形)的S形部段24 (例如参见图4B中下侧的展开图)。在本发明中所指的“S形”应理解为由朝相反方向凸出的两个相连部分构成的连续平滑曲线形状。
[0026]换档拨杆31-33分别连接在转鼓21和换档拨叉组件41_43之间。各个换档拨杆31-33都具有第一端部和第二端部。其中，第一端部(在图3中只示出了换档拨杆31的第一端部81)与凹槽23的侧面相接触并与所述侧面滑动接合，由此第一端部随着转鼓21转动而在凹槽23内移动时会顺循由凹槽23限定的轨迹。各个换档拨杆的第二端部始终接合在对应的换档拨叉组件的凹座内而与该换档拨叉组件操作连接(例如，如图3所示，换档拨杆31的第二端部91始终接合在换档拨叉组件41的凹座内)。换档拨杆31-33都能在与换档拨叉组件41-43往复移动的方向平行的平面内绕各自的转轴摆动(例如，在图3中，换档拨杆31可绕转轴71摆动)。
[0027]根据转鼓、换档拨杆和换档拨叉组件的上述连接关系以及转鼓凹槽的上述构型，随着转鼓21转动，滑动接合在转鼓的凹槽23内的换档拨杆的第一端部沿着凹槽23的轨迹移动。当第一端部与凹槽23的除S形部段24之外的直线形部段25滑动接合时，第一端部在转鼓21的纵向轴线22的方向上不发生位移(即，从图3看去，不左右移动)，由此换档拨杆保持在中间直立位置；而当第一端部与S形部段24滑动接合时，第一端部沿循由朝相反方向凸出的两个大致弧形部分构成的S形路径左右移动，于是换档拨杆相应地绕其转轴左右摆动，使得换档拨杆的第二端部也左右移动，进而带动与之操作连接的换档拨叉组件往复移动以选择性地接合特定的齿轮副而实现变速器的特定档位。在本发明中，S形部段24的弯曲/曲折程度应如此设计，使得在转鼓21转动时，换档拨杆的第一端部能平顺地滑动通过整个S形部段24。
[0028]在本实施例中，三个换档拨杆31-33的第一端部在凹槽23内的安设位置和S形部段24在转鼓周向上的长度被设计成，使得随着转鼓21转动，三个换档拨杆31-33的第一端部依次单独地与S形部段24滑动接合，由此使三个换档拨杆依次来回摆动并通过相应的第二端部依次带动三个换档拨叉组件41-43往复移动一次。优选地，如图4B所示，三个换档拨杆31-33的第一端部以120°等间隔地均布在凹槽23内，并且S形部段24在转鼓周向上的长度被设定为转鼓21或凹槽23的周向总长度的三分之一。在每个换档拨叉组件往复移动一次的过程中，该换档拨叉组件至多能与两个齿轮副先后接合一次，因而能顺序地实现至多两个能传递机械动力的档位。这样，在转鼓21转动一圈而依次地使三个换档拨叉组件31-33各往复移动一次的情况下，变速器能顺序地实现至多六个能传递机械动力的档位。图5A至5F示出了利用根据本实施例的变速操纵机构实现五个前进档和一个倒档的换档状态图。如图5A至5F所示，随着转鼓21转动，换档拨杆33、32和31分别带动相应的换档拨叉组件先后往复移动一次(各图中的箭头表示相应的换档拨叉组件的移动方向)，从而只需控制转鼓21的转动角度，便例如可依次实现倒档R和前进档1-5。由于凹槽23是无端环形的，所以可控制转鼓21单向地转动任意圈，在每圈转动中都能顺序地实现上述六个档位。应指出，转鼓21也可被驱动成反向转动，这样实现各个档位的顺序也相反。
[0029]如上所述，根据本发明的变速操纵机构及自动式手动变速器只需利用一个致动器(电动的、液压的或气动的)来驱动转鼓21转动便能顺序地实现变速器的各个档位，与现有技术中的采用两个致动器的自动式手动变速器相比简化了结构，提高了可靠性。另外，由于可顺序地获得各个档位，不用在每次换档时都分别控制两个致动器来进行“选档”和“变档”的双重操作(免除了 “选档”操作)，所以能节省换档时间，加快换档速度。
[0030]在三个换档拨杆的第一端部都未与S形部段24滑动接合或只与S形部段24的非凸出的中部或两个端部接合时，换档拨杆处于中间直立位置，相应的换档拨叉组件不与任何齿轮副接合，从而变速器处于不传递机械动力的空档位置。这里，从根据本发明的变速操纵机构的上述工作方式可知，在顺序实现的各个能传递机械动力的档位中的任两个相邻档位之间都存在一个空档位置。
[0031]在上述实施例中，根据本发明的变速操纵机构设置有三组换档拨杆和换档拨叉组件，但是，本发明不限于此，而是可根据变速器所需实现的档位数来自由设定换档拨杆和换档拨叉组件的数量。例如，也可设置两组(见图4A)、四组(见图4C)或更多组换档拨杆和换档拨叉组件，由此可分别实现至多四个、八个或更多个能传递机械动力的档位。甚至可设想只设置一组换档拨杆和换档拨叉组件，此时凹槽23的整体呈S形(即只包括S形部段24)，相应地，变速器可实现两个能传递机械动力的档位。也就是，在换档拨杆和换档拨叉组件的数量为η (η为等于或大于I的整数)的情况下，可顺序地实现至多2η个能传递机械动力的档位。相应地，η个换档拨杆的第一端部优选地设置成等间隔地均布在转鼓21的凹槽23内(η大于或等于2的情况)，并且凹槽23的S形部段24在转鼓周向上的长度为转鼓的周向总长度的I/η。然而，本发明也不限于此，为了使得在转鼓转动时η个换档拨杆的第一端部能依次单独地与S形部段24滑动接合，只要η个第一端部在凹槽内的安设位置和S形部段在转鼓周向上的长度被设计成使得S形部段的周向长度小于或等于任两个相邻的第一端部之间的周向距离即可。
[0032]下面参照图6对根据本发明的变速操纵机构的一些设计参数进行说明。在图6的左、中、右部分别示出了转鼓21、换档拨杆和换档拨叉组件之间的连接关系图，凹槽23的展开图，和换档拨杆的侧视图。如图6所示，转鼓21的直径标记为D，换档拨叉组件往复移动的单向最大行程标记为L，S形部段24的最大凸出高度(即，S形部段24的单个弧形部分从凹槽23的直线形部段凸出的最大距离)标记为m，换档拨杆的数量计为n，在换档拨杆的摆动平面内换档拨杆的第一和第二端部到其摆动转轴的距离分别标记为SI和S2。因此，凹槽23的周向总长度为PiXD (对应于360° )，而如上所述，S形部段24的周向长度优选地为PiXD/n (对应于360° /η)。另外，在换档拨杆的第一端部到达S形部段的弧形部分的顶点时，换档拨杆的第二端部带动换档拨叉组件达到其单向最大行程，于是存在以下关系:m/L=Sl/S2。根据本发明的变速操纵机构中的各个部件可根据以上参数关系进行设计。
[0033]在上述实施例中，凹槽23具有包括两个大致弧形部分的S形部段24，由此在换档拨杆的第一端部与S形部段滑动接合的过程中，相应的换档拨叉组件往复移动一次至多能先后与设在换档拨叉两侧的两个齿轮副接合而顺序地实现两个档位；但是，本领域技术人员容易想到，也可将S形部段修改为只包括一个弧形部分的C形部段，此时在换档拨杆的第一端部与C形部段滑动接合的过程中，相应的换档拨叉组件往复移动一次只能与设在换档拨叉一侧的一个齿轮副接合而实现一个档位，这样在η个换档拨杆的第一端部依次单独地与C形部段接合时变速器能顺序地实现总共η个能传递机械动力的档位。
[0034]在本发明中，从图2Β可见，转鼓21设置在变速器壳体12的外部，并且各换档拨杆延伸穿过变速器壳体12。这样，在构造根据本发明的自动式手动变速器时，如图2Α所示，只需将传统手动变速器中包围手动换档杆下部的壳座17 (见图1Α)替换成一包封转鼓21的壳座18，而无需对手动变速器的壳体进行其它改动，因此根据本发明的自动式手动变速器制造简便且成本低。
[0035]在上面的说明中和图中示出的细节不应被看作是对本发明范围的限制，而只是本发明的一些实施方式的示例。本发明的其它变型对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，上述实施例的各个特征可彼此组合以便获得本发明的其它实施例。因此，本发明的范围不应由上述实施例而应由所附的权利要求书及其等同物来限定。
【权利要求】
1.一种用于自动式手动变速器的变速操纵机构，包括: η个换档拨叉组件(41，42，43)，其中η为等于或大于I的整数，每个换档拨叉组件都可往复移动而选择性地经由所述变速器的特定齿轮副传递机械动力，以使所述变速器实现特定档位； 可受驱动而绕与所述换档拨叉组件往复移动的方向平行的纵向轴线(22)转动的转鼓(21)，所述转鼓绕其外周面形成有无端环形的凹槽(23);其中，当η大于I时，所述凹槽包括当从所述转鼓的外周面的展开图看去时呈与所述纵向轴线(22)垂直的直线形的直线形部段(25)和与该直线形部段续接并在所述展开图中呈S形的S形部段(24);当η等于I时，所述凹槽在所述展开图中整体为呈S形的S形部段(24);和 η个换档拨杆(31，32，33)，每个换档拨杆可在与所述换档拨叉组件往复移动的方向平行的平面内摆动并具有第一和第二端部，所述第一端部与所述凹槽(23)的侧面相接触地滑动接合在所述凹槽内，所述第二端部与相应的一个换档拨叉组件操作连接， 其中，随着所述转鼓(21)转动，所述η个换档拨杆的第一端部依次单独地与所述凹槽(23)的所述S形部段(24)滑动接合，由此使所述η个换档拨杆依次来回摆动并通过相应的第二端部依次带动所述η个换档拨叉组件往复移动一次，从而使所述变速器顺序地实现至多2η个能传递机械动力的档位。
2.根据权利要求1所述的变速操纵机构，其特征在于，所述S形部段(24)在所述转鼓(21)的周向上的长度为所述转鼓的周向总长度的1/η。
3.根据权利要求2所述的变速操纵机构，其特征在于，当η大于I时，所述η个换档拨杆(31，32，33)的第一端部在所述转鼓的周向上等间隔地均布在所述凹槽(23)内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变速操纵机构，其特征在于，所述转鼓(21)设置在所述变速器的壳体(12)的外部，并且所述η个换档拨杆(31，32，33)延伸穿过所述壳体。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的变速操纵机构，其特征在于，所述转鼓(21)的转动由电动系统、液压系统或气动系统来驱动。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的变速操纵机构，其特征在于，所述转鼓(21)能沿相反的两个方向转动。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的变速操纵机构，其特征在于，在所述换档拨杆的摆动平面内所述第一端部到所述换档拨杆的摆动转轴的距离(Si)与所述第二端部到所述摆动转轴的距离(S2)之比等于所述S形部段(24)的最大凸出高度(m)与所述换档拨叉组件往复移动的单向最大行程(L)之比。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的变速操纵机构，其特征在于，在所述2n个能传递机械动力的档位中的每两个相邻档位之间，所述变速器实现空档。
9.一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的变速操纵机构的自动式手动变速器。
10.一种包括根据权利要求9所述的自动式手动变速器的车辆。
【文档编号】F16H59/02GK103867697SQ201210539070
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】沈欢 申请人:伊顿公司