專利名稱：一種用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)，尤其涉及一種基于少擋位的電機(jī)主動(dòng)調(diào)速的無同步器換擋的自動(dòng)機(jī)械式變速箱(以下簡稱AMT)，主要針對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)前置前驅(qū)的小型電動(dòng)汽車，屬于電動(dòng)汽車控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)環(huán)境問題的日益關(guān)注，以及當(dāng)今社會(huì)石油能源問題的極度匱乏，人們已大力投入到新能源汽車的研究生產(chǎn)之中，其中，小型電動(dòng)汽車以其零污染，對(duì)燃油零消耗的優(yōu)勢(shì)在當(dāng)今社會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。當(dāng)前已有小型電動(dòng)汽車投入使用，其結(jié)構(gòu)上直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無變速器，動(dòng)力經(jīng)一級(jí)或者兩級(jí)減速直接傳遞至傳動(dòng)軸，很好的滿足了起步與爬坡性能，但是最高車速受到影 響，同時(shí)由于無變速箱，爬坡或加速基本上均由驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，對(duì)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax和最聞轉(zhuǎn)速nmax要求聞，從而使電機(jī)或者整車的質(zhì)量、體積和成本提聞?；蛘咭延械陌惭b二擋位變速箱的電動(dòng)汽車，仍具有一定的局限性要么低速高轉(zhuǎn)矩起步或爬坡，要么高速行駛，無中間正常行駛速度，工況適應(yīng)性降低，同時(shí)，電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)效率大大降低，電耗升高；即使將二擋設(shè)置為較低的正常行駛速度，卻無法滿足速度相對(duì)較高的高速行駛，也可能對(duì)交通造成一定的影響。如果變速箱擋位過多，會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，體積和質(zhì)量必然增大，與小型電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)理念有所沖突?，F(xiàn)有電動(dòng)汽車換擋時(shí)采用傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)同步器，通過同步器鎖環(huán)與齒圈錐面接觸產(chǎn)生摩擦達(dá)到同步以減少換擋時(shí)嚙合齒間沖擊，但是同步器制造材料要求高,使成本升高,而且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足，提出一種用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)前置前驅(qū)的小型電動(dòng)汽車采用少擋位(三擋位以上)變速箱，去掉了同步器，采用調(diào)速電機(jī)對(duì)輸入軸主動(dòng)調(diào)速，從而達(dá)到同步的作用。本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸、離合器、輸入軸、輸出軸、離合器操縱機(jī)構(gòu)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和調(diào)速連接機(jī)構(gòu)；所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過離合器與輸入軸相連；所述的輸入軸的兩端通過圓錐滾子軸承支承在變速箱體上，輸入軸上設(shè)置有二擋主動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪、三擋主動(dòng)齒輪和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪，其中，二擋主動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪、三擋主動(dòng)齒輪與輸入軸制成一體，輸入軸與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪花鍵連接；所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐在變速箱體上，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪組成，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪相互嚙合；所述的輸出軸的兩端通過球軸承支承在變速箱體上，輸出軸上從前端到后端依次裝有二擋從動(dòng)齒輪、第二花鍵轂、一擋從動(dòng)齒輪、四擋從動(dòng)齒輪、第一花鍵轂和三擋從動(dòng)齒輪，二擋從動(dòng)齒輪、一擋從動(dòng)齒輪、四擋從動(dòng)齒輪和三擋從動(dòng)齒輪分別與上述輸入軸上的二擋主動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪和三擋主動(dòng)齒輪嚙合，第二花鍵轂的內(nèi)花鍵與輸出軸的外花鍵緊配合，第二花鍵轂通過第二接合套與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，第一花鍵轂的內(nèi)花鍵與輸出軸的外花鍵緊配合，第一花鍵轂通過第一接合套與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)；所述的離合器操縱機(jī)構(gòu)固定在換擋系統(tǒng)的變速箱體上，離合器操縱機(jī)構(gòu)由電機(jī)、蝸桿、雙聯(lián)齒輪和齒條組成，電機(jī)固定在變速箱體上，蝸桿與電機(jī)輸出相連，蝸桿與雙聯(lián)齒輪中的第一級(jí)蝸輪嚙合，雙聯(lián)齒輪中的第二級(jí)齒輪與齒條嚙合，齒條與所述的離合器聯(lián)動(dòng)；所述的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定在變速箱體上，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由選擋電機(jī)、第一減速機(jī)構(gòu)、選擋齒扇、換擋電機(jī)、第二減速機(jī)構(gòu)、換擋齒扇、換擋齒條撥叉、選擋齒條撥叉和主軸組成，所述的選擋電機(jī)通過第一減速機(jī)構(gòu)與選擋齒扇相連，選擋齒扇與選擋齒條撥叉嚙合，所 述的換擋電機(jī)通過第二減速機(jī)構(gòu)與換擋齒扇相連，換擋齒扇與換擋齒條撥叉嚙合，換擋齒條撥叉與上述第一接合套或第二接合套聯(lián)動(dòng)；所述的調(diào)速連接機(jī)構(gòu)固定在變速箱體上，調(diào)速連接機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)軸、摩擦盤、壓盤、滾珠、滾珠槽、絲杠螺母、調(diào)速電機(jī)和滑桿組成，所述的傳動(dòng)軸的一端與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)齒輪花鍵連接，傳動(dòng)軸的另一端與摩擦盤花鍵連接，所述的壓盤、滾珠槽和絲杠螺母依次安裝在調(diào)速電機(jī)輸出軸上，所述的壓盤通過方鍵固定在調(diào)速電機(jī)輸出軸的前段，滾珠安裝在滾珠槽中，滾珠槽通過方鍵固定在調(diào)速電機(jī)輸出軸前段，所述的絲杠螺母與調(diào)速電機(jī)輸出軸的后段成絲杠連接，所述的滑桿的一端固定在變速箱體上，另一端與絲杠螺母成滑動(dòng)配合；所述的摩擦盤和壓盤同軸，相互之間存在間隙。本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車的自動(dòng)機(jī)械式變速箱換擋系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是I、本發(fā)明采用少擋位AMT變速箱，低擋位時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速增矩，并增加超速擋以提高行駛車速，從而大大減少了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷以及功率要求；2、本發(fā)明中提出的AMT變速箱換擋時(shí)，離合器分離，輸入軸處于慣性減速狀態(tài)，無動(dòng)力輸入，更易驅(qū)動(dòng)，這對(duì)調(diào)速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩要求降低，可以實(shí)現(xiàn)此功能的電機(jī)的成本僅為幾十元，大大降低了成本；3、本發(fā)明中提出的AMT變速箱，設(shè)有低擋位和超速擋位，使最大爬坡度imax和最高車速Umax提高，提高了電動(dòng)汽車的工況適應(yīng)性，從而彌補(bǔ)如今大多最高時(shí)速為3040km/h的小型電動(dòng)汽車速度低的不足；4、本發(fā)明最突出一點(diǎn)為舍棄了同步器，需要換擋時(shí)，利用調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)輸入軸，通過輸入軸齒輪帶動(dòng)與之嚙合的輸出軸齒輪，從而對(duì)輸出軸目標(biāo)擋位齒輪進(jìn)行調(diào)速，代替同步器的作用，使接合套轉(zhuǎn)速與目標(biāo)擋位的接合齒圈轉(zhuǎn)速達(dá)到同步，再利用換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換擋，有效減少?zèng)_擊損耗，此外，由于無同步器，使得變速箱結(jié)構(gòu)更加簡單，成本進(jìn)一步降低。而且電機(jī)從啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定高轉(zhuǎn)速僅僅需要100ms-200ms的時(shí)間，響應(yīng)速度快。


圖I為本發(fā)明提出的用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I所示的換擋系統(tǒng)中離合器操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖I所示的換擋系統(tǒng)中換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖I所示的換擋系統(tǒng)中調(diào)速連接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明換擋系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的變速箱為三擋位。圖6為本發(fā)明換擋系統(tǒng)中各擋位接合齒圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明提出的基于電機(jī)調(diào)速的控制流程圖。圖I-圖5中，I為離合器,2為輸入軸,4為二擋主動(dòng)齒輪,5為輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器，6為一擋主動(dòng)齒輪，7為四擋主動(dòng)齒輪，8為三擋主動(dòng)齒輪，9為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪，10為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪，12為主減速器和差速器，13為三擋從動(dòng)齒輪，131為三擋從動(dòng)齒輪結(jié)合齒圈，14為第一花鍵轂，15為第一接合套，16為四檔從動(dòng)齒輪，161為四檔從動(dòng)齒輪接合齒圈，17為一擋從動(dòng)齒輪，171為一擋從動(dòng)齒輪接合齒圈，19為第二接合套，20為第二花鍵轂，21為二擋從動(dòng)齒輪，211為二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈，22為輸出軸，23為輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器，24 為變速箱體，25為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸。3為離合器操縱機(jī)構(gòu)，31為蝸桿，32為雙聯(lián)齒輪，33為電機(jī)，34為齒條(離合器拉桿)。11為調(diào)速連接機(jī)構(gòu)，111為傳動(dòng)軸，112為摩擦盤，113為壓盤，114為調(diào)速電機(jī)輸出軸，115為滾珠,116為絲杠螺母,117為調(diào)速電機(jī),118為滑桿，119為滾珠槽。18為換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，181為選擋電機(jī)，182為第一減速機(jī)構(gòu)(與第二減速機(jī)構(gòu)相同，為常用蝸輪蝸桿或者其他機(jī)械機(jī)構(gòu))，183為選擋齒扇，184為換擋電機(jī),185為第二減速機(jī)構(gòu)，186為換擋齒扇，187為換擋齒條撥叉，188為選擋齒條撥叉，189為主軸。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸25、離合器I、輸入軸2、輸出軸22、離合器操縱機(jī)構(gòu)3、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和調(diào)速連接機(jī)構(gòu)11 ;所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸25通過離合器I與輸入軸2相連。所述的輸入軸2的兩端通過圓錐滾子軸承支承在變速箱體24上，輸入軸2上設(shè)置有二擋主動(dòng)齒輪4、一擋主動(dòng)齒輪6、四擋主動(dòng)齒輪7、三擋主動(dòng)齒輪8和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪10，其中，二擋主動(dòng)齒輪4、一擋主動(dòng)齒輪6、四擋主動(dòng)齒輪7、三擋主動(dòng)齒輪8與輸入軸2制成一體，輸入軸2與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪10花鍵連接；所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐在變速箱體24上，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)齒輪9和從動(dòng)齒輪10組成，主動(dòng)齒輪9和從動(dòng)齒輪10相互嚙合；所述的輸出軸22的兩端通過球軸承支承在變速箱體24上，輸出軸22上從前端到后端依次裝有二擋從動(dòng)齒輪21、第二花鍵轂20、一擋從動(dòng)齒輪17、四擋從動(dòng)齒輪16、第一花鍵轂14和三擋從動(dòng)齒輪13，二擋從動(dòng)齒輪21、一擋從動(dòng)齒輪17、四擋從動(dòng)齒輪16和三擋從動(dòng)齒輪13分別與上述輸入軸上的二擋主動(dòng)齒輪4、一擋主動(dòng)齒輪6、四擋主動(dòng)齒輪7和三擋主動(dòng)齒輪8嚙合，第二花鍵轂20的內(nèi)花鍵與輸出軸22的外花鍵緊配合，第二花鍵轂20通過第二接合套19與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18聯(lián)動(dòng)，第一花鍵轂14的內(nèi)花鍵與輸出軸22的外花鍵緊配合，第一花鍵轂14通過第一接合套15與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18聯(lián)動(dòng)；所述的離合器操縱機(jī)構(gòu)3固定在換擋系統(tǒng)的變速箱體24上，離合器操縱機(jī)構(gòu)由電機(jī)33、蝸桿31、雙聯(lián)齒輪32和齒條34組成，電機(jī)33固定在變速箱體24上，蝸桿31與電機(jī)輸出相連，蝸桿31與雙聯(lián)齒輪32中的第一級(jí)蝸輪嚙合，雙聯(lián)齒輪32中的第二級(jí)齒輪與齒條34嚙合，齒條34與所述的離合器I聯(lián)動(dòng)；所述的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18固定在變速箱體24上，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18由選擋電機(jī)181、第一減速機(jī)構(gòu)182、選擋齒扇183、換擋電機(jī)184、第二減速機(jī)構(gòu)185、換擋齒扇186、換擋齒條撥叉187、選擋齒條撥叉188和主軸189組成，所述的選擋電機(jī)181通過第一減速機(jī)構(gòu)182與選擋齒扇183相連，選擋齒扇183與選擋齒條撥叉188嚙合，所述的換擋電機(jī)184通過第二減速機(jī)構(gòu)185與換擋齒扇186相連，換擋齒扇186與換擋齒條撥叉187嚙合，換擋齒條撥叉187與上述第一接合套15或第二接合套19聯(lián)動(dòng)；所述的調(diào)速連接機(jī)構(gòu)11固定在變速箱體24上，調(diào)速連接機(jī)構(gòu)11由傳動(dòng)軸111、摩擦盤112、壓盤113、滾珠115、滾珠槽119、絲杠螺母116、調(diào)速電機(jī)117和滑桿118組成，所述的傳動(dòng)軸111的一端與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)齒輪9花鍵連接，傳動(dòng)軸111的另一端與摩 擦盤112花鍵連接，所述的壓盤113、滾珠槽119和絲杠螺母116依次安裝在調(diào)速電機(jī)輸出軸114上，所述的壓盤113通過方鍵固定在調(diào)速電機(jī)輸出軸114的前段，滾珠115安裝在滾珠槽119中，滾珠槽119通過方鍵固定在調(diào)速電機(jī)輸出軸114前段，所述的絲杠螺母116與調(diào)速電機(jī)輸出軸114的后段成絲杠連接，所述的滑桿118的一端固定在變速箱體上24，另一端與絲杠螺母116成滑動(dòng)配合；所述的摩擦盤112和壓盤113同軸，相互之間存在間隙。本發(fā)明提出的換擋系統(tǒng)中，用于對(duì)輸入軸主動(dòng)調(diào)速的調(diào)速電機(jī)，根據(jù)所選目標(biāo)擋位通過與其接合的一組齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入軸的驅(qū)動(dòng)或者制動(dòng)，從而達(dá)到增速或者減速的目的，使輸入軸帶動(dòng)輸入軸齒輪，輸入軸齒輪帶動(dòng)與之嚙合的輸出軸齒輪，使輸出軸目標(biāo)齒輪的接合齒圈增速或者減速，以使其轉(zhuǎn)速與接合套轉(zhuǎn)速相近或者相等，起到同步的作用，此時(shí)再用換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行換擋動(dòng)作，完成平順換擋。所述的各擋位從動(dòng)齒輪，其結(jié)構(gòu)上均制有與花鍵轂外花鍵齒形和數(shù)量完全相同的接合齒圈，且齒端加工成圓滑曲面形狀，以保證平順嚙合。本發(fā)明中的電機(jī)調(diào)速，其控制方法可以如下通過轉(zhuǎn)速傳感器和軟件程序計(jì)算換擋前接合套和目標(biāo)擋位齒輪的轉(zhuǎn)速差，并與所設(shè)定的門限值比較，若小于門限值則換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成換擋；若大于門限值則電機(jī)進(jìn)行調(diào)速直至轉(zhuǎn)速差在門限值之內(nèi)，完成換擋。圖I所示為本發(fā)明換擋系統(tǒng)的兩軸式四擋位電機(jī)調(diào)速的無同步器的AMT變速箱，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸25、離合器I、輸入軸2、輸出軸22、各擋位主從動(dòng)齒輪、第一花鍵轂14、第二花鍵轂20、第一接合套15、第二接合套19、輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器5、輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器23、調(diào)速電機(jī)117、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪9和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪10、離合器操縱機(jī)構(gòu)3、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18、變速器殼體24以及控制器(圖中未標(biāo)出)。其中，輸入軸2和輸出軸22平行,輸入軸2與二擋主動(dòng)齒輪4、一擋主動(dòng)齒輪6、四擋主動(dòng)齒輪7和三擋主動(dòng)齒輪8制成一體，且其兩端用圓錐滾子軸承支承在變速器箱體24上；輸出軸22兩端用球軸承支承在變速箱體中，第一花鍵轂14和第二花鍵轂20的內(nèi)花鍵與輸出軸花鍵緊配合，其外花鍵與第一接合套15和第二接合套19的內(nèi)花鍵配合；一擋從動(dòng)齒輪17、二擋從動(dòng)齒輪21、三擋從動(dòng)齒輪13和四檔從動(dòng)齒輪16通過滾針軸承空套在輸出軸22上；球軸承外圈開有止動(dòng)槽，槽內(nèi)裝有軸承擋圈，防止輸入軸和輸出軸軸向竄動(dòng)。以下結(jié)合圖I對(duì)本發(fā)明的AMT變速箱的工作過程進(jìn)行說明電動(dòng)汽車起步時(shí)，需要低速大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行工作，此時(shí)變速器需要切換到一擋擋位，電控單元控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18將第二接合套19右移使其與輸出軸22上的一擋從動(dòng)齒輪17的一擋從動(dòng)齒輪接合齒圈171接合，離合器操縱機(jī)構(gòu)3控制離合器I接合。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸25,離合器I,輸入軸2, —擋主動(dòng)齒輪6, —擋從動(dòng)齒輪17, —擋從動(dòng)齒輪齒圈171，第二接合套19，第二花鍵轂20，輸出軸22，最后通過主減速器和差速器12將動(dòng)力傳至半軸驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。電動(dòng)汽車正常行駛時(shí)，離合器處于接合狀態(tài)，當(dāng)需要換擋時(shí)，首先將離合器分離，使動(dòng)力傳輸中斷。變速器在一擋工作時(shí)，第二接合套 19與輸出軸22的一擋從動(dòng)齒輪17的一擋從動(dòng)齒輪接合齒圈171接合，兩者的圓周速度相等，即v19=v17。欲從一擋換到二擋，離合器I分離，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18驅(qū)動(dòng)換擋撥叉將第二接合套19左移，推入空擋位置。此分離瞬間，仍然滿足V19 = V17，又由于從二擋主動(dòng)齒輪4到二擋從動(dòng)齒輪21的升速比大于從一擋從動(dòng)齒輪17到一擋主動(dòng)齒輪6的減速比，所以二擋從動(dòng)齒輪21的轉(zhuǎn)速高于一擋從動(dòng)齒輪17的轉(zhuǎn)速，即二擋從動(dòng)齒輪21的二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈211的轉(zhuǎn)速大于一擋從動(dòng)齒輪17的轉(zhuǎn)速，V211>v17,即在剛推入空擋時(shí)，v211>v19，如果立即換擋則會(huì)造成第二接合套19的輪齒與二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈211的輪齒由于速度不等而發(fā)生沖擊。由于變速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力傳遞中斷，第二接合套19和二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈211均在慣性作用下減速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是，第二接合套19因與整車相連，慣性大，故V19下降較慢，而二擋從動(dòng)齒輪21僅與輸入軸及其上齒輪等相連，慣性小，故V211下降較快(傳統(tǒng)變速器通過同步器鎖環(huán)與齒圈錐面接觸產(chǎn)生摩擦達(dá)到同步進(jìn)而撥動(dòng)撥叉換擋)。此時(shí)，接通調(diào)速電機(jī)電源，使調(diào)速電機(jī)117旋轉(zhuǎn)，并通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)調(diào)速電機(jī)輸出進(jìn)行適當(dāng)減速和增矩，從而帶動(dòng)輸入軸減速，即實(shí)現(xiàn)二擋主動(dòng)齒輪4的減速，進(jìn)而帶動(dòng)二擋從動(dòng)齒輪21及二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈211減速，如圖中所示，此變速箱中還有輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器5和輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器23，時(shí)刻采集輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)由控制單元計(jì)算所得的二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈211轉(zhuǎn)速與第二接合套19轉(zhuǎn)速相近時(shí)，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18推動(dòng)換擋撥叉187左移完成換擋操作，同時(shí)接合離合器1，調(diào)速電機(jī)117退出工作。其中，動(dòng)力傳遞路線為驅(qū)動(dòng)電機(jī)(圖中未標(biāo)出)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸25，離合器I，輸入軸2，二擋主動(dòng)齒輪4，二擋從動(dòng)齒輪21，二擋從動(dòng)齒輪接合齒圈211，第二接合套19，花鍵轂20，輸出軸22，最后通過主減速器和差速器12將動(dòng)力傳至半軸驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。其他擋位間的切換同理，首先離合器操縱機(jī)構(gòu)3將離合器分離，中斷動(dòng)力傳輸，換擋機(jī)構(gòu)18將接合套推至空擋位置，根據(jù)由低擋換高擋還是高擋換低擋確定中間軸需要加速還是減速，最后由輸入軸調(diào)速電機(jī)對(duì)輸入軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)直至目標(biāo)擋位齒輪齒圈與接合套轉(zhuǎn)速同步，再由換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18推動(dòng)接合套完成換擋。本發(fā)明換擋系統(tǒng)中，離合器操縱機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)如如圖2所示，其結(jié)構(gòu)及工作過程為由電機(jī)33，與電機(jī)輸出相連的蝸桿31，與其形成蝸輪蝸桿嚙合的雙聯(lián)齒輪32，齒條34組成。電機(jī)工作時(shí)，首先通過雙聯(lián)齒輪32的第一級(jí)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)減速，同時(shí)雙聯(lián)齒輪32的第二級(jí)齒輪齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)離合器I分離或者接合。本發(fā)明換擋系統(tǒng)中，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)18的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其結(jié)構(gòu)及工作過程為由選擋電機(jī)181、第一減速機(jī)構(gòu)182、選擋齒扇183、換擋電機(jī)184、第二減速機(jī)構(gòu)185、換擋齒扇186、與換擋齒扇嚙合的換擋齒條撥叉187、與選擋齒扇嚙合的選擋齒條撥叉188、和主軸189組成。需要換擋時(shí)，首先選擋電機(jī)181通過第一減速機(jī)構(gòu)182、選擋齒扇183、帶動(dòng)選擋齒條撥叉188在橫向方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行選擋，其中，選擋齒條撥叉188只可相對(duì)主軸189轉(zhuǎn)動(dòng)，不可軸向移動(dòng)；然后由換擋電機(jī)184通過第二減速機(jī)構(gòu)185、換擋齒扇186、帶動(dòng)換擋齒條撥叉187軸向移動(dòng)進(jìn)行換擋，其中，換擋齒條撥叉187只可在主軸189軸向方向移動(dòng)，不可相對(duì)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明換擋系統(tǒng)中，與調(diào)速電機(jī)輸出相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖I所示，為一組相嚙合的齒輪機(jī)構(gòu)，其中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪10與輸入軸2鍵連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪9的傳動(dòng)軸111軸兩端固定在變速箱體24上；如圖4所示，主動(dòng)齒輪右端有摩擦盤112，摩擦盤112開有軸向鍵槽，與傳動(dòng)軸111鍵連接，摩擦盤鍵槽的長度小于與軸配合的軸向套筒長度，以防止摩擦盤的軸向移動(dòng)。本發(fā)明換擋系統(tǒng)中，調(diào)速連接機(jī)構(gòu)11的結(jié)構(gòu)如圖4所示，調(diào)速電機(jī)輸出軸114為階梯軸，前段軸徑小于后段軸徑，以便絲杠螺母116的裝卸。其中調(diào)速電機(jī)輸出軸后段由絲杠段和非絲杠段組成，絲杠段與絲杠螺母116配合，絲杠螺母一端開孔，與滑桿118套裝，滑桿用來限制絲杠螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)滑桿還
起到限制絲杠螺母軸向位移的作用，使螺母軸向運(yùn)動(dòng)行程最大為2-3mm之間。絲杠螺母左側(cè)為一實(shí)現(xiàn)與絲杠螺母間滾動(dòng)摩擦的機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)由滾珠115和滾珠槽119組成，其中滾珠槽119用來對(duì)滾珠115定位，滾珠115超出滾珠槽119端面直接和絲杠螺母接觸；113為一壓盤，壓盤113和前述滾珠槽119開有形狀相同的方槽，與調(diào)速電機(jī)輸出軸114前段的方鍵配合，使壓盤113和滾珠槽119 一起隨輸出軸旋轉(zhuǎn)，此處方鍵與調(diào)速電機(jī)輸出軸114制成一體，且方鍵長度小于方槽的長度，以保證絲杠螺母116的軸向位移。壓盤113和與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪軸相連的摩擦盤112間幾乎零間隙，且均采用微弧形彈性摩擦材料，在絲杠螺母116推力作用下彈性壓緊摩擦同步。其工作原理為當(dāng)需要換擋調(diào)速時(shí)，首先離合器操縱機(jī)構(gòu)3驅(qū)動(dòng)離合器分離，中斷動(dòng)力傳輸，然后接通調(diào)速電機(jī)電源，調(diào)速電機(jī)117輸出軸旋轉(zhuǎn)，由于與絲杠段配合的絲杠螺母116的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到限制，絲杠螺母116產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，此軸向運(yùn)動(dòng)對(duì)滾珠115、滾珠槽119和壓盤113產(chǎn)生軸向推力作用，使壓盤壓緊摩擦盤112，由于兩個(gè)摩擦盤間幾乎零間隙，從而在絲杠螺母116的持續(xù)軸向壓力作用下將調(diào)速電機(jī)輸出軸114的轉(zhuǎn)動(dòng)通過輸出軸的方鍵傳遞給壓盤113，使微弧形壓盤113和摩擦盤112彈性壓緊，通過摩擦達(dá)到同步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)輸入軸實(shí)現(xiàn)調(diào)速。由于壓盤113和滾珠槽119相對(duì)絲杠螺母高速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以使?jié)L珠槽中的滾珠115直接與絲杠螺母接觸，從而將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減小磨損。當(dāng)達(dá)到同步時(shí)執(zhí)行換擋，并反接電源使調(diào)速電機(jī)反轉(zhuǎn)，絲杠螺母116右移，退出壓緊狀態(tài)，從而使兩個(gè)摩擦盤中斷動(dòng)力傳輸，變速箱正常工作，切斷電機(jī)電源，電機(jī)停止工作。電機(jī)浸在變速箱的潤滑油中，便于散熱。加速踏板位置傳感器和輸入軸、輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器與控制器電氣連接，控制器獲得變速箱的輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速信號(hào)、加速踏板位置信號(hào)和AMT擋位信號(hào)。另外，本發(fā)明考慮到電機(jī)調(diào)速精度問題，為使接合套和目標(biāo)擋位齒圈在一定的轉(zhuǎn)速差范圍內(nèi)能夠平順接合，將各擋從動(dòng)齒輪接合齒圈的輪齒加工得較傳統(tǒng)變速器中齒輪齒圈的輪齒在長度、寬度和厚度上均有一定的增加，且端部將傳統(tǒng)的倒角形式做成曲面形狀，如圖6所示。同樣花鍵轂的外嚙合齒也在端部形狀，斷面齒廓，尺寸和齒數(shù)上加工成與齒圈相同，接合套的齒端也做成曲面形狀與花鍵轂外齒嚙合。這樣，端部曲面形狀使得嚙合變得平順，減少?zèng)_擊；尺寸的增加使強(qiáng)度增強(qiáng)，從而提高使用壽命。因?yàn)槿サ袅送江h(huán)，也不會(huì)對(duì)整體體積的減小產(chǎn)生影響。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，此處對(duì)齒圈、花鍵轂和接合套的嚙合齒形狀上的特殊加工僅僅是為滿足平順接合的一種具體方法，其他不脫離本發(fā)明精神的方案均應(yīng)包含其中。本發(fā)明提供一種控制方案，其控制流程如流程圖7所示，控制方法包括以下步驟(I)變速器控制單元T⑶時(shí)刻通過輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器、加速踏板位置傳感器采集輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)N、N1以及加速踏板位置信號(hào)，判斷變速器AMT是否實(shí)現(xiàn)換擋，如果換擋則進(jìn)入步驟(2)，否則TCU繼續(xù)檢測(cè)加速踏板位置信號(hào)；(2)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，將接合套撥至空擋位置，TCU采集目標(biāo)擋位信號(hào)；(3) T⑶根據(jù)輸入軸轉(zhuǎn)速NI和目標(biāo)擋位Ign得到目標(biāo)齒輪轉(zhuǎn)速N’ ；(4) T⑶計(jì)算目標(biāo)齒輪轉(zhuǎn)速N’和接合套轉(zhuǎn)速N的轉(zhuǎn)速差Λ N，并取絕對(duì)值，SPΛΝ=|Ν_Ν，I ; (5)控制器程序已設(shè)定一個(gè)門限值NO，將ΛΝ和NO作比較，判斷ΛΝ是否小于NO，如果滿足ΛΝ小于NO，則實(shí)現(xiàn)換擋，否則進(jìn)入步驟(6)；( 6 )接通調(diào)速電機(jī)電源，調(diào)速電機(jī)介入工作對(duì)輸入軸進(jìn)行調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)齒輪轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，再次轉(zhuǎn)入步驟(3)。圖5所示為屬于本發(fā)明換擋系統(tǒng)的兩軸式三擋位電機(jī)調(diào)速的無同步器的AMT變速箱，在上述兩軸式四擋位電機(jī)調(diào)速的基礎(chǔ)上減少一個(gè)擋位，變?yōu)槿龘跷蛔兯傧?，其各擋主從?dòng)齒輪、輸入軸和輸出軸的連接方式均相同，另外，離合器操縱機(jī)構(gòu)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及調(diào)速電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接機(jī)構(gòu)也相同；ΑΜΤ的工作原理、各機(jī)構(gòu)的工作原理及過程和控制方法也與上述兩軸式四擋位電機(jī)調(diào)速的換擋系統(tǒng)相同。需要強(qiáng)調(diào)的是，以上所述實(shí)施方式僅僅以具體實(shí)例說明問題從而詳細(xì)解釋本發(fā)明所提出的技術(shù)方案，而非限制于此一種方案，所以希望本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，如有對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，而不脫離本發(fā)明“基于電機(jī)主動(dòng)調(diào)速的無同步器的少擋位AMT變速箱”這一技術(shù)方案的精神和范圍的，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)力要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)汽車對(duì)輸入軸調(diào)速的無同步器換擋系統(tǒng)，其特征在于該換擋系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸、離合器、輸入軸、輸出軸、離合器操縱機(jī)構(gòu)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和調(diào)速連接機(jī)構(gòu)；所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸通過離合器與輸入軸相連； 所述的輸入軸的兩端通過圓錐滾子軸承支承在變速箱體上，輸入軸上設(shè)置有二擋主動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪、三擋主動(dòng)齒輪和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪，其中，二擋主動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪、三擋主動(dòng)齒輪與輸入軸制成一體，輸入軸與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪花鍵連接； 所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐在變速箱體上，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪組成，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪相互嚙合； 所述的輸出軸的兩端通過球軸承支承在變速箱體上，輸出軸上從前端到后端依次裝有二擋從動(dòng)齒輪、第二花鍵轂、一擋從動(dòng)齒輪、四擋從動(dòng)齒輪、第一花鍵轂和三擋從動(dòng)齒輪，二擋從動(dòng)齒輪、一擋從動(dòng)齒輪、四擋從動(dòng)齒輪和三擋從動(dòng)齒輪分別與上述輸入軸上的二擋主動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、四擋主動(dòng)齒輪和三擋主動(dòng)齒輪嚙合，第二花鍵轂的內(nèi)花鍵與輸出軸的外花鍵緊配合，第二花鍵轂通過第二接合套與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，第一花鍵轂的內(nèi)花鍵與輸出軸的外花鍵緊配合，第一花鍵轂通過第一接合套與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)； 所述的離合器操縱機(jī)構(gòu)固定在換擋系統(tǒng)的變速箱體上，離合器操縱機(jī)構(gòu)由電機(jī)、蝸桿、雙聯(lián)齒輪和齒條組成，電機(jī)固定在變速箱體上，蝸桿與電機(jī)輸出相連，蝸桿與雙聯(lián)齒輪中的第一級(jí)蝸輪嚙合，雙聯(lián)齒輪中的第二級(jí)齒輪與齒條嚙合，齒條與所述的離合器聯(lián)動(dòng)； 所述的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)固定在變速箱體上，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)由選擋電機(jī)、第一減速機(jī)構(gòu)、選擋齒扇、換擋電機(jī)、第二減速機(jī)構(gòu)、換擋齒扇、換擋齒條撥叉、選擋齒條撥叉和主軸組成，所述的選擋電機(jī)通過第一減速機(jī)構(gòu)與選擋齒扇相連，選擋齒扇與選擋齒條撥叉嚙合，所述的換擋電機(jī)通過第二減速機(jī)構(gòu)與換擋齒扇相連，換擋齒扇與換擋齒條撥叉嚙合，換擋齒條撥叉與上述第一接合套或第二接合套聯(lián)動(dòng)； 所述的調(diào)速連接機(jī)構(gòu)固定在變速箱體上，調(diào)速連接機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)軸、摩擦盤、壓盤、滾珠、滾珠槽、絲杠螺母、調(diào)速電機(jī)和滑桿組成，所述的傳動(dòng)軸的一端與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)齒輪花鍵連接，傳動(dòng)軸的另一端與摩擦盤花鍵連接，所述的壓盤、滾珠槽和絲杠螺母依次安裝在調(diào)速電機(jī)輸出軸上，所述的壓盤通過方鍵固定在調(diào)速電機(jī)輸出軸的前段，滾珠安裝在滾珠槽中，滾珠槽通過方鍵固定在調(diào)速電機(jī)輸出軸前段，所述的絲杠螺母與調(diào)速電機(jī)輸出軸的后段成絲杠連接，所述的滑桿的一端固定在變速箱體上，另一端與絲杠螺母成滑動(dòng)配合；所述的摩擦盤和壓盤同軸，相互之間存在間隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)前置后驅(qū)的自動(dòng)機(jī)械式變速箱換擋系統(tǒng)，尤其涉及一種基于少擋位的中間軸主動(dòng)調(diào)速的無同步器換擋的自動(dòng)機(jī)械式變速箱，屬于汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括輸入軸、輸出軸、各擋位主從動(dòng)齒輪、花鍵轂、接合套、傳感器、調(diào)速電機(jī)、調(diào)速電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、離合器操縱機(jī)構(gòu)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制器。該系統(tǒng)通過調(diào)速電機(jī)在動(dòng)力中斷條件下對(duì)輸入軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)換擋時(shí)接合套與目標(biāo)擋位齒輪的同步，去掉了對(duì)材料要求高的同步器，有利于減小成本，同時(shí)利于解決小型純電動(dòng)汽車起步與加速性能和相對(duì)高速行駛不能兼得的問題。
文檔編號(hào)F16H61/34GK102840281SQ20121034833
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者李亮, 李磊, 楊克, 宋健, 楊超, 李紅志 申請(qǐng)人:清華大學(xué)