專利名稱：有換擋支持和故障安全性裝置的變速器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有自動換擋支持裝置的汽車變速器。
背景技術：
對于具有常用的不含換擋支持裝置的機械變速器的汽車，為了接入期望 的擋位，駕駛員必須在換擋桿上加一定的力，以實施換擋運動并因而換擋過
程。尤其在外界溫度較低時，駕駛員施加的力比平時的大，因為在這種情況
下變速器的潤滑油很粘稠以及變速器構件遭受更大的摩擦。尤其在換擋桿沿
具有H形設計的換擋滑槽板的手動換擋裝置的換擋槽換擋運動時發生這一
問題，而換擋桿沿手動換擋裝置的選擇槽運動時則需要較小的力。為了在換 擋運動方面達到更佳的操作舒適性，有多種解決方案。
當代的助力換擋系統，其中，變速器與換擋桿機械耦合，通過電致動器 支持換擋過程，以便減小駕駛員為換擋必須付出的力量。這在根本上改善了 操作舒適性。當電動系統發生故障時，汽車可以在施加更大的力的情況下手 動換擋。
在DE102005021977A1中介紹了 一種手動變速器的伺服支持裝置。在那 里，當檢測到換擋桿運動時，電動機支持變速器內的換擋過程，從而為了實 施換擋過程，除駕駛員施加在手動換擋桿上的力外，還有伺服支持裝置的力 作用在變速器上。然而在這種方案中存在的疑難問題是，基于變速器與換擋 桿之間的機械耦合，將振動從變速器傳給換擋桿，這使駕駛員感到不舒服。 此外，由于振動還會在車內還引起令人不快的噪聲。抑制振動的措施需要附 加的結構方面的費用，以及盡管如此在行駛舒適性方面仍不能達到最佳效 果。
在當代具有機械變速器的線控換擋(Shift-by-Wire)式手動換擋系統中， 換擋桿通過駕駛員的操縱借助安裝在換擋桿上的傳感器檢測，以及根據所檢 測到的操縱行為控制設在變速器上的電致動器，以實施在變速器內的換擋過 程。以較小的力使換擋桿小有偏轉就足以引發換擋過程。因為在變速器與換
擋桿之間不再存在傳力的機械連接，所以變速器的振動不再傳入汽車客艙 內。但是在這種換擋系統中電子設備可能發生故障，從而使換擋過程不再能 傳輸給變速器并由此使汽車不再能繼續行駛。
此外，以上介紹的這些技術解決方案所存在的共同問題是，變速器與換 擋桿之間的伺服支持裝置必須麻煩地組合在換擋系統內，從而必須在結構上 專門匹配。
發明內容
因此本發明要解決的技術問題在于創造一種具有電控式換擋支持裝置 的變速器，它允許準確控制換擋過程、保證有高度的換擋及行駛舒適性以及 在電控發生故障時維持工作能力，與此同時變速器可以方便地組合在現有的 汽車中。
上述技術問題通過這樣一種用于汽車的變速器來解決，它包括可以不同 的傳動比互相耦合的驅動軸和輸出軸、外殼和為了選擇其中一個傳動比可以 調整的換擋軸，該換擋軸的 一端從外殼伸出并且該換擋軸帶有至少 一 個操縱 一個用于驅動軸和輸出軸耦合的耦合裝置的變速桿撥指，所述變速器還包括
用于調整換擋軸的致動器以及用于驅動該致動器的控制器，按照本發明所 述換擋軸分為一個包括所述伸出端的外段和一個帶有所述變速桿撥指并可 由所述致動器驅動的內段，該內段和外段通過含游隙的傳動裝置彼此運動耦 合，其中，該傳動裝置包括一個檢測外段相對于內段偏轉的傳感器，以及控 制器設置用于根據該偏轉角調整所述致動器。
按照本發明通過將換擋軸分為兩個分段，只要它們的振幅不超過含有間 隙或游隙的傳動裝置的游隙，便可以防止振動經由換擋軸的外段傳出變速 器。與此同時，在通過所述分段借助傳動裝置耦合的電子換擋過程中，通過 傳動裝置彼此運動的部分和通過傳感器檢測到的這些部分的相互偏轉，準確 地仿效作用在變速器上的換擋運動并傳給變速桿撥指。
所述傳動裝置可以設計為彈性的，以便在彼此運動的部分偏離正常位置 的情況下產生一個復位力，它可使駕駛員在按已知的方式與換擋軸外段耦合 的換擋桿上感覺到。
只要變速器的電動系統正常工作，在傳動裝置彼此運動的部分之間便不 存在固定的機械連接。若在電動系統發生功能千擾或故障期間在換擋軸上作
用換擋運動，則傳動裝置與換擋軸外段耦合的部分跟隨，但與換擋軸內段耦 合的部分起先并不跟蹤。只有當與換擋軸外段耦合的部分碰撞在其間隙的末 端時才形成力傳遞連接，它允許盡管如此仍將換擋運動傳給變速桿撥指。由 此可以保證期望的故障安全性以及即使在電控故障時仍能維持接通換擋。
按本發明的變速器可以與傳統的純機械式外部換擋組合，以便獲得對于 線控換擋為典型的振動脫耦和便于操作的優點。
若耦合裝置可沿兩個自由度運動，則間隙可以限于其中一個自由度，優 選地是最強烈地與變速器振動耦合的那個自由度。對于第二個自由度可以取 消通過致動器的伺服支持，以保持變速器低的成本。因此傳動裝置沿此自由 度相宜地沒有游隙。
而言彼此彈性連接。只要駕駛員沒有操縱換擋桿，傳動裝置便處于靜止位置。 在駕駛員沿一個自由度方向運動換擋桿時，傳動裝置便從靜止位置偏轉出， 偏轉的量取決于桿運動的速度。所述彈性連接產生反力，它可以使駕駛員感 覺到，而且駕駛員運動換擋桿越迅速，反力越大。因此駕駛員一方面獲得變 速器的一種觸覺反饋的錯覺，另一方面以此方式使他有可能比致動器單獨能
達到的更快地換擋；他換擋越快，在換擋工作中他必須承擔的份額就越大。
若所述兩個自由度包括平動和轉動，則耦合裝置可以包括換擋軸的所有 為轉換換擋過程所必需的運動。
在這里視變速器的結構形式而定可能比較有利的是，致動器設置用于支 持換擋軸的轉動，或，致動器設置用于支持換擋軸的平動。
有關改善行駛舒適性方面的其他優點源自于，致動器是包括定子和轉子 的電動機，其中，定子位置固定地與變速器的外殼連接，以及轉子與換擋軸 的內段作用連接。若轉子尤其旋轉固定地與內段連接，則電動機可以無需附 加的耦合構件最佳地與換擋軸的內段連接。通過設在換擋軸上轉子的質量， 可以附加地阻尼來自變速器的振動。
按一項與之不同的設計，轉子通過一變速器與換擋軸的內段連接。尤其
是減速器可以實現通過電動機準確控制內段較小的旋轉運動。
此外，在電控換擋過程方面有利的是，控制器包括一個PI(比例積分)調 節器。因為這種調節器允許跟蹤速度靈活地與偏差的大小和持續時間相匹 配，所以致動器的控制能特別迅速和準確地實施。如果希望，PI調節器也可
以考慮時間導數項，換句話說，它也可以涉及PID調節器。
涉及汽車駕駛員換擋舒適性的同時帶來的突出優點是，變速器包括一個
輪廓和一個朝該輪廓加載并可運動的頂端，其中，頂端和4侖廓中的一個位置
固定地與變速器連接，另一個則與換擋軸的外段運動耦合。所述輪廓規定換
擋軸的外段穩定的位置。這些位置準確地模仿換擋桿的位置，例如在選擇槽
內或分別在從選擇槽分叉的換擋槽的端部。
若換擋軸設置成與所述驅動軸和輸出軸正交，則可獲得變速器的一種特
別有利的結構形式。在這種情況下尤其是，換擋軸可以作為模塊有利地組合
在變速器內。
按本發明的變速器的另 一種設計，換擋軸也可平行于驅動軸和輸出軸布 置。在這種情況下，與上述設計相比，在所述傳動裝置中平動和轉動的功能 可以互換。
由下面參見附圖對實施例的說明提供本發明的其他特征和優點。其中
圖l表示按現有技術的汽車變速器的立體示圖2表示具有圖1所示變速器的換擋系統的示意圖3表示具有按本發明第 一種實施形式的變速器的換擋系統示意圖4表示組合在變速器內的傳動裝置的縱剖面圖5表示傳動裝置的示意橫截面圖6表示具有按本發明另一種實施形式的變速器的換擋系統示意圖；以
及
圖7表示圖6中變速器換擋軸外段的橫截面示意圖。
具體實施例方式
圖1表示按先有技術的汽車變速器。變速器7包括驅動軸75和兩根輸 出軸76、 76',它們互相平行排列并可按一般的方式彼此耦合，以便在變速 器7內調整為不同的傳動比。
換擋軸70垂直于驅動軸75和輸出軸76、 76'布置并帶有兩個變速桿撥 指74、 74':換擋軸可沿其軸線移動；根據它們所占有的位置，兩個變速桿 撥指74、 74'之一與換擋爪鉤79、 79'耦合，后者可以在平行于軸75、 76、 76'
的桿80、 80上移動，以便借助于在圖中看不到的同步化聯鎖裝置，將不同 的齒輪旋轉固定地與支承它們的輸出軸76、 76'耦合，并由此調整變速器的 傳動比。在這里，換擋軸70的軸向移動促使選擇傳動比，以及換擋軸70的 徑向旋轉促使通過變速桿撥指74、 74'耦合傳動比。
變速器7被外殼77包圍。換擋軸70的外段71從外殼77伸出。在外段 71端部裝一個從換擋軸70折角后伸出的杠桿狀操縱機構78,它在背對變速 器7的端部延續為一個外輪廓61 ，外輪廓61面朝變it器7有一種多重臺階 的扁平狀型面。
圖2示意表示具有一個如圖1所示按先有技術的變速器7的汽車換擋系統1。
此換擋系統1包括換擋桿21和有H形交叉的換擋槽和選擇槽的換擋滑 槽板22，換擋桿21通過換擋滑槽板延伸并導引換擋桿21的運動。圖2表示 牽引繩索20,它將換擋桿21與變速器7的操縱機構78連接起來。按照換擋 桿21的自由度數量，可以設多根這種牽引繩索20，其中每一根傳遞換擋桿 21在一個自由度內的運動。按另一項設計，這一根或另一根牽引繩索可以用 桿代替。操縱機構78在換擋軸70上的連接選擇為，使換擋桿21沿選擇槽 的運動轉換為換擋軸70沿軸向的移動，以及使換擋桿21沿換擋槽的運動造 成換擋軸70的旋轉。
在變速器外殼77的上端通過彈簧機構可運動地固定一個頂端62，它與 設在操縱機構78上的外輪廓61配合作用。由頂端62與外輪廓61的配合作 用，分別在選擇槽內和在換擋槽端部造成換擋桿21穩定的位置，這些可以 使駕駛員感覺到并在換擋期間向駕駛員提供有關換擋桿21當時達到的位置 的反饋信號。
圖3示意表示具有按第一種實施形式的變速器7的換擋系統1。
與圖2表示的一樣，此換擋系統1包括換擋桿21和有H形交叉的換擋 槽和選擇槽的換擋滑槽板22。在這里，頂端62通過彈簧機構可運動地固定 在換擋桿21下端，它與固定安裝在變速器外殼上的外輪廓61配合作用。
換擋系統1中的變速器7有一根分為兩個分段71、 72的換擋軸。外段 71從變速器7外殼(沒有表示)伸出，并經由操縱機構78通過牽引繩索2與 換擋桿21連接。外段71通過傳動裝置4與換擋軸內段72運動連接。
在內段72上設有一電動機作為致動器3，它包括定子31和轉子32。在
這里，定子31位置固定地與變速器7的外殼連接，而轉子32與換擋軸的內 段旋轉固定連接。此外，在換擋軸的外段72上設有多個變速桿撥指74、 74'。 通過電動機旋轉內段72，總有其中一個變速桿撥指74、 74'碰靠在可在桿80 上移動的換擋爪鉤79、 79'之一上，使之移動并因而在變速器7內接通一個傳動比。
按另一項設計，轉子32可以通過一個變速器(未表示)與換擋軸的內段 72連接，從而將電動機的旋轉借助一個傳動比傳給內軸段72。
傳動裝置4包括一個傳感器43,它檢測換擋軸的兩分段71、 72的相對 旋轉。變速器7的控制器5通過一進口與傳感器43連接，以接收體現旋轉 量的測量信號，以及通過一出口與致動器3連接，從而可將根據測量信號導 出的調整指令傳輸給致動器3。
圖4和5詳細表示傳動裝置4的結構。圖4中表示沿分成分段71、 72 的換擋軸縱軸線通過傳動裝置4的剖面。
傳動裝置4包括兩個彼此繞縱軸線旋轉運動的部分41、 42。第一部分 41與換擋軸的外段71固定連接，以及第二部分42與換擋軸的內段72固定 連接。
第一部分41基本上有圓柱形的基本形狀，在這里換擋軸的縱軸線也形 成圓柱體軸線。在圓柱體一側沿徑向伸出一個撥動端44。在圓柱體背對撥動 端44的那一側成形兩個互相平行排列的肋45。
第二部分42是空心體，它容納第一部分41的圓柱形基體和肋45。撥 動端44從空心體的縫伸出。第二撥動端46與撥動端44相鄰地從空心體伸 出。在這兩者之間夾緊一個作為彈性元件的彈簧73。在空心體背對撥動端 46那一側，成形一個伸入其內部空腔和插入肋45之間的肋47。
圖5表示沿圖4中線A-A通過傳動裝置4的橫截面示意圖，其中部分 41、 42 ,人撥動端44、 46互相對齊的《爭止位置偏轉一個角度48并通過偏轉將 彈簧73張緊。部分41、 42相互的旋轉運動自由度受插入在肋45之間的肋 47的限制。部分41、 42彼此的軸向游隙可忽略不計。所述檢測偏轉48的傳 感器43可例如是帶有兩個傳感器的一個電容式傳感器，它有肋47作為公共 的第一片和分別其中一個肋45作為第二片。在這兩個電容器之間的電容量 差用于度量偏轉48的大小。
作為彈性元件可以取代彈簧73或除它之外在肋47與相鄰的肋45之間
補充安裝一個彈性緩沖器，它在部分41、 42相互偏轉的情況下變形。與之 不同或作為補充，部分41、 42也可以通過一個沿換擋軸70縱向延伸作為彈 性元件的扭力桿連接。在各種情況下，駕駛員都能感覺到由彈性元件產生的 復位力，復位力向駕駛員表明，部分42由電動機3驅動的運動落在部分41 的運動后面還有多遠。
若現在駕駛員在電控變速器中通過換擋桿21的運動選擇某一個擋位， 則所述的運動通過牽引繩索20傳給換擋軸外段71并因而傳給傳動裝置4的 第一部分41。由此造成的偏轉48由傳感器43定量檢測并傳給控制器5。控 制器5的PID調節器(未表示)確定此偏轉48與額定值(它例如與肋47在兩個 肋45之間的中心位置相對應)的偏差，由此確定速度和方向并將它們作為調 節量傳給電動機3。電動機3通過換擋軸內段72的旋轉運動導致變速桿撥指 74、 74'運動，這一運動準確地仿效換擋桿21的運動，因此變速桿撥指74、 74'促使在變速器7內接入期望的擋位。與此同時，通過換擋軸內段72的旋 轉運動重新促使部分41 、 42的相對偏轉48接近額定值。
若駕駛員沒有迅速地運動換擋桿以致電動機3沒有能力跟隨，則在正常 的工作條件下不會導致肋45與47接觸。所以旋轉振動不可能從換擋軸的內 段72傳到外段71并經由它傳給換擋桿21。
換擋系統1的電氣部分內可能產生干擾故障。這可以通過完全停電引 起，或因為控制器5的電子控制連同電動機3對于換擋運動的反應不夠迅速 而引起。在這種情況下，部分41、 42相互偏轉得如此大，以致將它們彼此 壓緊，以及由駕駛員施加為驅動變速桿撥指74、 74'運動所需的力，并通過 牽引繩索20經由傳動裝置4作用在變速桿撥指74、 74'上。
圖6示意表示圖3所示換擋系統1的改型，其中一個包括外輪廓61和 頂端62的裝置6,不是設在換擋桿21的區域內，而是組合在變速器7內。
為此，圖7表示橫向于換擋軸外段71的軸線通過所述裝置6的橫截面。 外輪廓61與換擋軸外段71固定連接并在其部分圓周圍繞換擋軸。頂端62 通過彈簧機構可運動地與變速器7外殼連接。因此，換擋軸外段71的運動 通過頂端62被位于其下方的外輪廓61截取。盡管駕駛員在這種布局的情況 下，不能如外輪廓61與頂端62直接設在換擋桿21上那樣通過外輪廓61與 頂端62的互相插接十分準確地感覺到確定的制動位置，然而帶來的優點是， 可能需要的外輪廓61與頂端62位置的調整并因而使它們的制動位置準確地
與變速器的擋位一致，可以在變速器制造時已經完成。由此簡化變速器在汽 車內的安裝。
圖3和圖6表示一種設計，其中外輪廓61位置固定地連接以及頂端62 是可運動的，按另一種設計也可以與之相反。
按變速器7的一種與至此所說明的實施形式不同的結構形式，換擋軸 71、 72平行于驅動軸75和一根或多根輸出軸76、 76'布置。在這種情況下， 換擋桿21沿選擇槽的運動作為旋轉運動轉換到換擋軸外段71上，以及換擋 桿21沿換擋槽之一的運動作為軸向移動轉換到換擋軸外段71上。
在這種情況下傳動裝置4沿軸向含有游隙，傳感器設計用于檢測部分 41、 42沿軸向的彼此偏移，以及致動器3按由傳感器檢測的沿軸向偏移跟蹤 換擋軸的內段72,以便轉換換擋過程。
附圖標記表
1 換擋系統 20牽引繩索
21換擋桿
22換擋滑槽板
3致動器
31定子
32轉子
4傳動裝置
41耦合在換擋軸外段上的部分 42耦合在換擋軸內段上的部分 43傳感器
44 (部分41上的)撥動端
45 (部分41上的)肋
46 (部分42上的)撥動端
47 (部分42上的)肋 48偏轉
5控制器
61外輪廓
62運動的頂端
7 變速器
70、 71、 72換擋軸
73彈性連接裝置
74、 74'變速桿撥指
75驅動軸
76、 76'輸出軸
77外殼
78操縱機構
79、 79' 4灸擋爪鉤
80桿 。
權利要求
1.一種汽車的變速器(7)，包括可以不同的傳動比互相耦合的驅動軸(75)和輸出軸(76、76＇)、外殼(77)和為了選擇其中一個傳動比可以調整的換擋軸(70、71、72)，該換擋軸的一端從外殼伸出并且該換擋軸帶有至少一個操縱一個用于驅動軸(75)和輸出軸(76、76＇)耦合的耦合裝置的變速桿撥指(74、74＇)，所述變速器(7)還包括用于調整換擋軸(70)的致動器(3)以及用于驅動該致動器(3)的控制器(5)，其特征為所述換擋軸(70)分為一個包括所述伸出端的外段(71)和一個帶有所述變速桿拔指(74、74＇)并可由所述致動器(3)驅動的內段(72)，它們通過含游隙的傳動裝置(4)彼此運動耦合，其中，該傳動裝置(4)包括一個檢測外段(71)相對于內段(72)偏轉(48)的傳感器(43)，以及控制器(5)設置用于根據該偏轉(48)調整所述致動器(3)。
2. 按照權利要求1所述的變速器，其特征為，所述傳動裝置(4)設計為 彈性的。
3. 按照權利要求1或2所述的變速器，其特征為，所述傳動裝置(4)按 兩個自由度運動，但只在一個自由度內含游隙。
4. 按照前列諸權利要求之一所述的變速器，其特征為，所述換擋軸的 外段(71)與內段(72)沿每個含游隙的自由度在運動方面彼此彈性連接。
5. 按照權利要求3或4所述的變速器，其特征為，所述兩個自由度包 4舌平動和4爭動。
6. 按照權利要求5所述的變速器，其特征為，所述致動器設置用于支 持所述換擋軸的轉動。
7. 按照權利要求5所述的變速器，其特征為，所述致動器設置用于支 持換擋軸的平動。
8. 按照權利要求6所述的變速器，其特征為，所述致動器(3)是包括定 子(31)和轉子(32)的電動機，其中，所述定子(31)位置固定地與所述變速器(7) 的外殼連接，以及所述轉子(32)與所述換擋軸的內段(72)作用連接。
9. 按照權利要求8所述的變速器，其特征為，所述轉子(32)通過一變速 器與所述換擋軸的內段(72)連接。
10. 按照前列諸權利要求之一所述的變速器，其特征為，所述控制器(5) 包括一個比例積分調節器。
11. 按照前列諸權利要求之一所述的變速器，其特征為，它包括一個輪廓(61)和一個朝該輪廓(61)加載并可運動的頂端(62)，其中，所述頂端(62)和 輪廓(61)中的一個位置固定地與所述變速器連接，另 一個則與所述換擋軸的 外段(71)運動耦合。
12. 按照前列諸權利要求之一所述的變速器，其特征為，所述換擋軸(71 、 72)正交于所述驅動軸和輸出軸布置。
13. 按照權利要求1至11所述的變速器，其特征為，所述換擋軸(71、 72)平行于所述驅動軸和輸出軸布置。
全文摘要
本發明涉及一種汽車的變速器(7)，包括可以不同的傳動比互相耦合的驅動軸和輸出軸、外殼和為了選擇其中一個傳動比可以調整的換擋軸，該換擋軸的一端從外殼伸出并帶有至少一個操縱用于驅動軸和輸出軸耦合的耦合裝置的變速桿撥指(74、74′)，此外，所述變速器還包括用于調整換擋軸的致動器(3)以及用于驅動致動器(3)的控制器(5)，其中，所述換擋軸分為一個包括伸出端的外段(71)和一個帶有變速桿撥指(74、74′)并可由所述致動器(3)驅動的內段(72)，它們通過含游隙的傳動裝置(4)彼此運動耦合，其中，該傳動裝置包括一個檢測外段(71)相對于內段(72)偏轉(48)的傳感器(43)，以及控制器(5)設置用于根據偏轉(48)調整致動器(3)。
文檔編號F16H61/28GK101363541SQ20081012982
公開日2009年2月11日 申請日期2008年8月7日 優先權日2007年8月10日
發明者喬爾格·伯寧, 簡·斯波爾德 申請人:Gm全球科技運作股份有限公司