用於純電動汽車兩檔變速器的檔位傳感器的製造方法

2023-10-30 09:42:57 1

用於純電動汽車兩檔變速器的檔位傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於純電動汽車兩檔自動變速器的檔位傳感器，是應用在絲槓螺母換檔機構上，絲槓螺母換檔機構是由換檔電機驅動輸出軸帶動絲槓轉動並使得固連的螺母和撥叉在絲槓的螺紋區域上產生位移，從而實現變速器換檔；其特徵是：檔位傳感器設置在絲槓的螺紋區域外，其組成包括：光源、透鏡、光電編碼盤、固定光柵、第一光敏元件和第二光敏元件。本發明能克服電機等組件給檔位傳感器帶來的電磁幹擾問題，從而增強純電動汽車檔位傳感器的穩定性。
【專利說明】用於純電動汽車兩檔變速器的檔位傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於電動汽車領域，具體涉及用於純電動汽車兩檔自動變速器檔位傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著電動汽車研究的逐漸深入，純電動汽車自動變速器的引入得到了認可，它可以增加車輛的啟動轉矩、提高電機的效率等。在自動變速器中，檔位傳感器是電控單元一個重要的信號輸入量，對於整車的換檔控制尤為關鍵。
[0003]現有技術中，檔位傳感器分為接觸式和非接觸式，由於接觸式檔位傳感器工作過程會有磨損，其壽命、可靠性通常較差，所以優先選擇非接觸式檔位傳感器。而非接觸式傳感器目前大多採用霍爾式傳感器。
[0004]永磁同步電機因為損耗少、效率高、節電效果明顯等優點被應用於純電動汽車。電機、變速器一體化設計的理念中將電機和變速器做成一體可以大大降低機械振動、噪音，縮小几何尺寸，符合輕量化設計。此時檔位傳感器的安裝位置與電機等其它幹擾較大的組件將更加接近，這給傳統的霍爾式檔位傳感器帶來了巨大的電磁幹擾，明顯影響了檔位傳感器的穩定性。

【發明內容】

[0005]本發明為克服現有技術存在的不足之處，提出了一種用於純電動汽車兩檔變速器的檔位傳感器，能克服電機等組件給檔位傳感器帶來的電磁幹擾問題，從而增強純電動汽車檔位傳感器的穩定性。
[0006]本發明為達到上述目的所採用的技術方案是:
[0007]本發明一種用於純電動汽車兩檔自動變速器的檔位傳感器，是應用在絲槓螺母換檔機構上，所述絲槓螺母換檔機構的組成包括:換檔電機、絲槓、第一軸承、撥叉、螺母和第二軸承；所述絲槓螺母換檔機構是由換檔電機驅動輸出軸帶動絲槓轉動並使得固連的螺母和撥叉在絲槓的螺紋區域上產生位移，從而實現變速器換檔；
[0008]其結構特點是:所述檔位傳感器設置在所述絲槓的螺紋區域外；
[0009]所述檔位傳感器的組成包括:光源、透鏡、光電編碼盤、固定光柵、第一光敏元件和第二光敏元件；所述光電編碼盤固定在所述絲槓上，光源和透鏡通過支撐架固定在所述光電編碼盤的一側，且所述透鏡與光源之間的距離等於透鏡的焦距；所述固定光柵和光敏元件通過支撐架固定在光電編碼盤的另一側；
[0010]所述光源通過透鏡覆蓋照射在所述光電編碼盤上，在所述光電編碼盤上設置有第一橫向透光處的和第二透光處；在所述固定光柵上設置有第一光柵縱向條紋和第二光柵縱向條紋；所述第一光柵縱向條紋和第二光柵縱向條紋分別與所述第一橫向透光處和第二橫向透光處形成對應的交叉區域；所述交叉區域分別對應於所述第一光敏元件和第二光敏元件；從而使得檔位傳感器通過第一光敏元件和第二光敏元件獲取換檔電機的角位移信號。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益技術效果體現在:
[0012]1.本發明採用非接觸式傳感器，由於非接觸式傳感器不會產生物理接觸，因而傳感器在工作過程中無磨損，使用壽命長，可靠性更高。
[0013]2.本發明採用光電式傳感器，是利用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然後藉助光電元件進一步將光信號轉換成電信號，避免了純電動汽車電機及其他組件的電磁幹擾，防止因為幹擾導致傳感器失靈，使得輸出信號更加穩定。
[0014]3、鑑於純電動汽車電機、變速器一體化趨勢日漸明顯，因此檔位傳感器安裝位置與電機等組件更加接近，與普遍應用的霍爾非接觸式傳感器相比，本發明光電式傳感器可以有效迴避較強的電磁幹擾，保證檔位傳感器的可靠性，能更穩定地實現純電動汽車的自動換檔。
[0015]4.本發明傳感器體積小，無需通過擴大變速器箱體體積來安裝傳感器，方便拆裝便於維護，應用廣泛。
[0016]5.本發明傳感器信號響應時間短，光本身具有高速的特性，且傳感器電路都由電子器件構成，所以不包含機械性工作時間，一旦換檔動作完成，光電式傳感器能立即響應出換檔電機的角位移信號，隨即判斷出當前所處檔位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明總體結構示意圖；
[0018]圖2為本發明檔位傳感器的主視圖。
[0019]圖3本發明檔位傳感器的支撐架部分及其組件的結構示意圖；
[0020]圖4為本發明檔位傳感器的光電編碼盤主視圖；
[0021]圖5為本發明檔位傳感器的光電編碼盤立體圖；
[0022]圖中序號:1換檔電機；2絲槓；3第一軸承；4撥叉；5螺母；6檔位傳感器；7第二軸承；8a第一光敏兀件；8b第二光敏兀件；9固定光柵；10透鏡；11傳感器支撐架；12光源；13光電編碼盤；14支撐架固定螺栓孔；15編碼盤一檔區；16編碼盤空檔區；17編碼盤二檔區；18編碼盤螺栓孔；a第一橫向透光處；b第二橫向透光處；c第一光柵縱向條紋；d第二光柵縱向條紋；e第一半徑帶；f第二半徑帶。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，一種用於純電動汽車兩檔自動變速器的檔位傳感器，是應用在絲槓螺母換檔機構上，絲槓螺母換檔機構的組成包括:換檔電機1、絲槓2、第一軸承3、撥叉4、螺母5和第二軸承7 ;絲槓螺母換檔機構是由單片機控制換檔電機I轉動，驅動輸出軸帶動絲槓2轉動並使得固連的螺母5和撥叉4在絲槓2的螺紋區域上產生直線位移，當撥叉4處於絲槓2螺紋區域的中間位置時為空檔，兩邊位置時分別為一檔和二檔，從而實現變速器換檔；本實施例中，檔位傳感器6設置在絲槓2的螺紋區域外；
[0024]如圖2所示，檔位傳感器6的組成包括:光源12、透鏡10、光電編碼盤13、固定光柵9、第一光敏元件8a和第二光敏元件Sb ;如圖5所示，光電編碼盤13通過編碼盤螺栓孔18固定在絲槓2上，以使得變速器換檔時，編碼盤13隨著絲槓2 —起轉動；光源12和透鏡10通過支撐架11固定在光電編碼盤13的一側，且透鏡10與光源12之間的距離等於透鏡10的焦距；固定光柵9和光敏元件通過支撐架11固定在光電編碼盤13的另一側；即裝配後保證光電編碼盤13位於透鏡10和固定光柵9之間，而支撐架11 一般通過螺栓孔14固定在變速器箱內殼體上，
[0025]光源12的光線通過透鏡10呈平行光束覆蓋照射在光電編碼盤13上，在光電編碼盤13上，如圖4所示，設有三個區域，分別為編碼盤一檔區15、編碼盤空檔區16和編碼盤二檔區17，每個區域都有兩條半徑帶e和f可選擇是否透光，其中半徑較大的稱為第一半徑帶e，半徑較小的稱作第二半徑帶f，若半徑帶透光用I表示，不透光用O表示，則可以有若干種組合方式來布置光電編碼盤13的三個區域各半徑帶透光情況，以表示三種檔位狀態，即一檔、空擋和二檔。
[0026]如圖4所不,在光電編碼盤13上設置有第一橫向透光處a的和第二橫向透光處b,其中，編碼盤一檔區15的第一半徑帶e不透光，第二半徑帶f不透光；編碼盤空擋區16的第一半徑帶e透光，第二半徑帶f不透光；編碼盤二檔區17的第一半徑帶e不透光，第二半徑帶f透光；該種組合可記為數組(00 ；10 ；01)。
[0027]在光電編碼盤13上也可以設置更多的透光處來達到同樣的效果，則類似的組合還可以是(00 ；10 ；11)，(00 ；11 ；10)，(10 ；00 ；01)，(11 ；01 ；10)……對於光電編碼盤 13 各個區域的各個半徑帶透光與否的選擇只要保證三個區域之間透光情況互不一致即可；
[0028]如圖3所示，在固定光柵9上設置有第一光柵縱向條紋c和第二光柵縱向條紋d，光柵縱向條紋的中心處分別與兩條半徑帶的中心處相對應；第一光柵縱向條紋c和第二光柵縱向條紋d在不同的檔位下可能對應於光電編碼盤13的透光部分也有可能對應於不透光部分，若對應於透光部分時，則分別與第一橫向透光處a或/和第二透光處b形成對應的交叉區域；交叉區域分別對應於第一光敏元件8a和第二光敏元件Sb，若光敏元件接收到光線則可判斷光電編碼盤13上與其對應的半徑帶透光；從而使得檔位傳感器6通過第一光敏元件8a和第二光敏元件Sb是否感應到光線來獲取換檔電機I的角位移信號，從而判斷當前檔位情況。
[0029]以實際開發某型純電動汽換檔機構為例，絲槓2的導程為5_，撥叉4固定在螺母5上，從而在換檔時沿絲槓2的軸向運動，當撥叉4處於中間位置時，表示變速箱處於空檔，當撥叉4隨螺母5往正方向移動11_時，變速器換至一檔，當撥叉4在中間位置往反方向移動Ilmm時,表示變速器換至二檔，由公式n = L/P得η = 11/5 = 2.2 ;式中η代表光電編碼盤13轉動的轉數，L代表移動的距離，P代表絲槓2的導程；即光電編碼盤13的轉動範圍為正轉2.2轉至反轉2.2轉，由於光電編碼盤13轉過2.2轉後的位置與其轉0.2轉後的位置是一樣的，則根據公式θ =ηχ360得Θ = 0.2X360 = 72°，即換檔後光電編碼盤13的終態位置與空檔時的位置相比角度變化範圍為-72° — 72°，這裡規定每個檔位的偏差為±18°，若在O —180°範圍內分配每個檔位的角度範圍，可知編碼盤一檔區域為0-36°，空檔區域為72° -108°，編碼盤二檔區域為134° -180°，編碼盤檔位區域分布情況及光電編碼盤13的三個區域透光情況，如圖4所示；當光源12發光後，檔位傳感器6會出現如下三種情況:
[0030] 第一種情況是光敏元件8a和8b正對光電編碼盤13的空檔區16，光源12的光線經過透鏡10形成平行光線照射在光電編碼盤13上，與光敏元件8a相對應的區域中，光線通過第一橫向透光處a在固定光柵9上形成橫向平行光束；平行光束通過固定光柵9的第一光柵縱向條紋c直射在第一光敏元件8a上；而第二光敏元件Sb沒有接收到任何光線；若光敏元件8接收到光線用「I」表示，未接受到光線用「O」表示，則可用數組(I ；0)來表示光敏元件8的當前狀態，從而使得檔位傳感器6獲取換檔電機I的角位移信號，判斷當前檔位為空檔；
[0031]第二鍾情況是光敏元件8a和8b正對光電編碼盤13的二檔區17，光源12的光線經過透鏡10形成平行光線照射在光電編碼盤13上，與光敏元件Sb相對應的區域中，光線通過第二橫向透光處b在固定光柵9上形成橫向平行光束；平行光束通過固定光柵9的第二光柵縱向條紋d直射在第二光敏元件Sb上；而第一光敏元件8a沒有接收到任何光線，若光敏元件8接收到光線用「I」表示，未接受到光線用「O」表示，則可用數組(O ；1)來表示光敏元件8的當前狀態，從而使得檔位傳感器6獲取換檔電機I的角位移信號，判斷當前檔位為二檔；
[0032]第三種情況是光敏兀件8a和8b正對光電編碼盤13的一檔區15,光源12的光線因被光電編碼盤13遮擋，第一光敏元件8a沒有接收到光線，第二光敏元件Sb也沒有接收到光線，若光敏元件8接收到光線用「 I」表示，未接受到光線用「O」表示，則可用數組(O ；
O)來表示光敏元件8的當前狀態；從而使得檔位傳感器6獲取換檔電機I的角位移信號，判斷當前檔位為一檔。
【權利要求】
1.一種用於純電動汽車兩檔自動變速器的檔位傳感器，是應用在絲槓螺母換檔機構上，所述絲槓螺母換檔機構的組成包括:換檔電機(I)、絲槓(2)、第一軸承(3)、撥叉(4)、螺母(5)和第二軸承(7);所述絲槓螺母換檔機構是由換檔電機(I)驅動輸出軸帶動絲槓(2)轉動並使得固連的螺母(5)和撥叉(4)在絲槓(2)的螺紋區域上產生位移，從而實現變速器換檔； 其特徵是:所述檔位傳感器(6)設置在所述絲槓(2)的螺紋區域外； 所述檔位傳感器出)的組成包括:光源(12)、透鏡(10)、光電編碼盤(13)、固定光柵(9)、第一光敏元件(8a)和第二光敏元件(Sb);所述光電編碼盤(13)固定在所述絲槓(2)上，光源(12)和透鏡(10)通過支撐架(11)固定在所述光電編碼盤(13)的一側，且所述透鏡(10)與光源(12)之間的距離等於透鏡(10)的焦距；所述固定光柵(9)和光敏元件通過支撐架(11)固定在光電編碼盤(13)的另一側； 所述光源(12)通過透鏡(10)覆蓋照射在所述光電編碼盤(13)上，在所述光電編碼盤(13)上設置有第一橫向透光處(a)的和第二透光處(b);在所述固定光柵(9)上設置有第一光柵縱向條紋(c)和第二光柵縱向條紋(d);所述第一光柵縱向條紋(C)和第二光柵縱向條紋(d)分別與所述第一橫向透光處(a)和第二橫向透光處(b)形成對應的交叉區域；所述交叉區域分別對應於所述第一光敏元件(8a)和第二光敏元件(Sb);從而使得檔位傳感器(6)通過第一光敏元件(8a)和第二光敏元件(Sb)獲取換檔電機(I)的角位移信號。
【文檔編號】F16H63/42GK104019229SQ201410252571
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】趙韓, 晏偉清, 黃康, 王開來, 劉拂曉, 黃守武, 郜欣欣 申請人:合肥工業大學