一種由差速器實現汽車同步換檔的結構的製作方法
2023-04-23 02:19:06 7
專利名稱：一種由差速器實現汽車同步換檔的結構的製作方法
技術領域：
本發明系一種汽車的同步換檔結構，特別是涉及一種利用差速器、電動機 使手動變速器進行自動同步換檔的結構。
背景技術：
汽車發動機基本是在一個衡定轉速範圍內運轉的，但是汽車需要在很大的 範圍改變速度，使其達到增扭減速、變扭變速和空檔、倒車功效，因此必須要 有一個變速器，傳統手動變速器的結構為，在主動軸和從動軸上分別配置了多 組齒輪，在從動軸上配置了相應的活動花鍵套，由手動拔叉拔至需要的檔位， 推動相應花鍵套移動，使相應的從動齒輪與輸出軸花鍵嚙合實現換檔。手動變 速器傳動系具有體積小、重量輕、結構簡單、成本低、傳動可靠、傳動效率高 等優點，因此普遍認為還是傳統的手動變速器結構較為經濟、可靠、實用。
變速器是有檔位的，即前進數檔，另有倒檔、空檔，各檔由不同齒數的齒 輪配合形成不同的轉速比和不同的運轉方向，汽車在運行中具有較高轉速，有 級地更換檔位，必須在花鍵和花鍵套達到相同的轉速時才能換檔，使下一檔待 結合齒輪與輸出軸轉速同步，然後利用花鍵使齒輪與變速器輸出軸結合，平順 地換檔使乘座人舒適，又保護齒輪不損壞花鍵套和花鍵。為了達到此目的，在 發動機和變速器之間設置了離合器及同步器，即由發動機發出的動力，經離合 器的分離和結合，將發動機的輸出軸經變速器變速後驅動輪子。離合器一般是 由主從動離合片結合傳遞的，在換檔時必須首先踩踏離合器，切斷動力，在無 動力情況下用手扳動變速器手柄，進入合適的檔次，使相應的花鍵和花鍵套相 互嚙合，再結合離合器，動力再次輸出，提供合適的傳動比進行行駛。
手動變速器雖然結構簡單、成本低，變速可靠，能量損耗小，但是踩踏離 合器總是駕駛中的一大難關，初學者不得不化費大量時間精力學習掌握，但是 還是時常會出現失誤，切斷和結合離合器的時機與掛擋的動作配合不好，導致或者發動機熄火，或者掛檔不平穩，造成乘坐人員前仰後翻，而且離合器還有 磨損和動力損失，摩擦發熱是一種易損易故障件，總之，手動變速對駕駛員勞 動強度和操作技巧要求較高，且因為換檔分散駕駛員的精力，所以存在一定安 全隱患。
自動變速器能夠根據發動機負荷和車速等情況自動變換傳動比，自動變速 器操縱容易，在車輛擁擠時，可大大提高車輛行駛的安全性及可靠性，因此， 目前的汽車是向著自動變速的方向發展。如今的自動變速器技術已有重大發 展，但是從整體看自動變速器的傳動效率與手動變速器相比仍存在近10%的差 距。現有技術的自動變速裝置主要包括由行星齒輪組成的自動變速器及變距 器，此種結構體積大，機構複雜，重量重，能耗大，變距器發熱耗能，制動片 摩擦，滑移也是一種能量損失。自動變速器因為傳動效率低所以燃油經濟性不 好。如何在傳統的手動變速器基礎上實現自動換檔變速始終是一個令人關注感 興趣的課題。
CN101204919A公開了一種由發動機和電機分別接入差速器的混合動力型 結構，當需要發動機驅動時，由一組離合器和制動器分離切斷電動機的輸入連 接，而當需要電動機驅動時，又分離切斷另一組離合器和制動器分離切斷髮動 機的輸入連接，提供了一種可以實現發動機和電機混合驅動汽車的機構，該技 術利用了差速器的一種特殊的功能予以配置，產生了一種相對簡單的混合動力 驅動汽車的結構，相對於CN1389358A的結構有很大的提高。但是此技術只是 一種汽車動力的配置結構，並未涉及發動機乃至汽車的換檔調速功能，且在此 結構中仍然存在離合器部件。
人們關注的手動變速器基礎上實現自動換檔變速的問題仍舊沒有提及和 解決，因此仍然有再完善、再提高解決的必要。
發明內容
本發明的目的是結合手動變速器和自動變速器的優點，採用一種不需要離 合器的汽車換檔變速機構，提高燃油經濟性和換檔平順穩定的效果。 本發明的目的由以下技術方案予以解決-一種由差速器實現汽車同步換檔的結構，包括發動機、變速器和一個由行 星架軸和左半軸、右半軸三根軸構成的差速器，
所述差速器的行星架軸和左半軸、右半軸三根軸中的兩根分別任意與所述 發動機的輸出軸及變速器的輸入軸連接，另一根軸與可以控制轉速的轉速控制 器連接，由電子控制器對前述部件電連接並控制。
差速器由行星架軸和左半軸、右半軸三根軸構成，差速器的結構決定了具 有如此特性，即可以由兩根軸作為不同的動力輸入軸， 一根作為動力輸出軸， 只要鎖住一根動力輸入軸使其不轉，則另一根動力輸入軸便會單一地將動力傳
遞輸送給一根動力輸出軸。由此己經公開的現有技術CN101204919A將發動機 和電動機分別作為兩個不同的動力輸入軸，而動力輸出軸傳遞給汽車的傳動系 統，如此結構比較簡單巧妙地實現了汽車油電混合動力的驅動。
同時，差速器的結構還決定了具有如下另一項特性，即當一個恆定的轉速 從一根軸輸入從另一根軸輸出，如果控制第三根軸的轉速，則會改變輸出軸的 轉速。根據此特性，本發明將發動機作為差速器的輸入軸，差速器的輸出軸直 接連接變速器，由轉速控制器控制第三根軸的轉速即可控制差速器輸出軸的轉 速，轉速控制器根據汽車驅動輪子的轉速，調整相應的轉速，使得變速器下一 檔的轉速與驅動輪子的轉速相匹配，即可實現變速器內換檔花鍵平穩地結合換 檔，而不再需要離合器將動力脫離再換檔了。擺脫了手動變速器換檔必須依賴 離合器預先切斷分離動力輸出的局面，這將是一個非同小可，在汽車傳動系統 中一項近乎革命性的改變，再也不存在手動變速器操縱中的油離配合，以及離 合器本身結構中的弊端，可以以很簡單的結構來實現用手動變速器來對汽車換 檔變速。
本發明的技術方案與CN101204919A公開技術貌似結構相同，其實實質完 全不同，兩者均使用了電機，但目的和功效是不同的，已公開技術電機只是一 種動力供給源，而本發明作為轉速控制器所使用的電機是必須可以調速的電 機，控制實現最終動力供給變速器的轉速變化。其二，本發明必不可少的是需 要具有現代計算機技術的電子控制器才能實現，由電子控制器來採集相關信 息，協調、控審iJ、指令各部件在一定時機採取一定的行動，是一種動態的控制；而已公開技術的所謂控制只是一種開關、切換的功能，甚至用普通的開關也口丁 以實現，是一種靜止的控制，即使在沒有發明電子計算機的時代也可以應用、 可以實現。再者，本發明不僅可以調速換檔，而且本技術還可以應用到已公開
的CN101204919A混合動力的技術方案中，僅須將現有前述公開的油電混合動 力結構的電機改為既具備可調整轉速，又具有驅動功率的電動機即可，而這樣 的電動機是很方便取得的。本發明專利便成為既能油電混動又能自動調速換 檔。且不需要離合器，大大提高了傳動效率，充電方式也更為好。綜上所述本 發明與己公開的CN101204919A在本質上是完全不同的兩種技術方案。 所述變速器為手動變速器結構。
所述轉速控制器為阻尼控制電機或液力可控阻尼元件或電磁可控阻尼元 件或制動器。釆用阻尼控制電機，既可以調節轉速控制汽車變速器的同步換檔 又能阻尼發電，採用其它方式可向下調節轉速實現變速器同歩換檔和阻尼驅 動。
進一步，所述轉速控制器為同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟動 電機和/或發電機合併為一個電機。在以上的技術方案中，採用不同的電機可 以分別達到，或者同時達到平穩換檔、控制轉速、充電、驅動汽車用，以上功 能的電機可以由 一個電機來實現。
進一步，所述轉速控制器為同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟動 電機和/或發電機分別由轉軸經齒輪、鏈條或皮帶傳動方式並聯。在實際應用 中具有以上功能的電機以並聯連接，由電子控制器隨需要選擇並聯中的諸多電 機其中何者與差速器連接、工作實現功效。
所述變速器由換檔器推動變速器中的花鍵移動檔位。變速器移檔動作的結
進一步，所述換檔器為電磁推桿或液壓推桿式。或由以上兩種方式推行換 檔器換檔。
進一歩，所述換檔器由電子控制器連接控制。由電子控制器採集相關部件、 傳感器的信息，按程序指令換檔器工作動作。
進一步，所述電子控制器由手動選擇檔位。本發明還提供了可由手動選擇 電子控制器換檔的檔位進行換檔。在所述轉速控制器和差速器之間設置制動片。當檔位在最高檔或固定檔 時，或控制軸轉速低到一個設定值時，鎖死制動片可進一步提高傳動效率或者 可使用制動裝置直接控制阻尼即控制差速器控制軸的轉速。根據需要可選擇是 否採用制動片結構。
在所述變速器的輸入軸和輸出軸上設置轉速傳感器。為了實現自動換檔， 需要採集由傳感器採集的信息。
在各部件之間分別由齒輪、鏈條或皮帶減速機構連接。發動機的高轉速須 由以上減速機構進行減速傳遞。
本發明的有益效果
本發明將發動機作為差速器的輸入軸，差速器的輸出軸直接連接變速器， 由轉速控制器控制第三根軸的轉速即可控制差速器輸出軸的轉速，轉速控制器 根據汽車驅動輪子的轉速，調整相應的轉速，實現變速器待結合齒輪和變速器 輸出軸轉速同步的目的，可以平穩、順暢地換擋。
本發明取消了離合器、變矩器部件的動作，具有起步、換檔平順的特點， 換檔無須離合自動同步傳動效率高，沒有離合器也就沒有摩擦磨損，提高了發 動機工作效率，節能省能。並且無離合器踏板，不會因為油離配合不當而熄火 產生不必要的麻煩，甚至事故。結合了自動變速器和手動變速器各自的優點， 去掉各自的缺點，是一種理想的自動變速裝置。
在本發明中，必須依靠電子控制器採集相關部件的信息，經與預設程序中 數據的比較，再指令轉速控制器的轉速和相關部件的動作實現了自動平穩換檔 調速。 一個傳統、簡單的差速器部件，在現代的電子技術配合下，以及本發明 巧妙地將它們結合在一起，創造了一個完全新穎的獨特結構，產生了一個意想 不到的優異效果。
本技術方案結構簡單，重量輕，傳動效率高、成本低。
圖1為本發明一種由差速器實現汽車同步換檔的結構主要工作部件的連接 配置示意圖。圖中，l是輪子，2是變速器，3是轉速傳感器，4是發動機，5是制動片， 6是轉速控制器，7是電子控制器，8是差速器，9是換檔器，IO是轉速傳感器， 11是主減速器。
(i)具體實施方法
以下結合附圖進一步詳細說明本發明的結構。
一種由差速器實現汽車同步換檔的結構，包括發動機4、變速器2和一個 由行星架軸和左半軸、右半軸三根軸構成的差速器8，
所述差速器8的行星架軸和左半軸、右半軸三根軸中的兩根分別任意與所 述發動機4的輸出軸及變速器2的輸入軸連接，另一根軸與可以控制轉速的轉 速控制器6連接，由電子控制器7對前述部件電連接並控制。
所述變速器2為手動變速器結構。
所述轉速控制器6為阻尼控制電機或液力可控阻尼元件或電磁可控阻尼元 件或制動器。
進一步，所述轉速控制器6為同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟
動電機和/或發電機合併為一個電機。
進一歩，所述轉速控制器6為同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟 動電機和/或發電機分別由轉軸經齒輪、鏈條或皮帶傳動方式並聯。
所述變速器2由換檔器9推動變速器2中的花鍵移動檔位。
進一步，所述換檔器9為電磁推桿或液壓推桿式。
進一步，所述換檔器9由電子控制器7連接控制。
進一步，所述電子控制器7由手動選擇檔位。本發明還提供了可由手動選 擇電子控制器換檔的檔位進行換檔。
在所述轉速控制器6和差速器8之間設置制動片5。 在所述變速器2的輸入軸和輸出軸上設置轉速傳感器3、 10。 在各部件之間分別由齒輪、鏈條或皮帶減速機構連接。 差速器8的結構主要由行星齒輪軸和左、右半軸組成，差速器允許左、右
半軸以不同的轉速旋轉，在本發明的技術方案中，將普通的差速器結構組合應 用於主減速器、變速器、轉速控制器之間，產生了一個如下完全意想不到的作用和效果，其工作動作過程細述如下
進檔怠速首先發動引擎，控制電機處於無阻尼或發電狀態有相對但較小 阻尼，由於差速器的輸出軸與驅動輪保持連接所以負擔所有車輛起步行駛阻 力，因此阻尼相對非常大所以發動機的怠速全部被差速器轉移到控制電機上， 車輛可自由滑行但無主動的驅動力，發動機保持怠速工況。
自動控制變速汽車在正常運行和加減速過程中，踩下油門踏板，控制電 機阻尼力隨發動機4輸出功率曲線按一定曲線增加。控制電機的阻尼力大小可 以由控制電機直接自勵獲得並通過控制電阻而改變，也可通過改變它作為發電 機的發電量來改變，並通過減速齒輪來增矩，通過得知的控制電機最大阻尼扭 矩來設計齒輪比的大小從而得到可以控制差速器8的控制軸的相應力矩對控制 軸進行控制，這樣可以減小控制電機體積、功率、負擔，車速到達一定程度檔 位從原來擋切出。
進行換檔同步時可以採用精確計算和模糊對兩種方法
精確計算法通過變速器2輸出端轉速傳感器10得知變速器2輸出軸轉 速；通過預先在電腦中設定的變速箱2各檔齒輪比計算出下一檔齒輪要與變速 器2輸出軸轉速同步，變速器2輸入軸需要的轉速，再通過發動機4現在轉速， 差速器8內外齒輪比計算出控制電機所需要的轉速，並使控制電機到達該轉速， 使變速器2輸入軸達到該同步轉速，此時下一檔結合齒輪的轉速與變速器2輸 出軸轉速同步，然後結合花鍵，進入下一檔。
模糊對比法通過轉速傳感器3檢測變速器輸入軸轉速並計算出下一檔待 結合齒輪轉速，通過轉速傳感器10檢測變速器輸出軸現在轉速，改變控制電 機轉速，直至轉速傳感器10檢測到變速器輸出軸與下一檔待結合齒輪轉速相 同，並保持。即使變速器輸出軸與下一擋待結合齒輪同步，結合花鍵，進入下 一檔。
當檔位在最高檔或固定檔時，或控制軸轉速低到一個設定值時，鎖死制動 片5來進一步提高傳動效率或者可使用制動裝置直接控制阻尼即控制差速器控 制軸的轉速。根據需要可選擇是否採用制動片結構。
同時，本發明在油電混合動力中控制變速的工作方式為，驅動電機把汽車驅動到一定車速時或動力不夠時，驅動電機開始阻尼發電，發動機啟動，汽車 切換成發動機驅動模式，在發動機4驅動模式下控制電機通過發電來產生阻尼 力控制驅動力分配並發電，其餘與自動檔模式下控制方法一樣，在電池電力不 足無法起步或支持低速運行時，啟動方法與自動檔模式一樣，阻尼電機發電充電。
此外，本發明可作為手動控制變速，與自動檔模式基本一樣，只是換檔的 時機和選擇的檔位不再由電子控制器7自動控制選擇，而是由駕駛員通過手動 控制開關控制選擇。
再者，本發明還可在"手自一體化"中控制變速，與自動檔模式基本一樣， 只是多了選擇開關，換檔時機和檔位選擇可以由駕駛員通過手動開關來選擇是
由電子控制器7自動控制選擇，還是由駕駛員手動選擇。
關於轉速控制器的說明如前所述，本發明的轉速控制器可以採用對輸出 軸以機械、電磁、液壓方式產生阻尼控制轉速，實現本發明對汽車驅動速度的 改變調整，另外，作為常用的轉速控制器可以採用電機，對於電機，根據不同 的需要可以選用同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟動電機和/或發 電機，各種不同電機全體或者部分合併為一個電機，或者可以將全體或者部分 電機通過轉軸經齒輪、鏈條或皮帶傳動方式並聯整合在一個電機中，總之，以 不同的組合可以實現不同的作用①作為控制電機，用來使變速器換檔同步， 無級分配動力到變速器輸入軸；②作為發動機的啟動電機；③作為直驅電機， 不供油，發動機不工作；④作為發電機，在行駛時控制轉速電機產生阻尼就發 電，換言之，電動機的發電產生了阻尼，發出的電能儲存於蓄電池。
關於電子控制器在使用的自動同步方法即中，通過傳感器採集信號、計 算。通過改變轉速控制器轉速達到變速器待結合齒輪和變速器輸出軸轉速同 步，指令換檔器9推動變速器2中的花鍵移動檔位。
權利要求
1. 一種由差速器實現汽車同步換檔的結構，包括發動機(4)、變速器(2)和一個由行星架軸和左半軸、右半軸三根軸構成的差速器(8)；其特徵在於所述差速器(8)的行星架軸和左半軸、右半軸三根軸中的兩根分別任意與所述發動機(4)的輸出軸及變速器(2)的輸入軸連接，另一根軸與可以控制轉速的轉速控制器(6)連接，由電子控制器(7)對前述部件電連接並控制。
2. 根據權利要求1所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述變速器(2) 為手動變速器結構。
3. 根據權利要求1所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述轉速控制器 (6)為阻尼控制電機或液力可控阻尼元件或電磁可控阻尼元件或制動器。
4. 根據權利要求1或3所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述轉速控 制器(6)為同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟動電機和/或發電機合 並為一個電機。
5. 根據權利要求4所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述轉速控制器 (6)為同步電機和阻尼電機或與驅動電機和/或啟動電機和/或發電機分別由 轉軸經齒輪、鏈條或皮帶傳動方式並聯。
6. 根據權利要求1所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述變速器(2)由 換檔器(9)推動變速器(2)中的花鍵移動檔位。
7. 根據權利要求6所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述換檔器(9)為 電磁推桿或液壓推桿式。
8. 根據權利要求7所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述換檔器(9)由 電子控制器(7)連接控制。
9. 根據權利要求1或8所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於所述電子控 制器(7)由手動選擇檔位。
10. 根據權利要求1所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於在所述轉速控制 器(6)和差速器(8)之間設置制動片(5)。
11. 根據權利要求1所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於在所述變速器(2)的輸入軸和輸出軸上設置轉速傳感器(3、 10)。
12.根據權利要求l所述汽車同步換檔的結構，其特徵在於在各部件之間 分別由齒輪、鏈條或皮帶減速機構連接。
全文摘要
本發明涉及汽車自動變速換檔的一種裝置。一種由差速器實現汽車同步換檔的結構，包括發動機(4)、變速器(2)和一個由行星架軸和左半軸、右半軸三根軸構成的差速器(8)，所述差速器(8)的行星架軸和左半軸、右半軸三根軸中的兩根分別任意與所述發動機(4)的輸出軸及變速器(2)的輸入軸連接，另一根軸與可以控制轉速的轉速控制器(6)連接，由電子控制器(7)對前述部件電連接並控制。本發明實現變速器(2)待結合齒輪和變速器(2)輸出軸轉速同步，可以平穩、順暢地換檔，取消了離合器部件的動作，具有起步、換檔平順的特點，傳動效率高，沒有離合器沒有摩擦磨損，提高了發動機工作效率，節能省能。
文檔編號B60K23/00GK101428560SQ20081020405
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月4日 優先權日2008年12月4日
發明者駿 周 申請人:駿 周