[发明专利]汽车手动变速器电控随速换挡系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种汽车手动变速器的自动化控制，根据车辆行驶速度自动切换挡位的装置，并能根据驾驶人的意愿，在手动模式与电控随速换挡模式之间切换。

背景技术

目前，公知的手动变速器须要人工操作进行挡位变换，在交通拥堵的路段或路况复杂时，须要频繁手工操作，增大了驾驶人的劳动强度，并会分散对周围道路情况的观察注意力。

发明内容

为克服手动变速器行驶中必须手动换挡的不足，本发明提出一种电控随速换挡系统，变速器会根据车辆当前的行驶速度，自动切换挡位。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：将变速器壳体外面的拨叉杆适量延长，在延长部分做出与它所控制的两个挡位换挡行程等长或稍长的齿条，将直流换挡电机转子上的齿轮与其啮合，直流换挡电机通过支架固定在变速器壳体或拨叉杆支座或机舱架上，在拨叉杆与拨叉杆支座上分别做出换挡定位模块，同一拨叉杆支座上的两个定位模块间距为此拨叉杆所控制的两个挡位换挡行程。拨叉杆上的定位模块在空挡时刚好位于两个支座定位模块的中点位置，支座定位模块上装有挡位定位开关，并且支座上的一挡及倒挡定位模块可在外力作用下滑至空挡位置，在离合器上加装离合电机，离合电机与换挡电机由安装在带有锁止功能的套筒式伸缩换挡杆上的功能开关，速控开关以及安装在油门踏板支架上的起步开关所联合控制的数个由两个电磁铁，电磁铁补偿开关，离合电机开关和可以在两个电磁铁轮流控制下实现电流换向的换挡电机开关组成的组合式电磁开关控制，当控制电路闭合，离合电机运转，离合器片分离的同时，换挡电机转动带动拨叉杆运行，挂入挡位时，拨叉杆上的定位模块刚好运行至支座上的定位模块，支座定位模块上的挡位定位开关关闭，切断组合式电磁开关上的电磁铁电流，组合式电磁开关上的回位弹簧，将电磁铁补偿开关、离合电机开关、换挡电机开关弹回预定位置，离合电机与换挡电机电流中断，停止运转，完成此次换挡过程。在制动踏板支架上安装一个离合电机开关，以便在制动时，启动离合电机，切断发动机与变速器之间的动力传输。为满足在行驶过程中停车的需要，在制动踏板支架上与拨叉杆支座上的一挡及倒挡定位模块之间建立一条液压通道或拉索，当踏下制动踏板，制动踏板支架上的离合电机开关闭合，离合电机启动时，制动踏板运行至行程末端，可将一挡及倒挡定位模块连同在此位置的一挡或倒挡推回或拉回空挡位置，松开制动踏板时，能在回位弹簧作用下，将拨叉杆支座上的一挡及倒挡定位模块拉回预定位置，为了防止变速器的互锁装置对换挡电机的换挡限制，并加快换挡速度，将其去除，并在换挡拨叉杆连同拨叉杆支座做出一个宽度为由空挡至进入挡位行程距离的凹槽，长度贯穿所有的拨叉杆直径连同拨叉杆与拨叉杆之间的间隔部分，在凹槽宽度的中点部位，拨叉杆与拨叉杆之间间隔的支座上固定安装长度等于或略小于两个拨叉杆的直径连同它们中间间隔距离的拨片，拨片能在凹槽内以固定点为圆心转动，以使在进入某一挡位的同时，可以通过拨片将另一拨叉杆上还没有退入空挡的挡位拨回空挡位置，在电控随速换挡模式时挂挡与退挡同步，加快换挡速度，在手动模式时可防止变速器同时挂入两个挡位运行。为使车辆平稳起步并提高行驶中换挡过程的平顺性，在离合器从动轴的花键上做出自半结合点至结合点逐渐增高的坡道，并在坡道上做出数个横向波纹，在离合器分离轴承套筒与从动轴的花键坡道对应位置安装弹簧钢销或弹簧钢球，使离合器分离轴承套筒自分离至结合过程中，运行至半结合点时，须逐渐克服弹簧钢销或弹簧钢球的弹簧下压力及弹簧钢销或弹簧钢球与离合器从动轴花键坡道上横向波纹之间的摩擦阻力，才能向结合点移动，使结合速度放缓。在功能开关与制动踏板支架上安装的离合电机开关之间的导线上或制动踏板支架上安装的离合电机开关至离合电机正极之间的导线上，安装一个由电磁铁控制的离合电机保护开关，此离合电机保扩开关的电磁铁正极由导线连接至速控开关的待电柱与油门踏板支架上安装的起步开关之间的电路上进行控制，负极通过车架与蓄电池负极连接，在车速为“0”时由速控开关时速表指针游离末端安装的金属导体滚筒或金属导体滑块将供电柱与待电柱触合，启动离合电机保护开关的电磁铁，切断由功能开关至离合电机之间的电流，以防止车辆在静止状态，长时间踩踏制动踏板，离合电机启动后锁死所导致的损毁。此电控随速换挡控制系统，可以由带有锁止及功能开关的套筒式伸缩换挡杆在手动模式与电控随速换挡模式之间随意切换，套筒式伸缩换挡杆至少由外壳、内芯拨杆及外壳内套在内芯拨杆上的弹簧、内芯拨杆与外壳间隙中的功能开关和锁止装置构成，在手动模式下，按压解锁按钮，锁止解除，内芯拨杆在弹簧作用下向上弹起，内芯拨杆与换挡拨槽分离，功能开关同时闭合，接通控制电路电源，进入电控随速换挡模式，在电控随速换挡模式下，向下按压换挡杆挡把头，内芯拨杆向下滑动，内芯拨杆进入换挡拨槽后，自动锁止，功能开关同时切断控制电路电源，进入手动换挡模式。速控开关是由在时速表指针的游离末端加装的金属导体滚筒或金属导体滑块，以及在时速表“0”点与时速表指针固定点之间的连接线上，时速表指针游离末端位置的表盘盘面固定安装的两个相邻而不相接触的金属导体柱，其中一个为供电柱，另一个为待电柱以及分别以时速表指针固定点为圆心，以时速表指针固定点与供电柱之间的距离和时速表指针固定点与待电柱之间的距离为半径，在时速表盘面自时速为“0”至最高时速刻度之间设置的两条弧形金属导轨组成，以时速表指针固定点为圆心，时速表指针固定点与供电柱之间距离为半径设置的一条弧形金属导轨为供电导轨，另一条弧形金属导轨为待电导轨，供电导轨与供电柱直接连接或通过一个控制开关用导线连接，待电导轨与待电柱不相连接并且根据控制需要，将待电导轨分成不相连接的数段，段与段之间的间距可随控制目的不同而调整，速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块可在时速为零时将供电柱与待电柱触合，在其他时速时可分别将供电导轨与每一段待电导轨触合，接通控制电路、速控开关用于控制变速器换挡时，待电柱与和它相邻的一段待电导轨之间的距离应稍大于速控开关时速表指针上的金属导体滚筒的直径或金属导体滑块的宽度以防止车辆在静止时将第一段待电导轨与供电导轨触合后自行起步。待电导轨段与段之间的间距应等于或略大于速控开关时速表指针上安装的金属导体滚筒直径的两倍或金属导体滑块宽度的两倍，以防止速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块运行至相邻的两段待电导轨之间时，因微小的速度变化在相邻的两个挡位之间频繁切换。其供电柱通过功能开关连接至点火开关，待电柱通过起步开关及一挡定位开关连接至组合式电磁开关一挡电磁铁；将待电导轨分成与变速器前进挡个数相同的数段，与待电柱相邻的一段待电导轨定为第一段待电导轨，通过导线连接至起步开关与一挡定位开关之间的电路，第一段待电导轨以上的各段待电导轨依次为第二段、第三段……直至最高一段，分别通过与其控制挡位对应的挡位定位开关后连接至与其控制挡位对应的组合式电磁开关电磁铁，通过电磁铁控制组合式电磁开关上的电磁铁补偿开关、离合电机开关以及可在同一组合式电磁开关的两个电磁铁轮流控制下改变电流方向的换挡电机开关来控制离合电机与换挡电机完成换挡过程，在换挡过程中为保证离合电机先于换挡电机运转，组合式电磁开关内的离合电机开关自断开至闭合电路的运行距离应小于换挡电机开关自断开至闭合电路的距离，电磁铁补偿开关、离合电机开关及换挡电机开关通过导线与功能开关连接，再经功能开关连接至点火开关，使其能被功能开关及点火开关所控制。当发动机启动，车辆静止时，功能开关闭合，此时速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块与供电柱及待电柱处于触合状态，只要踏下油门踏板，安装在油门踏板支架上的起步开关闭合，控制组合式电磁开关的一挡电磁铁启动、将一挡电磁铁补偿开关、离合电机开关及一、二挡换挡电机开关依次闭合，离合电机及一、二挡换挡电机依次启动，离合器片分离，变速器由空挡进入一挡后，一挡定位开关关闭，组合式电磁开关一挡电磁铁失去电流，一挡电磁铁补偿开关、离合电机开关及一、二挡换挡电机开关被组合式电磁开关的回位弹簧弹回预定位置，离合电机与换挡电机停止转动，离合器分离轴承套筒自分离状态向结合点运行，运行至半结合点时，由于须逐渐克服弹簧钢销或弹簧钢球的弹簧下压力及弹簧钢销或弹簧钢球与离合器从动轴花键坡道上的横向波纹之间的摩擦阻力，离合器片缓慢结合，完成此次换挡过程，车辆起步。车辆起步后，速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块与供电柱及待电柱分离，不再为起步开关供电，以防止变速器进入一挡以外的挡位后，一挡定位开关闭合，变速器重新回到一挡。速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块与供电柱及待电柱分离后，会立即将待电导轨的第一段与供电导轨触合，由于此时变速器还处于一挡状态，一挡定位开关已将通向组合式电磁开关一挡电磁铁的电流切断，不会出现换挡动作。当车速继续上升，速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块将待电导轨的第二段与供电导轨触合时，它所控制的组合式电磁开关的二挡电磁铁做功，将二挡电磁铁补偿开关，离合电机开关及一、二挡换挡电机开关闭合，启动离合电机及一、二挡换挡电机，由于一、二挡换挡电机开关被组合式电磁开关的二挡电磁铁闭合时会与被组合式电磁开关一挡电磁铁闭合时电流相反，一、二挡换挡电机反向转动，切入二挡。车速继续上升，速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块会依次将待电导轨的其余段与供电导轨触合，控制换挡动作，直至最高挡位。车速下降时，速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块，同样会将与当前时速对应的一段待电导轨与供电导轨触合，控制离合电机与换挡电机使变速器换入与当前时速对应的挡位。需要停车时，将制动踏板踏至行程末端，车辆在制动减速的同时，安装在制动踏板支架上的离合电机开关闭合，离合电机启动，离合器片分离，此时，如变速器挡位位于一挡或倒挡位置，安装在制动踏板支架与一挡及倒挡定位模块之间的液压通道或拉索，会通过支座上的一挡及倒挡定位模块将其推回或拉回空挡位置，如挡位不在一挡或倒挡位置，此时，由于一挡定位模块连同它上面安装的一挡定位开关，已经运行至空挡位置，车辆会在减速过程中，依次降挡，在由二挡换入一挡的过程中，由二挡运行至二挡与一挡之间的空挡位置时，拨叉杆上的定位模块，会在此空挡位置切断一挡定位开关，组合式电磁开关控制一挡的电磁铁失去电流后，一挡电磁铁补偿开关、离合电机开关以及一、二挡换挡电机开关被回位弹簧弹回预定位置，切断离合电机与一、二挡换挡电机电流，换挡终止，车辆停车。增加电磁铁补偿开关的目的是为防止车速变化过快时，速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块运行至两段待电导轨之间时，由于与待电导轨接触时间过短所导致的换挡失败，它可以使电磁铁一经启动，可以同时为电磁铁由组合式电磁开关与功能开关连接的电路取电，直至换挡完成后，再由挡位定位开关为电磁铁切断电流。为满足车辆在日常行驶中超车的需要，在待电导轨控制最高挡位的一段与变速器最高挡位的挡位定位开关之间的电路上，安装一个高挡限制开关，并通过一根可被高挡限制开关控制的导线与比最高挡位低一挡的挡位定位开关连接，高挡限制开关通过支架安装在油门踏板之下，当油门踏板踏至行程末端时，可通过此开关在切断速控开关待电导轨控制最高挡位的一段与变速器最高挡位定位开关之间电流的同时，可将来自速控开关待电导轨控制最高挡位一段的电流转接至比最高挡位低一挡的挡位定位开关，如变速器在最高挡位时，快速将油门踏板踏至其行程末端变速器会降低一挡行驶，如变速器不在最高挡位，变速器会在升至比最高挡位低一挡时停止升挡，超车完毕，松抬油门踏板，重新接通速控开关时速表上的待电导轨控制最高挡位的一段与变速器最高挡位定位开关之间的连接，同时将速控开关时速表待电导轨控制最高挡位的一段与比最高挡位低一挡的挡位定位开关之间的电流切断，以使车辆变速器升至最高挡位运行。为满足车辆在冰雪路面时的起步需要，在速控开关时速表第一段待电导轨和起步开关至一挡定位开关之间导线的连接点与一挡定位开关之间的导线上，安装一个雪地模式开关，并通过一根可被雪地模式开关控制的导线与二挡定位开关连接，通过此控制开关，可在切断速控开关时速表待电柱及第一段待电导轨通向一挡定位开关电流的同时，把来自速控开关时速表待电柱及第一段待电导轨的电流转接至二挡定位开关，在踏下油门踏板，闭合起步开关时，车辆由二挡起步。此电控随速换挡系统的控制电路具体连接顺序为：自点火开关、功能开关、速控开关时速表上的供电柱由导线顺序连接，供电柱与供电导轨自接连接或通过一个控制开关由导线连接；速控开关时速表上的待电柱通过导线连接至起步开关，再经起步开关由导线连接至一挡定位开关后与组合式电磁开关的一挡电磁铁正极连接；速控开关时速表上的待电导轨分成与变速器前进挡个数对应的数段，与待电柱相邻的一段为第一段，通过导线连接至起步开关与一挡定位开关之间的导线上，自此以上依次为第二段、第三段……，分别通过导线连接至与其控制挡位对应的挡位定位开关，再经挡位定位开关连接至控制此挡位的组合式电磁开关的电磁铁正极，各电磁铁负极通过车架与蓄电池负极连接；组合式电磁开关中的电磁铁补偿开关，一端通过导线经功能开关与点火开关连接，另一端连接至与其对应的挡位定位开关与速控开关待电导轨之间的电路；组合式电磁开关中的离合电机开关，一端通过导线经功能开关与点火开关连接，另一端与离合电机正极连接，离合电机的负极通过车架连接至蓄电池负极；组合式电磁开关中的换挡电机开关为双联动开关，一端区分正负极，并且同一换挡电机开关在控制它的两个电磁铁轮流控制下能实现电流方向的改变，使换挡电机按照设定正转或反转，其正极通过导线经功能开关与点火开关连接，负极通过车架与蓄电池负极连接，另一端分别通过导线连接至换挡电机正负极；制动踏板支架上安装的离合电机开关一端连接离合电机正极，另一端通过一个由电磁铁控制的离合电机保护开关连接至功能开关与速控开关供电柱之间的电路，离合电机保护开关上面的电磁铁正极由导线连接至速控开关待电柱与起步开关之间的电路，负极通过车架连接至蓄电池负极，或将离合电机保护开关安装在制动踏板支架上安装的离合电机开关与离合电机正极之间的导线上；高挡限制开关安装在速控开关待电导轨控制最高挡位的一段与变速器最高挡位定位开关之间的导线上，并有一根可被高挡限制开关控制的导线与比最高挡位低一挡的挡位定位开关连接，在切断速控开关待电导轨控制最高挡位的一段与变速器最高挡位定位开关之间电流的同时，可将来自速控开关待电导轨控制最高挡位一段的电流转接至比最高挡位低一挡的挡位定位开关；雪地模式开关，将其安装在速控开关时速表第一段待电导轨和起步开关至一挡定位开关之间导线的连接点与一挡定位开关之间的导线上，并通过一根可被雪地模式开关控制的导线与二挡定位开关连接。速控开关时速表上的供电柱与待电柱、各段待电导轨与供电导轨，能被速控开关时速表指针上的金属导体滚筒或金属导体滑块运行至其位置时触合，接通控制电路。如若取消换挡杆，不再保留手动换挡模式，则需去掉功能开关，将速控开关时速表上的供电柱与点火开关通过导线直接连接，增加控制倒挡的电磁开关及倒挡定位开关，控制离合电机及倒挡拨叉杆上的换挡电机，倒挡定位开关与一挡定位开关通过一切换开关与起步开关连接并在速控开关的供电柱与供电导轨之间的导线上加装一开关，将此开关及一挡与倒挡切换开关组合在一起一键控制，按下一键控制按钮，可以由控制一挡的电路切换至控制倒挡，并切断速控开关供电柱与供电导轨之间的电流，以防止在倒车过程中，时速过高时，切换进入二档及二挡以上的挡位。