專利名稱：一種機動車自動變速器的變速軸致動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及機動車自動變速器的變速軸致動器。該致動器替代了自動變速器上常規的換檔桿。
在具有自動變速器的機動車中，不同齒輪箱狀態(包括駐車狀態)之間進行換檔是借助于通常布置在車輛變速器蓋板上面的一換檔桿來完成。換檔桿經一拉索或連桿機構連接到變速器的一變速軸上。
本發明提供一種機動車自動變速器的變速軸致動器，其不包括用手操縱的換檔桿，這樣，常規車輛中為換檔桿留出的空間能用作它用。
根據本發明的致動器包括一殼體；一可轉動地安裝在殼體內的致動軸；一帶有一轉子的電動機；一可反轉的低損耗減速齒輪傳動機構，電動機的轉子通過它與致動軸直接相連；一能量存貯裝置，該裝置能獨立于電動機地存貯一部分驅動致動軸所需的能量；一根據控制信號驅動電動機的電子控制器；一連接致動軸與變速軸的連接裝置，致動軸由電動機產生轉動通過該連接裝置被轉化為變速軸的轉動角度，該角度與控制信號相對應。
本發明的致動器是一由電控制信號起動的一機電定位器。電控制信號通過手動開關而產生，該開關位于車輛中任何理想位置處，如在權表板或在方向盤上。
發明的一目的是當車輛不動且拔下點火鑰匙時確保自動變速器轉換到駐車位置，也就是說，司機沒有必要非要在取走點火鑰匙前選換到駐車檔上，但在電動機供電失敗時，為了滿足這個需要還必須選擇到駐車檔上。對于這種情況，獨立于電動機地設置了一能量存貯裝置，存貯一定量的驅動致動軸所需能量。因此，在正常操作時，致動軸是通過減速齒輪傳動機構由電動機提供動力的，在應急操作時，致動軸由能量存貯裝置提供動力。為了能避免使用一機械選擇器——幾乎不可能找到一種具有所需可靠性的此類選擇器，本發明規定應急操作所用的能量存貯裝置和正常操作所用的電動機能永久地連接到致動軸上。因此，電動機的工作要克服能量存貯裝置——例如為一張緊盤簧的阻力，而在應急操作時，能量存貯裝置經減速齒輪傳動機構拖動電動機，轉化為一較高速度。這個設計理念一方面需要一特殊的結實的電動機，另一方面，需要減速齒輪傳動機構的低損耗設計。
根據本發明的一個有利的實施例，電動機被設置成一無刷的外轉子馬達，尤其是一種28磁極、4相的外轉子馬達。為了致動定位控制，采用了一由兩個布置在轉子上的霍爾傳感器組成的轉軸編碼器。這樣的轉軸編碼器能檢測轉子的絕對轉角。定子繞組的驅動由超低阻抗的場效應半導體功率器件來完成。
特別適于傳送高扭矩的低損耗減速齒輪傳動機構是兩級的。第一級是皮帶輪傳動，電動機的轉子上的一小直徑的皮帶輪經皮帶(尤其是V型皮帶)與一大直徑的皮帶輪連接。第二級是一行星齒輪傳動，其太陽輪與大直徑皮帶輪相連，以共同轉動，行星架連接到致動軸上。這樣的兩級減速齒輪傳動機構的傳動比是例如約為0.40至1。
本發明的另一目的是確保在控制器沒有確切的定位命令時，不進行任何換檔操作。
這個目的通過本發明的另一實施例來實現，在該實施例中，當在非操作狀態時，通過觸發一插銷，能將致動軸有選擇地鎖止在各個不連續的轉動位置上，而拔掉插銷需要給螺線管一電脈沖，螺線管能將插銷暫態地保持在釋放位置上。螺線管具有兩個彼此獨立的勵磁繞組。在正常操作時，當致動定位控制時，控制器驅動第一勵磁繞組。當取走點火鑰匙且車輛不動時，來自車輛點火開關的一信號驅動另一勵磁繞組。對于這個信號，需要獲得有與車輛電壓無關的能量(來產生)，但該能量可以是小的，例如是由一存貯電容來獲得的，該電容器經一解耦二板管連接到車輛電路上。
本發明的其它特征和優點將從下面的一最佳實施例的說明看到，并且通過作為參考的附圖將更明顯。
圖1處于第一換檔位置的致動器殼體的總體俯視圖；圖2是處于第二換檔位置的類似視圖；圖3是致動器的分解視圖；圖4是致動器局部放大的軸測視圖；以及圖5是致動器細節部分的另一分解視圖。
機動車自動變速器的變速軸致動器放置在一細長的平行六面體10中，該平行六面體沿一變速軸12安裝到變速器箱體的頂部上，其中的變速軸從箱體上突出。可旋轉的變速軸12能處于不同的離散換檔位置，以保持與變速器的驅動級一致。一致動軸14從該殼體10突出，其縱向中線與變速軸12的縱向中線平行。致動軸14通過一連桿機構16連接到變速軸12上，連桿機構16由三個桿件16a，16b，16c組成。連桿機構16被配置成具有關節連接的效果，以在某些換檔位置時放大驅動扭矩。圖1圖示了一個這樣的位置，其與自動變速器的駐車位置相對應，該位置需要增大的定位力。從圖1和2可明顯看出，致動軸14的角度轉動范圍a由連桿機構轉化為變速軸12相當小的角度轉動范圍b。
包括一電子控制器的一機電定位器布置在殼體10內。殼體10由一帶有密封圈20的罩18密封地密封。
定位器包括一無刷外轉子馬達形式的電動機，其使用一安裝在一電路板24上的定子22，和經驅動皮帶28與一皮帶輪30相連接的一外轉子26。皮帶輪30安裝在一小齒輪32的一軸端上，并在此處進行連接實現共同轉動。小齒輪32構成一行星齒輪傳動系的太陽輪。小齒輪32作為太陽輪與安裝在一控制盤36上的三個行星齒輪34配合，其中控制盤36構成行星齒輪傳動的行星架。行星齒輪34在固定到殼體上的一點火開關38內運轉。在行星齒輪34和皮帶輪30間有一附加的行星齒輪34支撐板40。
控制盤36與致動軸14一體成形。尤其如圖4明顯看到，控制盤36的外周有凹槽42，44，46，48，它們與自動變速器的不同換檔位置相應。一彈簧作用的插銷50與插銷凹槽42至48相互協作。在非操作狀態，帶有致動軸14的控制盤36被插銷50卡在一個換檔位置上，該換檔位置如插銷槽所指示。插銷50由一螺線管52驅動，螺線管具有兩個彼此獨立的勵磁繞組。在控制盤36的側面上布置有一盤簧54，其構成一能量存貯裝置。預張緊的盤簧54的內端連接到致動軸14上，其外側固定到殼體內一固定部件上。
驅動電動機和致動器的電子控制器的電路配置在電路板24上，在定子22的旁邊。兩個連接器插頭56，58從電路板24引出殼體10外。
如下是致動器的操作在正常非操作狀態，帶有控制盤36的致動軸14被插銷50卡在每一狀況都有效的換檔位置上。當一換檔命令如經過CAN總線傳送到電子控制器時，起動螺線管52的一個勵磁繞組，插銷50移入釋放位置。同時，電子控制器起動電動機定位地控制致動軸14達到所想要的轉動位置。外轉子26的轉動(速度)由皮帶傳動以速比—例如為6降低，并且進一步由行星齒輪傳動系以速比7降低。高性能電動機的高扭矩由減速齒輪傳動轉化為致動軸14處可獲得的高動作扭矩。由于連桿機構16，可獲得的動作扭矩再一次加大，例如能在載荷作用下將變速軸12移動到駐車位置。
盡管致動器提供了高定位扭矩，但是尤其是由于換檔活動的持續時間十分短，部件的低損耗設計或多或少地免除了任何升溫。
由盤簧54構成的能量存貯裝置和電動機一樣永久地連接到致動軸14上。當取走點火鑰匙，汽車不動時，從點火開關發出一動作信號傳到螺線管的第二勵磁繞組，這樣插銷50臨時移入釋放位置。然后與電動機傳動無關地，致動軸14在盤簧54作用下移入與駐車位置相對應的轉動位置，電動機傳動被設計成低損耗、可逆轉的，使外轉子26能由該減速齒輪傳動機構帶動而進入增速模式。
在這個狀態中，驅動器電路與電動機斷開，這樣轉子的轉動就不會受到感應電流的磁力阻礙。
在本發明的最佳實施例中，當點火開關一關閉，自動恢復駐車位置，而不論是否接通車輛電流。在這個實施例中，插銷50由一雙態螺線管驅動，其具有與插銷的一脫離(釋放)狀態對應的一第一穩態。為了在兩個穩態間轉換，雙態螺線管由一電脈沖驅動。所需的電能存貯在一電容器內。對于可購得的適合的雙態螺線管，電容量在大約10V時大約是20000μF的電容器將提供一驅動脈沖的足夠能量，而與車輛電能供應無關。
根據另一實施例，可檢測驅動皮帶28的偶然斷裂。電動機內部設置有一角增量解算器，以檢測轉子運動的增量。另一個角增量解算器與皮帶輪30相連。只要驅動皮帶28是正常的，兩個解算器都應該輸出同步的增量。為了判斷驅動皮帶斷裂，電子控制器檢測解算器的輸出間的任何同步故障。
權利要求
1.機動車自動變速器變速軸(12)的一致動器，其包括一殼體(10)，一轉動地安裝在殼體(10)內的致動軸(14)，一帶有一轉子(26)的電動機(22，26)，一可反轉的、低損耗的減速齒輪傳動機構，電動機(22，26)的轉子(26)通過這一機構直接連接到致動軸(14)上，一能量存貯裝置(54)，該裝置能獨立于電動機(22，26)地存貯一定量驅動所說致動軸(14)的所需能量，一根據控制信號驅動電動機(22，26)的電子控制器，一連接致動軸(14)和變速軸(12)的連接裝置(16)，所說致動軸(14)由所說電動機(22，26)帶動的轉動通過所說連接裝置(16)被轉化為所述變速軸(12)的轉動角度，該轉動角度與所說控制信號相對應。
2.根據權利要求1所述的致動器，其中所說減速齒輪傳動機構是兩級的。
3.根據權利要求2所述的致動器，其中所說減速齒輪傳動權構的第一級由一驅動皮帶(28)和一對皮帶輪(30)構成。
4.根據權利要求2所述的致動器，其中所說減速齒輪傳動權構的第二級由一行星齒輪傳動系(34)構成。
5.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說致動軸(14)能被有選擇地鎖止在離散的轉動位置上，每一位置與所說變速軸(12)的一換檔位置相對應。
6.根據權利要求5所述的致動器，其中一由彈簧偏壓進入一接合狀態的插銷(50)鎖止所述致動軸(14)的轉動位置，所說插銷(50)可由一螺線管(52)移入一釋放位置。
7.根據權利要求6所述的致動器，其中所述能量存貯裝置(54)始終促使所說致動軸(14)轉向一轉動位置，該轉動位置與所說變速軸(12)的駐車位置相對應。
8.根據權利要求6和7所述的致動器，其中當所說插銷(50)處于所述釋放位置時，所述能量存貯裝置(54)使所述致動軸(14)進入與變速軸(12)的所述駐車位置對應的轉動位置，所述電動機通過所述減速齒輪傳動機構在一增速模式下工作。
9.根據權利要求6，7和8所述的致動器，其中所說螺線管(52)包括兩個獨立的勵磁繞組，一第一繞組由所述電子控制器驅動，一第二繞組由從一車輛點火開關來的信號驅動。
10.根據權利要求6至9任一所述的致動器，其中所說致動軸(14)連接到一控制盤(36)上，以進行共同轉動，所說控制盤(36)的外周上有凹槽件(42，44，46，48)，其布置與所說各個換檔位置對應，所述插銷(50)有選擇地與所述凹槽件(42，44，46，48)嚙合。
11.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說彈簧存貯裝置(54)由在所說殼體(10)與所說致動軸(14)之間作用的一張緊彈簧(54)構成。
12.根據權利要求10和11所述的致動器，其中所說張緊彈簧(54)是布置在所述控制盤(36)上的盤簧。
13.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說連接裝置(16)包括一連桿機構，其將所述致動軸(14)預定轉動角度轉化為所述變速軸(12)的一較小的轉動角度。
14.根據權利要求13所述的致動器，其中所說連桿機構(16)包括三個具有增力效果的桿件(16a，16b，16c)連接而成，以在與所說變速軸(12)的一駐車位置相對應的換檔位置提供一個最大致動力。
15.根據權利要求13或14所述的致動器，其中所說桿件(16a，16b，16c)被可彎屈地連接，使得當所說致動軸在角度容許偏差范圍內處于一相應轉動位置時，能使所述變速軸(12)嚙合進預定的換檔位置。
16.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說電動機(22，26)是一無刷多磁極外轉子馬達。
17.根據權利要求16所述的致動器，其中所說電動機(22，26)包括布置在一印刷電路板(24)上的定子(22)，所說電子控制器安裝在該電路板上。
18.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說殼體(10)是一細長的平行六面體。
19.根據權利要求1至4所述的致動器，其中所說電動機(22，26)的轉子(26)經所說驅動皮帶(28)連接到一皮帶輪(30)上，而該皮帶輪反過來又連接到所說行星齒輪傳動系(34)的一太陽輪上。
20.根據權利要求19所述的致動器，其中所說致動軸(14)連接在所說行星齒輪傳動系(34)的一行星架上。
21.根據權利要求19和20所述的致動器，其中所說行星齒輪傳動系(34)包括相對固定地安裝在所述殼體(10)內的一環形齒輪旋滾的行星輪。
22.根據權利要求10和19或20所述的致動器，其中所說控制盤(36)構成所述行星齒輪傳動系(34)的所說行星架。
23.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說電子控制器包括一在非操作狀態與所述電動機(22，26)斷開的驅動電路，這時存貯在所述能量存貯裝置(54)內的能量使所述轉子(26)轉動。
24.根據上述任一權利要求所述的致動器，其中所說電子控制器包括連接一數據總線系統的輸入接口。
25.根據權利要求6所述的致動器，其中所說螺線管(52)是一雙穩態螺線管，第一穩態與所說接合狀態對應，第二穩態與所說釋放位置對應。
26.根據權利要求25所述的致動器，其中所說雙穩態螺線管(52)適于在從一存貯電容器來的電脈沖作用下從接合狀態變到釋放位置。
27.根據權利要求3所述的致動器，包括在所說電動機(22，26)中的一個第一轉角增量解算器；和與所說皮帶輪(30)之一相連的一個第二轉角增量解算器；以及能對應于所說第一和第二解算器信號間的同步失效來檢測所說皮帶斷裂的檢測裝置。
全文摘要
一機動車自動變速器的變速軸(12)致動器,其包括:一殼體(10);一可轉動地安裝在殼體(10)內的致動軸(14);一電動機(22,26);一可反轉的、低損耗的減速齒輪傳動機構,其中,電動機(22,26)的轉子(26)直接連接到致動軸(14)上,一條預張緊的盤簧(54)構成了一能量存貯裝置(54),其可獨立于電動機(22,26)地驅動所說致動軸(14)進入駐車位置;以及一根據控制信號驅動電動機(22,26)的電子控制器;還包括一連接致動軸(14)和自動變速器變速軸(12)的連接裝置(54)。致動軸(14)的轉動通過連接裝置(54)被轉化為變速軸(12)的轉動角度,該轉動角度對應于所說控制信號。致動器替代了自動變速器上常規的換檔桿。
文檔編號F16H61/28GK1336292SQ0112594
公開日2002年2月20日 申請日期2001年7月13日 優先權日2000年7月14日
發明者康尼留斯·彼得 申請人:Trw車輛電氣與零件有限兩合公司