电控气动机械式自动换挡系统.pdf

1、10申请公布号CN102338217A43申请公布日20120201CN102338217ACN102338217A21申请号201110200314222申请日20110718F16H61/4020100171申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号72发明人雷雨龙刘振杰郑鸿鹏吕二华李兴忠孙少华文杰桃王昌74专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人齐安全54发明名称电控气动机械式自动换挡系统57摘要本发明公开了一种电控气动机械式自动换挡系统，包括变速箱1、电机5、气动控制系统与电控单元13。气动控制系统包括3档与4档换挡气缸9、5号电磁阀11、4号电磁阀1

2、2、3号电磁阀14、2号电磁阀19、1号电磁阀20和1档与2档换挡气缸22。1档与2档换挡气缸22的2号活塞和变速箱1的1档与2档拨叉连接，3档与4档换挡气缸9的2号活塞32和变速箱1的3档与4档拨叉连接。电机5与变速箱1固定连接，变速箱1的输入轴以花键副与电机5的输出端连接。1号电磁阀20至5号电磁阀11的电磁铁线圈的接线端和电控单元13电线连接。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图3页CN102338230A1/2页21一种电控气动机械式自动换挡系统，包括变速箱1、电机5、气动控制系统与电控单元13，其特征在于，所述的气动控制系统包括3

3、档与4档换挡气缸9、5号电磁阀11、4号电磁阀12、3号电磁阀14、滤清器15、气泵16、单向阀17、溢流阀18、2号电磁阀19、1号电磁阀20和1档与2档换挡气缸22；气泵16的入口与滤清器15的出口管路连接，气泵16的输出口与单向阀17入口管路连接，单向阀17出口与溢流阀18的入口P管路连接，溢流阀18的出口A和1号电磁阀20、2号电磁阀19、3号电磁阀14、4号电磁阀12与5号电磁阀11的入口P管路相连；1号电磁阀20的A口和1档与2档换挡气缸3号气腔接口43管路连接，2号电磁阀19的A口和1档与2档换挡气缸2号气腔接口42管路连接，3号电磁阀14的A口和1档与2档换挡气缸1号气腔接口4

4、1管路连接，3号电磁阀14的A口和3档与4档换挡气缸1号气腔接口38管路连接，4号电磁阀12的A口和3档与4档换挡气缸2号气腔接口39管路连接，5号电磁阀11的A口和3档与4档换挡气缸3号气腔接口40管路连接。2按照权利要求1所述的电控气动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的气动控制系统的1档与2档换挡气缸22中的2号活塞的输出端和变速箱1的1档与2档拨叉固定连接，3档与4档换挡气缸9中的2号活塞32的输出端和变速箱1的3档与4档拨叉固定连接。3按照权利要求1所述的电控气动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的电机5采用螺栓与变速箱1的箱体右端面固定连接，变速箱1的输入轴通过花键副与电机5的

5、输出端连接。4按照权利要求1所述的电控气动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的1号电磁阀20、2号电磁阀19、3号电磁阀14、4号电磁阀12与5号电磁阀11的电磁铁线圈的接线端和电控单元13电线连接。5按照权利要求1所述的电控气动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的变速箱1输入轴的右端通过2号圆柱滚子轴承4安装在变速箱1的箱体的右箱体壁上成转动连接，变速箱1的输出轴的右端借助于1号圆柱滚子轴承3插装在变速箱1的输入轴左端的轴向内孔里成转动连接，变速箱1输的出轴的左端借助于3号圆柱滚子轴承26安装在变速箱1的箱体的左箱体壁上成转动连接，变速箱1的中间轴通过1号圆锥滚子轴承2与2号圆锥滚子轴承

6、27安装在变速箱1的箱体的右箱体壁与左箱体壁上成转动连接，变速箱1输入轴上的输入齿轮与变速箱1的中间轴右端齿轮常态啮合，变速箱1的中间轴与变速箱1的输出轴上还安装有3对相啮合的齿轮。6按照权利要求1所述的电控气动机械式自动换挡系统，其特征在于，所述的1档与2档换挡气缸22和3档与4档换挡气缸9结构相同，1档与2档换挡气缸22或3档与4档换挡气缸9均由换挡气缸前体28、换挡气缸中体29、换挡气缸后体30、1号活塞31、2号活塞32、1号缓冲垫33、1号密封环34、2号缓冲垫35、2号密封环36与3号缓冲垫37组成；换挡气缸中体29与换挡气缸后体30插装在一起成滑动连接，2号活塞32插装在换挡气缸

7、中体29与换挡气缸后体30缸底上的通孔内成滑动连接，1号活塞31装入换挡气缸中体29内成滑动连接，换挡气缸前体28安装在换挡气缸中体29的左端权利要求书CN102338217ACN102338230A2/2页3面上成固定连接；3号缓冲垫37安装在1号活塞31的右侧，并套装在2号活塞32的左端，2号缓冲垫35安装在换挡气缸中体29的右侧，并套装在2号活塞32上，1号缓冲垫33安装在换挡气缸后体30缸底上的通孔内，并套装在2号活塞32的右端，1号活塞31、3号缓冲垫37、2号活塞32、2号缓冲垫35与1号缓冲垫33的轴对称线共线，2号密封环36安装在换挡气缸中体29缸底通孔上的密封槽内，1号密封环

8、34安装在2号活塞32上的密封槽内。权利要求书CN102338217ACN102338230A1/6页4电控气动机械式自动换挡系统技术领域0001本发明涉及一种用于电动车辆和混合动力车辆上的换挡系统，更具体地说，本发明涉及一种用于电动车辆和混合动力车辆上的电控气动机械式自动换挡系统。背景技术0002随着人们日益重视对环境的保护和能源的有效合理使用，高效、节能、环保的电动汽车逐渐成为汽车行业的发展趋势。传统的电动汽车以及混合动力汽车由于电动机本身可以调速，而且可以带负载启动，所以无需设置多个挡位，从而无需设置离合器。但是，如果想让这种传统电动汽车以及混合动力车辆以高速行驶，那么电动机必须具有很高

9、的转速，然而电动机的特性是在高转速情况下为恒功率输出，所以此时电动机能够提供的扭矩有限。因此，这种传统的电动车辆和混合动力车辆只能依靠电动机来调整车速，并且车速受到极大限制，无法高速行驶。0003目前电动车辆和混合动力车辆在驱动电机和和驱动部件之间主要采用减速箱进行减速增扭，采用减速器的传动系统对驱动电机的要求很高，极大的增加了整车开发成本，且无法让驱动电机运行在最佳区域，降低了电动汽车的续航里程。发明内容0004本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种降低了电动车辆和混合动力车辆对驱动电机的要求、并增加了驱动电机运行在最佳效率区域的时间和提高了舒适性和经济性的用于电动车

10、辆和混合动力车辆的电控气动机械式自动换挡系统。0005为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的所述的电控气动机械式自动换挡系统包括变速箱、电机、气动控制系统与电控单元。所述的气动控制系统包括3档与4档换挡气缸、5号电磁阀、4号电磁阀、3号电磁阀、滤清器、气泵、单向阀、溢流阀、2号电磁阀、1号电磁阀和1档与2档换挡气缸。0006气泵的入口与滤清器的出口管路连接，气泵的输出口与单向阀入口管路连接，单向阀出口与溢流阀的入口P管路连接，溢流阀的出口A和1号电磁阀、2号电磁阀、3号电磁阀、4号电磁阀与5号电磁阀的入口P管路相连；1号电磁阀的A口和1档与2档换挡气缸3号气腔接口管路连接，2号电磁

11、阀的A口和1档与2档换挡气缸2号气腔接口管路连接，3号电磁阀的A口和1档与2档换挡气缸1号气腔接口管路连接，3号电磁阀的A口和3档与4档换挡气缸1号气腔接口管路连接，4号电磁阀的A口和3档与4档换挡气缸2号气腔接口管路连接，5号电磁阀的A口和3档与4档换挡气缸3号气腔接口管路连接。0007技术方案中所述的气动控制系统的1档与2档换挡气缸中的2号活塞的输出端和变速箱的1档与2档拨叉固定连接，3档与4档换挡气缸中的2号活塞的输出端和变速箱的3档与4档拨叉固定连接；所述的电机采用螺栓与变速箱的箱体右端面固定连接。变速箱的输入轴通过花键副与电机的输出端连接；所述的1号电磁阀、2号电磁阀、3号电磁阀、4

12、号说明书CN102338217ACN102338230A2/6页5电磁阀与5号电磁阀的电磁铁线圈的接线端和电控单元电线连接；所述的变速箱输入轴的右端通过2号圆柱滚子轴承安装在变速箱的箱体的右箱体壁上成转动连接。变速箱的输出轴的右端借助于1号圆柱滚子轴承插装在变速箱的输入轴左端的轴向内孔里成转动连接，变速箱输的出轴的左端借助于3号圆柱滚子轴承安装在变速箱的箱体的左箱体壁上成转动连接。变速箱的中间轴通过1号圆锥滚子轴承与2号圆锥滚子轴承安装在变速箱的箱体的右箱体壁与左箱体壁上成转动连接。变速箱输入轴上的输入齿轮与变速箱的中间轴右端齿轮常态啮合，变速箱的中间轴与变速箱的输出轴上还安装有3对相啮合的齿

13、轮；所述的1档与2档换挡气缸和3档与4档换挡气缸结构相同，1档与2档换挡气缸或3档与4档换挡气缸均由换挡气缸前体、换挡气缸中体、换挡气缸后体、1号活塞、2号活塞、1号缓冲垫、1号密封环、2号缓冲垫、2号密封环与3号缓冲垫组成。换挡气缸中体与换挡气缸后体插装在一起成滑动连接，2号活塞插装在换挡气缸中体与换挡气缸后体缸底上的通孔内成滑动连接，1号活塞装入换挡气缸中体内成滑动连接，换挡气缸前体安装在换挡气缸中体的左端面上成固定连接。3号缓冲垫安装在1号活塞的右侧，并套装在2号活塞的左端。2号缓冲垫安装在换挡气缸中体的右侧，并套装在2号活塞上，1号缓冲垫安装在换挡气缸后体缸底上的通孔内，并套装在2号活

14、塞的右端，1号活塞、3号缓冲垫、2号活塞、2号缓冲垫与1号缓冲垫的轴对称线共线，2号密封环安装在换挡气缸中体缸底通孔上的密封槽内，1号密封环安装在2号活塞上的密封槽内。0008与现有技术相比本发明的有益效果是00091本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统中采用气源作为电控气动机械式自动换挡系统的动力源，由于一般电动车辆和混合动力车辆刹车系统均为气刹，所以可以和刹车系统共用一套动力源，大大节省了成本，且结构简单。00102本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统中采用4档自动换挡系统，增加了电机运行在高效率区的时间，提高了经济性。00113本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统中的两个换挡气缸采

15、用相同的结构，相同的电磁阀，换空挡时共用3号电磁阀，零部件通用性更好。00124本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统中所采用的四档变速箱没有同步器，换挡时通过调节电机转速使转速差在设定的范围内时进行换挡，在减轻换挡冲击的同时简化了变速箱结构。00135本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统通过CAN总线与电机进行数据交换，所需的数据直接通过电机读取，省略了输入轴、油门开度等传感器。00146本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统具有结构简单、加工工艺性好、响应速度快与控制精度高的优点，减轻了驾驶员的疲劳。本系统更适合于带有压缩气源的电动车辆和混合动力车辆。附图说明0015下面结合附图对本发明

16、作进一步的说明0016图1是本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统结构组成的示意图；0017图2是本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统中所采用的3档与4档换挡气缸的结构组成主视图上的全剖视图；说明书CN102338217ACN102338230A3/6页60018图3是本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统的结构组成和工作原理的示意框图；0019图中1变速箱，21号圆锥滚子轴承，31号圆柱滚子轴承，42号圆柱滚子轴承，5电机，63档与4档啮合套，73档与4档换挡气缸1号气腔，83档与4档换挡气缸2号气腔，93档与4档换挡气缸，103档与4档换挡气缸3号气腔，115号电磁阀，124号电磁阀，1

17、3电控单元TCU，143号电磁阀，15滤清器，16气泵，17单向阀，18溢流阀，192号电磁阀，201号电磁阀，211档与2档换挡气缸3号气腔，221档与2档换挡气缸，231档与2档换挡气缸2号气腔，241档与2档换挡气缸1号气腔，251档与2档啮合套，263号圆柱滚子轴承，272号圆锥滚子轴承，28换挡气缸前体，29换挡气缸中体，30换挡气缸后体，311号活塞，322号活塞，331号缓冲垫，341号密封环，352号缓冲垫，362号密封环，373号缓冲垫，383档与4档换挡气缸1号气腔接口，393档与4档换挡气缸2号气腔接口，403档与4档换挡气缸3号气腔接口，411档与2档换挡气缸1号气腔接

18、口，421档与2档换挡气缸2号气腔接口，431档与2档换挡气缸3号气腔接口。具体实施方式0020下面结合附图对本发明作详细的描述0021参阅图1，本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统由变速箱1、电机5、气动控制系统与电控单元TCU13组成。0022电机5的端盖通过螺栓与变速箱1的箱体右端面固定连接，变速箱1的输入轴通过花键副与电机5输出轴的输出端直接相连接，变速箱1输入轴的右端通过2号圆柱滚子轴承4安装在变速箱1的箱体的右箱体壁上成转动连接，变速箱1的输出轴的右端借助于1号圆柱滚子轴承3插装在变速箱1输入轴左端的轴向内孔里成转动连接，变速箱1输的出轴的左端借助于3号圆柱滚子轴承26安装在变速

19、箱1的箱体的左箱体壁上成转动连接，变速箱1的中间轴通过1号圆锥滚子轴承2与2号圆锥滚子轴承27安装在变速箱1的箱体的右箱体壁与左箱体壁上成转动连接，变速箱1输入轴上的输入齿轮与变速箱1中间轴的右端齿轮处于常啮合状态，除此之外，变速箱1的中间轴与变速箱1的输出轴上还安装有3对相啮合的齿轮。从变速箱1的输入轴到变速箱1的输出轴，档位依次为4档、3档、2档与1档。变速箱1输入轴的动力由变速箱1中间轴上的4个档位的齿轮、经由变速箱1中间轴到达变速箱1输出轴上的相应档位的齿轮，最终由变速箱1上的输出轴输出；其中4档位为直接档位，即变速箱1输入轴的动力不经过啮合齿轮直接由变速箱1上的输出轴输出。0023参

20、阅图1，所述的气动控制系统包括3档与4档换挡气缸9、5号电磁阀11、4号电磁阀12、3号电磁阀14、滤清器15、气泵16、单向阀17、溢流阀18、2号电磁阀19、1号电磁阀20、1档与2档换挡气缸22与管路。0024第一条气动控制回路0025为整个气动控制系统提供气源的气泵16的入口与滤清器15的出口管路连接，气泵16的输出口与单向阀17入口管路连接，单向阀17出口与溢流阀18入口P口管路连接，溢流阀18出口A口和3号电磁阀14、2号电磁阀19与1号电磁阀20的P口管路相连。3号电磁阀14的A口和1档与2档换挡气缸22的1号气腔24即和1档与2档换挡气缸1号气腔接口41管路连接；2号电磁阀19

21、的A口和1档与2档换挡气缸22的2号气说明书CN102338217ACN102338230A4/6页7腔23即和1档与2档换挡气缸2号气腔接口42管路连接；1号电磁阀20的A口和1档与2档换挡气缸22的3号气腔21即和1档与2档换挡气缸3号气腔接口43管路连接。1档与2档换挡气缸22的2号活塞的输出端左端和变速箱1的1档与2档拨叉固定连接，变速箱1的1档与2档拨叉与1档与2档啮合套25滑动连接。0026第二条气动控制回路0027为整个气动控制系统提供气源的气泵16与滤清器15的出口密封连接，气泵16的输出口与单向阀17入口管路连接，单向阀17出口与溢流阀18入口P口管路连接，溢流阀18出口A口

22、和3号电磁阀14、4号电磁阀12与5号电磁阀11的P口相连，3号电磁阀14的A口和3档与4档换挡气缸9的1号气腔7即和3档与4档换挡气缸1号气腔接口38管路连接；4号电磁阀12的A口和3档与4档换挡气缸9的2号气腔8即和3档与4档换挡气缸2号气腔接口39管路连接；5号电磁阀11的A口和3档与4档换挡气缸9的3号气腔10即和3档与4档换挡气缸3号气腔接口40管路连接。3档与4档换挡气缸9的2号活塞32的输出端右端和变速箱1的3档与4档拨叉固定连接，变速箱1的3档与4档拨叉与3档与4档啮合套6滑动连接。00281号电磁阀20、2号电磁阀19、3号电磁阀14、4号电磁阀12与5号电磁阀11的电磁铁线

23、圈的接线端均和电控单元TCU13电线连接。0029参阅图2，图中是本发明所述的电控气动机械式自动换挡系统中所采用的3档与4档换挡气缸的结构组成主视图上的全剖视图。电控气动机械式自动换挡系统中所采用的1档与2档换挡气缸22和3档与4档换挡气缸9结构相同。1档与2档换挡气缸22或3档与4档换挡气缸9均由换挡气缸前体28、换挡气缸中体29、换挡气缸后体30、1号活塞31、2号活塞32、1号缓冲垫33、1号密封环34、2号缓冲垫35、2号密封环36与3号缓冲垫37组成。0030换挡气缸中体29与换挡气缸后体30插装在一起成滑动连接。2号活塞32插装在换挡气缸中体29与换挡气缸后体30缸底上的通孔内成滑

24、动连接，1号活塞31装入换挡气缸中体29内成滑动连接，换挡气缸前体28安装在换挡气缸中体29的左端面上成固定连接。3号缓冲垫37安装在1号活塞31的右侧，并套装在2号活塞32的左端；2号缓冲垫35安装在换挡气缸中体29底端面的右侧，并套装在2号活塞32上；1号缓冲垫33安装在换挡气缸后体30缸底上的通孔内的右端，并套装在2号活塞32的右端。1号活塞31、3号缓冲垫37、2号活塞32、2号缓冲垫35与1号缓冲垫33的轴对称线共线。2号密封环36安装在换挡气缸中体29缸底通孔上的密封槽内，1号密封环34安装在2号活塞32上的密封槽内。所以，2号密封环36在换挡气缸中体29缸底上的通孔与2号活塞32

25、之间起密封作用，1号密封环34在换挡气缸后体30缸底上的通孔与2号活塞32之间起密封作用。0031换挡气缸前体28、安装有2号密封环36的换挡气缸中体29、换挡气缸后体30、1号活塞31与安装有1号密封环34的2号活塞32形成了1号气腔7、2号气腔8与3号气腔10。3档与4档换挡气缸9中的1号气腔7由换挡气缸前体28、换挡气缸中体29、1号活塞31与密封圈形成，1号气腔7由3号电磁阀14控制充放气；1档与2档换挡气缸22中的1号气腔24由3号电磁阀14控制充放气。3档与4档换挡气缸9中的2号气腔8由安装有2号密封环36的换挡气缸中体29、换挡气缸后体30、安装有1号密封环34的2号活塞32组成

26、，3档与4档换挡气缸9中的2号气腔8由4号电磁阀12控制充放气；1档与2档换挡说明书CN102338217ACN102338230A5/6页8气缸22中的2号气腔23由2号电磁阀19控制充放气。3档与4档换挡气缸9中的3号气腔10由换挡气缸后体30、安装有1号密封环34的2号活塞32组成，3档与4档换挡气缸9中的3号气腔10由5号电磁阀11控制充放气；1档与2档换挡气缸22中的3号气腔21由1号电磁阀20控制充放气。0032电控气动机械式自动换挡系统的工作原理0033由于两条气动控制回路具有相同的结构，因此，1档与2档换挡气缸22的工作过程与3档与4档换挡气缸9具有相同的工作过程，现就1档与2

27、档换挡气缸22的工作过程进行说明0034空挡升1档0035参阅图1，2号电磁阀19打开2号电磁阀19的P口与A口接通，1号电磁阀20与3号电磁阀14关闭1号电磁阀20与3号电磁阀14的P口与A口不接通，A口与T口即大气接通，2号气腔23充气，推动1档与2档换挡气缸22中的2号活塞32向左运动，使变速箱1挂入1档；00361档回空挡00371号电磁阀20与3号电磁阀14打开1号电磁阀20与3号电磁阀14的P口与A口接通，2号电磁阀19关闭2号电磁阀19的P口与A口不接通，A口与T口即大气接通，1号气腔24充气，推动1档与2档换挡气缸22中的1号活塞31向左运动；3号气腔21充气，推动1档与2档换

28、挡气缸22中的2号活塞32向右运动，使变速箱1挂入空挡；0038空档升2档00391号电磁阀20打开1号电磁阀20的P口与A口接通，2号电磁阀19与3号电磁阀14关闭2号电磁阀19与3号电磁阀14的P口与A口不接通，A口与T口即大气接通，3号气腔21充气，推动1档与2档换挡气缸22中的2号活塞32、1号活塞31向右运动，使变速箱1挂入2档；00402档回空挡00411号电磁阀20与3号电磁阀14打开1号电磁阀20与3号电磁阀14的P口与A口接通，2号电磁阀19关闭2号电磁阀19的P口与A口不接通，A口与T口即大气接通，1号气腔24充气，推动1号活塞31向左运动；3号气腔21充气，推动2号活塞3

29、2向右运动，使变速箱1挂入空挡；0042由于空挡为1档和2档的中间位置，故1档升2档过程和2档降1挡过程为以上过程组合完成，不需要再做赘述。0043参阅图3，图中为所述的电控气动机械式自动换挡系统的电气传动示意框图。电控单元TCU13通过线束获得手柄、踏板、制动、档位、转速等信息，通过CAN获取电机5的转速、扭矩等信息，根据获得的信息判断车辆运行状态并决定下一时刻运行状态。如果需要换挡，电控单元TCU13首先通过CAN总线向电机5发送转速/扭矩控制请求；电机5响应请求后，电控单元TCU13对1号电磁阀20、2号电磁阀19、3号电磁阀14、4号电磁阀12与5号电磁阀11中的某个或某几个电磁阀发出

30、控制指令使其合上或断开；气泵16提供的压缩气体通过打开的电磁阀，推动1档与2档换挡气缸22或3档与4档换挡气缸9中的2号活塞32动作；1档与2档换挡气缸22或3档与4档换挡气缸9中的2号活塞32推动变速箱1中的1档与2档拨叉或3档与4档拨叉动作，完成换挡。说明书CN102338217ACN102338230A6/6页90044当需要倒车时，电控单元TCU13发出电机5反转请求，使变速箱1挂入1档，即为倒档，实现倒车。说明书CN102338217ACN102338230A1/3页10图1说明书附图CN102338217ACN102338230A2/3页11图2说明书附图CN102338217ACN102338230A3/3页12图3说明书附图CN102338217A