一种特种车辆S形电控换挡机构的制作方法

一种特种车辆s形电控换挡机构
技术领域
1.本发明涉及车辆传动技术领域，特别是涉及一种特种车辆s形电控换挡机构。


背景技术：

2.电控换挡机构不同于机械式换挡机构，其对车辆变速箱的控制采用信号识别、传输和发送指令的模式，与变速箱之间没有直接的机械连接；其工作原理主要是车辆通过电控单元ecu采集当前电控换挡机构发送的挡位位置信号，经分析计算后，判断其挡位状态，并根据各挡位下车辆的行驶状态发送指令控制和改变变速器的运行模式。
3.由于电控换挡机构采用信号而非机械连接的工作模式，在对其操作过程中，如何控制及保证其挡位状态，防止发生人为挂挡错误、挡位识别错误、信号传输错误等故障，保证其换挡的可靠性和准确性，换挡杆是电控换挡机构设计的重点内容；特别是针对某些特种车辆，不强调换挡的快速性，更注重换挡的准确性和可靠性，降低跳挡错误的发生机率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种特种车辆s形电控换挡机构，以满足某特种车辆8挡变速箱的使用需求，保证换挡的可靠性和准确性。
5.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
6.一种特种车辆s形电控换挡机构，包括箱体、手柄机构、主操纵机构、手感机构、接近传感器及连接器；箱体上的弧形操纵面设置“s”形滑槽，手柄机构从“s”形滑槽中通出；箱体内部设置的x、y轴双自由度的主操纵机构，以带动手柄机构的换挡杆在“s”形滑槽作蛇形运动，并带动手柄机构自动回正；所述手柄机构与双自由度主操纵机构连接，以传递换挡力矩；另外换挡机构具有八个挡位，且这八个挡位各对应一个接近传感器，手感机构通过连接主操纵机构，使得其中的换挡盘通过在y轴方向同轴转动进行换挡感应，同时手感机构反馈到操作者锁定换挡的手感；所述接近传感器对应八个挡位位置分别设置在电气安装腔室围挡上；所述连接器安装在箱体外部，用于电源连接及挡位信号的输出。
7.具体的，所述箱体包括箱体连接座，连接在箱体连接座两侧的箱侧板，以及连接在箱体顶部的操纵面板；其中箱体连接座底部的连接翼设置减震垫，另有连接器在箱体连接座的直立侧壁上设置；所述弧形操纵面板上开设挡位槽，所述挡位槽为沿着弧形操纵面板行进的“s”形滑槽结构，“s”形滑槽结构旁侧做挡位标识；所述箱体内部为双腔室结构，以电气安装腔室围挡形成密闭腔体，接近传感器及连接器的电气部分处于密闭腔体内，所述接近传感器连接在电气安装腔室围挡环状凹槽中，通过嵌入导电胶条密封安装。
8.具体的，所述的手柄机构包括手柄头、解锁按钮、解锁弹簧、销总成、拔销弹簧，所述手柄头内部为空腔结构，其中设置解锁按钮、解锁弹簧、拔销弹簧，且包含销总成部分顶部，其中销总成顶部的圆弧面与解锁按钮内部斜面相切，所述销总成的长销部分延伸出手柄头空腔并插入箱体内的拔销盘的锁定孔中。
9.具体的，所述主操纵机构包括回形转轴、横轴、换挡杆及回位机构，所述换挡杆向
上与手柄机构连接，向下与横轴连接；所述横轴通过滚动轴承设置在回形转轴中，且得横轴的轴向方向与回形转轴的轴向方向垂，所述回形转轴通过滚动轴承连接在电气安装腔室围挡和箱侧板内壁之间，并且回形转轴上设置回位机构。
10.进一步，所述换挡杆包括上部、中部扩增部分以及下部，其顶端和末端均具有外螺纹，其上部还具有凸环结构，其内部中空；换挡杆顶部凸环结构和手柄头下部形成楔形卡接结构，并且通过螺母及防松垫圈在换挡杆顶端旋紧加固连接；所述换挡杆中部扩增部分与横轴顶部楔形卡接接触，换挡杆下部穿过横轴并通过螺母及防松垫圈加固连接。
11.进一步，所述回形转轴是由方框结构及方框结构前后两个侧面同轴设置的转轴组成，其中方框结构左右两个侧面相对开设横轴安装孔，所述横轴的两端分别通过滚动轴承安装在这两个横轴安装孔中，这样横轴的轴向与回形转轴轴向方向垂直；方框结构的顶部具有回形开口且预留支座安装孔，用于连接回位机构。
12.进一步，所述回位机构包括支座、套筒、回位弹簧、卡圈和压圈；所述支座固定连接在回形转轴的顶部回形开口处，其中具有与套筒尺寸相适的“v”形滑道；所述压圈通过卡圈与换挡杆固定，换挡杆通过相互连接的压圈、回位弹簧和套筒共同对其下支座施压。
13.具体的，所述手感机构包括换挡盘和簧片机构，换挡盘与回形转轴通过六方轴套连接，实现换挡盘与回形转轴的同步旋转。
14.进一步，所述换挡盘为扇形结构，并且其底部圆弧具有八个圆弧波浪缺口，这八个圆弧波浪缺口对应电控感应的八个挡位；所述换挡盘上连接感应板，所述感应板指向对应的接近传感器。
15.进一步，所述簧片机构包括簧片及簧片中央连接的滚筒，其中簧片的两端由螺钉牵引设置在底座结构上；可旋转的滚筒卡在换挡盘圆弧波浪缺口中预压限位，滚筒在换挡盘的圆弧波浪缺口之间切换实现换挡，同时簧片产生弹性形变产生手感。
16.本发明的有益效果如下：
17.(1)本发明的s形电控换挡机构采用“s”形的换挡操纵动线，搭配上具有x、y两方向自由度的主操纵机构及自动回位机构，有效的降低了实际使用过程中误操作换挡的可能性。
18.(2)本发明的s形电控换挡机构采用8个电感式接近传感器作为挡位信号发生器，其接近感应的工作方式使得整个机构的机械与电气两部分得以分开，同时箱体采用双腔室结构，接近传感器及连接器的电气部分处于密闭腔体内，极大的提高了整体机构的稳定性和抗干扰能力。
19.(3)本发明的手感机构中采用异型簧片作为换挡手感发生装置，优选合金弹簧钢50crva作为簧片材料，配合上符合人体工程学设计的手柄，使得整体换挡手感良好，力度适中，挡位切换清晰可靠，段落感强。
20.(4)本发明中的主操纵机构中的回形转轴和横轴在轴向方向垂直设置，回形转轴的转动能够实现换挡杆在弧形操纵面板上y轴向移动，而横轴转动的转动能够实现换挡杆在弧形操纵面板上x轴向移动，并且借助回位机构的作用，还能实现换挡杆在x轴向的自动回正。
21.(5)本发明中换挡杆向上与手柄机构连接，向下与主操纵机构连接，能够很好的传递换挡力矩，并且手柄机构中的销总成从换挡杆中穿梭，能够保证主操纵机构锁定和解锁。
22.(6)本发明的s形电控换挡机构将各功能性机构进行一体化集成设计，产品整体体积较小，布局紧凑，高温、低温、湿热、振动、冲击等性能完全满足军标要求；并且本发明的s形电控换挡机构具有良好的可靠性和适应性，能满足不同工况的使用要求，应用前景广阔。
附图说明
23.图1是本发明的整体结构的外部示意图；
24.图2是本发明的整体结构的内部示意图；
25.图3是本发明中主操纵机构的结构示意图；
26.图4是本发明中手感机构的结构示意图；
27.图5是本发明中回形转轴的结构示意图；
28.图6是本发明中挡位杆的回中态和摆动态的对比示意图；
29.图7是本发明中主操纵机构在箱体中的俯视示意图；
30.附图标记：1-减震垫，2-箱侧板，3-手柄机构，4-弧形操纵面板，5-挡位槽，6-箱体连接座，7-连接器，8-手柄头下部，9-销总成，10-解锁弹簧，11
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手柄头上部，12-拔销弹簧，13-解锁按钮，14-螺母，15-防松垫圈，16-换挡杆， 17-横轴，18-拔销盘，19-换挡盘，20-簧片机构，21-感应板，22-接近传感器， 23-电气安装腔室围挡，24-回形转轴，25
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v”形滑道，26-卡圈，27-压圈， 28-套筒，29-回位弹簧，30-支座，31-滚动轴承，32-挡圈，33-六方轴套，34
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圆弧波浪缺口，35-感应板连接孔，36-簧片，37-销轴，38-滚筒，39-螺钉，40 前方转轴，41-横轴安装孔，42-后方转轴，43-支座安装孔。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.如图1到7所示，本实施例提供一种特种车辆s形电控换挡机构，包括箱体、手柄机构、主操纵机构、手感机构、接近传感器及连接器；其中箱体采用弧形操纵面板，弧形操纵面板上设置“s”形滑槽，箱体内部设置的x、y轴双自由度操纵机构可实现手柄机构的换挡杆在“s”形滑槽作蛇形运动，并具备自动回正功能；手柄机构通过与双自由度主操纵机构连接，以传递换挡力矩；换挡机构中的八个挡位各对应一个npn电感型接近传感器，手柄机构在y轴方向至某一挡位时，手感机构中通过同轴转动的换挡盘进行感应，对应挡位接近传感器输出该挡位信号，同时手感机构可反馈到操作者锁定换挡的手感；所述接近传感器安装在箱体两腔室中间的隔板上，对应八个挡位位置；所述连接器安装在箱体外部，用于电源连接及挡位信号的输出。
34.具体描述箱体结构特征如下：
35.如图1所示，所述箱体包括箱体连接座6，连接在箱体连接座6两侧的箱侧板2，以及连接在箱体顶部的操纵面板4；所述箱体连接座6的结构如图4 所示，是由底板，底板两侧的连接翼，以及两个直立侧壁形成的一体结构，其中箱体连接座6底部的连接翼设置减震垫1，另有连接器7在箱体连接座6的直立侧壁上设置；所述弧形操纵面板4上开设挡位槽5，所述挡位槽5为沿着弧形操纵面板行进的“s”形滑槽结构，“s”形滑槽结构旁侧做挡位标识。
36.如图2所示，所述箱体内部为双腔室结构，以电气安装腔室围挡23形成密闭腔体，将主操纵机构与接近传感器及连接器分开，使电气部分处于密闭腔体内，能够有效防止干扰并保证电气安全，所述的连接器7用于保证电气安装腔室内的供电通畅。
37.所述手柄机构3从箱体的弧形操纵面板4伸出，具体描述手柄机构结构特征及其相关的连接方式如下：
38.如图2所示，所述的手柄机构3包括手柄头、解锁按钮13、解锁弹簧10、销总成9、拔销弹簧12，所述手柄头由手柄头下8和手柄头上11组成，并且手柄头内部为空腔结构，手柄头空腔中设置解锁按钮13、解锁弹簧10、拔销弹簧 12，且包含销总成9顶部部分，其中销总成9顶部的圆弧面与解锁按钮13内部斜面相切，但销总成9的长销部分延伸出手柄头空腔并插入箱体内的拔销盘18 的锁定孔中，以实现挡位锁定功能。
39.手柄机构3具体使用方式是销总成9靠拔销弹簧12施加提升作用力，其上圆弧面与解锁按钮13内部斜面相切，所述解锁按钮13依靠解锁弹簧10的作用力，可以在手柄头内部的空腔结构中灵活滑动，进而其内部斜面可推动销总成 9进行上下移动；当给解锁按钮13施加压力，解锁按钮13在手柄头空腔结构内向后移动，带动销总成9向上抬起，使得长销部分脱离拔销盘锁定孔，实现挡位解锁；当外力松开解锁按钮，销总成9做向下运动，长销部分重新插入到拔销盘18的锁定孔，实现挡位锁定。
40.所述手柄机构3连接具有双自由度的主操纵机构，主操纵机构可实现操纵杆在x、y方向上的自由运动，并在x方向上可实现自动回中，进而使得挡位杆能够在“s”形滑槽中作蛇形运动，具体的对主操纵机构的结构及其相关连接方式描述如下：
41.如图2和图3所示，所述主操纵机构包括回形转轴24、横轴17、换挡杆 16及回位机构。
42.进一步，所述换挡杆16与手柄机构3连接，并且换挡杆16内部容纳销总成9的长销部分在其中穿梭，所述换挡杆16的结构如图3所示，包括上部、中部扩增部分以及下部，其顶端和末端均具有外螺纹，其上部还具有凸环结构；具体连接方式是换挡杆16顶部凸环结构和手柄头下部8形成楔形卡接结构，并且通过螺母14及防松垫圈15在换挡杆顶端旋紧加固连接；如图3所示，所述换挡杆16下部采用同样的方式与横轴17连接，具体是所述换挡杆16中部扩增部分与横轴17顶部楔形卡接接触，换挡杆下部穿过横轴17并通过螺母14及防松垫圈15加固连接。
43.进一步，如图3所示，所述横轴17通过滚动轴承31连接在的回形转轴24 内部，具体是横轴17轴向的两端分别连接一个滚动轴承31，而这两个滚动轴承31设置在回形转轴24相对的侧壁上，并以挡圈32稳定这两个滚动轴承31 与回形转轴24的固定连接。
44.如图2所示，所述回形转轴24一端转轴通过滚动轴承连接在电气安装腔室围挡23中，其另一端转轴通过滚动轴承连接在箱侧板的内壁上。
45.所述横轴17发生转动的轴向方向与回形转轴24发生转动的轴向方向垂直，这里需
要具体的说明回形转轴24的结构，如图5所示，所述回形转轴24是由前方转轴40、方框结构及后方转轴42组成，其中前方转轴40和后方转轴42 在方框结构前后两个侧面同轴设置，并且方框结构左右两个侧面相对开设横轴安装孔41，上述的横轴17的两端就分别安装在这两个横轴安装孔41中，使得横轴17的轴向与回形转轴24轴向方向垂直；所述顶部回形开口处预留支座安装孔43，用于连接回位机构。
46.进一步，如图3所示其中a部分就是回位机构，所述回位机构包括支座30、套筒28、回位弹簧29、卡圈26和压圈27，所述支座30根据支座安装孔43位置固定连接在回形转轴24的顶部回形开口处，其上设置“v”形滑道25，“v”形滑道25与套筒28尺寸相适，如图7所示；所述压圈27通过卡圈26与换挡杆16固定，换挡杆16通过相互连接的压圈27、回位弹簧29和套筒28共同对其下支座30形成一定压力；支座30中设置有与套筒配合的“v”形滑道，换挡杆可带动套筒在支座上左右滑动，松手时，在回位弹簧的作用下，会自动带动换挡杆回中。
47.上述的主操纵机构中，如图7所示，所述回位机构及横杆的共同动作，保证了换挡杆在挡位槽中x轴向动作的自由度，也保证了换挡杆自动回位；另外所述回形转轴的转动活动保证了换挡杆在挡位槽中y轴向动作的自由度，同时带动手感机构产生电控感应及手感感受；以下具体说明手感机构结构特征及相关连接方式。
48.如图4所示，所述手感机构包括换挡盘19和簧片机构20，换挡盘与回形转轴24轴通过六方轴套连接，可实现换挡盘19与回形转轴24的同步旋转；所述换挡盘为扇形结构，并且其底部圆弧具有八个圆弧波浪缺口34。
49.进一步，所述簧片机构20包括簧片36及簧片中央连接的滚筒38，其中簧片36的两端由螺钉39牵引设置在底座结构上。
50.所述换挡盘19底部有八个圆弧波浪缺口34，这八个圆弧波浪缺口34对应电控感应的八个挡位，每个挡位产生是通过簧片结构中可旋转的滚筒38卡在换挡盘圆弧波浪缺口34中，并存在预压力以起到限位作用，执行换挡操作时上述滚筒38在换挡盘的圆弧波浪缺口之间切换，并使得簧片36产生弹性形变，从而反馈到操作者形成换挡手感。
51.进一步，如图2和4所示，所述换挡盘19上连接感应板21，所述感应板 21指向接近传感器22，感应板21垂直换挡盘连接在感应板连接孔35处，可保证滚筒38卡在换挡盘圆弧波浪缺口34中。
52.所述接近传感器22连接在电气安装腔室围挡23上，所述电气安装腔室围挡23的侧壁上开置有环状凹槽，通过嵌入导电胶条，与侧壁密封安装，保证电气安装腔室的密封和电连续性，实现电磁屏蔽。
53.结合图4～图7，本实施例所提供的一种特种车辆s形电控换挡机构的工作过程如下：
54.(1)当整个换挡机构处于非空挡状态时，拨动换挡手柄按照弧形操作面板上规划的动线执行换挡操作，在此过程中，由于支座上的“v”形滑道作用，换挡杆先克服回位弹簧的压力，绕横轴轴线转动，并到达“v”形滑道端部，则弧形操作面板上体现x轴向活动发生，然后在通过换挡杆带动回形转轴做回转运动，则弧形操作面板上体现y轴向活动发生，如图7所示；同时换挡盘以其上六方轴套跟随回形转轴转动，从而按压簧片机构产生换挡手感，切换至另一挡位后，滚筒重新卡到当前挡位对应的换挡盘圆弧波浪缺口中，从而限定换挡杆 y方向活动，解除施加在手柄上的外力之后，在回位弹簧的作用下换挡杆自动回中，如图
6所示，与此同时，换挡盘上的感应板也切换至另一挡位，该挡位的接近传感器响应，输出高电位信号，其余接近传感器均未触发感应，重复上述动作能够完成依次其他挡位的换挡操作；
55.(2)当换挡机构处于空挡状态时，先按下手柄机构上的按钮，以抬起销总成脱离拔销盘上的锁定孔，主操纵机构解锁，然后按上述执行换挡操作。