專利名稱：車輛的變速控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛的變速控制裝置，特別是一種通過傳動機構(gòu)的驅(qū)動動力而不需使用變速踏板來改變速度的車輛變速控制裝置。
在通常用于電動自行車或類似車輛的變速齒輪中，腳操作型變速踏板的運動由棘輪機構(gòu)傳遞到一變速鼓，以有選擇地操縱間歇地與變速鼓凸輪接合的多個變速叉，使其轉(zhuǎn)動以達到變速的目的。
而且，對于不需變速踏板的電動變速齒輪，已知一種技術(shù)，其中，變速鼓由電機帶動，而電機是在從變速開關(guān)中輸出的變速控制信號的基礎(chǔ)上操作的(例如，日本實用新型No.S61-81043中所公開的)。
順便提一句，在使用腳操作型變速踏板的變速鼓驅(qū)動機構(gòu)中，即使當傳動齒輪沒有平穩(wěn)地接合時，通過重復(fù)變速操作最終將完成變速;然而，在電動變速齒輪中，為在變速操作中使齒輪適當接合，需要復(fù)雜的控制。
本發(fā)明考慮到了上述因素，其目的是通過具有簡單結(jié)構(gòu)的傳動機構(gòu)以平穩(wěn)地完成變速。
為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可將驅(qū)動源的輸出通過傳動裝置傳送到驅(qū)動輪的車輛變速控制裝置，它包括一用于輸出變速信號的變速信號輸出裝置;一在變速信號基礎(chǔ)上減小或停止驅(qū)動源輸出的輸出減小裝置;一在驅(qū)動源輸出減小或停止期間改變傳動裝置速度的傳動機構(gòu);以及一在完成變速后增加驅(qū)動源輸出的輸出增加裝置。
下面將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。附圖中

圖1為小型機動車整個結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖;
圖2為車體后部的側(cè)視圖;
圖3為圖2中主要部分的放大視圖;
圖4為沿圖2中線4-4所截取的截面圖;
圖5為變速齒輪放大的截面圖;
圖6為沿圖5中線6-6所截取的截面圖;
圖7為控制系統(tǒng)的原理圖;
圖8為功能的解釋視圖;
圖9顯示了當變速時，驅(qū)動電機中的電流變化;
圖10顯示了驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和效率之間的關(guān)系;
圖11顯示了驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和輸出之間的關(guān)系。
如圖1中的示，電動小機車V包括一由焊接鋼管構(gòu)成的前機車框架1，和一由支靠在機車前側(cè)的手柄2操縱的前輪Wf。一后車輛托架5被支靠在前車輛托架3上并可左右轉(zhuǎn)動，前車輛托架3通過一沿車體縱向向前略微上傾的擺動軸4而位于前車輛框架1的后部。由鋼管構(gòu)成的第一后車輛框架6的前端被剛性地固定在后車輛托架5上。具有一對左右后輪Wr的動力元件P被安裝在由鋼管構(gòu)成的第二后車輛框架7上，而第二車輛框架7支靠在第一車輛框架6上從而可自由地上下擺動。第一后車輛框架6由一對左右后緩沖器8與第二后車輛框架7相連。因而，當驅(qū)動車輛V時，前車輛框架1可相對于第一后車輛框架6和第二后車輛框架7而左右擺動，而且，第二后車輛框架7可相對于第一后車輛框架6上下擺動。
用來遮擋風(fēng)，雨和直射太陽光以保護駕駛者的窗形護罩10和頂蓬11與由合成樹脂做成的遮住前車輛框架1的車體9的前部相連，頂蓬11的后端支靠在從座位12和車廂13之間豎立起來的支柱14的上端。
如圖2所示，電池支承框22通過多個橡膠緩沖器21而被掛在第一后車輛框架6的內(nèi)側(cè)。電池盒主體23被固定和支承在電池支承框架22上，電池盒主體23的上表面蓋有一電池盒蓋24。用以驅(qū)動安裝在動力元件P上的驅(qū)動電機M(見圖4)的電池被安放在電池盒主體23內(nèi)，并在電池盒蓋24內(nèi)安裝有一電子控制元件，一場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器和一充電器及類似的裝置。
在電池盒主體23的前部安置有一電扇25。由電扇從外面吸進的冷空氣被首先引入電池盒主體23內(nèi)用以冷卻電子控制元件，場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器和充電器及類似裝置，然后通過一撓性管26被引入動力元件P內(nèi)以冷卻驅(qū)動電機M。由于冷卻驅(qū)動電機M而升溫的冷空氣通過撓性管27被引入電池盒主體23內(nèi)以加熱電池，然后被排到外邊。
下面參照圖3和圖4描述動力元件P的結(jié)構(gòu)。
動力元件P包括一殼體，它被沿車體縱向延伸的兩個垂直分割表面分割成三個殼體，即一左側(cè)殼體33，一中央殼體34和一右側(cè)殼體35。三個殼體33，34和35成整體地相互聯(lián)接以構(gòu)成一整塊。左殼體33成整體地包括一位于托架331和左軸套332之間的驅(qū)動電機殼體333。中央殼體34包括一覆蓋在位于托架341后部的傳動機構(gòu)T的左半部的左變速箱殼體342。右殼體35包括一覆蓋在位于右軸套351的后部的傳動機構(gòu)T的右半部的右變速箱殼體352。
位于左殼體33的驅(qū)動電機殼體333內(nèi)的驅(qū)動電機M，包括一直流(D.C)無刷電機，該直流無刷電機包括一位于覆蓋驅(qū)動電機殼體333左端開口部分的蓋42上的球軸承43，和一由位于驅(qū)動電機殼體333的右壁上的球軸承44支承的旋轉(zhuǎn)軸45。旋轉(zhuǎn)軸45包括一轉(zhuǎn)子48，轉(zhuǎn)子48有一位于鐵芯46外周邊的永磁體47，和一定子51，定子包括一鐵芯49，鐵芯上繞有線圈50，鐵芯49環(huán)繞轉(zhuǎn)子48而被支承。
在中心殼體34的左變速箱殼體342和右殼體35的右變速箱殼體352之間有一由一對球軸承52和53支承的主軸54，一由一對球軸承55和56支承的副軸57和一由一對相互平行的軸承58和59支承的差動齒輪箱60。主軸54和副軸57支承著傳動機構(gòu)T的多個齒輪系。由電機61帶動的變速鼓62支承的變速叉63a至63c與上述齒輪系接合，從而通過傳動機構(gòu)T達到所需的速度變化(參見圖3)。
驅(qū)動電機M的旋轉(zhuǎn)軸45和主軸54相互同軸安裝，其相對端由橡膠聯(lián)軸器64相互聯(lián)接。在最后一個被驅(qū)動齒輪66上有一用于吸收變速振動的減震器67，最后一個被驅(qū)動齒輪66位于差動齒輪箱60的右端并與副軸57的最后一個驅(qū)動齒輪65嚙合。因而，驅(qū)動電機M的驅(qū)動力從主軸54通過副軸57傳到差動齒輪箱60，并進而傳到左軸68和右軸69。
此外，圖4中標號70為一停車剎閘機構(gòu)，以通過操作Bowden線71而將主軸54鎖住。
下面，將參考圖5和圖6對變速齒輪的結(jié)構(gòu)進行描述。
在傳動機構(gòu)T的上部支承一變速叉軸81和一變速鼓62。同軸可滑動地支承在變速叉軸81上并與齒輪系相連的三個變速叉63a到63c分別與環(huán)繞變速鼓62外周的三個凸輪槽621到623接合，從而被驅(qū)動。
從由球軸承82支承的變速鼓62的一端伸出的一個變速鼓軸83在變速電機61的驅(qū)動力的作用下并通過一日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechanism)85而間歇性地轉(zhuǎn)動。也就是說，支承在位于右殼體35的后面和左側(cè)面的齒輪箱86和87外側(cè)的變速電機61的驅(qū)動力由形成于變速電機61輸出軸上的小齒輪84通過由第一中間軸88支承的齒輪89和90傳遞到第二中間軸91。日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechanism)85由一固定在第二中間軸91端部的驅(qū)動轉(zhuǎn)子93和一由變速鼓軸83支承并可相對轉(zhuǎn)動的被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94構(gòu)成。
驅(qū)動轉(zhuǎn)子93包括一偏離第二中間軸91中心的銷931和一位于銷931相對側(cè)邊的圓弧型定位伸出部分932。另一方面，被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94包括五個相距60°角徑向延伸并與銷931接合的槽941和六個相距60°角位于槽941外周面并與伸出部分932接合的圓弧定位槽部分942。齒輪箱87中有一用于探測第二中間軸91的轉(zhuǎn)動位置的限位開關(guān)95，即，日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechenism)85的驅(qū)動轉(zhuǎn)子93的精確轉(zhuǎn)動位置。而且，有一用于探測變速鼓62的轉(zhuǎn)動位置，即變速鼓軸83端部的變速位置的可轉(zhuǎn)動編碼器96。
可轉(zhuǎn)動地由變速鼓軸83支承的被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94的轉(zhuǎn)動通過一空轉(zhuǎn)機構(gòu)97傳到變速鼓軸83?？辙D(zhuǎn)機構(gòu)97由一位于被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94上沒有槽941的部分上的銷98，一被驅(qū)動構(gòu)件99，該被驅(qū)動構(gòu)件有一固定在變速鼓軸83上并平行地在銷98內(nèi)延伸的伸出部991，和一具有一對接合部1001的線圈彈簧100，該線圈彈簧繞在變速鼓軸83外并在其兩端支承著銷98和被驅(qū)動構(gòu)件99的伸出部991。
下面將參照附圖7說明由一動力供應(yīng)系統(tǒng)，一驅(qū)動電機控制系統(tǒng)和一變速箱控制系統(tǒng)構(gòu)成的控制裝置。
控制裝置的動力供應(yīng)系統(tǒng)包括多個安放在電池盒主體23內(nèi)的電池B，一為電池B充電的電池充電器101和一使每個電池B的輸出電壓從48V減小到12V的直流/直流(DC/DC)變壓器102。電池充電器101包括一與外面的家用交流AC電源相連的插頭。從電池B中伸出的動力供應(yīng)電路在充電的過程中被充電器101切斷。
驅(qū)動電機控制系統(tǒng)包括一驅(qū)動電機電子控制元件103。驅(qū)動電機電子控制元件103接收來自一驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速傳感器104的信號以探測驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速，接收一后輪轉(zhuǎn)速傳感器105的信號以探測右后輪和左后輪Wr的轉(zhuǎn)速，接收一加速器開口傳感器106的信號以探測一加速器柄的轉(zhuǎn)角和來自一下面將要說明的變速電機電子控制元件的信號，驅(qū)動電機電子控制元件103通過一場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器107控制對驅(qū)動電機M的驅(qū)動，并輸出信號至直流/直流(DC/DC)變壓器102，同時有一電池殘余能量測量器108來操縱它們。此外，還為驅(qū)動電機電子控制元件103提供有一溫度開關(guān)110，該溫度開關(guān)由用于探測驅(qū)動電機M的溫度的驅(qū)動電機溫度傳感器109的輸出信號控制并在驅(qū)動電機M的溫度超過指定值時打開電扇25。
變速箱控制系統(tǒng)的變速電機電子控制元件111接收來自驅(qū)動電機電子控制元件103，加速器開口傳感器106，用于探測變速鼓62的位置的轉(zhuǎn)動編碼器96及用來探測日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechanism)85的驅(qū)動轉(zhuǎn)子93的位置的限位開關(guān)95的信號。變速電機電子控制元件111通過場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器112控制變速電機61的驅(qū)動。
下面將對具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的實施例的功能進行描述。
當動力元件P的驅(qū)動電機M被由電池B供應(yīng)的電能驅(qū)動時，轉(zhuǎn)動軸45的轉(zhuǎn)動被通過橡膠聯(lián)軸器64而傳送到傳動裝置T的主軸54上。主軸54的轉(zhuǎn)動被一指定的速度級齒輪系減小而傳遞給副軸57，然后再通過最后一個驅(qū)動齒輪65，減震器67，最后一個驅(qū)動齒輪66和差動齒輪箱60而傳遞到右后輪和左后輪Wr。
當尚未進行變速時，如圖6所示，日內(nèi)亞機構(gòu)(Geneva mechanism)85的驅(qū)動轉(zhuǎn)子93的定位凸出物932與被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94的任何一個定位凹槽部942接合，因而被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94處于被定位到指定位置的狀態(tài)。因此，固定在變速鼓軸83上的空轉(zhuǎn)機構(gòu)97的凸出部991被鎖緊部1001支承在線圈彈簧100的兩端以相對于被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94的銷98定位在同一位置，從而變速鼓62也被定位在相應(yīng)于上述被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94的停止位置。
例如，在操作車輛時，當驅(qū)動電機電子控制元件103傳遞一向上變速的信號，則變速電機61通過變速電機電子控制元件111和場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器112而被驅(qū)動。當變速電機61轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動轉(zhuǎn)子93的銷931到達如圖8(A)中所示位置，變速開始，同時限位開關(guān)95開始操作。當限位開關(guān)95的信號通過變速電機電子控制元件111而傳送到驅(qū)動電機電子控制元件103時，驅(qū)動電機電子控制元件103減小通過場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器107供給驅(qū)動電機M的電流。因此，具有當前建立在傳動裝置T上的變速級的齒輪系的嚙合表面壓力可被立即放開，并在上述操作期間，可通過轉(zhuǎn)動變速鼓62而平滑地建立一新的變速級。
出就是說，當驅(qū)動轉(zhuǎn)子93從圖8(A)所示位置沿箭頭方向轉(zhuǎn)動時，銷931與被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94的任一個凹槽941接合從而將被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94向上轉(zhuǎn)動60°。因而，當日內(nèi)亞機構(gòu)(Geneva mechanism)85的被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94被轉(zhuǎn)動60°時，銷98的運動通過線圈彈簧100而被傳遞到被驅(qū)動構(gòu)件99的凸出部991，因此，變速鼓62被轉(zhuǎn)過60°并停在一新的變速位置。通過轉(zhuǎn)動變速鼓62，分別與凸輪槽621至623接合的變速叉63a至63c沿變速叉軸81移動，從而在傳動裝置T上建立一新的變速級。
當與變速鼓83相連的轉(zhuǎn)動編碼器96探測到已完成上述向上的變位后，其信號通過變速電機電子控制元件111傳遞到驅(qū)動電機電子控制元件103，從而驅(qū)動電機電子控制元件103平滑地增加供給驅(qū)動電機M的電流，并通過場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器107將變速沖擊力減到最小。而且，當限位開關(guān)95探測到驅(qū)動電機93到達圖8(B)所示位置時，變速電機電子控制元件111通過場效應(yīng)晶體管(FET)驅(qū)動器112停止供給變速電機61的電流。
圖9顯示了在上述變速過程中供給驅(qū)動電機M的電流的變化。如圖中所示，當由限位開關(guān)95操縱的變速開始時，供給驅(qū)動電機M的電流迅速增加，而當由轉(zhuǎn)動編碼器96探測到變速完成時，上述電流逐漸增加。然后，變速完成后的電流比變速開始前的電流要低以使驅(qū)動電機M的輸出在變速前后相等。
一旦上述變速由于任何原因而不能平滑地完成并且變速叉63a至63c以及變速鼓62被突然停止時，防止變速電機61在位于變速鼓62和日內(nèi)亞機構(gòu)(Geneva mechanism)85之間的空轉(zhuǎn)機構(gòu)97的作用下而超載。即，當日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechanism)85的被驅(qū)動轉(zhuǎn)子94上的銷98在與變速鼓62成一整體的被驅(qū)動構(gòu)件99被暫時停止的狀態(tài)下被轉(zhuǎn)動時，銷98相對于被驅(qū)動構(gòu)件99的凸出部991轉(zhuǎn)動以使線圈彈簧100的一對鎖緊部件1001彈性變形，從而使相互被隔開。其結(jié)果是，即使變速鼓停止了，變速電機61仍可轉(zhuǎn)動，從而可防止變速電機61超載。由于在已停止的變速鼓62上通過線圈彈簧100施加有彈性力，因而當其恢復(fù)轉(zhuǎn)動時，變速鼓62在線圈彈簧100的彈性力作用下被轉(zhuǎn)到指定位置，從而建立需要的變速級。
即使由變速電機61驅(qū)動的變速鼓62如上所述被暫時停止，在位于日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechanism)85和變速鼓62之間的空轉(zhuǎn)機構(gòu)97的作用下，變速電機61可被防止施加超載荷并且變速可平滑地進行。而且，在上述變速過程中，變速沖擊被位于驅(qū)動電動機M的轉(zhuǎn)動軸45和傳動裝置T的主軸54之間的橡膠聯(lián)軸器64和位于傳動裝置T的主軸54上的減震器所吸收。
向下變速以操作過程和上述向上變速的操作過程一樣。即，變速電機61在由驅(qū)動電機電子控制元件103傳來的向下變速信號的基礎(chǔ)上，沿與上述相反的方向轉(zhuǎn)動。然后，當驅(qū)動轉(zhuǎn)子93從圖6中所示位置到達圖8(B)中所示位置時，供應(yīng)給驅(qū)動電機M的電流減小，而變速鼓62在日內(nèi)亞停止機構(gòu)(Geneva stop mechanism)85的作用下轉(zhuǎn)動，從而在傳動裝置T上建立一新的變速級。在完成向下變速后，供給驅(qū)動電機M的電流平滑地增加，當驅(qū)動轉(zhuǎn)子93達到圖8(A)中所示位置時，供給變速電機61的電流被停止。
下面將描述驅(qū)動電機電子控制元件103輸出向上或向下的速度變化信號的過程，即如何選擇新的變速級。
圖10顯示了由驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速傳感器104探測的驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速和相應(yīng)于由加速器開端傳感器106探測的不同加速器開端的驅(qū)動電機效率的關(guān)系。例如，當加速器開端為θ，而驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速為Ne，驅(qū)動電機M在加速器開端為θ時的最高效率為η(參見點A)。然而，當驅(qū)動電機M相應(yīng)于加速器開端θ的轉(zhuǎn)速超過上述Ne值時，驅(qū)動電機M的效率小于η(參見點B)。這時，通過向上變速使驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速通過增加載荷而被減小，以保持效率為η。另一方面，加速器開端為θ而驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速小于Ne，驅(qū)動電機M的效率小于上述值η(參見點C)。在這種情況下，通過向下變速使驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速通過減輕載荷而被增加，以保持上述效率η。
因而，在每一加速器開端下為使驅(qū)動電機M達最大效率的目標轉(zhuǎn)速可通過“補償”(mapretrieval)來獲得，并且當驅(qū)動電機M的實際轉(zhuǎn)速偏離上述目標轉(zhuǎn)速至一定數(shù)量，則輸出向上或向下變速的信號。因此，可在每一加速器開端下使驅(qū)動電機M在如圖10中箭頭所示的高效率范圍內(nèi)操作，并減小電池B的能量消耗以延長車輛運行距離。
圖11顯示了在某種加速器開端下，依據(jù)驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速和輸出的驅(qū)動電機M的效率的變化。例如，當驅(qū)動電機M的輸出要求為W1，如果驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速為Ne1，則可獲得可能的最大效率90%(參見點A)。因而，當轉(zhuǎn)速超過上述值Ne1時，就向上變速，當轉(zhuǎn)速低于Ne1時就向下變速。因此可將驅(qū)動電機M的轉(zhuǎn)速集中在Ne1以提高效率。同樣地，當驅(qū)動電機M的輸出需要為W2時，通過這種變速的操作可使轉(zhuǎn)速為Ne2，因而可獲得可能的最大效率75%(參見點B)。
如上所述，對本發(fā)明的實施例進行了描述，然而，本發(fā)明并不限于上述實施例，可作各種不同的改進設(shè)計。
例如，在實施例中，驅(qū)動電機M的輸出在變速過程中減小;然而，它也可被停止。而且，在實施例中，車輛使電機作為驅(qū)動源;然而，本發(fā)明也可用在車輛上使用內(nèi)燃機作為驅(qū)動源。在這種情況下，驅(qū)動源輸出的減小和停止可通過點火延遲控制和離合器關(guān)閉控制來達到。此外，也可通過手動開關(guān)來輸出啟動變速的變速信號。此外，可用兩個限位開關(guān)代替一個限位開關(guān)95來探測驅(qū)動轉(zhuǎn)子95是否到達如圖8(A)所示的位置或如圖8(B)所示的位置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在變速信號的基礎(chǔ)上通過減小或停止驅(qū)動源的輸出，傳動裝置的齒輪系的嚙合表面壓力被暫時放松，在此期間，傳動裝置T的變速由傳動機構(gòu)完成，在完成變速后，驅(qū)動源的輸出又增加。因而，可通過結(jié)構(gòu)簡單的傳動機構(gòu)而平滑地完成變速。
權(quán)利要求
1.車輛的變速控制裝置，它通過傳動裝置(T)將驅(qū)動源(M)的輸出傳遞給驅(qū)動輪(Wr)，它包括-用于輸出變速信號的變速信號輸出裝置(103)；-在所述變速信號基礎(chǔ)上減小或停止所述驅(qū)動源(M)的輸出的輸出減小裝置(107)；-用于在減小或停止所述驅(qū)動源(M)的輸出期間改變所述傳動裝置(T)的速度的促動器(61)；和-用來在完成所述變速后增加驅(qū)動源(M)輸出的輸出增加裝置(107)。
全文摘要
一作為驅(qū)動源的驅(qū)動電機M通過一場效應(yīng)晶體管(FET)傳動機構(gòu)107與驅(qū)動電機電子控制元件103相連。一用于驅(qū)動變速鼓62的變速電機61通過一場效應(yīng)晶體管(FET)傳動機構(gòu)112與變速電機電子控制元件111相連。當驅(qū)動電機電子控制元件103在由加速器開口傳感器106和驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速傳感器104測得的信號的基礎(chǔ)上輸出變速信號時，驅(qū)動電機M的輸出被暫時減小或停止以減輕傳動機構(gòu)T的齒輪系嚙合表面壓力，而在此期間，變速鼓62被變速電機61所驅(qū)動以完成變速。完成變速后，驅(qū)動電機M的輸出被平穩(wěn)增加。
文檔編號F16H63/50GK1080983SQ93104618
公開日1994年1月19日 申請日期1993年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月2日
發(fā)明者松浦正明, 田中邦彥, 黑木正宏, 小澤圣二 申請人:本田技研工業(yè)株式會社