TWI392598B - 車輛換檔機構 - Google Patents

Description

車輛換檔機構

本發明係關於一種車輛換檔機構，特別是一種適用於電動車輛或燃油引擎車輛，並可選擇切換為自排駕駛或手排駕駛之車輛換檔機構。

請參照第1圖所示，習知手排變速機構係包含一引擎90、一離合器91及一變速裝置92。該變速裝置92具有一輸入軸921、一輸出軸922及一齒輪組923，該離合器91一端與該輸入軸921連接，另一端則與該引擎90之一動力輸出軸901連接，該輸入軸921之一端連接該離合器91，另一端則透過一齒輪924與該齒輪組923相嚙合，而該輸出軸922一端亦與該齒輪組923相嚙合，以便該引擎90經由該輸入軸921及齒輪組923帶動該輸出軸922轉動。

進行排檔動作時，以排入一檔為例，駕駛者係將該離合器91與該引擎90之動力分離，並藉由撥動一排檔桿93帶動一同步器925，該同步器925使該齒輪組923之轉速與一檔齒輪926同步，以順利完成入檔。

該習知結構主要係利用該排檔桿93之一端連接該同步器925，透過該排檔桿93直接連動該同步器925，使該齒輪組923與其他的檔位齒輪相嚙合，導致該變速裝置92必須設置於該排檔桿93的下方位置，該變速裝置92的擺設位置因而受到限制，且該習知結構之體積大及重量重，造成動力配置設計上的諸多困擾及限制。

本發明之目的係提供一種車輛換檔機構，用以解決習知變速機構位置受限之缺點，以提高設計的便利性。

本發明之次一目的係提供一種車輛換檔機構，使檔位變換更為順暢，以提升車輛之舒適性能。

本發明之另一目的係提供一種車輛換檔機構，具有自動換檔功能，可控制馬達在最佳效率的操作點，使系統發揮最大的節能效果。

本發明之再一目的係提供一種車輛換檔機構，具有體積小、重量輕之優點。

根據本發明之車輛換檔機構，係包含：一排桿裝置，係輸出一檔位訊號；及一變速裝置，具有一輸入軸、一輸出軸、數個輸入齒輪、數個輸出齒輪及一換檔組件，該輸入軸一端供連接一動力源，該輸出軸一端供連接一車輛之傳動軸，各該輸入齒輪係設置於該輸入軸外周，各該輸出齒輪係設置於該輸出軸外周，且各該輸入齒輪及輸出齒輪可相互嚙合，任二相互嚙合之輸入齒輪及輸出齒輪可選擇其中之一呈可軸向移動的設置於該輸入軸或該輸出軸上，另一則是固定於該輸入軸或輸出軸上，該換檔組件具有一換檔馬達、一變速凸輪及數個變速撥桿，該換檔馬達係依據該檔位訊號帶動該變速凸輪轉動，該變速凸輪外周面環繞有數個導引槽，各該導引槽於中心軸方向形成有軸向位差，各該變速撥桿均具有一夾持端及一凸部，該夾持端係夾持可軸向移動的該輸入齒輪或輸出齒輪，該凸部係設置於各該導引槽中。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，本發明之車輛換檔機構係包含一排檔裝置1及一變速裝置2。其中，該排檔裝置1可輸出一檔位訊號，該變速裝置2係可依據該檔位訊號執行車輛之換檔動作。

再參照第2及3圖所示，本發明之排桿裝置1具有一排檔桿11、一連動組件12、數個觸動件13及數個極限開關14。該排檔桿11係透過該連動組件12帶動各該觸動件13呈往復式移動，且各該極限開關14係分別位於各該觸動件13之行程兩端，令各該觸動件13係藉由往復移動的動作而分別接觸各該極限開關14，進而使各該極限開關14分別輸出一感知訊號。

本實施例中，該連動組件12係具有一座體121、數個樞轉臂122及數個連動桿123。該座體121係設置於一車輛靠近駕駛座的位置，該排檔桿11設有一樞轉支點111，該排檔桿11藉由該樞轉支點111呈可樞轉的設置於該座體121，該排檔桿11之頂端可供駕駛者握持以進行排檔動作，且該排檔桿11靠近頂端的部分桿體容置於一排檔槽[未繪示]中，以便該排檔槽限制該排檔桿11之移動路徑，進而控制換檔作動。各該樞轉臂122較佳選擇為一L形曲柄，且各該樞轉臂122具有一結合部122a、一第一端122b及一第二端122c，各該樞轉臂122之結合部122a係利用一樞軸124呈可樞轉的設置於該座體121，各該第一端122b係利用一連桿123連結該排檔桿11之樞轉支點111，各該第二端122c則是連接各該連動桿125之一端，且各該連動桿125之另一端係連接各該觸動件13。

藉此，當駕駛者利用該排檔桿11進行排檔動作時，透過各該觸動件13接觸不同的極限開關14所輸出的感知訊號，可得知該駕駛者之需求檔位。如第4圖所示，當各該觸動件13同時接觸極限開關14b、14c即表示一檔，同時接觸極限開關14b、14d即表示二檔，僅接觸極限開關14c即表示三檔，僅接觸極限開關14d即表示四檔，同時接觸極限開關14a、14c即表示五檔，同時接觸極限開關14a、14d即表示倒車檔。該排檔裝置1可另設置一處理單元以接收各該極限開關14之感知訊號，並運算判斷出駕駛者的檔位需求後發出該檔位訊號。或者，該排檔裝置1亦可透過一車輛之行車控制器接收各該極限開關14之感知訊號，同樣可運算判斷出駕駛者的需求檔位後發出該檔位訊號。

再參照第2及5圖所示，本發明之變速裝置2係具有一輸入軸21、一輸出軸22、數個輸入齒輪23、數個輸出齒輪24及一換檔組件25。該輸入軸21具有一動力輸入端211，該動力輸入端211可供連接一動力源，且該動力源可選擇為一電動馬達或一燃油引擎。該輸出軸22具有一動力輸出端221，該動力輸出端221係可連接一車輛之傳動軸。各該輸入齒輪23係設置於該輸入軸21外周，各該輸出齒輪24係設置於該輸出軸22外周，且各該輸入齒輪23及輸出齒輪24可相互嚙合。其中，任二相互嚙合之輸入齒輪23及輸出齒輪24可選擇其中之一呈可軸向移動的設置於該輸入軸21或該輸出軸22上，另一則是呈固定於該輸入軸21或輸出軸22上，且該換檔組件25係帶動可移動的該輸入齒輪23或輸出齒輪24軸向位移，用以改變該輸入齒輪23與輸出齒輪24之間的嚙合或不嚙合狀態。本實施例中，係選擇各該輸入齒輪23均固定於該輸入軸21外周，各該輸出齒輪24均呈可軸向移動的設置於該輸出軸22外周，且該換檔組件25係帶動各該輸出齒輪24於該輸出軸22上之軸向位移，使各該輸出齒輪24僅以其中之一與該輸入齒輪23嚙合。

上述該換檔組件25係具有一換檔馬達251、一換檔齒輪252、一檔位齒輪253、一變速凸輪254及數個變速撥桿255。該換檔馬達251具有一輸出軸251a，該換檔齒輪252係設置於該輸出軸251a，該換檔齒輪252之型態較佳係於一齒盤外周設置四個輪齒，並以兩個相鄰接的輪齒為一組，且該兩組輪齒之間相隔180度。該檔位齒輪253及變速凸輪254係同軸設置並呈同步轉動，且該檔位齒輪253與換檔齒輪252係相互嚙合，該變速凸輪254的外周面環繞設有數個導引槽254a，且各該導引槽254a均必須於中心軸方向形成有軸向位差。各該變速撥桿255係呈可軸向移動的設置於一樞軸256上，各該變速撥桿255均具有一夾持端255a及一凸部255b，該夾持端255a係夾持該輸出齒輪24，該凸部255b則位於該變速凸輪254的導引槽254a中。藉此，該換檔馬達251帶動該換檔齒輪252轉動時，係可透過該檔位齒輪253與換檔齒輪252之相互嚙合關係，進而帶動該檔位齒輪253及變速凸輪254轉動。由於各該導引槽254a具有軸向位差，故變速凸輪254轉動時即可利用該導引槽254a對該變速撥桿255之凸部255b的引導作用，帶動該變速撥桿255與該樞軸256上軸向位移，進而帶動各該輸出齒輪24於該輸出軸22上的軸向位移動作。

前述換檔組件25另具有一定位棘輪257及一定位撥桿258，該定位棘輪257與該檔位齒輪253及變速凸輪254係同軸設置並呈同步轉動，且該定位棘輪257具有數個棘齒，該定位撥桿258具有一樞設端258a及一活動端258b，該樞設端258a係呈可樞轉的設置於一樞軸並設置有復歸彈簧[未標示]，該活動端258b則具有一滾輪，且該活動端258b之滾輪可嵌卡於該定位棘輪257任兩相鄰的棘齒之間。前述檔位齒輪253的表面可標示數個檔位刻度，該定位棘輪257之各棘齒較佳與各該檔位刻度相互對齊。藉此，當檔位齒輪253轉動至預定的檔位時，該定位撥桿258之活動端258b可嵌卡於與該檔位刻度相互對齊之該棘齒一側，以限制該檔位齒輪253及變速凸輪254之檔位，而進行換檔時，該定位撥桿258之活動端258b仍可以被推頂開以達成換檔動作。

請參照第2至5圖所示，本發明車輛換檔機構另包含有一行車控制器3及一自動變速控制器4。且該變速裝置2之輸入軸21及輸出軸22另分別設置有轉速監測器212、222，該二轉速監測器212、222可分別監測該輸入軸21及輸出軸22之轉速並輸出一輸入軸轉速訊號及一輸出軸轉速訊號。該行車控制器3係可接收該排檔裝置1之各極限開關14所輸出的感知訊號，並依據各該感知訊號運算判斷出駕駛者之操作檔位，以輸出該檔位訊號。而且，該行車控制器3可另外接收一車輛之車速訊號及油門踏板訊號，並經由比對目前車速及駕駛者的速度需求而另輸出一動力訊號。該自動變速控制器4係可接收該行車控制器3所輸出之檔位訊號及動力訊號，同時亦接收該二轉速監測器212、222所輸出的輸入軸轉速訊號及輸出軸轉速訊號，並參考該輸入軸21及輸出軸22之轉速值進而控制該變速裝置2執行換檔動作。

請參照第2至5圖所示，本發明車輛換檔機構實施時，當駕駛者利用該排檔裝置1之排檔桿11進行排檔動作時，透過各該觸動件13接觸不同的極限開關14並輸出數個感知訊號，該行車控制器3係接收該排檔裝置1所輸出之各感知訊號，經運算判斷以得知駕駛者的檔位需求，並輸出一檔位訊號，同時，該行車控制器3亦接收一車輛之車速訊號、油門踏板訊號及二轉速監測器212、222所輸出之輸入軸轉速訊號及輸出軸轉速訊號，並經由比對目前車速及駕駛者的速度需求而另輸出一動力訊號。該自動變速控制器4接收該行車控制器3所輸出之檔位訊號及動力訊號，同時參考該二轉速監測器212、222所輸出之輸入軸轉速訊號及輸出軸轉速訊號，以分別控制該變速裝置2之輸入軸21所連接動力源的輸出轉速及該換檔馬達251的輸出轉速，以執行換檔動作。

該變速裝置2進行換檔動作時，該換檔馬達251係可透過該換檔齒輪252帶動該檔位齒輪253及變速凸輪254同步轉動。該換檔馬達251每旋轉半圈，即可帶動該檔位齒輪253變換一個檔位，且該檔位齒輪253每變換一個檔位，該定位撥桿258會因為復歸彈簧的作用，令其活動端258b與該定位棘輪257互相嵌卡，以限制該檔位齒輪253及變速凸輪254不會任意偏轉。該變速凸輪254之導引槽254a係為透過該變速撥桿255以控制該輸出齒輪24與輸入齒輪23之嚙合狀態而設置，因此各該導引槽254a之軸向位差係與該檔位齒輪253之檔位刻度相對應，且各該相鄰的檔位之間增設有一空檔檔位(即輸出齒輪不與輸入齒輪嚙合狀態)。據此，當駕駛者之檔位需求係由一檔變換到二檔時，該自動變速控制器4係先控制該換檔馬達251帶動該檔位齒輪253由一檔換到空檔，且在空檔的狀態下，該自動變速控制器4根據所接收之輸入軸轉速訊號及輸出軸轉速訊號，進而計算該輸入軸21及輸出軸22之間的轉速差，並控制該輸入軸21所連接之動力源的輸出轉速與該輸出軸22的轉速相同，該自動變速控制器4再控制該換檔馬達251帶動該檔位齒輪253由空檔換到二檔，即完成換檔動作。

另外，當輸入軸21所連接之動力源為一電動馬達時，該自動變速控制器4可直接控制該電動馬達之輸出轉速，而當該動力源係一燃油引擎時，該自動變速控制器4係透過控制該燃油引擎之節氣閥開度，進而控制該燃油引擎之輸出轉速。

請參照第6圖所示，係本發明車輛換檔機構運用於一電動車輛之實施例，該車輛搭載有一排檔裝置1、一變速裝置2、一行車控制器3及一自動變速控制器4。該排檔裝置1係設置於該車輛靠近駕駛座的位置，該變速裝置2之輸入軸21係連接一電動馬達5，該輸出軸22則連接該車輛之傳動軸。其中，該車輛可為前驅式或後驅式車輛，本實施例所示係為一後驅式車輛。

該行車控制器3另連接有一手/自排切換器6，當駕駛者經由該手/自排切換器6選擇為手排駕駛模式時，駕駛者可透過該排桿裝置1之排檔桿11任意選擇所需要的檔位，並輸出數個感知訊號給予該行車控制器3，該行車控制器3可另外接收該車輛之車速訊號、油門踏板訊號、輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號，經由該行車控制器3運算判斷後再輸出一動力訊號、檔位訊號、輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號給予該自動變速控制器4，該自動變速控制器4即完全依照駕駛者所操作的檔位，同時參考該輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號而驅動該變速裝置2變換檔位。當駕駛者經由該手/自排切換器6選擇為自排駕駛模式時，該行車控制器3可另外接收該車輛之車速訊號、油門踏板訊號、輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號，當該行車控制器3接收該車速訊號及油門踏板訊號時，可計算出該電動馬達5之最佳輸出功率及轉速，進而輸出一動力訊號、檔位訊號、輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號給予該自動變速控制器4，該自動變速控制器4即可依據該檔位訊號及動力訊號，同時參考該輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號，以驅動該變速裝置2進行自動換檔動作，其變換的檔位完全依照當下的路況與駕駛者操作行為而定。

請參照第7圖所示，係本發明車輛換檔機構運用於一四驅式電動車輛之實施例，該車輛搭載有一排檔裝置1、二變速裝置2、一行車控制器3及二自動變速控制器4。該排檔裝置1係設置於該車輛靠近駕駛座的位置，該二變速裝置2之輸入軸21係分別連接一電動馬達5，該二變速裝置2之輸出軸22則分別連接該車輛之前輪傳動軸及後輪傳動軸。

相較於前述實施例(後驅式車輛)，本實施例之行車控制器3亦連接有一手/自排切換器6，令駕駛者可經由該手/自排切換器6選擇為手排駕駛或自排駕駛模式，而且，本實施例之行車控制器3進一步連接有一四驅動力選擇器7，令駕駛者可透過該四驅動力選擇器7切換該車輛為前驅式、後驅式或四驅式動力其中之一。

當駕駛者經由該四驅動力選擇器7選擇為前驅式或後驅式動力時，其實施及操作狀態與前述實施例(後驅式車輛)完全相同。當駕駛者經由該四驅動力選擇器7選擇為四驅式動力且為手排駕駛模式時，該行車控制器3同樣可接收該排檔裝置1之各感知訊號、車速訊號、前後輪輪速訊號及油門踏板訊號，當該行車控制器3接收該車速訊號、前後輪輪速訊號及油門踏板訊號時，可分別計算出該二電動馬達5之最佳輸出功率及轉速，並輸出檔位訊號及動力訊號給予該二自動變速控制器4，該二自動變速控制器4即完全依照駕駛者所操作的檔位及動力訊號，同時參考該輸出軸轉速訊號及輸入軸轉速訊號，以分別驅動該二變速裝置2進行自動換檔動作。

而且，在自排駕駛模式下選擇為四驅式動力時，該車輛可依照路面狀況(特別是崎嶇不平的路面，造成前、後輪轉速不同時)來分別控制該二變速裝置2之檔位及該二電動馬達5之輸出轉速，該行車控制器3係依照車速、油門踏板及前後輪轉速而分別計算出其需求扭力，並分別控制該二電動馬達5之最佳輸出功率及轉速，判斷該二變速裝置2所適合的檔位，其變換的檔位完全依照當下的路況與駕駛者操作行為而定。

如上所述，本發明車輛換檔機構之變速裝置不需直接設置於該排檔桿下方，進而減少該車輛在空間或動力配置設計上的諸多限制，以提高設計的便利性。

本發明車輛換檔機構之檔位變換更為順暢，以提升車輛之舒適性能。

本發明車輛換檔機構擁有自動換檔功能，可控制馬達在最佳效率的操作點，使系統發揮最大的節能效果。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．排檔裝置

11．．．排檔桿

111．．．樞轉支點

12．．．連動組件

121．．．座體

122．．．樞轉臂

122a．．．結合部

122b．．．第一端

122c．．．第二端

123．．．連桿

124．．．樞軸

125．．．連動桿

13．．．觸動件

14．．．極限開關

14a．．．極限開關

14b．．．極限開關

14c．．．極限開關

14d．．．極限開關

2．．．變速裝置

21．．．輸入軸

211．．．動力輸入端

212．．．轉速監測器

22．．．輸出軸

221．．．動力輸出端

222．．．轉速監測器

23．．．輸入齒輪

24．．．輸出齒輪

25．．．換檔組件

251．．．換檔馬達

251a．．．輸出軸

252．．．換檔齒輪

253．．．檔位齒輪

254．．．變速凸輪

254a．．．導引槽

255．．．變速撥桿

255a．．．夾持端

255b．．．凸部

256．．．樞軸

257．．．定位棘輪

258．．．定位撥桿

258a．．．樞設端

258b．．．活動端

3．．．行車控制器

4．．．自動變速控制器

5．．．電動馬達

6．．．手/自排切換器

7．．．四驅動力選擇器

[習知]

90．．．引擎

901．．．動力輸出軸

91．．．離合器

92．．．變速裝置

921．．．輸入軸

922．．．輸出軸

923．．．齒輪組

924．．．齒輪

925．．．同步器

93．．．排檔桿

第1圖：習知汽車手排變速箱基本架構示意圖。

第2圖：本發明之立體圖。

第3圖：本發明排檔裝置之立體圖。

第4圖：本發明排檔裝置之局部動作示意圖。

第5圖：本發明變速裝置之立體圖。

第6圖：本發明運用於後驅式電動車輛之平面示意圖。

第7圖：本發明運用於四驅式電動車輛之平面示意圖。

1．．．排檔裝置

2．．．變速裝置

211．．．動力輸入端

212．．．轉速監測器

221．．．動力輸出端

222．．．轉速監測器

251．．．換檔馬達

3．．．行車控制器

4．．．自動變速控制器

5．．．電動馬達

Claims (6)

1. 一種車輛換檔機構，係包含：一排桿裝置，係輸出一檔位訊號；及一變速裝置，具有一輸入軸、一輸出軸、數個輸入齒輪、數個輸出齒輪及一換檔組件，該輸入軸一端供連接一動力源，該輸出軸一端供連接一車輛之傳動軸，各該輸入齒輪係設置於該輸入軸外周，各該輸出齒輪係設置於該輸出軸外周，且各該輸入齒輪及輸出齒輪可相互嚙合，任二相互嚙合之輸入齒輪及輸出齒輪可選擇其中之一呈可軸向移動的設置於該輸入軸或該輸出軸上，另一則是固定於該輸入軸或輸出軸上，該換檔組件具有一換檔馬達、一換檔齒輪、一檔位齒輪、一變速凸輪及數個變速撥桿，該換檔馬達具有一輸出軸，該換檔齒輪係設置於該輸出軸，該換檔齒輪為一外周設置四個輪齒的一齒盤，並以兩個相鄰接的輪齒為一組，且該兩組輪齒之間相隔180度，該檔位齒輪與該變速凸輪係同軸設置並呈同步轉動，且該檔位齒輪與換檔齒輪係相互嚙合，該換檔馬達係依據該檔位訊號帶動該變速凸輪轉動，該變速凸輪外周面環繞有數個導引槽，各該導引槽於中心軸方向形成有軸向位差，各該變速撥桿均具有一夾持端及一凸部，該夾持端係夾持可軸向移動的該輸入齒輪或輸出齒輪，該凸部係設置於各該導引槽中。
2. 依申請專利範圍第1項所述之車輛換檔機構，其中，該車輛換檔機構另包含有一行車控制器，該排桿裝置具有 一排檔桿、一連動組件、數個觸動件及數個極限開關，該連動組件係連接於該排檔桿及各該觸動件之間，該排檔桿係透過該連動組件帶動各該觸動件呈往復式移動，各該極限開關係分別位於各該觸動件之行程兩端，各該觸動件係藉由往復移動的動作而分別接觸各該極限開關，各該極限開關分別輸出一感知訊號，該行車控制器係接收各該感知訊號，並依據各該感知訊號另輸出該檔位訊號。
3. 依申請專利範圍第2項所述之車輛換檔機構，其中，該連動組件具有一座體、數個樞轉臂及數個連動桿，該排檔桿設有一樞轉支點，該樞轉支點係樞設於該座體，各該樞轉臂均具有一結合部、一第一端及一第二端，該結合部係樞設於該座體，該第一端係連結於該排檔桿之樞轉支點，該第二端則連接各該連動桿之一端，各該連動桿另一端係連接各該觸動件。
4. 依申請專利範圍第1項所述之車輛換檔機構，其中，該換檔組件另具有一定位棘輪及一定位撥桿，該定位棘輪與該檔位齒輪及變速凸輪係同軸設置並呈同步轉動，該定位棘輪具有數個棘齒，該定位撥桿具有一樞設端及一活動端，該樞設端係樞設於一樞軸並設有復歸彈簧，該活動端係嵌卡於該定位棘輪任兩相鄰的棘齒之間。
5. 依申請專利範圍第1、2或3項所述之車輛換檔機構，其中，該車輛換檔機構另包含有一自動變速控制器，該自動變速控制器係接收該檔位訊號，進而控制該變速裝置之換檔馬達轉動。
6. 依申請專利範圍第5項所述之車輛換檔機構，其中，該變速裝置之輸入軸及輸出軸分別設置有轉速監測器，該二轉速監測器可分別監測該輸入軸及輸出軸之轉速並輸出一輸入軸轉速訊號及一輸出軸轉速訊號，該自動變速控制器係接收該輸入軸轉速訊號及輸出軸轉速訊號以控制該變速裝置所連接動力源之輸出轉速。