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CN108458107A - 用于自动变速器的驻车锁以及用于运行所述类型的驻车锁的方法 - Google Patents

用于自动变速器的驻车锁以及用于运行所述类型的驻车锁的方法 Download PDF

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CN108458107A CN201810095740.6A CN201810095740A CN108458107A CN 108458107 A CN108458107 A CN 108458107A CN 201810095740 A CN201810095740 A CN 201810095740A CN 108458107 A CN108458107 A CN 108458107A
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shaft
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Abstract

一种用于自动变速器的驻车锁，电气驻车锁致动器具有电动机、能由电动机驱动的正齿轮级、以及能由正齿轮级驱动的蜗轮级。蜗轮级的蜗杆轴抗扭转地连接至正齿轮级的输出齿轮，蜗轮级的蜗轮抗扭转地连接至变速器侧的驻车锁轴。蜗杆轴轴向可移位地被固定在输出齿轮中。当达到驻车锁轴的驻车锁定位置时，止动件限制蜗轮的枢转运动。弹簧使蜗杆轴沿蜗杆轴的轴向方向抵在位于止动位置的固持器件上，固持器件借助于通电的电磁体被固定。当驻车锁轴位于非驻车锁定位置时，当固持器件由于电磁体断电而没有被电磁体固持在初始位置时，蜗杆轴在弹簧的作用下沿轴向方向移位、使蜗轮枢转到其止动位置。本发明还提出一种用于运行所述驻车锁的方法。

Description

用于自动变速器的驻车锁以及用于运行所述类型的驻车锁的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于自动变速器的驻车锁、并且涉及一种用于运行所述类型的驻车锁的方法。
背景技术
目前市场上可获得的机动车辆的大多数自动变速器具有驻车锁，该驻车锁借助于连接至选挡杆的缆线拉拔器来被机械操纵。在一些情况下，新的发展提供了一种由选挡杆电操纵的电动液压致动器件或电动致动器件。这被称为全线控换挡功能。如果车辆配备有全自动驻车功能，其中驾驶员在驻车过程中甚至可以位于车辆之外，则该车辆必须自动接合驻车锁。这仅在具有全线控换挡功能的变速器的情况下是可能的。
为了避免新的发展、或者在全线控换挡功能的设备率低的情况下、以及在使用大的相同零件形成基础变速器(base transmission)的情况下，使用位于变速器之外的电动驻车锁致动器。已知致动器换挡模块被螺栓固定在变速器的外部、并且直接连接至变速器的驻车锁轴，并且已知致动器换挡模块被紧固至变速器或车辆、并且经由缆线拉拔器来操纵驻车锁杠杆。
车辆必须能够在所有的道路坡度上、甚至在车载电气系统发生故障的情况下牢固地驻车。具有电动驻车制动器和电动驻车锁致动器的车辆因此需要冗余的第二电源或在这种情形下自动接合驻车锁的装置。
在实践中已知一种用于自动变速器的驻车锁，其中该驻车锁能够借助于电动驻车锁致动器被操纵，其中，该驻车锁致动器具有电动机、可以借助于该电动机来驱动的正齿轮级、以及可以借助于该正齿轮级来驱动的蜗轮级，其中，该蜗轮级的蜗杆轴抗扭转地连接至该正齿轮级的输出齿轮，并且该蜗轮级的蜗轮抗扭转地连接至变速器侧的驻车锁轴。所述电动驻车锁致动器被螺栓固定到变速器上、并且被用于以纯电动方式操作的乘客机动车辆(BMW i3)。所述驻车锁致动器没有配备故障安全功能，因为在电动车辆已经使用了冗余的电源。
EP 1 228 328 B1披露了一种具有电磁离合器的变速器致动组件，在发生电气故障的事件中，该变速器致动组件仅借助于弹簧元件脱离联接，并且因此接合变速器的挡位“P”和驻车锁。
发明内容
本发明的目的是进一步发展实践中已知的驻车锁，使得驻车锁功能在电气故障、尤其在车辆的车载电气系统发生故障的事件中被可靠地激活。这应该在驻车锁有紧凑设计的情况下被确保。本发明的目的是还指明一种用于操作所述类型的驻车锁的有利方法。
该目的是由根据本发明的一种驻车锁来实现的。该目的还通过根据本发明的一种方法来实现。
在根据本发明的驻车锁的情况下，该蜗杆轴以轴向可移位的方式被固定在该输出齿轮中。当达到该驻车锁轴的驻车锁定位置时，止动件限制该蜗轮的枢转运动。弹簧使该蜗杆轴沿该蜗杆轴的轴向方向抵在位于止动位置的固持器件上，其中该固持器件借助于通电的电磁体被固定。当该驻车锁轴位于非驻车锁定位置时，并且当该固持器件由于该电磁体断电而没有被该电磁体固持在初始位置时。该蜗杆轴在该弹簧的作用下沿轴向方向移位、并且使该蜗轮枢转到其止动位置。
因此，如果车辆的电源(即车载电气系统)在非驻车锁定位置的切换位置发生故障，该电磁体则不再通电。该弹簧使该蜗杆轴轴向地移动抵靠在该止动件(特别地壳体止动件)上、并且因此将该蜗轮旋转到驻车锁定位置的切换位置，该蜗杆轴、该正齿轮级、和该电动机在该过程中不旋转。该驻车锁因此在车辆的断电状态下自动接合。在这样的驻车锁致动器的情况下，这种操作情形不需要冗余的电源。
在一实施方式中，该正齿轮级具有小齿轮和该输出齿轮，该小齿轮连接至该电动机的输出轴，其中，该输出齿轮具有用于该蜗杆轴的携动齿部。
在一实施方式中，该蜗杆轴被设计成使得当该电磁体断电时该蜗杆轴由于自锁作用将该弹簧固持在位。
在一实施方式中，该蜗轮延伸过圆形的一部分上、特别地延伸过四分之一圆。
该蜗轮特别地被定位成使得该蜗轮在该非驻车锁定位置中被定位成面朝该正齿轮级、并且在该驻车锁定位置中被定位成面朝该弹簧。在此，弹簧经由蜗杆轴作用在蜗轮上，使得在发生电气故障的事件中，该蜗杆轴以及因此的蜗轮移动远离正齿轮级。
该固持器件优选地形成为固持杠杆。该固持杠杆以可围绕一固定轴摆动的方式被支承。该固持杠杆的一个杠杆臂可以被放置到与该电磁体的操作性位置中，并且该固持杠杆的另一个杠杆臂可以被放置成与该蜗杆轴操作性连接。当电磁体通电时，该电磁体固持该固持杠杆，由此该固持杠杆没有枢转、而是保持在所述位置中并且因此形成用于轴向可移位的蜗杆轴的反向支承。在电磁体的断电状态下，消除了这个反向支承功能，因为固持杠杆在弹簧的作用下枢转远离该电磁体，并且因此，同样在弹簧的作用下，该枢转轴被轴向移位，其中与该蜗杆轴啮合的蜗轮同时进行枢转、并且与该蜗轮连接的驻车锁轴转移到其驻车锁定位置中。
在本发明的优选的改进中，提供的是，该蜗杆轴接收轴向固定在其中的固持托架，该固持托架与位于该止动位置的该固持器件相接触。借助于所述固持托架，力可以以最优的方式在该固持托架与该固持器件(特别地固持杠杆)之间传递。
在一实施方式中，该固持器件在电磁体侧至少部分地磁性地构造，特别地，该固持器件在所述一个杠杆臂的区域中接收钢质盘形件。
在一实施方式中，该固持器件在另一弹簧的作用下被预紧抵靠在该电磁体上，特别地，所述一个杠杆臂被预紧抵靠在该电磁体上。
该固持器件在另一弹簧的作用下被预紧抵靠在该电磁体上。特别地，一个杠杆臂被预紧抵靠在该电磁体上。如果该电磁体断电并且在蜗轮侧的弹簧的作用下枢转，则所述另一弹簧具有的效果是，当这样的外枢转力不再作用在该固持器件上时，该固持器件枢转返回再次抵靠在该电磁体上。
在根据本发明的用于运行驻车锁的方法中，提供的是，在该驻车锁的脱离接合的情况下，当该电磁体通电时，该电动机使经由该固持器件支撑在该电磁体上的该蜗杆轴沿向前的旋转方向旋转。陈述“沿向前的旋转方向”应理解为是指蜗杆轴沿第一轴向方向旋转。相比之下，在该驻车锁的接合的情况下，该电动机使被支撑在该正齿轮级的该输出齿轮上的该蜗杆轴沿向后的旋转方向、并因此沿与脱离接合的情况下的旋转方向相反的轴向方向旋转。在电气故障、并且因此电磁体断电并且中断在该固持器件上的作用的情况下、并且在该驻车锁脱离接合的情况下，该蜗杆轴在该弹簧的作用下轴向移位，该蜗轮同时进行枢转以便接合该驻车锁。
根据相应方法步骤中在该固持器件与该电磁体之间有待实现的力的状态，所述电磁体优选地被不同程度地通电。因此，在驻车锁的脱离接合的情况下，提供的是，该电磁体最大程度地通电。在该驻车锁脱离接合的情况下，提供的是，该电动机减小程度地通电。在驻车锁的接合的情况下，提供的是，该电磁体减小程度地通电。
在车载电气系统发生故障并且蜗杆轴轴向位移以便到达驻车锁定位置之后，具体提供的是，在重新供应电力的事件中实施复位功能。在此，借助于该电动机，该蜗杆轴向后旋转，使得该蜗杆轴沿该输出齿轮的方向移动到其初始位置中。借助于另一弹簧，该固持器件被移动抵靠在该电磁体上，并且该电磁体通电、特别是减小程度地通电。
附图说明
本发明的进一步的特征将在从属权利要求、附图以及在附图中描绘的优选示例性实施例的说明中显现，而本发明并不局限于此。
在附图中：
图1在示意性图示中示出了用于自动变速器的驻车锁，该驻车锁具有根据实践中已知的现有技术的驻车锁致动器，
图2在示意性图示中示出了用于自动变速器的驻车锁，该驻车锁具有根据本发明的驻车锁致动器，
图3示出了图2中示出的驻车锁致动器的细节，
图4至图10示出了图2中示出的根据本发明的驻车锁致动器的不同操作状态。
具体实施方式
在自动变速器中使用了根据图1中示出的现有技术的驻车锁。驻车锁可以借助于电动驻车锁致动器1被操纵。所述驻车锁致动器具有电动机2、可以借助于电动机2驱动的正齿轮级3、以及可以借助于正齿轮级3驱动的蜗轮级4。正齿轮级3具有连接至输出轴5的小齿轮6、并且具有与小齿轮6啮合的输出齿轮(正齿轮)7。正齿轮7被轴向固定在轴承8中、并且固定地连接至正齿轮级4的蜗杆轴9。在背向轴承8的末端区域中，蜗杆轴9被安装在相对于壳体固定的另外的轴承10中。蜗杆轴9与蜗轮级4的蜗轮11啮合，该蜗轮延伸过四分之一圆。蜗轮11抗扭转地连接至自动变速器的驻车锁轴12。
驻车锁致动器1的所描述的零件被安排在壳体13内。在此之内，蜗轮11以及因此与其固定连接的驻车锁轴12可以在展示的驻车锁定位置P与非驻车锁定位置“非P”之间枢转，其中为了到达该非驻车锁定位置，蜗轮11从位置“P”逆时针枢转约25°的角。所述枢转在电动机2的作用下排他地沿其转子的一个旋转方向或另一旋转方向进行。
相对于按照图2中所展示的根据本发明的驻车锁致动器1，首先参考按照图1中的现有技术对致动器的说明从而避免重复；区别将从以下说明中显现：根据本发明的驻车锁致动器1与按照图1中的现有技术中已知的驻车锁致动器1的区别在于蜗杆轴9借助于在正齿轮7与蜗杆轴9之间的携动齿部14以轴向可移位的方式被安装在正齿轮7中。蜗杆轴9因此抗扭转地、并且沿旋转轴线的方向可移位的方式联接至正齿轮级3的正齿轮7。此外提供的是，弹簧力(确切地是在图2中展示的并且呈螺旋弹簧形式的弹簧15的力)沿远离正齿轮级3的轴向方向作用在蜗杆轴9上。弹簧15被支撑在壳体13上、并且在“非P”切换位置中被电磁体16和在下文中将更详细描述的机械装置固持在预应力状态下。在处于“非P”切换位置的电磁体16的电源发生故障的事件中，蜗杆轴9通过弹簧15来轴向移位、并且使蜗轮11和与其抗扭转地连接的驻车锁轴12旋转到“P”切换位置。由于蜗杆轴9从应急切换位置向后旋转，再次到达驻车锁致动器1的正常位置。
在正常操作过程中，凭借电动机2经由正齿轮级3和蜗轮级4使驻车锁轴12旋转来在切换位置“P”与“非P”(大多数齿轮箱中的“R”)之间进行切换。电动机2与驻车锁轴12之间的总传动比量为例如115。蜗杆轴9和正齿轮7抗扭转地彼此连接、并且从而借助于携动齿部14相对于彼此沿旋转轴线的方向可移位。正齿轮7可旋转地安装在相对于壳体固定的轴承8中。蜗杆轴9借助于轴肩17沿一个方向轴向支撑在正齿轮7上、并且沿另一个方向轴向支撑在固持托架18上，该固持托架通过U形轮廓19接合到蜗杆轴9的凹槽20中。固持托架18被固持在其位置中、并且防止借助于固持杠杆22进行旋转，该固持杠杆被安装在壳体13中以便可以围绕轴线21旋转。固持杠杆22由固定在壳体13中的电磁体16来被固持在该固持杠杆的位置中。借助于具有长的、电磁体侧的杠杆臂23以及短的、固持托架侧的杠杆臂24的固持杠杆22的杠杆比，作用在蜗杆轴9上的、作为蜗杆齿部的反应力的轴向力仅必须以减小的形式由电磁体16固持。
轴向固定在轴承10中的弹簧15永久性地作用在固持托架18上，并且在无故障操作过程中在所述位置中保持永久性无活动。弹簧15的轴向力同样借助于电磁体16被支撑。当车辆被驻车并且电磁体16断电时，蜗轮11位于切换位置P中并且抵靠在壳体止动件25上。这防止了弹簧15的轴向力使蜗杆轴9轴向移动。高传动比的自锁作用还防止了弹簧15的轴向力导致电动机2的不期望的旋转。被安排在固持杠杆22的旋转车桥21上的、并且以支腿弹簧为形式的另一弹簧26即便在断电的状态下也确保了固持杠杆22以限定的方式抵靠在电磁体16上。
如果车载电气系统在切换位置“非P”中发生故障，则电磁体16不再通电。弹簧15使蜗杆轴9轴向移动直到壳体止动件25为止、并且使蜗轮11旋转到切换位置“P”，蜗杆轴9、正齿轮级3、和电动机2在该过程中不旋转。该驻车锁因此在车辆的断电状态下自动接合。因此在此驻车锁致动器1的情况下，针对这种操作情形不需要冗余电源。
在根据本发明的示例性实施例中，蜗轮11具有在壳体13中“P”位置的止动件25。弹簧15经由盘形件27和U形固持托架18将力传递到蜗杆轴9。固持托架18在蜗杆轴9的凹槽20中传递力。固持托架18沿纵向方向在弹簧15上至少延伸过弹簧15的致动冲程的长度。固持杠杆22可旋转地安装在壳体13中、并且在正常位置中防止致动冲程。固持杠杆22被电磁体16固持在正常位置中。特别地，固持杠杆22由塑料制成、为了与电磁体16相互作用而具有内夹式钢质盘形件28。
可电气操纵的驻车锁致动器1作为切换单元被螺栓固定到变速器的外侧。电动机2借助于正齿轮级3和蜗轮级4以高的自锁总传动比使伸出到变速器之外的驻车锁轴12旋转。电机控制单元被优选地整合在致动器壳体中。
图4至图10示出了单独的操作状态和切换位置、并且展示了根据本发明的驻车锁致动器1的运作。
图4示出了在车辆驻车和关闭点火的情况下的操作状态。在此，驻车锁被接合，并且电磁体16断电。弹簧15被处于自锁状态的蜗杆轴9固持在位。蜗杆轴9被蜗轮11轴向固持。蜗轮11抵靠在止动件25上。
图5示出了开启点火的操作状态。在此，电磁体16通电。因为在这个切换位置中切换力和弹簧力都没有作用在固持杠杆22上，因此可以通过对应的致动以减小的功率进行通电。蜗杆轴9被蜗轮11轴向固持。蜗轮11抵靠在止动件25上。
图6示出了驻车锁的脱离接合的操作状态。电动机2通电，并且蜗杆轴2使蜗轮11旋转到切换位置“非P”中。为了这个目的，电磁体16被全功率通电。弹簧15的弹簧力以及蜗杆齿部上的反应力经由固持杠杆22被支撑在电磁体16上。当电动机2被致动时，蜗杆轴9沿向前的旋转方向旋转。蜗轮11从“P”位置到“非P”位置的枢转通过约25°的角来进行。
图7示出了脱离接合的驻车锁的操作状态。在此，蜗轮11位于切换位置“非P”，其中该蜗轮已经旋转通过了约25°、并且没有与后部壳体止动件接触。电磁体16仅必须给予抵消弹簧15的弹簧力的固持力。为了降低功率损耗，以降低的功率进行致动是可能的。
图8示出了驻车锁的接合的操作状态。在此，电动机2沿向后的旋转方向被致动、并且使蜗轮11旋转到切换位置“P”。蜗杆轴9借助于其轴肩17被轴向支撑在正齿轮7上。电磁体16同样仅支撑切换的弹簧力。在此同样地，以降低的功率对电磁体16进行致动是可能的。
图9示出了车载电气系统发生故障的操作状态。如果车载电气系统在驻车锁脱离接合时发生故障，则电磁体16则不再通电。弹簧15不承受固持杠杆22的任何固持力、并且经由固持托架18使蜗杆轴9沿轴向方向移动，使得蜗轮11旋转直到切换位置“P”的壳体止动件25为止。在此没有发生蜗杆轴9、正齿轮级3、和电动机2的旋转。在车辆的断电状态下，驻车锁自动接合。固持杠杆22由于固持托架18的移位位置被移动到倾斜位置中、并且由于在弹簧15上延伸的固持托架18的设计被固持在所述位置中。
借助于蜗杆轴9上的位置传感器来检测这样的机械故障安全的切换位置。如果在所述切换过程之后，能量源再次向车载电气系统提供供给，则电动机2的致动则初始地进行复位操作(图10中示出的)，以便恢复驻车锁致动器1的初始状态。为此目的，电动机2使蜗杆轴9向后旋转，直到蜗杆轴9再次采取其初始位置以用于抵接在正齿轮7上。弹簧15再次受应力。在此，蜗轮11保持在切换位置“P”中。固持杠杆22借助于另一弹簧26与钢质盘形件28一起旋转以用于抵接在电磁体16上。因此，完全功能性地恢复了驻车锁致动器1的初始状态。
参考符号列表
1 驻车锁致动器
2 电动机
3 正齿轮级
4 蜗轮级
5 输出轴
6 小齿轮
7 正齿轮
8 轴承
9 蜗杆轴
10 轴承
11 蜗轮
12 驻车锁轴
13 壳体
14 携动齿部
15 弹簧
16 电磁体
17 轴肩
18 固持托架
19 U形轮廓
20 凹槽
21 车桥
22 固持杠杆
23 杠杆臂
24 杠杆臂
25 壳体止动件
26 弹簧
27 盘形件
28 钢质盘形件

Claims (13)

1.一种用于自动变速器的驻车锁，其中该驻车锁能够借助于电动驻车锁致动器(1)被操纵，其中，该驻车锁致动器(1)具有电动机(2)、能够借助于该电动机(2)来驱动的正齿轮级(3)、以及能够借助于该正齿轮级(3)来驱动的蜗轮级(4)，其中，该蜗轮级(4)的蜗杆轴(9)抗扭转地连接至该正齿轮级(3)的输出齿轮(7)，并且该蜗轮级(4)的蜗轮(11)抗扭转地连接至变速器侧的驻车锁轴(12)，其特征在于：
-该蜗杆轴(9)以轴向可移位的方式固定在该输出齿轮(7)中，
-当达到该驻车锁轴(12)的驻车锁定位置时，止动件(25)限制该蜗轮(11)的枢转运动，
-弹簧(15)使该蜗杆轴(9)沿该蜗杆轴(9)的轴向方向抵在位于止动位置的固持器件(22)上，其中该固持器件(22)借助于通电的电磁体(16)被固定，
-当该驻车锁轴(12)位于非驻车锁定位置时，并且当该固持器件(22)由于该电磁体(16)断电而没有被该电磁体固持在初始位置时，该蜗杆轴(9)在该弹簧(15)的作用下沿轴向方向移位、并且使该蜗轮(11)枢转到其止动位置。
2.如权利要求1所述的驻车锁，其特征在于，该正齿轮级(3)具有小齿轮(6)和该输出齿轮(7)，该小齿轮连接至该电动机(2)的输出轴(5)，其中，该输出齿轮(7)具有用于该蜗杆轴(9)的携动齿部(14)。
3.如权利要求1或2所述的驻车锁，其特征在于，该蜗杆轴(9)被设计成使得当该电磁体(16)断电时该蜗杆轴由于自锁作用将该弹簧(15)固持在位。
4.如权利要求1至3之一所述的驻车锁，其特征在于，该蜗轮(11)延伸过圆形的一部分上、特别地延伸过四分之一圆。
5.如权利要求1至4之一所述的驻车锁，其特征在于，在该非驻车锁定位置，该蜗轮(11)被定位成面朝该正齿轮级(4)，并且在该驻车锁定位置，所述蜗轮被定位成面朝该弹簧(15)。
6.如权利要求1至5之一所述的驻车锁，其特征在于，该固持器件(22)被形成为固持杠杆(22)，该固持杠杆以能围绕一固定轴(21)摆动的方式被支承，其中，该固持杠杆(22)的一个杠杆臂(23)能够被放置到与该电磁体(16)的操作性位置中，并且该固持杠杆(22)的另一个杠杆臂(24)能够被放置成与该蜗杆轴(9)操作性连接。
7.如权利要求6所述的驻车锁，其特征在于，该蜗杆轴(9)接收轴向固定在其中的固持托架(18)，该固持托架与位于该止动位置的该固持器件(22)相接触。
8.如权利要求7所述的驻车锁，其特征在于，该弹簧(15)的一端被支撑在位置固定的止动件(13)上、并且另一端被支撑在该固持托架(18)或抵靠该固持托架(18)的盘形件(27)上。
9.如权利要求1至8之一所述的驻车锁，其特征在于，该固持器件(22)在电磁体侧至少部分地磁性地构造，特别地，该固持器件(22)在所述一个杠杆臂(23)的区域中接收钢质盘形件(28)。
10.如权利要求1至9之一所述的驻车锁，其特征在于，该固持器件(22)在另一弹簧(26)的作用下被预紧抵靠在该电磁体(16)上，特别地，所述一个杠杆臂(23)被预紧抵靠在该电磁体(16)上。
11.一种用于运行根据权利要求1至10中的一项或多项的特征的驻车锁的方法，其特征在于，
a.在该驻车锁的脱离接合的情况下，当该电磁体(16)通电时，该电动机(2)使经由该固持器件(22)支撑在该电磁体(16)上的该蜗杆轴(9)沿向前的旋转方向旋转，
b.在该驻车锁的接合的情况下，该电动机(2)使被支撑在该正齿轮级(3)的该输出齿轮(7)上的该蜗杆轴(9)沿向后的旋转方向旋转，
c.在电气故障、并且因此电磁体(16)断电并且中断在该固持器件(22)上的作用的情况下、并且在该驻车锁脱离接合的情况下，该蜗杆轴(9)在该弹簧(15)的作用下轴向移位，该蜗轮(11)同时进行枢转以便接合该驻车锁。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤a.中该电磁体(16)最大程度地通电、和/或当该驻车锁脱离接合时该电磁体(16)减小程度地通电、和/或在步骤b.中该电磁体(16)减小程度地通电。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在电气故障之后的复位功能的情况下，在重新供应电力的事件中，该电动机(2)使该蜗杆轴(9)向后旋转，该蜗杆轴(9)沿该输出齿轮(7)的方向移动到其初始位置中，该弹簧(15)使该固持器件(22)移动抵靠在该电磁体(16)上，并且该电磁体(16)通电、特别是减小程度地通电。
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