УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРА РЕЖИМОВ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F16H59/04 F16H61/24 

Изобретение относится к отрасли автомобилестроения, в частности, к устройствам управления автоматической гидромеханической трансмиссией с мехатронной системой переключения передач.

В мехатронных системах управления автоматическими трансмиссиями автомобилей выбор водителем режима движения осуществляется преимущественно путем изменения положения традиционного рычага-задатчика устройства для переключения передач, получившего название селектор. Рычаг-задатчик, снабженный рукояткой для захвата рукой, перемещается в прорезях-дорожках кулисы с возможностью фиксации, стопорения или возвращения в исходное положение, соответственно задаваемому водителем режиму; система датчиков положения обеспечивает получение информации о позиционировании положения рычага-задатчика; электронный блок селектора формирует для передачи в центральный контроллер соответствующий заданной позиции рычага код; индикаторное устройство выдает визуальную информацию о задаваемом и текущем режимах управления.

Схемные и конструктивные варианты известных селекторов разнообразны и зависят от назначения транспортного средства, квалификации водителя, индивидуальной манеры управления и ряда других обстоятельств.

В техническом решении [1] использован датчик положения рычага-задатчика и предложен способ определения позиционируемой поверхности, при котором считывают нанесенные на позиционируемую поверхность метки, ориентированные в двух координатных направлениях. Путем совместной обработки регистрируемых меток в каждом координатном направлении рассчитывают координаты позиционируемых поверхностей относительно базовой и таким образом определяют положение всей позиционируемой поверхности относительно базовой.

В техническом решении [2] в корпусе селектора на сферическом шарнире установлен рычаг-задатчик с возможностью его перемещения относительно продольной и поперечной осей, пересекающих общую точку, совпадающую с его главной осью. Рычаг-задатчик установлен на двух подвижных элементах, один из которых перемещается в продольном направлении (север-юг), а второй - в поперечном направлении (восток-запад). Каждый из подвижных элементов снабжен своим опорным блоком, которые установлены на расстоянии один относительно другого и расположены на первом элементе поперечно, а на втором элементе - продольно. На втором элементе образована кулачковая поверхность. С продольной и поперечной осями связаны датчики, в которых вырабатываются электрические сигналы углового положения элементов. На нижнем конце рычага имеется приемный элемент со стержнем, который может перемещаться внутри вдоль рычага. Приемный элемент смещает кулачковый повторитель, имеющийся на стержне, от общей точки. Между опорными блоками установлена ограничительная пластина (кулиса) с продольными вырезами, в которые входит рычаг при выборе включаемых передач. Каждый вырез и общая точка образуют плоскость, вдоль которой идентифицируется положение рычага, соответствующее задаваемому режиму управления трансмиссией, определяющему передаточное число трансмиссии.

Недостатком является система определения положения, основанная на спиральных резисторах-потенциометрах, по поверхности которых перемещаются щетки; передача сигналов по проводам непосредственно в контроллер без предварительной обработки; сложность механической части селектора; отсутствие принудительного стопорения рычага в положении «Р».

Наиболее простое и лаконичное решение приведено в источнике [3]. Кинематика поворота рычага-задатчика селектора обеспечивается единственным шаровым шарниром, конструкция которого объединяет установленный на шаровой головке кронштейна передатчик сигнала и два датчика, установленные на муфтовом соединении шарнира.

Однако в патенте дано лишь схемное решение нескольких вариантов без конструкторской проработки элементов, в том числе фиксации, возврата и стопорения рычага.

В качестве ближайшего прототипа предложенного изобретения принято техническое решение, описанное в источнике [4]. Устройство позволяет водителю посредством манипуляций рычагом-задатчиком выбирать и изменять одно из его положений в автоматическом и командном режимах управления. Все устройство смонтировано в корпусе, в котором рычаг-задатчик установлен на подвижных элементах с возможностью поворота вокруг оси «выбора» или оси «изменения» по траекториям, задаваемым кулисой с соответствующими прорезями-дорожками. Ось «изменения» - это ось поворота рычага в продольном направлении, чтобы выбрать одно из продольно упорядоченных положений «P», «R», «N», «D», «2», «1», или выбрать в соседней продольной дорожке кулисы «+» или «-». Ось «выбора» - это ось поворота рычага в поперечном направлении влево или вправо, чтобы выбрать положение «М» или «N». Положение «D» соответствует автоматическому режиму управления, «+» соответствует заданию более высокой скорости, «-» - более низкой скорости движения, которые являются ручными пунктами меню передачи. Положение «М» соответствует ситуации, когда автоматический способ управления изменяется на командный (ручной). Верхняя крышка устройства представляет собой кулису, объединенную с индикатором, подсвечиваемым диодной единицей и указывающим включенную передачу. Между кулисой-индикатором и основным корпусом расположен слайд, позволяющий рычагу переключения работать гладко. В слайде имеется отверстие для рычага переключения передач. При изменении позиции рычага слайд соответственно перемещается. В корпусе расположена считывающая система идентификации положения рычага переключения. В нижней части корпуса расположена матрица с профилированными углублениями, соответствующими форме дорожек кулисы. Самое максимальное углубление соответствует нулевой позиции рычага и его величина уменьшается к периферии. В углубление входит подпружиненный маркер, связанный стержнем через продольное осевое отверстие в рычаге с кнопкой в головке рычага переключения передач. Когда пользователь перемещает кнопку рычага, фиксация его выключается. Головка служит ручкой, которой водитель может переместить рычаг, выбирая необходимое его положение. Рычаг переключения передач под действием профилированных углублений матрицы может возвращаться к нулевой позиции.

Устройство снабжено двумя блоками датчиков. Первый блок датчиков расположен на электронном узле рычага-задатчика. Линейные датчики Холла расположены на держателе датчиков, связанном с печатной платой, присоединенной к тыловой поверхности пластины формирования. Для повышения надежности системы установлено минимум три датчика Холла и столько же взаимодействующих с ними магнитов, присоединенных к держателю магнитов и упорядоченных в цилиндрической форме. Держатель магнитов расположен на отдельной от рычага переключения оси, выполненной на фиксаторе, и кинематически посредством поводка и углубления связан с рычагом, так что имеет возможность поворачиваться вокруг оси своего крепления согласно движению рычага-задатчика переключения относительно оси «изменения». Первый блок датчиков считывает информацию о вращении рычага-задатчика относительно оси «изменения», доставляемую линейными датчиками Холла. Напряжение, вырабатываемое датчиком Холла, имеет линейную зависимость от угла поворота магнитов. При «нулевой» позиции рычага-задатчика угол между магнитами и датчиками Холла нулевой и, соответственно, напряжение равно нулю. Позиционирование положения рычага относительно оси «изменения» осуществляется по величине считываемого первым блоком датчиков напряжения, которое различно для положений «+», «-», а также позиций «R», «D» в связи с различной длиной дорожек кулисы и, соответственно, углом поворота магнитов.

Второй блок датчиков содержит свою электронную плату, свое множество датчиков Холла, магнитов и управляющее устройство. Этот блок датчиков считывает информацию о повороте рычага переключения передач относительно оси «выбора», чтобы выбрать позицию «N» или «М». Электронная плата второго блока датчиков идентична плате первого блока и может получать сигналы, произведенные линейными датчиками Холла первого и линейными датчиками Холла второго блока датчиков. Магнит второго блока дает предопределенную полярность. В диагональном направлении, например, одна область может быть намагничена с полюсом N, а другие области - с полюсом S. В результате может быть создано несколько комбинаций сигналов. Соответственно, возможно создание наборов двоичных кодов сигналов датчиков Холла второго блока датчиков. В устройстве предусмотрена «буферная» зона, которая может быть сформирована в образце намагничивания, предназначенная для снижения вероятности возможного сбоя системы позиционирования, если датчики Холла не собраны в линейной форме, или если образец намагничивания не ясен и движение рычага-задатчика не может быть идентифицировано.

Анализ приведенного ближайшего прототипа наряду с достоинствами обнаруживает и его основные недостатки. Во-первых, механическая часть устройства, несомненно, проще прототипа, описанного в источнике [2], однако все же усложнена отдельной установкой и приводом первого блока датчиков с его магнитами и держателем магнитов. В устройстве не предусмотрена позиция «P» (паркинг) для рычага-задатчика и отсутствует механизм его принудительного жесткого стопорения, хотя и есть ссылка на возможность изменения конфигурации кулисы или обособленного исполнения. Во-вторых, множество датчиков Холла, призванных повысить надежность функционирования системы позиционирования, чревато снижением надежности системы, позиционирование углового положения элементов которой определяется не только по наличию сигналов от датчиков, но и по отличию в величине вырабатываемого напряжения. К тому же требуется получение линейной зависимости величины напряжения от угла относительного перемещения. Одним из недостатков является проблема многослойных магнитов с переменной полярностью и «буферной» зоной, предназначенной для предотвращения сбоя в формировании кодовой информации о положении рычага.

Задачей предложенного изобретения является выполнение комплекса современных требований к системе управления автоматической трансмиссией и обеспечение высокого качества процессов функционирования механизмов селектора путем применения системы механизмов фиксации и стопорения рычага-задатчика при выборе режимов управления, индикации его положений в кулисе при одновременном упрощении конструкции механической части селектора и за счет этого повысить надежность конструкции, исключить вероятность случайных непреднамеренных перемещений рычага-задатчика в кулисе, улучшить эргономические качества управления трансмиссией, сократить расходы на изготовление.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для выбора режимов управления автоматической трансмиссией автомобиля, представляющем собой устанавливаемый в кабине водителя селектор с рычагом-задатчиком, смонтированным в корпусе на двух подвижных элементах, каждый из которых установлен с возможностью поворота относительно своей оси, пересекающей под прямым углом продольную ось рычага-задатчика, причем в своей верхней части, выступающей наружу из прорезей-дорожек кулисы с элементами индикации выбираемых водителем режимов управления, рычаг-задатчик снабжен рукояткой для его захвата рукой водителя и кнопкой привода подпружиненного маркера, а внутри корпуса селектора - снабжен элементами его фиксации и стопорения, взаимодействующими с профилированной матрицей и подпружиненными фиксаторами, внутри корпуса также расположены электронные устройства выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика, согласно изобретению, первый подвижный элемент установлен на консольной цилиндрической оси, расположенной в поперечной плоскости, закрепленной на несущей стенке корпуса селектора и снабженной по периферии кольцевой канавкой, с которой контактирует продетый в отверстие первого подвижного элемента цилиндрический стержень, стопорящий первый подвижный элемент от его перемещения в осевом направлении и служащий осью для установки на ней второго подвижного элемента, который выполнен в виде серьги, охватывающей первый подвижный элемент, на перемычке которой закреплен полый стержень рычага-задатчика с расположенным в нем подпружиненным маркером, опирающимся на профилированную матрицу с выполненными на ее опорной поверхности элементами направления движения, стопорения и фиксации положений рычага-задатчика; серьга в средней ее части снабжена выступами, избирательно сопрягаемыми с пазами правой и левой щек-фиксаторов, установленных на консольной цилиндрической оси первого подвижного элемента по обе его торцовые стороны и контактирующих своими профилированными канавками с закрепленными в корпусе селектора подпружиненными фиксаторами положения рычага-задатчика относительно соответствующих позиций кулисы. Электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика выполнено в виде печатной платы со светодиодами индикации, датчиками Холла и кинематически связанными с рычагом-задатчиком постоянными магнитами. Электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика расположено внутри корпуса под кулисой. Электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика снабжено вращательными чувствительными элементами углов поворота первого и второго подвижных элементов селектора. Вращательные чувствительные элементы положения рычага-задатчика вдоль продольных прорезей-дорожек кулисы и вдоль ее поперечных прорезей-дорожек расположены в гнездах внутри первого подвижного элемента, постоянный магнит первого вращательного чувствительного элемента расположен в гнезде, выполненном в теле консольной цилиндрической оси первого подвижного элемента, а постоянный магнит второго вращательного чувствительного элемента установлен на втором подвижном элементе. Электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи в центральный контроллер сигналов снабжено электрическими линиями входных сигналов, поступающих от датчиков положения органов управления автомобилем для передачи их в центральный контроллер через CAN-шину наряду с передачей сигналов позиционирования положения рычага-задатчика. Электронное устройство снабжено дифференциатором определения положения рычага-задатчика и скорости его перемещения. Содержит дополнительно, по меньшей мере, автономный электронный блок выработки, приема, обработки, индикации и передачи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика. Содержит, по меньшей мере, два механизма стопорения рычага-задатчика. Один из механизмов стопорения рычага-задатчика - механический, а второй - электромагнитный. Механический механизм стопорения рычага-задатчика снабжен подпружиненным маркером, контактирующим с профильными элементами установленной в корпусе селектора профилированной матрицы и механизмом его привода, расположенным в рукоятке рычага-задатчика. Электромагнитный механизм стопорения рычага-задатчика снабжен электромагнитом, пружиной выключения стопора и двуплечим рычагом со стопорящим усом, профиль которого согласован с соответствующими пазами в щеке-фиксаторе. Электромагнит механизма стопорения рычага-задатчика закреплен на несущей стенке корпуса селектора, а его якорь соединен кинематически с двуплечим рычагом стопора.

Характерная особенность предлагаемого технического решения селектора заключается в оснащении его двумя группами подпружиненных фиксаторов положения рычага-задатчика и двумя механизмами его стопорения. Первая группа фиксаторов предназначена для обеспечения перемещения рычага-задатчика в продольных вертикальных плоскостях прорезей-дорожек кулисы, одна из которых соответствует автоматическому режиму управления, а вторая - командному. Вторая группа фиксаторов обеспечивает надежное удержание рычага-задатчика в выбранных положениях, исключая возможность самопроизвольного его перемещения и, следовательно, смены режима управления. Для исключения вероятности случайного непреднамеренного перемещения рычага-задатчика в кулисе или ошибочного выбора его положения в процессе управления предусмотрены два механизма стопорения рычага-задатчика - механический и электромагнитный. В результате обеспечивается надежное функционирование селектора и исключение ошибок при управлении автоматической трансмиссией автомобиля.

Сущность изобретения поясняется рисунками. На фиг.1 показана структурная схема махатронной системы управления автоматической трансмиссией автомобиля; на фиг.2 - установка селектора и дисплея в кабине автомобиля; на фиг.3 - поперечный вертикальный разрез селектора; на фиг.4 - продольный вертикальный разрез селектора; на фиг.5 - подетальный состав селектора; на фиг.6 - общий вид профилированной матрицы; на фиг.7 и 8 - устройство механизмов выбора положений, фиксации и стопорения рычага-задатчика селектора; на фиг.9 - печатная плата электронного устройства селектора; на фиг.10 - установка вращательных угловых чувствительных элементов.

Селектор режимов управления - один из компонентов мехатронной системы управления автоматической трансмиссией автомобиля. На фиг.1 показаны основные компоненты системы: 1 - центральный контроллер; 2 - селектор; 3 - дисплей. В состав системы также входят датчики, несущие информацию о состоянии органов управления автомобилем: 4 - датчик педали рабочего тормоза; 5 - датчик рычага стояночного тормоза; 6 - датчик педали акселератора; 7 - рычаг выбора режимов управления автоматической трансмиссией (рычаг-задатчик селектора) с рукояткой 8, а также датчики режимов работы двигателя 9 и трансмиссии 10. Основные компоненты системы связаны с контроллером CAN-шинами 11, 12, 13, 14, а датчики 4, 5 и 6 соединены электрическими линиями связей с селектором. Селектор 2 и дисплей 3 установлены в кабине (или салоне) автомобиля (фиг.2).

Механизмы селектора смонтированы в корпусе 15, закрытом с правой стороны от водителя боковой крышкой 16, а сверху - кулисой 17, через прорези-дорожки которой продет рычаг-задатчик 7, снабженный рукояткой 8 (фиг.3, 4 и 5). Крышка 16 скреплена с корпусом 15 болтами 18. На кулисе 17 нанесены обозначения выбираемых режимов управления: 19 - «P» (паркинг); 20 - «R» (реверс); 21 - «N» (нейтраль); 22 - «D» (движение в автоматическом режиме); 23 - «L» (запрет на включение высших передач); 24 - режим «+» (повышение передачи при командном управлении); 25 - режим «-» (понижение передачи при командном управлении). Режимы «P», «R», «N», «D», «L» соответствуют нахождению рычага-задатчика 7 в левой длинной прорези-дорожке 26 кулисы 17, а режимы «+» и «-» - нахождению его в правой короткой прорези-дорожке 27 (фиг.5). Положение рычага-задатчика 7 в средней точке короткой прорези-дорожки 27 соответствует командному режиму управления «С». Прорези-дорожки 26 и 27 в положениях «D» и «C» рычага-задатчика 7 соединены между собой поперечной прорезью 28.

На боковой стенке корпуса 15 закреплена консольно цилиндрическая ось 29, снабженная по периферии кольцевой канавкой 30. Ось 29 расположена горизонтально в поперечной плоскости селектора. На цилиндрической оси 29 установлен с возможностью поворота на этой оси первый подвижный элемент 31, который зафиксирован от перемещения в осевом направлении цилиндрическим стержнем 32, контактирующим с кольцевой канавкой 30 цилиндрической оси 29 и отверстием 33 в первом подвижном элементе 31. Цилиндрический стержень 32 служит осью для установки и поворота на ней второго подвижного элемента 34, который выполнен в виде серьги, охватывающей с двух сторон первый подвижный элемент 31. На перемычке серьги второго подвижного элемента 34 закреплен полый стержень 7 рычага-задатчика. В центральном продольном отверстии стержня рычага-задатчика 7 расположен подпружиненный маркер 35, который представляет собой цилиндрический стержень с пояском 36 в нижней части и фигурным отверстием 37 в верхней части, в которое вставлен выступ собачки 38 механизма привода маркера. Собачка 38 установлена на оси 39 в рукоятке 8 с возможностью поворота относительно нее посредством кнопки 40, подвижно установленной на оси 41, закрепленной в рукоятке 8 рычага-задатчика. Рукоятка 8 надета на верхнюю часть полого стержня рычага-задатчика 7 и закреплена на нем пружинной стопорной скобой 42. Полость рукоятки 8, в которой расположена собачка 39, закрыта с обеих сторон крышками 43.

Маркер 35 посредством пружины 44 контактирует с профилированной матрицей 45, установленной под перемычкой серьги второго подвижного элемента 34 и закрепленной между несущей стенкой и боковой крышкой 16 корпуса 15 селектора штифтами 46. На опорной поверхности матрицы 45 выполнены выступы 47 и 48 (фиг.6), расположенные на дорожке, соответствующей нахождению рычага-задатчика 7 в левой длинной прорези-дорожке 26 кулисы 17 (автоматический режим управления), и коническая сплошная поверхность 49, соответствующая нахождению рычага-задатчика 7 в правой короткой прорези-дорожке 27 кулисы 17 (командный режим управления), а также две продольные канавки - длинная 50 и короткая 51.

На перемычке серьги второго подвижного элемента 34 установлен подпружиненный фиксатор рычага-задатчика 7 в положениях дорожек 26 и 27 кулисы 17, соответствующих автоматическому и ручному управлению. Фиксатор состоит из корпуса 52, пружины 53 и фиксирующего элемента 54 в виде шарика или профилированного стержня, избирательно контактирующего с одной из канавок 50 или 51 профилированной матрицы 45.

На консольной цилиндрической оси 29 по обеим сторонам первого подвижного элемента 31 установлены левая щека 55 стопорения и фиксации рычага-задатчика 7 и правая щека 56 фиксации рычага-задатчика 7, ограниченные от перемещения в осевом направлении шайбой 57 и стопорным кольцом 58.

Серьга второго подвижного элемента 34 с обеих сторон снабжена выступами 59 и 60, избирательно сопрягаемыми с пазами 61 и 62 левой и правой щек-фиксаторов 55 и 56 (фиг.7 и 8).

При положении рычага-задатчика 7 в левой длинной прорези-дорожке 26 кулисы 17, соответствующей автоматическому режиму управления, выступы 59 серьги второго подвижного элемента 34 находятся в пазах 61 левой щеки 55, а фиксирующий элемент 54, определяющий положение второго подвижного элемента 34 относительно матрицы 45 в поперечном направлении, располагается в ее длинной канавке 50 (фиг.7). На левой щеке 55 в нижней ее части выполнены профилированные канавки 63, которыми она контактирует с роликом 64 подпружиненного фиксатора 65, неподвижно установленного в корпусе селектора 15, фиксируя при этом положение рычага-задатчика в одной из выбранных позиций «P», «R», «N», «D» или «L» левой длинной прорези-дорожки 26 кулисы 17.

При положении рычага-задатчика 7 в правой короткой прорези-дорожке 27 кулисы 17, соответствующей командному режиму управления, выступы 60 серьги второго подвижного элемента 34 находятся в пазах 62 правой щеки 56, а фиксирующий элемент 54, определяющий положение второго подвижного элемента 34 относительно матрицы 45 в поперечном направлении, располагается в ее короткой канавке 51 (фиг.8). В положении «C» рычага-задатчика 7 ролик 68 подпружиненного фиксатора 69 находится в профилированной канавке 70 правой щеки 56. Профиль канавки 70 способствует возвращению рычага-задатчика 7 из позиций «+» или «-» в среднее положение «C» короткой прорези-дорожки 27 кулисы 17. Двухсторонние выступы 71 правой щеки 56 предназначены для ограничения ее углового поворота относительно консольной цилиндрической оси 29.

Для принудительного стопорения рычага-задатчика 7 в позициях «P» и «N» левой прорези-дорожки 26 кулисы 17 в нижней части корпуса 15 на оси 72 установлен двуплечий рычаг 73 электромагнитного стопора, снабженный стопорящим усом 74, профиль которого согласован с пазами 75 и 76, выполненными на наружной кольцевой поверхности левой щеки 55. Рычаг 73 соединен пальцем 77 со стержнем 78 якоря электромагнита 79, снабженным спиральной пружиной сжатия 80, которая при обесточенной обмотке электромагнита 79 обеспечивает выключенное состояние электромагнитного механизма стопорения, как показано на фиг.4.

Во внутренней полости кулисы 17 с помощью подкладки 81 установлена печатная плата 82 электронного блока селектора, представляющего собой электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика 7 (фиг.5 и 9). На печатной плате расположены датчики Холла 83 и 84, светодиоды 85 и 86 и коннектор 87 линий электрических связей селектора с другими компонентами мехатронной системы управления. Постоянные магниты 88 и 89 датчиков Холла 83 и 84 кинематически связаны с рычагом-задатчиком 7. Магнит 88 закреплен на шторке 90, расположенной в пазах салазок 91 с возможностью совместного перемещения с рычагом-задатчиком 7 (фиг.4 и 5). Шторка 90 предназначена для защиты от загрязнения механизмов селектора, расположенных в его корпусе 15. Магнит 89 закреплен на пластинке 92, снабженной отверстием, через которое проходит рычаг-задатчик 7.

Дополнительный автономный электронный блок селектора снабжен чувствительными элементами, расположенными в узле подвижного соединения первого 31 и второго 34 подвижных элементов (фиг.10). Чувствительный элемент 93 положения рычага-задатчика 7 вдоль продольных дорожек кулисы 17 и чувствительный элемент 94 положения рычага-задатчика 7 вдоль поперечной дорожки кулисы расположены в нишах (гнездах), выполненных в теле первого подвижного элемента 31. Постоянный магнит 95 чувствительного элемента 93 расположен в нише, выполненной в теле консольной цилиндрической оси 29. Постоянный магнит 96 чувствительного элемента 94 расположен в нише второго подвижного элемента 34.

Дополнительный автономный электронный блок селектора может быть установлен и использоваться в качестве дублирующего, резервного, единственного или основного, а также функционирующего параллельно с первым для повышения надежности системы.

Основные функции, выполняемые селектором: задание водителем выбираемых режимов управления; прием, обработка и кодирование электронным блоком селектора информационных сигналов о позиционировании рычага-задатчика 7 и сигналов датчиков 4, 5, 6 о состоянии органов управления автомобилем; передача кодированных сигналов по CAN-шине в центральный контроллер; индикация положений рычага-задатчика 7; управление электромагнитным механизмом стопорения рычага-задатчика 7.

По соответствующим линиям связи в селектор поступают следующие сигналы (фиг.1): дискретный сигнал положения педали рабочего тормоза 4; дискретный сигнал положения рычага стояночного тормоза 5; аналоговый сигнал положения педали акселератора 6. Питание электронных устройств селектора осуществляется от бортовой сети автомобиля.

Селектор позволяет осуществлять выбор следующих режимов управления: «P» - парковка (Parking); «N» - нейтраль (Neutral); «D» - режим автоматического управления переключением передач (Drive); «L» - режим запрета включения высших передач при автоматическом управлении (Low); «C» - режим командного управления переключением ступеней; «+» - повышение номера передачи при командном управлении; «-» - понижение номера передачи при командном управлении.

В положениях «P» и «N» рычаг-задатчик 7 блокирован от перемещений электромагнитным механизмом стопорения. Электронный блок селектора в этих положениях рычага-задатчика 7 запитывает обмотку электромагнита 79, электромагнит втягивает якорь, сжимая пружину 80, стержень 78 якоря поворачивает двуплечий рычаг 73 и вводит его стопорящий ус 74 в паз 75 левой щеки 55 - в положении рычага-задатчика «P» либо в паз 76 - в положении «N».

На фиг.4 положение рычага-задатчика 7 и кинематически связанной с ним левой щеки 55 показано в положении «N» при выключенном состоянии электромагнитного механизма стопорения, соответствующем обесточенной обмотке электромагнита 79. В этом случае пружина 80 выдвигает стержень 78 якоря электромагнита 79, поворачивает двуплечий рычаг 73 против часовой стрелки и выводит его стопорящий ус 74 из паза 76 левой щеки, разблокируя рычаг-задатчик 7.

Блокирование рычага-задатчика 7 электромагнитным механизмом стопорения в положениях «P» и «N» предотвращает случайные непреднамеренные его перемещения в другие положения, исключает вероятность самопроизвольного трогания автомобиля с места и обеспечивает безопасность управления.

Во всех остальных положениях рычага-задатчика 7 электромагнитный механизм стопорения находится в выключенном состоянии, а возможность его перемещений в прорезях-дорожках кулисы 17 контролируется механическим механизмом стопорения.

В исходном состоянии автомобиля рычаг-задатчик 7 находится в положении «Р» и включен стояночный тормоз. При включении зажигания перед запуском двигателя автомобиля селектор подключается к источнику питания, электронный блок селектора запитывает обмотку электромагнита 79 и включает электромагнитный механизм стопорения. Электромагнит втягивает якорь, сжимая пружину 80, поворачивает двуплечий рычаг 73 и вводит его стопорящий ус 74 в паз 75 левой щеки 55. В результате происходит блокирование рычага-задатчика 7 в положении «P».

Поскольку положение «P» рычага-задатчика 7 находится в продольной прорези-дорожке 26 кулисы 17, то подпружиненный маркер 35 располагается на дорожке профилированной матрицы 45 с выступами и находится за выступом 47 с высокой ступенькой, который препятствует перемещению рычага-задатчика 7, блокируя его в положении «P». Следовательно, подпружиненный маркер 35 совместно с профилированной матрицей 45 представляет собой механический механизм стопорения рычага-задатчика 7. Таким образом, в положении «P» рычаг-задатчик 7 блокирован одновременно механическим и электромагнитным механизмами стопорения.

Для выведения рычага-задатчика 7 из положения «Р» необходимо нажать на педаль рабочего тормоза и нажать кнопку 40 рукоятки 8 селектора. По сигналу датчика 4 рабочего тормоза электронный блок селектора обесточивает обмотку электромагнита 79, а пружина 80 перемещает его якорь, поворачивая при этом двуплечий рычаг 73 против часовой стрелки и выводя его стопорящий ус из паза 75 левой щеки 55. В результате электромагнитный механизм стопорения выключается. При нажатии кнопки 40 собачка 38 поворачивается относительно оси 39 и, сжимая пружину 44, поднимает маркер 35 выше выступа 47 профилированной матрицы 45. В результате и механический механизм стопорения перестает препятствовать перемещению рычага-задатчика 7 относительно кулисы 17.

После освобождения рычага-задатчика 7 от обоих механизмов стопорения его можно переместить из положения «P» в любое положение как длинной 26, так и короткой 27 прорези-дорожки кулисы 17 и выбрать любой из предусмотренных режимов управления, в том числе режим «N» - нейтральное состояние трансмиссии.

Включение реверса «R» осуществляют из положения «N». В нейтральном состоянии рычаг-задатчик 7 также заблокирован электромагнитным механизмом стопорения, а стопорящий ус 74 двуплечего рычага 73 находится в пазу 76 левой щеки 55. Кроме того, перемещению рычага-задатчика 7 из положения «N» в положение «R» препятствует низкая ступенька выступа 47 профилированной матрицы 45, в которую упирается маркер 35. Следовательно, для перехода «N»→«R» необходимо разблокировать оба механизма стопорения - механический и электромагнитный. Для этого нажимают педаль тормоза и кнопку 40 рукоятки 8 селектора, что позволяет перевести рычаг-задатчик 7 в положение «R». При этом маркер 35 преодолеет низкую ступеньку выступа 47 профилированной матрицы 45 и будет находиться на ней. Высокая ступенька выступа 47 предотвратит возможность перевода рычага-задатчика 7 в положение «P».

Перемещению рычага-задатчика 7 в положение «D» маркер 35 не препятствует, поэтому нажимать кнопку 40 на рукоятке 8 селектора нет необходимости, достаточно лишь нажать на педаль рабочего тормоза, чтобы обесточить обмотку электромагнита 79 и разблокировать электромагнитный механизм стопорения. Рычаг-задатчик 7 при переводе «N»→«D» перемещают в кулисе 17 назад (т.е. поворачивают против часовой стрелки, согласно фиг.4). В положении «D» трогание автомобиля с места и переключения передач осуществляются в автоматическом режиме.

Если возникает необходимость предотвращения переключения на очередную высшую передачу, например, с целью поддержания заданной скорости в автоматическом режиме управления, рычаг-задатчик 7 переводят в положение «L». Для этого необходимо нажать кнопку 40 на рукоятке 8 селектора, чтобы снять защиту от перемещения «D»→«L» рычага-задатчика 7 и переместить его назад. В результате маркер 35 будет расположен на выступе 48.

Для возврата в режим «D» из режима «L» достаточно переместить рычаг-задатчик 7 на одну позицию вперед (повернуть по часовой стрелке - на фиг.4) без нажатия кнопки 40.

Для выхода из положения «D» в нейтраль «N» также нет необходимости нажимать кнопку 40. После перевода рычага-задатчика 7 в положение «N» электронный блок селектора включит электромагнит 79 и заблокирует рычаг в этом положении электромагнитным механизмом стопорения.

Для предупреждения водителя о необходимости нажатия педали рабочего тормоза при выходе из положений «P» и «N» на кулисе 17 предусмотрено окошко-индикатор 97 (фиг.5), в котором подсвечивается символ вида 4 (фиг.1). После нажатия педали тормоза этот индикатор гаснет и во всех остальных положениях рычага-задатчика 7 он не светится.

Таким образом, применение двух механизмов стопорения рычага-задатчика 7 - механического и электромагнитного - обеспечивает надежное функционирование селектора и позволяет исключить ошибки при выборе режимов управления автоматической трансмиссией автомобиля.

Перемещение рычага-задатчика 7 в продольной вертикальной плоскости длинной щели-дорожки 26 кулисы 17 обеспечивается подпружиненным фиксирующим элементом 54, перемещаемым вдоль длинной продольной канавки 50 профилированной матрицы 45, а положения «P», «R», «N», «D», «L» рычага-задатчика 7 в этой щели-дорожке фиксируются роликом 64 пружинного фиксатора 65, взаимодействующим с профилированными канавками 63 левой щеки 55. В этой же плоскости посредством рычага-задатчика 7 перемещается шторка 90 с закрепленным на ней постоянным магнитом 88. В каждом из положений «P», «R», «N», «D», «L» магнит 88 оказывается под одним из ряда расположенных на печатной плате 82 датчиков Холла 83, который формирует информационный сигнал о выбранном положении рычага-задатчика 7. Одновременно в соответствующем окне 19-23 кулисы 17 включается индикация выбранного режима управления, осуществляемая одним из светодиодов 85, расположенных на печатной плате 82.

Переход из длинной щели-дорожки 26 кулисы 17 в короткую щель-дорожку 27 осуществляется только из положения «D» рычага-задатчика 7. Для этого перехода рычаг-задатчик 7 перемещают вдоль поперечной щели 28 кулисы 17 в положение «C», соответствующее командному режиму управления. Электромагнитный и механический механизмы стопорения этому перемещению не препятствуют. При этом второй подвижный элемент селектора 34 поворачивается в поперечной плоскости селектора относительно оси цилиндрического стержня 32, установленного в первом подвижном элементе 31. В положениях «D» и «C» пазы 61 левой щеки 55 и пазы 62 правой щеки 56 располагаются в одной поперечной плоскости. Поэтому при переводе рычага-задатчика 7 из положения «D» в положение «C» выступы 59 серьги 34 выходят из пазов 61 левой щеки 55, разобщая эту щеку с рычагом-задатчиком 7, и входят в пазы 62 правой щеки 56, связывая кинематически эту щеку с рычагом-задатчиком 7 (фиг.8). При этом исходное положение правой щеки 56 зафиксировано роликом 68 пружинного фиксатора 69, взаимодействующим с профилированной канавкой 70.

Поворот второго подвижного элемента 34 селектора при переходе из режима «D» в режим «C» сопровождается перемещением фиксирующего элемента 54 в короткую канавку 51 профилированной матрицы 45, а маркер 35 оказывается на гладкой дорожке, образованной конической поверхностью 49 матрицы 45. При этом переходе в трансмиссии сохраняется передача, включенная в автоматическом режиме управления «D».

Для управления переключением передач в командном режиме «C» рычаг-задатчик 7 необходимо перемещать в короткой щели-дорожке 27 кулисы 17 в положение «+» либо «-» соответственно при повышении или понижении номера передачи. При этом фиксирующий элемент 54 перемещается вдоль короткой канавки 51 матрицы 45, обеспечивая движение рычага-задатчика 7 в продольной вертикальной плоскости щели-дорожки 27 кулисы 17. Позиции «+» и «-» рычага-задатчика 7 не фиксируемые. Переведенный в любую из этих позиций из положения «С» рукой водителя и затем отпущенный рычаг-задатчик 7 самостоятельно возвращается в позицию «C» под действием роликового фиксатора 69 и фиксирующего элемента 54 вследствие переменной глубины короткой канавки 51 матрицы 45. В положениях «+» и «-» электронным блоком селектора формируется однократный цифровой сигнал, поступающий по CAN-шине в центральный контроллер.

Величина перемещения рычага-задатчика 7 в короткой щели-дорожке 27 кулисы 17 ограничена выступами 71 правой щеки 56, ограничивающими угол ее поворота относительно оси 29.

При переходе в командный режим управления рычаг-задатчик 7 передвигает в поперечной вертикальной плоскости пластину 92 с закрепленным на ней магнитом 89 (фиг.5), приближая его к ряду датчиков Холла 84, расположенных на печатной плате 82. В положении «C» средний датчик Холла из этого ряда формирует информационный сигнал перехода на командный режим управления. Крайние датчики Холла 84 формируют сигналы о положениях «+» и «-», а светодиоды 86 обеспечивают индикацию этих положений в окнах 24 и 25 кулисы 17.

Аналогичная информация о положениях рычага-задатчика 7 формируется чувствительными элементами 93 и 94, расположенными на первом подвижном элементе 31 (фиг.10).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент США №4939456 МКИ⁵ G01D 5/16; G01R 33/02; H03K 17/90; H01L 27/22; опубл. 03.07.1990 г.

2. Патент США №7829805 B2 МКИ H01H 9/06; опубл. 09.11.2010 г.

3. Патент США №4912997 МКИ F16H 61/24; B60K 41/22; опубл. 03.04.1990 г.

4. Патент США №7750624 МКИ G01B 7/14; B60K 17/12; опубл. 06.07.2010 г.

Изобретение относится к устройствам управления гидромеханической трансмиссией с мехатронной системой переключения передач. Устройство содержит селектор с рычагом-задатчиком, перемещаемый рукой водителя продольно и поперечно по прорезям кулисы. Первый подвижный элемент установлен на консольной цилиндрической оси. Он зафиксирован в осевом направлении цилиндрическим стержнем, на котором установлен второй подвижный элемент в виде серьги. На перемычке второго подвижного элемента смонтирован стержень рычага-задатчика с элементами пружинного фиксатора и стопора, контактирующих с профильными элементами матрицы. На консольной цилиндрической оси с обеих сторон первого подвижного элемента установлены щеки-фиксаторы положений рычага-задатчика в кулисе. Внутри корпуса селектора предусмотрена установка двух автономных электронных блоков выработки, приема, обработки, индикации и передачи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика. Первое электронное устройство в виде печатной платы с датчиками Холла, постоянными магнитами и светодиодами расположено непосредственно под кулисой. Второе электронное устройство содержит чувствительные датчики перемещений, установленные в теле первого подвижного элемента, а также постоянные магниты, один из которых установлен в теле консольной цилиндрической оси установки первого подвижного элемента, а второй - в теле серьги второго подвижного элемента. Устройство снабжено механическим пружинным стопором положения рычага-задатчика, а также электромагнитным стопором в виде двуплечего рычага, стопорящий ус которого входит в паз одной из щек-фиксаторов под действием усилия электромагнита, а выводится из паза пружиной. Достигается повышение надежности устройства. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для выбора режимов управления автоматической трансмиссией автомобиля, представляющее собой установленный в кабине водителя селектор с рычагом-задатчиком, смонтированным в корпусе на двух подвижных элементах, каждый из которых установлен с возможностью поворота относительно своей оси, пересекающей под прямым углом продольную ось рычага-задатчика, причем в своей верхней части, выступающей наружу из прорезей-дорожек кулисы с элементами индикации выбираемых водителем режимов управления, рычаг-задатчик снабжен рукояткой для его захвата рукой водителя и кнопкой привода подпружиненного маркера, а внутри корпуса селектора снабжен элементами его фиксации и стопорения, взаимодействующими с профилированной матрицей и подпружиненными фиксаторами, внутри корпуса также расположены электронные устройства выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика, отличающееся тем, что первый подвижный элемент установлен на консольной цилиндрической оси, расположенной в поперечной плоскости, закрепленной на несущей стенке корпуса селектора и снабженной по периферии кольцевой канавкой, с которой контактирует продетый в отверстие первого подвижного элемента цилиндрический стержень, стопорящий первый подвижный элемент от его перемещения в осевом направлении и служащий осью для установки на ней второго подвижного элемента, который выполнен в виде серьги, охватывающей первый подвижный элемент, на перемычке которой закреплен полый стержень рычага-задатчика с расположенным в нем подпружиненным маркером, опирающимся на профилированную матрицу с выполненными на ее опорной поверхности элементами направления движения, стопорения и фиксации положений рычага-задатчика; серьга в средней ее части снабжена выступами, избирательно сопрягаемыми с пазами правой и левой щек-фиксаторов, установленных на консольной цилиндрической оси первого подвижного элемента по обе его торцовые стороны и контактирующих своими профилированными канавками с закрепленными в корпусе селектора подпружиненными фиксаторами положения рычага-задатчика относительно соответствующих позиций кулисы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика выполнено в виде печатной платы со светодиодами индикации, датчиками Холла и кинематически связанными с рычагом-задатчиком постоянными магнитами.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика расположено внутри корпуса под кулисой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи по линиям связи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика снабжено вращательными чувствительными элементами углов поворота первого и второго подвижных элементов селектора.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вращательные чувствительные элементы положения рычага-задатчика вдоль продольных прорезей-дорожек кулисы и вдоль ее поперечных прорезей-дорожек расположены в гнездах внутри первого подвижного элемента, постоянный магнит первого вращательного чувствительного элемента расположен в гнезде, выполненном в теле консольной цилиндрической оси первого подвижного элемента, а постоянный магнит второго вращательного чувствительного элемента установлен на втором подвижном элементе.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронное устройство выработки, приема, обработки, индикации и передачи в центральный контроллер сигналов снабжено электрическими линиями входных сигналов, поступающих от датчиков положения органов управления автомобилем для передачи их в центральный контроллер через CAN-шину наряду с передачей сигналов позиционирования положения рычага-задатчика.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронное устройство снабжено дифференциатором определения положения рычага-задатчика и скорости его перемещения.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит дополнительно, по меньшей мере, автономный электронный блок выработки, приема, обработки, индикации и передачи в центральный контроллер сигналов позиционирования положения рычага-задатчика.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, два механизма стопорения рычага-задатчика.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что один из механизмов стопорения рычага-задатчика механический, а второй - электромагнитный.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что механический механизм стопорения рычага-задатчика снабжен подпружиненным маркером, контактирующим с профильными элементами установленной в корпусе селектора профилированной матрицы и механизмом его привода, расположенным в рукоятке рычага-задатчика.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что электромагнитный механизм стопорения рычага-задатчика снабжен электромагнитом, пружиной выключения стопора и двуплечим рычагом со стопорящим усом, профиль которого согласован с соответствующими пазами в щеке-фиксаторе.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что электромагнит механизма стопорения рычага-задатчика закреплен на несущей стенке корпуса селектора, а его якорь соединен кинематически с двуплечим рычагом стопора.