一种变速器换挡执行器、换挡方法以及车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种变速器的换挡执行机构，利用双程气缸活塞可以停留的三个位置，实现变速箱两个挡位加一个空档间的切换。同时利用布置于气缸上的位置传感器，能够准确判断变速箱当前挡位以及执行器故障信息。一种换挡执行器，用于变速器挡位切换，包括气缸和布置在气缸内能够往返运动的活塞，所述活塞杆活动连接所述变速器换挡机构，其特征在于，所述活塞分为前活塞和后活塞，所述前活塞和所述后活塞在固定行程内移动，所述前活塞和所述后活塞将所述气缸分成三个空间：第一空间具有第一端口，用于向第一空间的气体传送；第二空间具有第二端口，用于向第二空间的气体传送；第三空间具有第三端口，用于向第三空间的气体传送。
【专利说明】一种变速器换挡执行器、换挡方法以及车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变速器换挡执行机构，特别适用于陆地行驶车辆。
【背景技术】
[0002]气动执行器多用于控制车辆变速箱的换挡中。一般用于换挡的执行器包括气缸和用于促进气缸活塞运动的电磁阀及其控制系统。在气缸中活塞被布置为在气缸中进行往返运动，带动变速箱的换挡机构帮助变速箱各齿轮相互组合以达到换挡的目的。活塞将气缸分成第一空间和第二空间，电磁阀的作用是将压缩空气通过空气阀同时或顺时放入第一空间或第二空间，利用两个空间的压力差使活塞往返运动。气缸用于变速箱换挡的工作的原理是:电子控制模块实时比较给定信号与位移传感器的反馈信号，当给定信号发生变化时，电子控制模块控制电磁阀组中的阀门通断，从而使气缸的活塞发生位置移动，当气缸的活塞发生位置移动时，带动换挡机构位置变化，从而实现挡位的切换。由于一个单程气缸仅能实现两个位置的切换，在多挡变速箱中，通常需要使用多个单程气缸分别控制实现多挡切换。传统的双行程气缸是由两个气缸机械配合，可以实现三个位置切换，非常适用于两挡加空挡变速箱的换挡使用。但是传统双行程气缸一般有四个气体交换孔，使用时需要配合四个气体控制阀，在设计和控制上都稍显繁冗。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种变速器的换挡执行机构，利用双程气缸活塞可以停留的三个位置，实现变速箱两个挡位加一个空档间的切换。同时利用布置于气缸上的位置传感器，能够准确判断变速箱当前挡位以及执行器故障信息。一种换挡执行器，用于变速器挡位切换，包括气缸和布置在气缸内能够往返运动的活塞，所述活塞杆活动连接所述变速器换挡机构，其特征在于，所述活塞分为前活塞和后活塞，所述前活塞和所述后活塞在固定行程内移动，所述前活塞和所述后活塞将所述气缸分成三个空间:第一空间具有第一端口，用于向第一空间的气体传送；第二空间具有第二端口，用于向第二空间的气体传送；第三空间具有第三端口，用于向第三空间的气体传送。
[0004]根据上述的换挡执行器，所述气缸壁上布置有位置传感器，用于反馈后活塞的位置。
[0005]进一步地，所述气缸壁上布置有位置传感器，用于反馈前活塞的位置。
[0006]一种用于控制换挡执行器的系统，所述系统包括:上述的气动执行器；至少一个气体源；连接到所述第一空间的第一阀构件，从所述气体源向所述第一空间传输气体；以及连接到所述第二空间的第二阀构件，从所述气体源向所述第二空间传输气体；以及连接到所述第三空间的第三阀构件，从所述气体源向所述第三空间传输气体；以及用于控制所述阀构件的模块。
[0007]根据上述用于控制换挡执行器的系统，所述第一阀构件、第二阀构件、第三阀构件还用于使气体从第一空间、第二空间、第三空间中排出。[0008]一种变速器，包括:上述的换挡执行器以及上述的执行器控制系统；还具有一输入轴和一输出轴以及若干齿轮的变速器；至少一个气体源；至少三个控制阀，用于控制所述气体源向所述气缸缸体进气或者出气。
[0009]一种机动车辆，其用上述换挡执行器，或者上述换挡执行器控制系统，或者上海述的变速器。
[0010]一种用于控制换挡执行器的方法，包括气缸和布置在气缸内能够往返运动的活塞，所述活塞杆活动连接所述变速器换挡机构，所述活塞分为前活塞和后活塞，所述前活塞和所述后活塞将所述气缸分成三个空间:第一空间具有第一端口，用于向第一空间的气体传送；第二空间具有第二端口，用于向第二空间的气体传送；第三空间具有第三端口，用于向第三空间的气体传送，其特征在于所述执行器通过如下方法实现三种驱动状态:
[0011]第一驱动状态，利用第二气体脉冲通过第二端口向气缸充气；
[0012]第二驱动状态，利用第三气体脉冲通过第三端口向气缸充气；
[0013]第三驱动状态，首先利用第一气体脉冲通过第一端口向第一空间充入气体，然后利用第三气体脉冲向第三空间充入气体。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的其中一个实施例的换挡执行器的结构示意图；
[0015]图2是本发明换挡气动执行器第一驱动状态示意图；
[0016]图3是本发明换挡气动执行器第二驱动状态示意图；
[0017]图4是本发明换挡气动执行器第三驱动状态示意图；
[0018]图5是换挡气动执行器第一驱动状态气体脉冲不意图；
[0019]图6是换挡气动执行器第二驱动状态气体脉冲示意图；
[0020]图7是换挡气动执行器第三驱动状态气体脉冲示意图；
[0021]图8是用于控制本发明上述执行器的控制系统示意图；
【具体实施方式】
[0022]本发明的换挡执行器，用于变速器挡位切换，包括气缸和布置在气缸内能够往返运动的活塞，所述活塞杆活动连接所述变速器换挡机构如拨叉或拨块。图1是本发明的换挡执行器的结构示意图，下面结合图1所示对本发明的结构进行详细描述。本发明的气缸内置有活塞，分为前活塞和后活塞，分别具有活塞头301、303和活塞杆302、304，其中前活塞杆302长度小于后活塞杆304长度。二者依次置于同一气缸中，气缸具有柱状空间，具有前端壁102、侧壁101、后端壁103，在特定条件下为密闭空间。其中前活塞完全置于气缸内，后活塞以与前活塞相同的方式置于气缸中，后活塞头303置于气缸中，但活塞杆304穿过气缸的后端壁103。在特定状态下，如活塞和后活塞能够在气缸中沿气缸轴向方向自由移动，或者由前活塞杆推动后活塞，使后活塞杆能够以不同的长度伸出气缸，从而使连接于后活塞的杆的机械结构得到预期的驱动。
[0023]前活塞和后活塞将所述气缸分成三个空间:第一空间201由前活塞头301与气缸前端壁102、气缸侧壁101围成，具有设置于气缸前端壁102或侧壁101上的第一端口 204，用于向第一空间201的气体传送；第二空间202由前活塞头301和后活塞头303以及气缸侧壁101围成，具有设置于气缸壁上的第二端口 205，用于向第二空间202的气体传送；第三空间203由后活塞头303、气缸侧壁101以及后端壁103围成，具有设置于第三端口 206，用于向第三空间203的气体传送。
[0024]通过控制前后活塞在气缸内的行程可以更方便准确地控制活塞位置，例如，在气缸内壁设置阻隔物104，或在气缸壁上设置磁极，通过与活塞磁环相互作用设置阻挡。在第二空间的气缸内壁设置阻隔物104，使前活塞和后活塞在各自的行程范围内移动。
[0025]该气动执行器在使用时，上述第一端口 204、第二端口 205以及第三端口 206与至少一个气体源相通，端口与气体源之间设置气体控制阀结构。该气体源能够通过第一、二、三端口向相应的空间内充入气体，使空间内压强增大，从而推动活塞运动。本领域技术人员容易理解可以通过控制气体的流量、气体脉冲等方式控制气体充入。可以理解的是，当其中一个空间体积因活塞的移动而变大时，相应的其它一个或两个空间的体积将被迫减小，减小的空间内的气体可以通过气体控制阀结构排出。
[0026]本发明提供的上述执行器可以为与后活塞杆相连的机构提供至少3种驱动状态。具体地，当通过第二端口 205向气缸充气时，第二空间202压强变大，推动后活塞压缩第三空间203，使第三空间203中的气体排出，最终后活塞头303到达气缸后端壁103为止，后活塞杆304伸出气缸长度大最，此为执行机构提供的第一种驱动状态，如图2所示；通过第三端口 206向气缸充气，第三空间203压强变大，推动后活塞向前运动，后活塞推动前活塞压缩第一空间，使第一空间201中的气体排出，最终前活塞头301到达气缸前端壁102为止，后活塞杆304伸出气缸长度最小，此为执行机构提供的第二种驱动状态，如图3所示；先向第一空间201充入气体，使前活塞向后达到最大行程，然后向第三空间203充入气体，推动后活塞头303向前与前活塞杆302相抵，维持第一空间气体压力等于或大于第三空间气体压力，使后活塞杆伸出气缸长度在第一驱动状态和第二驱动状态之间，此为执行机构提供的第三种驱动状态，如图4所示。
[0027]作为变速箱的换挡执行机构，要求换挡快速且准确，因此上述驱动状态最好利用气体脉冲的形式实现。即第一驱动状态下，利用第二气体脉冲通过第二端口向气缸充气，推动后活塞压缩第三空间，使第三空间中的气体排出，第一、第三端口开放，使第一、第一空间气体排出，如图5所示；第二驱动状态下，利用第三气体脉冲通过第三端口向气缸充气，推动前活塞压缩第一空间，使第一空间中的气体排出，最终前活塞到达气缸前端壁为止，第一、第二端口开放，使第一、第二空间气体排出，如图6所示；第三驱动状态下，首先利用第一气体脉冲通过第一端口向第一空间充入气体，使前活塞向后达到最大行程；在第一气体脉冲时间内，利用第三气体脉冲向第三空间充入气体，使后活塞向第二空间的方向移动，直至与前活塞杆接触，如图7所示。
[0028]图8给出了用于控制本发明上述执行器的控制系统。系统包括:如图1的上述气动执行器，包括由前活塞和后活塞分成三个空间的气缸体，以及分别将第一、二、三空间与气体源相连通的第一、二、三端口。系统还包括至少一个气体源，通过气体控制阀结构与第一、二、三端口相通。具体到气体控制阀结构，连接到所述第一空间的第一阀构件，从所述气体源向所述第一空间传输气体，使气体进入或排出第一空间；以及连接到所述第二空间的第二阀构件，从所述气体源向所述第二空间传输气体，使气体进入或排出第二空间；以及连接到所述第三空间的第三阀构件，从所述气体源向所述第三空间传输气体，使气体进入或排出第三空间；具体的，上述气体阀结构可以用电磁阀来控制。
[0029]系统还包括用于控制所述阀构件的模块，可以根据给定命令控制各气体阀的通断顺序或者气流大小。
[0030]本发明还提供一种机动车辆，可以是诸如卡车或公共汽车之类的重型车辆。可选地，车辆也可以是轿车。根据一个实施例，图1的气动执行器被布置在车辆中。根据一个实施例，图8中示出的系统是车辆的子系统。根据一个实施例，图1、8中的气动执行器是气动换挡汽缸，其被布置为驱动车辆的变速箱的换挡。
[0031]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种换挡执行器，用于变速器挡位切换，包括气缸和布置在气缸内能够往返运动的活塞，所述活塞杆活动连接所述变速器换挡机构，其特征在于，所述活塞分为前活塞和后活塞，所述前活塞和所述后活塞在固定行程内移动，所述前活塞和所述后活塞将所述气缸分成三个空间:第一空间具有第一端口，用于向第一空间的气体传送；第二空间具有第二端口，用于向第二空间的气体传送；第三空间具有第三端口，用于向第三空间的气体传送。
2.根据权利要求1所述的换挡执行器，其特征在于，所述气缸壁上布置有位置传感器，用于反馈后活塞的位置。
3.根据权利要求2所述的换挡执行器，其特征在于，所述气缸壁上布置有位置传感器，用于反馈前活塞的位置。
4.一种用于控制换挡执行器的系统，所述系统包括:根据权利要求1中所述的气动执行器；至少一个气体源；连接到所述第一空间的第一阀构件，从所述气体源向所述第一空间传输气体；以及连接到所述第二空间的第二阀构件，从所述气体源向所述第二空间传输气体；以及连接到所述第三空间的第三阀构件，从所述气体源向所述第三空间传输气体；以及用于控制所述阀构件的模块。
5.根据权利要求2所述的用于控制换挡执行器的系统，其特征在于，所述第一阀构件、第二阀构件、第三阀构件还用于使气体从第一空间、第二空间、第三空间中排出。
6.一种变速器，包括:使用权利要求1中所述的换挡执行器以及权利要求2中所述的执行器控制系统；还具有一输入轴和一输出轴以及若干齿轮的变速器；至少一个气体源；至少三个控制阀，用于控制所述气体源向所述气缸缸体进气或者出气。
7.一种机动车辆,其使用根据权利要求1的换挡执行器,或者根据权利要求2的换挡执行器控制系统，或者根据权利要求4中所述的变速器。
8.一种用于控制换挡执行器的方法，包括气缸和布置在气缸内能够往返运动的活塞，所述活塞杆活动连接所述变速器换挡机构，所述活塞分为前活塞和后活塞，所述前活塞和所述后活塞将所述气缸分成三个空间:第一空间具有第一端口，用于向第一空间的气体传送；第二空间具有第二端口，用于向第二空间的气体传送；第三空间具有第三端口，用于向第三空间的气体传送，其特征在于所述执行器通过如下方法实现三种驱动状态: 第一驱动状态，利用第二气体脉冲通过第二端口向气缸充气； 第二驱动状态，利用第三气体脉冲通过第三端口向气缸充气； 第三驱动状态，首先利用第一气体脉冲通过第一端口向第一空间充入气体，然后利用第三气体脉冲向第三空间充入气体。
【文档编号】F16H59/02GK103982642SQ201410198083
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】杨伟达, 静占国 申请人:天津市松正电动汽车技术股份有限公司