专利名称：一种倒档锁的液压控制系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车倒档锁的液压控制系统，属于汽车变速器的操纵机构领域。
背景技术：
汽车行进中，若误挂倒档变速器齿轮间将发生极大冲击，导致零件损坏；汽车起步时，若误挂倒档则容易出现安全事故。为防止误挂倒档，操纵机构中应设有倒档锁。实际应用中，倒档锁装置均为机械操纵式。例如，五档变速器中的常用倒档锁装置，倒档锁装置是由一档拨块、倒档拨块中的倒挡锁销及弹簧组成，因此驾驶员要挂入一档或倒档时，必须用较大的力使变速器的下端压缩弹簧，从而克服弹簧的弹力推动锁销移动，使变速杆下端进入倒档拨块的凹槽内，以拨动一档拨叉轴、倒档拨叉轴而挂入一档或倒档。由于现有倒档锁技术结构原理类似，以驾驶员的机体作为唯一的操纵能源来克服弹簧力完成倒档锁功能。这样就增加了驾驶员的疲劳强度，而且安全性无法保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种可以通过液压传动来挂上倒档，并且通过感知汽车的行驶状况在驾驶员误挂倒挡时能实现安全保护作用的倒档锁的液压控制系统。本发明所述的倒档锁的液压控制系统包括换挡手柄、常开触点、电源、车速传感器、电控组件、电磁线圈、弹簧座、压紧弹簧、衔铁、单向阀、挡环、活塞、推杆、回位弹簧、倒档拨叉、电动机油泵、油管、储液室、进油口、油压调节器、工作缸。所述常开触点一端连接电源正极，另一端连接电磁线圈和电动机油泵的正极接线柱并置于换挡手柄的一侧；所述车速传感器通过电控组件与电磁线圈的负极相连，电磁线圈固定于工作缸内壁上，电源负极搭铁；所述压缩弹簧分别与固定在电磁线圈与衔铁上的弹簧座相连，衔铁和与之固结的单向阀一起连接于弹簧座上，其中单向阀下面的工作缸上开有与单向阀位置对应的进油口 ；所述的挡环固定于工作缸内壁上的凹槽内，位于电磁线圈、弹簧座、压紧弹簧、衔铁、单向阀组成的串联系统的右侧并保留一定的间隙；所述的活塞贴于工作缸内壁上，右侧连接推杆与回位弹簧，回位弹簧的另一端连接于工作缸侧壁上，推杆的另一端则连接在倒档拨叉上；所述电动机油泵正极接线柱接常开触点，负极搭铁，并通过油管分别连接到储液室和工作缸的进油口 ；所述油压调节器通过进油支管一端连接到与进油口相连的油管上，另一端连接出油管到储液室。所述单向阀包括单向阀体、上下两层单相片、单向阀内腔。所述单向片呈倒立的“八字形”结构，并固定于阀体上，单向片材料具有合适的刚度系数。所述的挡环采用薄钢片制成位于工作缸上的凹槽内，挡环中间开有一大孔，同时在挡环的周围有均布的八个小孔。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种倒档锁的液压控制系统的工作方法，包括以下工作状态和步骤
( I)当车辆停止行驶并要挂入倒档时，驾驶员拨动倒档手柄至倒档位置，常开触点与电控组件控制电磁线圈通电，单向阀开启，油从进油口进入工作缸，克服回位弹簧的作用力推动推杆使倒档拨叉挂上倒档。(2)当车辆倒退行驶时，电动机油泵向工作缸输入液压油并通过油压调节器使工作缸中的液压保持稳定，汽车稳定在倒档位置。(3)当车辆要撤销倒档时，驾驶员拨动换挡手柄离开倒档位置，常开触点断开，电磁线圈断电，单向阀闭合，活塞在回位弹簧作用下恢复原来位置，液压油通过单向阀流回储液室，同时活塞带动推杆及倒档拨叉脱离倒档位置。(4)当车辆前行时，电控组件使电磁线圈持续断电，单向阀关闭，油无法进入工作缸，此时无法挂上倒档，系统起倒档锁的作用。所述工作方法还包括以下步骤当汽车需要挂入倒挡时，由换挡手柄与电控组件一起控制电磁线圈的通断电，由于汽车处于非前行状态，车速传感器采集车速信号，信号经分析后电控组件保持在导通状态，当拨动换挡手柄至倒档位置时常开触点闭合，电磁线圈通电，吸引衔铁将单向阀开启，同时由于常开触点的闭合，电动机油泵工作将液压油从储液室经进油口送入工作缸推动活塞、推杆、倒档拨叉右移挂上倒档。由于油压调节器的作用可以使工作缸内的液压稳定在一特定值，从而保持倒档拨叉的位置不发生变化。当汽车结束倒档行驶时，驾驶员拨动换挡手柄脱离倒档位置，常开触点打开，电磁线圈断电，单向阀在压紧弹簧的作用力下关闭，活塞在回位弹簧的作用力下推动液压油透过单向阀从工作缸流回储液室，活塞在向左移动的过程中带动推杆及倒档拨叉释放倒档。由于采用电动机油泵产生的液压油传递动力，驾驶员操纵更加轻便。所述工作方法还包括以下步骤当汽车处于前行状态时，车速传感器获取车速信号，电控组件处于截止状态，即使驾驶员误挂倒档，电磁线圈也不通电，单向阀不能开启，也就无法挂上倒档。这样汽车前行过程中，驾驶员倘若误挂倒档，系统可以起到安全保护作用。所述单向阀由单向阀体、上下两层单相片、单向阀内腔组成，单向阀开启时，液压油可以通过进油口从电动机油泵流入工作缸；单向阀闭合时，液压油只可以从工作缸流回储液室而不能反向流动。单向流动可以保证顺利释放倒档，不能反向流动则起倒档锁作用。所述挡环周围有八个均布的小孔，中间有一大孔，可以减小液压油流动阻力，同时位置固定的挡环可以限制活塞的有效行程，同时又保护电磁线圈、弹簧座、压紧弹簧、衔铁、单向阀免受活塞冲击。本发明由于采用液压传动代替了复杂的杆系传动，具有摩擦阻力小、结合柔和等优点。由于靠电动机油泵产生的液压油工作，驾驶员只需拨动换挡手柄至倒档位置将电磁线圈的回路接通即可，因此操纵更加轻便省力。同时由于电控组件与单向阀的作用，倒档锁更加安全可靠。本系统具有如下优点1.操纵轻便省力由于系统对倒档的操纵是电源为电动机油泵提供电能产生液压油推动活塞工作，而释放倒档时，电动机油泵不工作由回位弹簧带动活塞移动。故系统即节电又利于驾驶员操纵轻便省力。
2.安全可靠在汽车处于前行状态时，若驾驶员误挂倒档，由于车速传感器、电控组件的作用。单向阀不能开启，单向阀的结构限制了液压油从储液室进入工作缸，故活塞、推杆、倒档拨叉不能移动，也就无法挂上倒档。因此，较之现有的倒档锁机构更加安全可靠。
图1为本发明的实施例中的倒档锁的液压控制系统示意图。图2为本发明的实施例中的单向阀的结构示意图。图3为本发明的实施例中的挡环的结构示意图。
具体实施例方式I一换挡手柄；2—常开触点；3 —电源；4一车速传感器；5 —电控组件；6 —电磁线圈；7—弹簧座；8—压紧弹簧；9—衔铁；10—单向阀；11—挡环；12—活塞；13—推杆；14一回位弹簧；15—倒档拨叉；16—电动机油泵；17—油管；18—储液室；19一进油口 ；20—油压调节器；21—工作缸；22—单向阀体；23—单向片；24—单向阀内腔；25—液压油流动方向。下面参照附图对本发明做进一步说明。如图1所示，实施例中的倒档锁的液压控制系统包括换挡手柄1、常开触点2、电源
3、车速传感器4、电控组件5、电磁线圈6、弹簧座7、压紧弹簧8、衔铁9、单向阀10、挡环11、活塞12、推杆13、回位弹簧14、倒档拨叉15、电动机油泵16、油管17、储液室18、进油口 19、油压调节器20、工作缸21。连接关系为位于换挡手柄I 一侧的常开触点2 —端接电源3的正极，另一端接到电磁线圈6的正极和电动机油泵16的正极；电磁线圈6的负极通过电控组件5连接到车速传感器4上；电动机油泵16的负极与电源3的负极都搭铁；固定在弹簧座7上的压紧弹簧8上端与固定在工作缸21内壁上的电磁线圈6相连，下端则与固定在单向阀10上的衔铁9连接在一起；单向阀10下面的工作缸21上开有与单向阀位置相对应的进油口 19 ;挡环11装在工作缸21内壁上的凹槽内，位于串接在一起的电磁线圈6、弹簧座7、压紧弹簧8、衔铁9、单向阀10的右侧，并保留一定的间隙；活塞12通过与之固定在一起的推杆13与倒档拨叉15相连，并且活塞12与工作缸21之间连有回位弹簧14 ；电动机油泵16通过油管17分别连接到储液室18和进油口 19，在与进油口 19相连的油管上开有一段进油支管连接到油压调节器20上，油压调节器20上的出油管连接储液室18。实施例中的系统的工作方法，包括以下工作状态和步骤1.汽车处于静止(非前行状态)，驾驶员拨动换挡手柄I挂入倒档，电磁线圈6通电，单向阀10开启在液压油的作用下挂入倒档，汽车倒退行驶。由于汽车此时处于非前行状态，电磁线圈6持续通电，系统在油压调节器20作用下维持在倒档位置。2.汽车结束倒档时，驾驶员拨动换挡手柄I离开倒档位置，电磁线圈6断电，单向阀10关闭，液压油在回位弹簧14作用力下透过单向阀10流回储液室18，汽车脱离倒档位置。3.汽车处于前行状态时，若驾驶员误挂倒档，车速传感器4传来的信号使电控组件5呈截止状态，电磁线圈6断电，单向阀10关闭，液压油无法进入工作缸21，无法挂上倒档。实施例中的系统的设计思想和工作原理如果倒挡锁的功能通过肌体克服较大的弹簧力来实现，往往操纵费力，并且依然有道挂倒挡的危险。采用液压传动来实现对倒挡的操纵轻便省力；通过电控组件与单向阀的开启与关闭就可实现对倒挡的操纵控制，并可以防止误挂倒挡。因此系统的设计就必须实现不同状况下对液压油的控制，并包括以下工作状态1.非前行状态下倒挡锁的液压控制原理如图1所示，汽车停止行驶实现倒车行驶时，驾驶员拨动换挡手柄I至倒挡位置，将常开触点2闭合，由于车速传感器4在汽车处于非前行状态时采集的信号使电控组件5处于导通状态，这样电磁线圈6通电，电磁线圈6通电后产生的磁力克服压缩弹簧8的作用力将衔铁9连同单向阀10吸起，单向阀10开启后由于常开触点2早已闭合，电动机油泵16通电后产生的液压油从储液室18经过进油口 19流向工作缸21，液压油透过挡环11推动活塞12克服回位弹簧14的作用力带动推杆13及倒挡拨叉15向右移动，挂入倒挡。汽车开始倒退行驶，由于汽车仍处于非前行状态，车速传感器4产生的信号使电控组件5仍处于导通状态，电磁线圈6持续通电，单向阀10持续开启。而电动机油泵16产生的过量的油压通过油压调节器20流回储液室18，从而使工作缸21的液压保持稳定，倒挡拨叉15稳定在倒挡的位置。汽车结束倒挡行驶时，驾驶员拨动换挡手柄I离开倒挡位置，这时常开触点2打开，电磁线圈6断电，磁力消失，单向阀10连同衔铁9在压紧弹簧8的作用力下将进油口19关闭，同时由于常开触点2的断开，电动机油泵16断电停止工作，活塞12在回位弹簧14作用力下将液压油从工作缸21透过单向阀10压回储液室18，活塞12向左移动的过程中带动推杆13和倒挡拨叉15移动，释放倒挡。2.前行状态下倒挡锁的液压控制原理如图1所示，汽车前行状态下，车速传感器4采集的信号使电控组件5处于截止状态，驾驶员误挂倒挡接通常开触点2，由于电控组件5处于截止状态，电磁线圈6不能通电，故单向阀10不能开启。由于常开触点2的接通，电动机油泵16工作，电动机油泵16产生的液压油无法透过单向阀10，液压油经油压调节器20流回储液室18，由于液压油无法进入工作缸21，故活塞12不能带动推杆13及倒挡拨叉15移动，不能挂入倒挡，系统起倒挡锁的作用。 如图2所示，实施例中的单向阀的结构包括单向阀体22、上下两层单向片23、单向阀内腔24。单向片23呈倒立的“八字形”结构，分上下两层固定于单向阀体22上，上下两层单向片23之间隔有单向阀内腔24，单向片23具有一定的刚度。实施例中的单向阀的工作方法和工作原理如图2所示,单向阀工作时液压油只能按箭头2 5所示方向流动,而不能反向流动。当工作缸21中的液压油按箭头25所示方向流动时，在油压的作用下，单向片23下端的小口就会张开，液压油进入单向阀内腔24，随着单向阀内腔的压力增大，下层的单向片23下端的小口也张开，液压油便从单向阀内腔24流回储液室18。当电动机油泵16产生的液压油要反向流动时，下层的单向片23下端的小口在油压的作用下进一步张紧将小口封闭，液压油无法从储液室18流进单向阀内腔24，而上层的单向片23这时起辅助作用，防止进入单向阀内腔24中的少量液压油进入工作缸21。
如图3所示，实施例中的挡环的结构为一层中间开有一大孔，周围开有均匀分布的八个小孔的薄钢片，挡环位于工作缸21内壁上的凹槽内。实施例中的挡环的工作方法和工作原理如图1、图3所示，释放倒挡过程中，活塞12向左移动推动液压油透过挡环11上的孔及单向阀10从工作缸21流回储液室18，活塞12接触挡环11时，活塞12不再移动，倒挡被释放。挡环11保护电磁线圈6、弹簧座7、压紧弹簧8、衔铁9、单向阀10免受活塞12的冲击，同时挡环11也可以限制活塞12的有效行程。活塞12轴向移动的过程中，挡环11上的大孔和小孔可以减小液压油的流动阻力，同时起到一定的缓冲作用，使倒挡的结合更加平顺。下面介绍倒挡锁液压控制系统的组成元件及选用原则电控组件应根据车速传感器的采集信号在汽车不同行驶状况(前行状态和非前行状态)时控制电磁线圈的通电与断电。关于电控组件的设计已经有很多经典的设计方法，都适合本电控组件的设计方法，故这里不再重复。电磁线圈通电产生的磁力须大于衔铁及单向阀的重力与在油液中的浮力之差，按下式选择电磁线圈电磁线圈的磁力=1. 5 X (衔铁及单向阀的重力-衔铁及单向阀的浮力)油压调节器的稳压值须等于活塞处于倒挡位置时油对活塞的压力。
权利要求
1.一种倒挡锁的液压控制系统,包括换挡手柄1、常开触点2、电源3、车速传感器4、电控组件5、电磁线圈6、弹簧座7、压紧弹簧8、衔铁9、单向阀10、挡环11、活塞12、推杆13、回位弹簧14、倒档拨叉15、电动机油泵16、油管17、储液室18、进油口 19、油压调节器20、工作缸21。
2.根据权利要求1所述的倒挡锁的液压控制系统，其特征在于所述的位于换挡手柄一侧的常开触点2 —端接电源3的正极，另一端接到电磁线圈6的正极和电动机油泵16的正极；电磁线圈6的负极通过电控组件5连接到车速传感器4上；电动机油泵16的负极与电源3的负极都搭铁；固定在弹簧座7上的压紧弹簧8上端与固定在工作缸21内壁上的电磁线圈6相连，下端则与固定在单向阀10上的衔铁9连接在一起；单向阀10下面的工作缸21上开有与单向阀位置相对应的进油口 19。
3.根据权利要求1所述的倒挡锁的液压控制系统，其特征在于所述的挡环11装在工作缸21内壁上的凹槽内，位于串接在一起的电磁线圈6、弹簧座7、压紧弹簧8、衔铁9、单向阀10的右侧，并保留一定的间隙；活塞12通过与之固定在一起的推杆13与倒档拨叉15相连，并且活塞12与工作缸21之间连有回位弹簧14。
4.根据权利要求1所述的倒挡锁的液压控制系统，其特征在于所述的电动机油泵16通过油管17分别连接到储液室18和进油口 19，在与进油口 19相连的油管上开有一段进油支管连接到油压调节器20上，油压调节器20上的出油管连接储液室18。
5.根据权利要求1所述的倒挡锁的液压控制系统，其特征在于所述的单向阀的结构包括单向阀体22、上下两层单向片23、单向阀内腔24 ;单向片23呈倒立的“八字形”结构，分上下两层固定于单向阀体22上，上下两层单向片23之间隔有单向阀内腔24，单向片23具有一定的刚度。
6.根据权利要求1所述的倒挡锁的液压控制系统，其特征在于所述的挡环的结构为一层中间开有一大孔，周围开有均匀分布的八个小孔的薄钢片，挡环位于工作缸21内壁上的凹槽内。
7.一种倒档锁的液压控制系统的工作方法，包括以下工作状态和步骤 (1)当车辆停止行驶并要挂入倒档时，驾驶员拨动倒档手柄至倒档位置，常开触点与电控组件控制电磁线圈通电，单向阀开启，油从进油口进入工作缸，克服回位弹簧的作用力推动推杆使倒档拨叉挂上倒档； (2)当车辆倒退行驶时，电动机油泵向工作缸输入液压油并通过油压调节器使工作缸中的液压保持稳定，汽车稳定在倒档位置； (3)当车辆要撤销倒档时，驾驶员拨动换挡手柄离开倒档位置，常开触点断开，电磁线圈断电，单向阀闭合，活塞在回位弹簧作用下恢复原来位置，液压油通过单向阀流回储液室，同时活塞带动推杆及倒档拨叉脱离倒档位置； (4)当车辆前行时，电控组件使电磁线圈持续断电，单向阀关闭，油无法进入工作缸，此时无法挂上倒档，系统起倒档锁的作用。
8.根据权利要求6所述的挡环，其特征在于挡环11保护电磁线圈6、弹簧座7、压紧弹簧8、衔铁9、单向阀10免受活塞12的冲击，同时挡环11也可以限制活塞12的有效行程；活塞12轴向移动的过程中，挡环11上的大孔和小孔可以减小液压油的流动阻力，同时起到一定的缓冲作用，使倒挡的结合更加平顺。
全文摘要
本发明公开了一种倒挡锁的液压控制系统，包括换挡手柄1一侧的常开触点2一端接电源3的正极，另一端接电磁线圈6和电动机油泵16；电磁线圈6通过电控组件5连接到车速传感器4上；固定在弹簧座7上的压紧弹簧8上端与固定在工作缸21上的电磁线圈6相连，下端则与固定在单向阀10上的衔铁9相连；挡环11装在工作缸21内壁上的凹槽内。由于液压传动与电控组件的作用，驾驶员操纵轻便，安全可靠。
文档编号F16H63/34GK103062397SQ20131000473
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者刘元利, 李升 , 张红, 李宁宁 申请人:湖南大学