车用机械变速箱的气动换挡系统的制作方法

本发明涉及汽车零部件领域，具体涉及车用机械变速箱的气动换挡系统，即通过气动控制系统实现对机械变速箱的换挡操作。

背景技术：

目前，城市车辆如公交车和出租车，大多采用机械变速箱，机械变速箱安装制造成本低且油耗低，但是机械变速箱换挡时必须经过先分离离合器，然后扳动换挡手柄，再接合离合器等一系列操作才能完成换挡。

变速箱不仅要能在机械性能上满足各种路况对车辆行驶的要求，保障车辆的安全行驶，还应在操作上满足用户的习惯，使得操作舒适、便利且具有驾驶感。为了能够满足安全行驶和用户操作习惯的双重要求，本发明公开了一种气动机械式的自动换挡系统，主要由机械结构和自动控制系统组成，其中机械机构包括气动换档总成、拨叉等，自动控制系统由电控系统组成。驾驶员仅通过操作电子换挡手柄(或换挡旋钮等其他换挡界面)就可以方便实现换挡操作，无需操作离合踏板，并且车辆行驶过程中自动控制系统还能根据车辆行驶的实时诗数据反馈自动调整档位，保障车辆的安全行驶。

城市交通路况复杂，出租车和公交车换挡非常频繁，驾驶员劳动强度很大。目前，AT自动变速箱技术虽然已经成熟，但是由于价格非常昂贵，油耗很高，约比机械变速箱油耗高20％，而且维护成本高。所以，AT自动变速箱多见于中高档轿车。CVT自动变速箱传递扭矩小，不能满足出租车和公交车的动力需求。AMT变速箱工况信号的采集及计算复杂，对于出租车和公交车的复杂工况适应性差，易造成车辆熄火等故障。

技术实现要素：

1、发明要解决的技术问题

本发明的目的是设计一种结构简单、能耗低、动力响应快、适应性强的半自动化车用换挡系统。

2、技术方案

原理：车用机械变速箱的气动换挡系统，包括控制器、电磁换向阀集成块、气动换挡机构、挡位显示器、电子换挡手柄、刹车踏板、电源。离合器采用电机驱动，换挡机构采用气动控制。控制器是气动换挡系统的数据处理、控制中心，控制器负责接收的信号有电子换挡手柄的动作信号、电动离合器的离合信号、气动换挡机构拨叉的的位置信号、发动机的转速信号、驱动部件的车速信号以及刹车信号等。控制器在接收电子换挡手柄的动作信号后，经计算后将信号输出至离合器的电动机完成离合操作。

具体的技术方案：电磁换向阀集成块与控制器连接，并接收控制器指令进行程序动作；电磁换向阀通过气管与气动换挡机构连接；电磁换向阀控制通过调节气路中的气压，使气缸运动，从而控制气动换挡机构通过推动拨叉进行换挡。

挡位显示器，显示经控制器计算后输出的挡位信号、发动机的转速信号以及驱动部件的车速信号等。挡位显示器集成于汽车的控制面板上；电子换挡手柄也可以采用电子换挡旋钮等或者其他可以选择控制挡位的机构形式，电子换挡手柄的位置可以设置在方向盘下面或者集成在汽车的控制面板上等驾驶员方便控制的汽车控制区域，可以使驾驶员轻松、方便地使用。

电动离合器系统，电动离合器的电机主轴通过键与行星机构联接，再经过 行星二级减速，把动力传递到齿轮轴上，齿轮轴带动齿条作直线往复动运，齿条的伸出端与变速箱分离拨叉相连接；当齿条推出时，变速箱摩擦片被压紧，发动机的动力传输到变速箱；当齿条缩进时，变速箱摩擦片释放，阻断了发动机的动力传输到变速箱。

电动离合器固定在变速箱外侧，其包括电动机、二级行星减速机构、齿轮轴、齿条、离合器壳体等。电机及二级行星减速机构用螺钉固定于离合器壳体上，电机主轴与二级行星减速机构通过键联接，齿轮轴与齿条相啮合，齿条装配在离合器壳体中，在离合器壳上对着齿条齿顶的部位设有接近开关，齿条动作可以使接近开关产生电信号并输送至控制器；齿条伸出端用可调节连接件与变速箱分离拨叉相连。

电动机在控制器的控制下进行动作，从而对电动离合器进行控制，当对电动离合器的电动机供电时，通过传动，齿条推出，使摩擦片压紧，发动机的动力就会传递给变速箱。当对电动离合器的电动机供电并作反方向传动时，齿条缩进，使摩擦片分离，发动机和变速箱断开动力传递。

所述气动换挡机构包括箱盖、箱体、气缸、接近开关B、拨叉Ⅰ、拨叉Ⅱ、拨叉Ⅲ；电磁换向阀集成块通过气管与气缸连接；气缸由气缸盖、活塞、柱塞、螺塞、衬套、卡板、小盖组成；衬套设于气缸的缸体内部，活塞与柱塞设置于气缸的衬套内，卡板设于气缸缸体的一侧，柱塞通过螺塞连接拨叉，气压通过推动柱塞带动拨叉的运动；所述小盖设于气缸上，所述小盖上设有接近开关B，接近开关B通过导线与控制器连接。

电磁换向阀集成块由三个电磁换向阀组成；所述气动换挡机构设有3个气缸，每个气缸内设有一柱塞和一活塞，每一柱塞与一个拨叉相连；同时，气动换 挡机构由3个电磁换向阀控制，每一个电磁换向阀通过两根气管连接气缸，一根气管连接在活塞侧，另一根气管连接在柱塞侧。

气动换挡机构在小盖上设有9个接近开关B，每一个接近开关的位置为拨叉进行换挡操作时，应当处于的位置，所述拨叉应当处于的三个位置是指挡位在一挡、二挡、三挡、四挡、五挡、空挡、倒挡时，各个拨叉的位置；实际上每个拨叉有三个位置，每个位置上设有一个接近开关B，上述9个接近开关型号及作用都一样；接近开关B检测到换挡拨叉的位置，将信号传递到控制器。

电磁换向阀在控制器的控制下进行动作，对气动换挡机构进行控制，当对气动换挡机构其中一头供气时，气压就会推动柱塞或活塞至另一头，柱塞就会使拨叉动作，从而拨动变速箱里的齿轮位置，实现换挡操作；接近开关会把挡位信息反馈给控制器，同时通过挡位显示器显示出来。

本发明提供的气动换挡的技术方案的工作流程如下：

换挡，当驾驶员要换挡时，操纵电子换挡手柄至需要的挡位，控制器将输出电信号至离合器的电动机，控制电动离合器的分离；电磁换向阀向气动换挡机构供气，在柱塞和拨叉的操纵下对变速箱进行换挡操作。接近开关将挡位信息反馈给控制器，同时通过挡位显示器显示出来。

刹车时，刹车踏板通过控制器将电信号发至离合器的电动机，电机反向传动，控制电动离合器的分离。

控制器设定发动机转速高于或者低于某个数值时，控制液压离合器离合和液压换挡机构进行适当的减挡或者增挡。上述数值是根据车辆的状况以及客户的需求进行个别化的设计参数。

3、技术效果

本发明将手动变速箱上的手动操纵杆改为气动推杆，实现了气动换挡操作；将离合踏板机构改为电动离合器，实现了自动离合操作；添加了电子换挡手柄(或旋钮)实现了个性化换挡操纵，增强了适应性；添加了控制器，实现了平顺地换挡及相关信息的交互处理。本发明的技术方案与手动变速箱相比，本产品将分离离合器，换挡，接合离合器交由本产品的气动换挡自动完成，省去了离合器踏板，大大降低了驾驶员的工作强度，提高了换挡平顺性。

本发明的技术方案与AT变速相比，本产品是在手动变速箱的基础上增加了气动换挡机构和一个电动离合器来执行换挡操作及相应的离合器操作，其成本低，油耗和手动档变速箱一样，维护成本低。本发明的技术方案与CVT变速箱相比，本产品动力传输结构与手动变速箱一样，其传动扭矩大，响应快。本发明的技术方案与AMT变速箱相比，本产品主要由驾驶员自主选择换挡时机，刹车时会依据发动机转速降低到相应的挡位，灵活性好，适应性强，同时实现了个性化操纵驾驶。与电动或者液压换挡机构相比，气动换挡响应速度快，结构简单，信号采集方便。

附图说明

图1为本发明车用机械变速箱气动换挡及电动离合器控制示意图。

图2为本发明车用机械变速箱气动换挡机构及电动离合器与变速箱结构安装图。

图3a为本发明车用机械变速箱气动换挡机构总成的俯视图。

图3b为本发明车用机械变速箱气动换挡机构总成的主剖视图。

图4a为本发明车用机械变速箱电动离合器总成图。

图4b为本发明车用机械变速箱电动离合器总成的剖视图。

1-变速箱法兰，2-气动换挡机构，3-变速箱，4-电动离合器，5-可调节连接件，6-分离拨叉，7-花键轴，8-活塞，9-柱塞，10-活塞端气口、11-柱塞侧气口，12-拨叉，13-箱体，14-箱盖，15-小盖，16-接近开关，17-电动机，18-二级行星减速机构总成，19-齿轮轴，20-离合器壳体，21-齿条，22螺塞。

具体实施方式

下面结合6个附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的技术方案中的动力传递结构与手动档变速箱的动力传递结构相同，即由发动机传递给变速箱，再传递给输出部件，实现动力的传递。

如图1所示，气动换挡机构及电动离合器系统控制的示意图，控制器直接控制电动离合器的动作，电动离合器也反馈离合信号给控制器；电磁换向阀Ⅰ、电磁换向阀Ⅱ、电磁换向阀Ⅲ组成了电磁换向阀集成块，控制器直接控制电磁换向阀，电磁换向阀与汽车中的储气罐通过气管连接，为电磁换向阀供气；电磁换向阀通过气管与气动换挡机构的气缸连接，为气动换挡机构提供动力；气缸内的柱塞杆连接拨叉，拨叉动作进行换挡，接近开关检测拨叉的位置，同时将拨叉的位置反馈到控制器，位置信息通过挡位显示器显示出来。驾驶人员可以方便的看到挡位信息。本实施例中设有气缸Ⅰ、气缸Ⅱ以及气缸Ⅲ，3个气缸分别与电磁换向阀Ⅰ～Ⅲ连接，同时上述3个气缸分别控制拨叉Ⅰ～Ⅲ。9个接近开关B分别为接近开关Ⅰ～Ⅸ，接近开关Ⅰ～Ⅸ分别检测拨叉的位置。

如图2所示，气动换挡机构及电动离合器与变速箱结构安装图。

拆掉变速箱3上的手动换挡机构，将气动换挡机构2用螺栓固定在变速箱3上；电动离合器4用螺栓组装在变速箱3的侧面，本实施例中电动离合器4与变速箱3的分离拨叉6通过可调节连接件5相连接；变速箱法兰1与汽车传动轴 相接；花键轴7连接汽车发动机，汽车发动机的动力通过电动离合器4、变速箱3传递到传动轴。

如图1和图3所示，气动换挡机构包括三个气缸分别由三个电磁换向阀控制，每个气缸内设有活塞8、柱塞9，活塞8端设有气口10，柱塞9侧设有气口11，柱塞9连接拨叉12。换挡机构通过箱体13和箱盖14固定在变速箱3上，换挡机构上端设有小盖15，在小盖15上设有接近开关16。

本发明气动换挡机构共有三组气缸，结构原理均相同，电磁换向阀在控制器的控制下进行动作，对气动换挡机构进行控制，当对气动换挡机构的气缸的其中一头供气时，气压就会推动活塞8或柱塞9至另一头，柱塞9就会使拨叉12动作，从而使套筒与相应的的齿轮结合，实现换挡操作；当对气动换挡机构的三个气缸的两头均供气时，此时柱塞9到达中位，变速箱为空挡位置；接近开关16会把挡位信息反馈给控制器，同时通过挡位显示器显示出来。

如图4所示，电动离合器总成，电动机17和二级行星减速机构总成18用螺钉联接成为一体，输出为齿轮轴19，电动机17和二级行星减速机构总成18与离合器壳体20用螺钉固定，离合器壳体20内装有齿条21，齿条21与齿轮轴19相啮合；电动机17带动二级行星减速机构总成18转动，使得输出齿轮轴19转动，齿轮轴19又把动力传到齿条21上；使得齿条21作直线往复运动。

电磁换向阀在控制器的控制下进行动作，对电动离合器4进行控制，当对电动离合器4的电动机17供电时，电动机17立即转动，通过二级行星减速机构总成18的减速把动力传递到输出齿轮轴19上，齿轮轴19与齿条21相啮合，于是齿条21在齿轮轴19的传动下进行直线往复运动；齿条21通过可调节连接件5与变速箱3的分离拨叉6相连接；所以电机17的动力自然会推动分离拨叉6 的动作，当这个动作压紧摩擦片时，发动机的动力就会传递到变速箱上；反之当这个动作松开摩擦片时，就会切断发动机与变速箱之间的动力。