一种车辆变速器换挡操纵的控制方法与流程

本发明属于车辆变速器技术领域，具体涉及一种车辆变速器换挡操纵的控制方法。

背景技术：

现有卡车变速器操纵机构通常分为3种，分别是机械操纵杆式、软轴操纵杆式和自动操纵式(AMT、AT)。考虑到成本和技术成熟度，目前市场上多为机械操纵杆式和软轴操纵杆式，受工程车自卸车的影响，大多数司机对于机械操纵杆式颇多青睐，致使当前市场中的机械操纵杆式成为主流配置。究其原因，软轴操纵在前期使用效果明显，排档力小，但随着使用周期增长和天气因素的影响，软轴操纵机构故障率明显增加，且维修成本较高，多数软轴问题都导致更换新件，使用寿命较机械操纵杆式明显处于略势。相比之下，机械操纵杆传递力更清晰，机械操纵杆的使用可靠性更高，受使用周期和天气因素影响较小，使用范围更广阔，尤其是环境工矿较恶劣的地方；机械操纵杆售后维修成本低，售后维修方便简捷，使用成本和维护成本远远低于软轴操纵杆式，因此，机械操纵杆式仍旧占据市场主导地位。

但随着近几年气囊式驾驶室悬置的普及，尤其是四点悬浮式驾驶室空气气囊大量被中高端的牵引车、载货车的标配，机械式操纵杆式越来越被用户放弃，究其原因就是，驾驶室为四点气囊悬浮，在收到路面冲击时，驾驶室整体跳动幅度较大，极易出现变速器掉档即脱档问题，然而，四点气囊悬浮驾驶室成为各车型的标准配置的发展方向势不可挡，当前几乎所有的牵引车、大多数自卸车和载货车、以及部分专用车底盘均采用四点气囊驾驶室悬置，因此现有的机械式操纵杆式无法满足使用要求。

现有车辆的机械操纵杆式的结构存在以下缺陷；

1)通常需要匹配四点悬浮驾驶室悬置，当遇见颠簸路况时，极易脱档；

2)现有的机械式操纵杆由于需要控制脱档力，而造成变速器换挡力大，换挡困难，驾驶员易产生疲劳感；

3)现有机械变速器机构不能满足当前发展迅速的重卡行业，在整车的舒适性和操纵性上互不兼容，用户的满意度较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种车辆变速器换挡操纵的控制方法，解决了变速器脱档、换挡沉重和档位不清晰的技术问题，避免司机由于误操作而造成的安全事故，提升了整车的安全性。

本发明的技术方案是，一种车辆变速器换挡操纵的控制方法，其特征是：该控制方法的具体步骤如下：

第一步，采集变速器操纵机构6中的换挡摇臂7的挂档位置信息：采用变速器档位传感器采集变速器档位开关的档位信息，且变速器档位传感器向整车控制器3输入采集的档位信息；变速器档位开关包括5个负极触片和一个正极触杆，正极触杆分别与5个负极触片接触时，对应构成变速器空挡开关N、预挂前排挡开关F 1、挂入前排挡开关F 2、预挂后排档开关B 1和挂入后排档开关B 2；

第二步，整车控制器3根据换挡摇臂7的挂档位置信息判断换挡摇臂7的挂档动作，发出执行指令给吸盘式电磁铁9并驱动吸盘式电磁铁9，实现挂档助力；

操作1：档位由空档位挂入前排档；当驾驶员准备进行挂档操作时，踩下离合器踏板机构13中的踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3，换挡摇臂7有轻微挂挡动作时，预挂前排挡开关F1接通，整车控制器3接收到“T+F1”信号输入，接通前吸盘式电磁铁YA1，当档位挂入前排档时，挂入前排挡开关F2闭合，驾驶室员松开离合器，离合器触点开关闭合，整车控制器3收到挂入前排挡开关F2闭合信号，输出控制前吸盘式电磁铁YA1通电；

操作2：档位由空挡挂入后排档；当驾驶员准备进行挂档操作时，踩下离合器踏板机构13中的踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3，换挡摇臂7有轻微挂挡动作时，预挂后排档开关B1接通，整车控制器3接收到“T+B1”信号输入，接通后吸盘式电磁铁YA2，当档位挂入后排档时，挂入后排档，挂入后排档开关B2闭合，驾驶室员松开踏板，离合器触点开关1闭合，整车控制器3收到挂入前排挡开关F2闭合信号，输出控制后吸盘式电磁铁YA2通电；

操作3：档位由前排档挂入空挡；当驾驶员准备退档时，踩下踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3，此时整车控制器3接收到“T+F2”信号输入，输出断开前吸盘式电磁铁YA1；

操作4：档位由后排档挂入空挡；当驾驶员准备退档时，踩下踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3，此时整车控制器3接收到“T+B2”信号输入，输出断开后吸盘式电磁铁YA2。

当需要从空挡挂入后排档，或者继续挂入前排档时，重复“操作2”或“操作1”均可实现。

本发明的有益效果是：本发明对变速器操纵系统实现智能控制，摒弃了原有设计理念，摒弃了依靠变速器操纵机构本身控制的策略，以全新的辅助控制理念结合驾驶员实际操纵特点，首次实现多模式、多逻辑的精确控制方式；本发明彻底解决了机械变速操纵机构的换挡力大、四点气囊悬浮驾驶室掉档的问题，以全新的电器控制理念和巧妙的总体结构布置，使机械变速器操纵机构无所顾忌的匹配各种车型；本发明新增成本较低，以最少的成本，解决了机械变速器操纵结构发展的最大问题。

1.解决配置四点气囊悬浮的驾驶室因变速器脱档问题而不能匹配机械变速器操纵机构的问题，让用户即得到了整车的舒适性，而又不会失去操控性能，也不会多花钱。

2.解决了当前变速器操纵机构(包括机械操纵杆和软轴操纵杆)换挡沉重、档位不清晰的问题；

3.摒弃了原有的机械变速器操纵机构的控制方式，以全新的、智能化的控制策略去实现变速器换挡操作；

4.通过智能+强制的引导，避免司机由于误操作而造成的安全事故，提升了整车的安全性。

凭借全新的控制策略大大降低了由于误操作(司机忘记踩离合器直接进行挂档操作)而造成的变速器齿轮损坏(俗称打齿)概率，增大变速器使用寿命的同时，也减少了维修成本。

附图说明

图1为本发明一种车辆变速器换挡操纵的控制系统的结构示意图；

图2为图1局部放大视图；

图3为本发明中离合器触电开关的结构示意图；

图4为本发明挂入前排档时的结构示意图；

图5为本发明挂入后排档时的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明一种车辆变速器换挡操纵控制方法的具体步骤如下：

第一步，采集变速器操纵机构6中的换挡摇臂7的挂档位置信息：采用变速器档位传感器采集变速器档位开关的档位信息，且变速器档位传感器向整车控制器3输入采集的档位信息。

车辆变速器换挡操纵控制系统包括离合器触电开关1、变速器档位传感器、变速器档位开关、吸盘式电磁铁和电缆2。

变速器档位传感器和变速器档位开关均固定在变速器箱体内，变速器档位开关包括5个负极触片和一个正极触杆，正极触杆又称指针，5个负极触片固定在变速箱传动轴端面上，5个负极触片沿变速箱传动轴端面圆周方向分布，正极触杆固定在变速器换挡机构箱体内，5个负极触片分别对应档杆处于完全入挡位置，完全入挡包括2个前挡、2个后档和一个空挡，正极触杆分别与5个负极触片接触时，对应构成变速器空挡开关N、预挂前排挡开关F1、挂入前排挡开关F2、预挂后排档开关B 1和挂入后排档开关B 2。变速器档位开关通过电缆与变速器档位传感器连接，变速器档位传感器采集5个负极触片与正极触杆的接通与关闭状态信息，变速器档位传感器通过电缆与整车控制器3连接，变速器档位传感器向整车控制器3输入变速器前排档、后排档的档位信息。以12档变速器为例，变速器前排档为1档/7档、3档/9档、5档/11档，又称奇数档；变速器后排档为2档/8、4档/10档、6档/12档。当变速箱传动轴转动时，相应的负极触片与正极触杆接触。变速器档位开关与车辆电源连接。

如图4所示，离合器触点开关1包括正极棒16、正极棒支架12、负极触片15和触片支架14。离合器触点开关1的正极棒16固定在正极棒支架12上，正极棒支架12固定在离合器底座上，离合器触点开关1的负极触片15固定在触片支架14上，触片支架14固定在离合器踏板机构13中的踏板连杆上。正极棒16的下触点在离合器自由状态时与负极触片15接触(踩踏时分离)；负极触片15随着离合器踏板机构13中的踏板运动而运动。离合器踏板机构13中的踏板踩下后，负极触片15脱离正极棒16的下触点，此时离合器触点开关1断开。

如图1和图3所示，离合器触点开关1通过电缆与整车控制器3连接，即电缆一端连接离合器触点开关1的正极棒16，另一端连接整车控制器3，2个吸盘式电磁铁通过电缆与整车控制器3连接，2个吸盘式电磁铁均固定在变速器换挡转换机构5中的转换固定支座上，且位于换挡摇臂7两侧。2个吸盘式电磁铁的位置分别与换挡摇臂7处于前排档位、后排档位时的位置对应，2个吸盘式电磁铁的吸盘吸合表面分别与换挡摇臂7的两侧面平行，换挡摇臂7位置稳定，不掉挡。

如图3所示，吸盘式电磁铁的后部设置有Φ7的内螺纹孔，2个吸盘式电磁铁分别通过M6的螺栓固定在前吸盘式电磁铁支架11和后吸盘式电磁铁支架8上，前吸盘式电磁铁支架11和后吸盘式电磁铁支架8通过4个M6的螺栓分别固定在有Φ7的内螺纹孔的变速器换挡转换机构5中的转换固定支座上，前吸盘式电磁铁支架11和后吸盘式电磁铁支架8分别位于变速器操纵机构6中的换挡摇臂7两侧。当车辆处于前档位行驶时，前吸盘式电磁铁9与换挡摇臂7吸合，当车辆处于后档位行驶时，后吸盘式电磁铁20与换挡摇臂7吸合。其中，吸盘式电磁铁选用市场上成熟产品PX/Y，输入电压DC24V,电流特性为直流电，该款电磁铁为系列化产品，吸力范围25N～1200N可选。经测量该变速器操纵机构6的换挡力为60N，故选取吸力为180N的吸盘式电磁铁(档位防脱力可达240N)。

如图5所示，后电磁铁电缆与前电磁铁电缆从整车控制器3的输出端接出，分别连接在后吸盘式电磁铁20、前吸盘式电磁铁9上，整车控制器3控制电磁铁的吸合与断开。

第二步，整车控制器3根据换挡摇臂7的挂档位置信息判断换挡摇臂7的挂档动作，发出执行指令给吸盘式电磁铁并驱动吸盘式电磁铁，通过对前吸盘式电磁铁9和后吸盘式电磁铁20的通电，实现挂档助力。

开始时档位为空挡N，当换档摇臂7有轻微挂前排档的动作时，指针滑动到F1位置，当挂入前排档时，图中指针滑动到F2位置，同理轻微挂后排档的动作时指针滑动到B1位置，当挂入后排档时，指针滑动到B2位置。

表1

表1-注：T为离合器触点开关；N为变速器空挡开关；F 1为预挂前排挡开关；F 2为挂入前排挡开关；B 1为预挂后排档开关；B 2为挂入后排档开关；YA 1为前吸盘式电磁铁；YA 2为后吸盘式电磁铁。

“逻辑9”命令为最高优先级，“逻辑1”、“逻辑8”次之，在任何情况下接受到“N”、“T+N”或“故障”均立刻执行。

“T+F1”通电持续2秒目的是为了防止换挡时出现“T+F2”断电情况发生，保证换挡过程中前吸盘式电磁铁YA1有磁力存在，直至换挡结束，司机松开踏板机构13中的踏板。“T+B1”通电持续2秒，目的同理。

“T+F2”断电持续2秒的目的是为了防止在退档时出现“T+F1”通电情况发生，保证退档过程中前吸盘式电磁铁YA1没有磁力存在，直至进入“N档”。“T+B2”断电持续2秒的目的同理。

“逻辑9”描述为当出现故障(开路、短路等)时，对“YA1”和“YA2”断电，防止紧急情况下，驾驶员挂档操作困难。

当变速器档位处于空挡N状态时：变速器空挡开关N接通，整车控制器3收到变速器空挡开关N信号输入，断开前吸盘式电磁铁和后吸盘式电磁铁，此时电磁铁没有吸力。

操作1：档位由空档位挂入前排档。当驾驶员准备进行挂档操作时，踩下离合器踏板机构13中的踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3。同时驾驶员操纵变速器换挡操纵机构6，换挡摇臂7有轻微挂挡动作时，预挂前排挡开关F1接通，整车控制器3接收到“T+F1”信号输入，接通前吸盘式电磁铁YA1，前吸盘式电磁铁产生吸力，吸力随着电磁铁与换挡摇臂7间隙的减小而增大，对将档位挂入前排档施加助力，使挂档更加轻便，档位更加清晰。当档位挂入前排档时，挂入前排挡开关F2闭合，驾驶室员松开离合器，离合器触点开关闭合(即T开关断开)，整车控制器3收到挂入前排挡开关F2闭合信号，输出控制前吸盘式电磁铁YA1通电，前吸盘式电磁铁产生吸力，使换挡摇臂7被紧紧吸附在电磁铁上，提高了变速器脱档力。解决了车辆在行驶过程中由于路面颠簸而出现的脱档情况。

操作2：档位由空挡挂入后排档。当驾驶员准备进行挂档操作时，踩下离合器踏板机构13中的踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3。同时驾驶员操纵变速器换挡操纵机构6，换挡摇臂7有轻微挂挡动作时，预挂后排档开关B1接通，整车控制器3接收到“T+B1”信号输入，接通后吸盘式电磁铁YA2，后吸盘式电磁铁产生吸力，吸力随着后吸盘式电磁铁与换挡摇臂7间隙的减小而增大，对将档位挂入后排档施加助力，使挂档更加轻便，档位更加清晰。当档位挂入后排档时，挂入后排档，挂入后排档开关B2闭合，驾驶室员松开踏板，离合器触点开关1闭合(即T开关断开)，整车控制器3收到挂入后排档开关B2闭合信号，输出控制后吸盘式电磁铁YA2通电，后排档开关B2产生吸力，使换挡摇臂7被紧紧吸附在后吸盘式电磁铁上，提高了变速器脱档力。解决了车辆在行驶过程中由于路面颠簸而出现的脱档情况。

操作3：档位由前排档挂入空挡。当驾驶员准备退档时，踩下踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3，此时整车控制器3接收到“T+F2”信号输入，输出断开前吸盘式电磁铁YA1，前吸盘式电磁铁磁力消失，此时换挡摇臂7不受磁力吸附，可顺利进行逆时针旋转，档位回到N档。

操作4：档位由后排档挂入空挡。当驾驶员准备退档时，踩下踏板，此时离合器触点开关T断开，离合器触点开关T的开关信号输入到整车控制器3，此时整车控制器3接收到“T+B2”信号输入，输出断开后吸盘式电磁铁YA2，电磁铁磁力消失，此时换挡摇臂7不受磁力吸附，可顺利进行逆时针旋转，档位回到N档。

当需要从空挡挂入后排档，或者继续挂入前排档时，重复“操作2”或“操作1”均可实现。通过以上操作1、操作2、操作3、操作4的循环作用，通过对前吸盘式电磁铁YA1和后吸盘式电磁铁YA2的通电、断电，实现整个换挡操纵过程中智能控制。

本发明的关键点如下：

1、在离合器踏板自由状态下时，通过调整正极棒的上、下调整螺母，

保证正极棒的下触点与负极接触片有效结合；

1、前吸盘式电磁铁、后吸盘式电磁的安装面应保证在换挡操纵挂入前排档或挂入后排档后的摇臂旋转后的吸附端面平行，并且在接触面吸附；

2、变速器挡位开关的应灵敏度高，最重要的F1触点与F2触点的开始行程点要标定准确，以保证挂档操作时能够电磁铁能够及时响应；

3、电磁铁尺寸及吸力的选取要结合换挡操纵系统本身的换挡力K大小而定，即能保证换挡时有明显的助力，也需要保证总的换挡力(吸力+K)大于变速器的脱档力(由变速器厂家提供或通过试验获得)，保证在整车行驶过程中不会出现掉档的情况发生。

4、整车控制器3的控制逻辑要按照表1要求执行，才能保证逻辑正确，保证换挡操作顺利实现。

5、必须保证整车控制器3的控制“逻辑9”优先级别为最高1级，此项为安全保证条件，防止系统故障时司机操纵变速器困难而出现危险。