一种动力不间断液压换挡装置的制作方法

本发明涉及一种换挡装置，特别涉及一种动力不间断液压换挡装置，具体是一种能实现动力不间断、档位互锁的换挡装置。

背景技术：

汽车变速系统的整体趋势是由手动换挡向自动换挡发展的，近年来高速发展的计算机技术应用于汽车变速系统，使得自动变速技术得到了快速的发展。在电动汽车应用中，由于驱动电机自身具备一定的转速转矩调节能力，从性价比方面考虑，采用两档至三挡变速器即可满足使用需求。传统机械式自动变速器的换挡过程需要经过摘挡、选档和挂挡的过程，因此，换挡过程中会产生扭矩中断、机械冲击较大和换挡时间较长的问题，降低了汽车的加速性和平顺性。CVT、DCT变速器能够实现无动力中断换挡的功能，但是结构较复杂，对制造工艺要求较高。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种动力不间断液压换挡装置，能够实现汽车在换挡过程中动力不间断、档位互锁的功能，并具有较为简单的结构。

本发明所涉及的动力不间断液压换挡装置，通过对液压缸活塞运动方向的控制，从而使得两侧的离合器钢片和摩擦片按既定的换挡策略进行分离和结合，两侧离合器的分离和结合过程通过联动阀芯移动来实现，不需要经过空挡的过程，可以实现换挡过程中动力不中断。若联动阀芯的一侧建立油压，则建立油压的一侧将推动联动阀芯向另一侧移动，从而将另一侧油压通过联动阀芯的锥面泄压，能够实现两个档位的互锁功能。本发明所涉及的动力不间断换挡装置关键部件使用了两个离合器、两个联动阀芯来完成换挡操作，具有结构简单的特点。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种动力不间断液压换挡装置：液压缸安装于输入轴上，液压缸上设有两个阀芯腔体，两个阀芯腔体内分别安装有第一联动阀芯和第二联动阀芯；第一联动阀芯和第二联动阀芯的一侧为活塞结构，由联动阀芯密封圈密封，安装有联动阀芯回位弹簧，另一侧为锥面结构；第一联动阀芯和第二联动阀芯的锥面一侧的端面面积小于另一端的端面面积；第一联动阀芯与第二联动阀芯反向安装；第一活塞侧的液压缸上开有第一活塞进油口，靠近第一联动阀芯锥面侧的液压缸开有第一出油口；第二活塞侧的液压缸上开有第二活塞进油口，靠近第二联动阀芯锥面侧液压缸开有第二出油口；

所述液压缸两端分别设有第一活塞和第二活塞；第一活塞和第二活塞分别与第一压盘和第二压盘连接；第一活塞回位弹簧和第一活塞连接，第一活塞回位弹簧安装于第一活塞回位弹簧座内，第一活塞回位弹簧座与液压缸连接；第二活塞回位弹簧和第二活塞连接，第二活塞回位弹簧安装于第二活塞回位弹簧座内，第二活塞回位弹簧座与液压缸连接；第一摩擦片通过第一压盘的挤压和放松实现和第一钢片的结合和分离；第二摩擦片通过第二压盘的挤压和放松实现和第二钢片的结合和分离；第一摩擦片和第一钢片、第二摩擦片和第二钢片分别与车辆传动装置连接；

所述液压换挡装置至少包括两个电磁换向阀，至少两个电磁换向阀一端都通过过滤器、油泵与油箱连接；另一端分别与第一活塞进油口、第二活塞进油口、第一阀芯进油口和第二阀芯进油口连接；第一出油口和第二出油口直接连接到油箱。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述第一联动阀芯和第二联动阀芯为同一外形尺寸的旋转体结构；第一联动阀芯安装于与第一出油口连接的联动阀芯腔体内，锥面端靠近第二活塞一侧，第二联动阀芯安装于与第二出油口连接的联动阀芯腔体内，锥面端靠近第一活塞一侧。

优选地，所述液压缸通过第一缸体轴承和第二缸体轴承的支撑安装于输入轴上。

优选地，所述液压缸固定在车架上。

优选地，所述车辆传动装置为定轴齿轮传动装置；所述齿轮包括第一齿轮和第二齿轮；第一齿轮通过第一轴承安装于输入轴上，第一齿轮上安装有第一钢片，输入轴上安装有第一摩擦片，第一钢片和第一摩擦片活动连接；第二齿轮通过第二轴承安装于输入轴上，第二齿轮上安装有第二钢片，输入轴上安装有第二摩擦片，第二钢片和第二摩擦片活动连接。

优选地，所述第一活塞与液压缸之间设有第一活塞内密封圈和第一活塞外密封圈；第二活塞和液压缸之间分别设有第二内活塞密封圈和第二外活塞密封圈。

优选地，所述车辆传动装置为行星齿轮传动装置；变速箱箱体与车架固定，箱体通过轴承与输入轴连接；第一钢片与液压缸连接，第一摩擦片与箱体连接；第二钢片安装于液压缸上，液压缸同时也是行星机构的齿圈，第二摩擦片安装于行星机构的太阳轮上，太阳轮与输入轴固定；行星齿轮通过行星齿轮轴承安装于行星架上。

优选地，所述电磁换向阀为三个；分别为第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀；第一电磁换向阀连接第一单向阀后连接到第一活塞进油口，第二电磁换向阀连接第二单向阀后连接到第二活塞进油口，第三电磁换向阀分别连接第一阀芯进油口和第二阀芯进油口。

优选地，所述电磁换向阀为两个；分别为第一电磁换向阀和第二电磁换向阀；第一电磁换向阀连接第一单向阀后连接到第一活塞进油口，第一阀芯进油口连接第一电磁换向阀的出口；第二电磁换向阀连接第二单向阀后连接到第二活塞进油口，第二阀芯进油口连接第二电磁换向阀的出口。

优选地，所述第一电磁换向阀、第二电磁换向阀为向阀为常开二位二通电磁换向阀；第三电磁换向阀为二位三通电磁换向阀。

本发明第一联动阀芯、第二联动阀芯的一侧为活塞结构，由密封圈密封，另一侧为锥面结构，与缸体上的锥面配合，联动阀芯靠近锥面一侧的截面积小于活塞结构一侧，联动阀芯左右移动实现锥面侧的液压油密封和泄油。第一联动阀芯和第二联动阀芯反向安装，在液压缸油压的作用下联动，当液压油推动第一联动阀芯向右运动时，液压缸左侧建立油压，右侧通过第一联动阀芯锥面泄压；当液压油推动第二联动阀芯向左运动时，液压缸右侧建立油压，左侧通过第二联动阀芯锥面泄压，能够实现两侧档位互锁。

第一联动阀芯和第二联动阀芯反向安装，并关于输入轴对称分布。也可以以输入轴对称安装多个方向一致的联动阀芯组成第一组，用于第一档换挡，以输入轴对称安装多个方向一致的联动阀芯组成第二组，第二组联动阀芯与第一组联动阀芯安装方向相反，用于第二档换挡。

本发明第一钢片与第一摩擦片、第二钢片与第二摩擦片，在换挡过程中逐渐结合，无需经过空档阶段，能够实现无动力中断换挡。

本发明的工作过程如下：

(1)空挡换入一档。换挡时，第一电磁换向阀打开，第二电磁换向阀关闭，第三电磁换向阀接通第一阀芯进油口，然后启动油泵，液压油通过第一单向阀进入第一活塞进油口并在第一活塞一侧的液压缸建立油压，通过第一阀芯进油口并在第一联动阀芯腔体建立油压。随着油压的上升，第一联动阀芯克服第一联动阀芯回位弹簧的作用向右移动到最大位置。油压继续上升，克服第一活塞回位弹簧的作用并推动第一活塞向左移动，第一活塞推动第一压盘使得第一摩擦片和第一钢片结合，从而换入一档。完成换挡后，第一电磁换向阀关闭，油泵关闭，第一活塞一侧的液压缸在第一单向阀的作用下保压，第一联动阀芯在第一联动阀芯回位弹簧的作用下向左移动，阀芯腔体内的液压油回到油缸。

(2)一档换入二档。换挡时，第二电磁换向阀打开，第一电磁换向阀关闭，第三电磁换向阀接通第二阀芯进油口，然后启动油泵，液压油进入第二活塞进油口开始建立油压，通过第二阀芯进油口在第二联动阀芯腔体内建立油压。由于联动阀芯的锥面一侧的端面面积小于另一端的端面面积，在液压油上升的过程中，第二联动阀芯将向左移动，第二活塞向右移动，液压缸右侧的液压油经过第二联动阀芯的锥面进入第二出油口回到油箱，从而使液压缸右侧泄压，油压逐渐减小，第一活塞在回位弹簧的作用下逐渐回位，第一摩擦片和第二钢片逐渐分离，第二摩擦片和第二钢片逐渐结合，第一齿轮和第二齿轮以不同转速转动，第一摩擦片和第二钢片、第二摩擦片和第二钢片之间为滑磨状态。随着液压缸右侧油压的上升，第二联动阀芯向左移动到位，第二活塞克服回位弹簧作用力向右移动，推动第二压盘使得第二摩擦片和第二钢片完全结合，系统换入二档，在换挡过程中，两个档位之间由滑磨状态过度，动力输出不间断。完成换挡后，第二电磁换向阀关闭，油泵关闭，第二活塞一侧的液压缸在第二单向阀的作用下保压，第二联动阀芯在第二联动阀芯回位弹簧的作用下向左移动，阀芯腔体内的液压油回到油缸。

(3)二档换入空挡。此时，第三电磁换向阀接通第一阀芯进油口，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀关闭，随后打开油泵，由于联动阀芯的活塞结构一侧截面积大于锥面一侧的截面积，第一联动阀芯向右移动液压缸右侧液压油通过第一联动阀芯锥面流入第一出油口，第二活塞在回位弹簧的作用下回位，第二摩擦片和第二钢片分离，系统换入空挡。

空挡换入二档和空挡换入一档情况类似，二档换入一档和一档换入二档情况类似，一档换入空挡和二档换入空挡情况类似。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

(1)通过控制两个离合器的分离和结合实现档位的切换，换挡过程中动力不间断。

(2)设计的联动阀芯使在任何时候只能换入一个档位，实现了档位的互锁功能。

(3)换挡机构主要部件使用了两个离合器、两个联动阀芯来完成，具有结构简单的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1动力不间断换挡装置的结构原理图。

图2为图1的上部放大图。

图2a为图2第一联动阀芯受力图。

图2b为空挡换1挡过程中图2联动阀芯部分局部放大图。

图2c为1挡换2挡过程中图2联动阀芯部分局部放大图。

图2d为2挡换空挡过程中图2联动阀芯部分局部放大图。

图3为本发明实施例2动力不间断换挡装置的结构原理图。

图4为本发明实施例3动力不间断换挡装置的结构原理图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种动力不间断液压换挡装置，应用于电动汽车的两档自动变速系统，实现两个档位的自动切换。

如图1、2所示，一种动力不间断换挡装置包括油箱1、油泵2、过滤器3、第一电磁换向阀7、第二电磁换向阀5、第三电磁换向阀43、第一单向阀6、第二单向阀4、输入轴8、第一齿轮10、第一钢片11、第一摩擦片12、第一压盘13、第一活塞回位弹簧14、第一活塞回位弹簧座47、第一活塞内密封圈42、第一活塞外密封圈15、第一活塞进油口16、第一阀芯进油口17、第一活塞18、第一联动阀芯23、第一联动阀芯密封圈19、第一联动阀芯回位弹簧21、第一出油口20、第二活塞内密封圈40、第二活塞外密封圈33、第二活塞25、第二活塞回位弹簧26、第二活塞回位弹簧座27、第二压盘28、第二钢片30、第二摩擦片29、第二齿轮24、第一轴承9、液压缸22、第一缸体轴承41、第二缸体轴承32、第二轴承31、第二活塞进油口34、第二阀芯进油口36、第二出油口38、第二联动阀芯35、第二联动阀芯回位弹簧37、第二联动阀芯密封圈39。

第一齿轮10通过第一轴承9安装于输入轴8上，第一齿轮10上安装有第一钢片11，输入轴8上安装有第一摩擦片12，第一钢片11和第一摩擦片12活动连接，第一压盘13和第一活塞18连接，第一活塞回位弹簧14和第一活塞18连接，第一活塞回位弹簧14安装于第一活塞回位弹簧座47内，第一活塞回位弹簧座47与液压缸22连接，第一活塞18安装于液压缸22内的一侧，第一活塞18与液压缸22之间设有第一活塞内密封圈42和第一活塞外密封圈15，通过第一活内塞密封圈42和第一外活塞密封圈15密封。第一摩擦片12通过第一压盘13的挤压和放松实现和第一钢片11的结合和分离。

第二齿轮24通过第二轴承31安装于输入轴8上，第二齿轮24上安装有第二钢片30，输入轴8上安装有第二摩擦片29，第二钢片30和第二摩擦片29活动连接；第二压盘28和第二活塞25连接，第二活塞回位弹簧26和第二活塞25连接，第二活塞回位弹簧26安装于第二活塞回位弹簧座27内，第二活塞回位弹簧座27与液压缸22连接，第二活塞25安装于液压缸22内的另一侧，第二活塞25和液压缸22之间分别设有第二内活塞密封圈40和第二外活塞密封圈33，通过第二内活塞密封圈40和第二外活塞密封圈33密封。第二摩擦片29通过第二压盘28的挤压和放松实现和第二钢片30的结合和分离。

液压缸22通过第一缸体轴承41和第二缸体轴承32的支撑安装于输入轴8上，液压缸22固定在车架上，液压缸22内设有两个阀芯腔体，两个阀芯腔体为旋转体结构，以输入轴8对称布置。两个阀芯腔体靠近第一联动阀芯回位弹簧21和第二联动阀芯回位弹簧37一侧封闭，分别开有第一阀芯进油口17和第二阀芯进油口36。两个阀芯腔体内分别安装有第一联动阀芯23和第二联动阀芯35。第一联动阀芯23和第二联动阀芯35为同一外形尺寸的旋转体结构，第一联动阀芯23与第二联动阀芯35反向安装。第一联动阀芯23和第二联动阀芯35的一侧为活塞结构，由联动阀芯密封圈密封，安装有联动阀芯回位弹簧，另一侧为锥面结构。第一联动阀芯23安装于与第一出油口20连接的联动阀芯腔体内，锥面端靠近第二活塞25一侧，第二联动阀芯35安装于与第二出油口38连接的联动阀芯腔体内，锥面端靠近第一活塞18一侧。第一活塞18侧的液压缸22上开有第一活塞进油口16，靠近第一联动阀芯23锥面侧的液压缸22开有第一出油口20；第二活塞25侧的液压缸22上开有第二活塞进油口34，靠近第二联动阀芯35锥面侧液压缸22开有第二出油口38。

如图2a所示，液压缸内有液压油剖面线的部分代表建立起了液压，空的部分代表无液压建立。为了推动第一联动阀芯移动，第一联动阀芯23的推力需要满足以下条件：

F₁+F₃＞F₂+F₄

式中，F₁为第一联动阀芯23左侧端面的压力，F₂为第一联动阀芯回位弹簧21的弹力，F₃为第一联动阀芯23锥面的压力，F₄为第一联动阀芯23右侧端面收到的压力。上式可表示为联动阀芯腔体压力和联动阀芯面积的关系，如下式所示：

式中，P_l为液压缸22左侧腔体的压强，P_r为液压缸22右侧腔体的压强，S₁为第一联动阀芯23左侧受力面积，S₂为第一联动阀芯23右侧锥面受力面积，S₃为第一联动阀芯23右侧端面受力面积，k₁为第一联动阀芯回位弹簧21的弹性系数，x₁为弹簧的位移量。

第二联动阀芯35两侧液体压强与各部分受力面积的关系和第一联动阀芯23一致。

油箱1通过油道与油泵2连接，并连接过滤器3，过滤器3分别连接第一电磁换向阀7、第二电磁换向阀5和第三电磁换向阀43。第一电磁换向阀7连接第一单向阀6后连接到第一活塞进油口16，第二电磁换向阀5连接第二单向阀4后连接到第二活塞进油口34，第三电磁换向阀43分别连接第一阀芯进油口17和第二阀芯进油口36。第一出油口20和第二出油口38直接连接到油箱1。第一电磁换向阀7、第二电磁换向阀5为常开二位二通电磁换向阀，第三电磁换向阀43为二位三通电磁换向阀。

第一联动阀芯23和第二联动阀芯35的一侧为活塞结构，由密封圈密封，另一侧为锥面结构，与缸体上的锥面配合，联动阀芯靠近锥面一侧的截面积小于活塞结构一侧，联动阀芯左右移动实现锥面侧的液压油密封和泄油。

图2中，第一齿轮10对应一档输出，第二齿轮24对应二档输出。联动阀芯和活塞的初始位置如图2b(1)所示，图中上半部分为第一联动阀芯23一端的局部放大图，图中下半部分为第二联动阀芯35一端的局部放大图。当系统从空挡换入一档时，第一电磁换向阀7打开，第二电磁换向阀5关闭，第三电磁换向阀43接通第一阀芯进油口17，然后启动油泵2，液压油通过第一单向阀6进入第一活塞进油口16并在第一活塞18一侧的液压缸22建立油压，通过第一阀芯进油口17并在第一联动阀芯23腔体建立油压。随着油压的上升，第一联动阀芯23克服第一联动阀芯回位弹簧21的作用向右移动到最大位置。油压继续上升，克服第一活塞回位弹簧14的作用并推动第一活塞18向左移动，第一活塞18推动第一压盘13使得第一摩擦片12和第一钢片11结合，从而换入一档，此时的状态如图2b(2)所示。完成换挡后，第一电磁换向阀7关闭，油泵2关闭，第一活塞18一侧的液压缸22在第一单向阀6的作用下保压，第一联动阀芯23在第一联动阀芯回位弹簧21的作用下向左移动，阀芯腔体内的液压油回到油缸，此时的状态如图2b(3)所示。

当一档换入二档时，第二电磁换向阀5打开，第一电磁换向阀7关闭，第三电磁换向阀43接通第二阀芯进油口36，然后启动油泵2，液压油进入第二活塞进油口34开始建立油压，通过第二阀芯进油口36在第二联动阀芯35腔体内建立油压。由于联动阀芯的锥面一侧的端面面积小于另一端的端面面积，在液压油上升的过程中，第二联动阀芯35将向左移动，第二活塞25向右移动，液压缸22右侧的液压油经过第二联动阀芯35的锥面进入第二出油口38回到油箱1，从而使液压缸22右侧泄压，第一活塞18在回位弹簧的作用下回位，如图2c(1)所示，第一摩擦片12和第二钢片30逐渐分离，第二摩擦片29和第二钢片30逐渐结合，第一齿轮10和第二齿轮24以不同转速转动，第一摩擦片12和第二钢片30、第二摩擦片29和第二钢片30之间为滑磨状态。随着液压缸22右侧油压的上升，第二联动阀芯35向左移动到位，第二活塞25克服回位弹簧作用力向右移动，如图2c(2)所示，推动第二压盘28使得第二摩擦片29和第二钢片30完全结合，系统换入二档，在换挡过程中，两个档位之间由滑磨状态过度，动力输出不间断。完成换挡后，第二电磁换向阀5关闭，油泵2关闭，第二活塞25一侧的液压缸22在第二单向阀4的作用下保压，第二联动阀芯35在第二联动阀芯回位弹簧37的作用下向左移动，如图2c(3)所示，阀芯腔体内的液压油回到油缸。

当二档换入空挡时，第三电磁换向阀43接通第一阀芯进油口17，第一电磁换向阀7、第二电磁换向阀5关闭，随后打开油泵2，由于联动阀芯的活塞结构一侧截面积大于锥面一侧的截面积，第一联动阀芯23向右移动液压缸22右侧液压油通过第一联动阀芯23锥面流入第一出油口20，第二活塞25在回位弹簧的作用下回位，如图2d(1)所示，第二摩擦片29和第二钢片30分离，系统换入空挡。换入空挡后，油泵2关闭，第一联动阀芯23在第一联动阀芯回位弹簧21的作用下向左移动，阀芯腔体内的液压油回到油缸。

空挡换入二档和空挡换入一档情况类似，二档换入一档和一档换入二档情况类似，一档换入空挡和二档换入空挡情况类似。

如图1所示，输出轴44上布置有第一输出轴齿轮45和第二输出轴齿轮46，第一输出轴齿轮45和第一齿轮10啮合，第二输出轴齿轮46与第二齿轮24啮合。当第一摩擦片12和第一钢片11结合时，输入轴8的动力经过第一齿轮10传递到第一输出轴齿轮45上，输出轴44为一档输出；当第二摩擦片29和第二钢片30结合时，输入轴8的动力经过第二齿轮24传递到第二输出轴齿轮46上，输出轴44为二档输出；当第一摩擦片12和第一钢片11分离，同时第二摩擦片29和第二钢片30分离时，输出轴44无动力输出，为空挡。

实施例2

如图3所示，在电动汽车应用中，输入轴8连接到电机的输出轴，空挡可以通过控制电机停止来实现，可以不需要图2所示的第三电磁换向阀43。第一电磁换向阀7连接第一单向阀6后连接到第一活塞进油口16，第一阀芯进油口17连接第一电磁换向阀7的出口；第二电磁换向阀5连接第二单向阀4后连接到第二活塞进油口34，第二阀芯进油口36连接第二电磁换向阀5的出口。第一出油口20和第二出油口38直接连接到油箱1。第一电磁换向阀7和第二电磁换向阀5为常开二位二通电磁换向阀。

换挡过程的具体工作原理与实施例1基本相同，此处不做赘述。

实施例3

如图4所示，一种基于行星机构的动力不间断换挡装置；变速箱箱体9与车架固定，箱体9通过轴承8与输入轴32连接。第一钢片10与液压缸24连接，第一摩擦片11与箱体9连接。第二钢片26安装于液压缸24上，液压缸24同时也是行星机构的齿圈，第二摩擦片25安装于行星机构的太阳轮28上，太阳轮28与输入轴32固定。行星齿轮27通过行星齿轮轴承安装于行星架29上，行星架29提供动力输出。其它部件结构和实施例1基本相同。

太阳轮28齿数为z₁，液压缸24上的齿圈齿数为z₂，设系统有以下工作模式：

(1)空挡换入一档时，第二电磁换向阀5打开，第一电磁换向阀7关闭，油泵2打开，液压油进入第二进活塞油口34推动第二活塞23向右移动，液压油进入第二阀芯进油口35推动第二联动阀芯36向左运动。随着油压上升，第二活塞23向右运动使第二钢片26和第二摩擦片25结合，从而使太阳轮28和液压缸24上的齿圈刚性连接，行星架29以1的传动比输出。完成换挡后，第二电磁换向阀5关闭，油泵2关闭，第二联动阀芯36回位。

(2)一档换入二档时，第一电磁换向阀7打开，第二电磁换向阀5关闭，油泵打开，液压油进入第一阀芯进油口推动第一联动阀芯21向右运动，同时液压油进入第一进活塞油口15推动第一活塞17向左运动，液压油从出第一出油口20排出，右侧液压缸泄压，第二钢片26和第二摩擦片25逐渐分离，第一钢片10和第一摩擦片11逐渐结合，第一钢片10和第一摩擦片11、第二钢片26和第二摩擦片25之间为滑磨状态，太阳轮28和液压缸24上的齿圈、液压缸24上的齿圈和箱体9之间为非刚性连接。随着油压上升，第二钢片26和第二摩擦片25完全分离，第一活塞17向左运动使第一钢片10和第一摩擦片11完全结合，液压缸24上的齿圈和箱体9固定，行星架29以1+α的传动比输出，由于滑磨状态的存在，此过程动力输出不间断。完成换挡后，第一电磁换向阀7关闭，油泵2关闭，第一联动阀芯21回位。

空挡换入二档和空挡换入一档类似，二档换入一档和一档换入二档类似。

换挡过程中液压系统和联动阀芯的工作原理与实施例1基本相同，此处不做赘述。