本发明属于变速器技术领域，具体为一种变速器保护系统及方法。
背景技术：
在车辆起步和换挡的时候，变速器的一轴和二轴之间存在转速差，必须通过离合器将发动机的动力与一轴切开以后，变速器中的同步器才能很好的依靠摩擦作用将一轴的转速保持与二轴同步，实现换挡。
但是，部分司机在驾车行驶过程中，由于个人驾驶习惯问题，常常不踩离合踏板进行挂挡或摘挡操作，此种不规范操作方式会导致同步器同步力矩太大引起高温，造成同步器损坏，严重降低变速器中同步器使用寿命，同时也会影响到行车安全。
在正常行车过程中，如果遇到强烈颠簸路面等情况，变速器存在因整车操纵器、杆系抖动等因素引起的掉档风险，如果出现掉档现象，也会造成变速器中同步器的严重损坏。
商用车司机对整车操控安全性和舒适性要求越来越高，为了满足用户操控轻便性的体验，目前商用车变速器的换挡力普遍较轻。这种状态下，变速器在强烈颠簸等特殊道路上的掉档风险更大，更容易出现掉档现象，从而对变速器中同步器造成损坏。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种变速器保护系统及方法。在离合踏板未踩下时，换挡机构被锁止，在常规换挡力操作下无法进行挂挡、摘挡操作，也可防止在特殊道路行驶中发生掉档现象，从而保护变速器中的同步器，延长其使用寿命，并保证行车安全。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种变速器保护系统，包括气源、连接气管、输气管、气路控制阀、导向结构、活塞、弹簧和锁止端头；气路控制阀上设有进气口、输气口和排气口；
气源通过连接气管与气路控制阀的进气口密封连通；气路控制阀的输气口与输气管的输入端密封连通，输气管的输出端与导向结构的一端密封连通；当离合器处于接通状态时，气路控制阀的进气口和输气口连通，当离合器处于断开状态时，气路控制阀的输气口和排气口连通；
导向结构内自靠近气源的一端依次设有活塞、弹簧和锁止端头，锁止端头远离气源的一端设有突出部，突出部与换挡机构上的凹陷部位配合。
优选的，导向结构自靠近气源的一端依次包括螺塞和壳体，壳体上设有通孔，螺塞的一端与壳体的通孔一端螺纹连接；活塞密封滑动设置在螺塞内，活塞与螺塞形成的密封腔与输气管的输出端密封连通；锁止端头滑动设置在壳体通孔内。
进一步的，壳体上的通孔呈二级阶梯孔设置，包括自靠近气源的一端孔径依次减小的一级孔段和二级孔段；螺塞呈二级阶梯轴设置，包括自靠近气源的一端直径依次减小的一级轴段和二级轴段；二级轴段端面与通孔阶梯面之间具有间隙，锁止端头靠近气源的一端沿周向设有凸缘，凸缘置于间隙内且能够在间隙内沿轴向移动。
进一步的，螺塞的阶梯面与壳体外部接触的位置通过密封垫圈密封。
进一步的，活塞外表面沿周向设有凹槽，凹槽内设有与螺塞密封的密封垫圈。
优选的，活塞远离气源的一端同轴设有第一弹簧座，锁止端头靠近气源的一端同轴设有第二弹簧座，弹簧两端分别置于第一弹簧座和第二弹簧座内。
优选的，锁止端头为球头柱塞，换挡机构为换挡拨头。
优选的，气路控制阀上设置顶杆，顶杆伸出气路控制阀的一端为球形端部，离合器分离拨叉上设置有与顶杆球形端部配合的v型槽；当离合器处于接通状态时，离合器分离拨叉上的v型槽与顶杆的球形端部接触，使气路控制阀的进气口和输气口连通；当离合器处于断开状态时，离合器分离拨叉旋转，压迫顶杆使气路控制阀的输气口和排气口连通。
优选的，连接气管上设置有调压阀。
一种变速器保护方法，基于上述任一保护系统，包括，
气源通过连接气管和输气管向导向结构内通入气体；
未踩下离合踏板时，连接气管和输气管处于连通状态，气体推动活塞移动，活塞压缩弹簧，弹簧推动锁紧端头向换挡机构方向移动，锁止端头的突出部与换挡机构上的凹陷部位接触形成锁止力后锁紧，常规换挡力小于锁止力，此时不能进行常规挂挡或摘挡操作；
踩下离合踏板时，气路控制阀将输气管的输入端与气路控制阀的排气口连通，导向结构内的气体排出，在弹簧弹力的作用下活塞向远离换挡机构的方向移动，锁止力消失，此时能够进行常规的挂挡或摘挡操作；
紧急情况未踩下离合踏板时，驾驶室手球处使用足够大的力，使换挡机构执行力大于锁止力，此时能够进行强制挂挡或摘挡操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的变速器保护系统，通过设置气路控制阀，根据离合器的通断来控制气路的通断，通过活塞、弹簧和锁止端头的设置，将气压转换为锁止力，实现换挡机构的锁止或解除锁止，从而根据离合器的通断来控制是否允许挂挡或摘挡。具体的，当离合器处于接通状态时，连接气管与输气管接通，换挡机构被锁止，不能进行常规挂挡或摘挡；当离合器处于断开状态时，输气管与气路控制阀的排气口连通，导向结构内的气体排出，压力下降，换挡机构解除锁止，可以进行常规挂挡或摘挡；当紧急情况下，离合器处于接通状态时，驾驶室手球处使用足够大的力，使换挡执行力大于锁止力，可实现强制挂挡、摘挡操作。本发明可以规范司机的换挡操作习惯，阻止司机在未踩离合的情况下挂挡或摘挡，避免同步器因违规操作造成提前损坏；行车中杜绝因强烈颠簸等特殊路面造成的变速器掉档隐患，大幅提升行车安全；在离合踏板等零部件失效的情况下，保护系统可强制解除实现挂挡、摘挡操作，确保行车安全的同时不增添其他安全隐患。本发明可以提高同步器使用寿命，从而提高变速器的使用寿命。
进一步的，通过螺塞将活塞、弹簧和锁止端头固定在壳体上，结构稳定性高，可靠。
进一步的，螺塞二级轴段与通孔阶梯面之间留有间隙，将锁止端头上的凸缘置于间隙内，可以对锁止端头的最大移动距离进行限制，避免锁止端头移动距离过大，对换挡机构造成损坏。
进一步的，在螺塞和壳体之间及活塞和螺塞之间设置密封垫圈，实现密封，避免气体泄露。
进一步的，在离合器分离拨叉上开设v型槽，通过v型槽与气路控制阀配合控制气路的通断。
进一步的，通过设置调节阀，可控制执行气压的压力大小，从而设置保护系统工作的锁止力大小，实现保护系统的个性化需求。
本发明的变速器保护方法，司机未踩下离合踏板之前，变速器换挡机构被锁止，从而在驾驶室无法进行挂挡或摘挡操作，可避免司机的不规范驾驶导致同步器提前损坏，也可防止整车在特殊道路行驶中发生掉档现象，提升了驾驶安全性。同时纠正司机的不良驾驶习惯。若遇紧急情况，在保护系统工作时也可用较大的操作力进行强制挂挡、摘挡操作。
附图说明
图1为本发明所述保护系统的结构示意图。
图2为本发明所述保护系统空挡时工作状态示意图。
图3为本发明所述保护系统空挡时解除状态示意图。
图4为本发明所述保护系统挂/摘挡过程解除状态示意图。
图5为本发明所述保护系统在挡时解除状态示意图。
图6为本发明所述保护系统在挡时工作状态示意图。
图7为本发明所述保护系统强制挂/摘挡过程工作状态示意图。
图中：气源1，调节阀2，连接气管31，输气管32，气路控制阀4，离合器分离拨叉5，螺塞6，活塞7，第一密封垫圈8，第二密封垫圈9，弹簧10，球头柱塞11，换挡拨头12，排气口13，顶杆14，壳体15，间隙16，凸缘17。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明所述的变速器保护系统，包括气源1、调节阀2、连接气管31、输气管32，气路控制阀4、螺塞6、活塞7、第一密封垫圈8、第二密封垫圈9、弹簧10和球头柱塞11；气路控制阀上设有进气口、输气口和排气口13。
气源1通过连接气管31与气路控制阀的进气口密封连通；气路控制阀的输气口与输气管的输入端密封连通。连接气管3上设置调节阀2，调节阀2可以调节输送气体的压力大小，从而调节保护系统工作的锁止力大小，实现保护系统的个性化设计。气路控制阀4可以根据离合器的通断状态，控制气路的通断；具体的，气路控制阀4上设置顶杆14，顶杆14伸出气路控制阀4的一端为球形端部，离合器分离拨叉5上设置有与顶杆14球形端部配合的v型槽；当离合器处于接通状态时，离合器分离拨叉5上的v型槽与顶杆14的球形端部接触，气路控制阀的进气口和输气口连通，气路接通；当离合器处于断开状态时，离合器分离拨叉5旋转，压迫顶杆使气路控制阀的输气口和排气口连通，气路被切断。本实例中气源1为整车气源。
壳体15上设有通孔，通孔呈二级阶梯孔设置，包括自靠近气源的一端孔径依次减小的一级孔段和二级孔段；螺塞呈二级阶梯轴设置，包括自靠近气源的一端直径依次减小的一级轴段和二级轴段；二级轴段与一级孔段通过螺纹连接，二级轴段端面与通孔阶梯面之间具有间隙，螺塞6的阶梯面与壳体15外表面接触的位置通过第一密封垫圈8实现密封。
壳体15的通孔与螺塞6形成的空间内自靠近气源1的一端依次设置活塞7、弹簧10和球头柱塞11，活塞密封滑动设置在螺塞内，活塞与螺塞形成的密封腔与输气管的输出端密封连通；球头柱塞11滑动设置在壳体的二级孔段内。活塞7远离气源1的一端同轴设有第一弹簧座，球头柱塞11靠近气源1的一端同轴设有第二弹簧座；弹簧10一端置于第一弹簧座内，另一端置于第二弹簧座内。活塞7外表面沿周向设有凹槽，凹槽内设有第二密封垫圈9，本实例中优选采用o型垫圈，将活塞7和螺塞6之间的密封，避免漏气。
球头柱塞11靠近气源1的一端沿周向设有凸缘17，凸缘17置于间隙16内且能够在间隙16内沿轴向移动。可以对球头柱塞11的最大移动距离进行控制，避免球头柱塞11移动距离过大，锁止过度造成损坏。球头柱塞11远离气源1的一端设有大钢珠，大钢珠与换挡拨头12上的凹陷部位配合进行锁止；大钢珠与球头柱塞11接触的部分还设有小钢珠，小钢珠用于保证大钢珠转动灵活。
在本实例中该保护系统是对换挡拨头12的锁止，除此之外，还可以是对换挡机构上的控制块、横向换挡杆等带凹槽或球窝的零件进行锁止，从而实现整个变速器系统保护。
本发明所述保护系统的基本原理如下：
整车驾驶室离合踏板与变速器的离合器分离拨叉5联动，在离合器分离拨叉5上设计v型槽控制气路控制阀4，再通过气路控制阀4对气路进行控制，气路的通断控制换挡拨头12的锁止或解除锁止，从而实现驾驶室离合踏板对换挡拨头12的锁止或解除锁止，最终实现离合踏板对保护系统的起停控制。具体的，当未踩下离合踏板时，与离合踏板联动的离合器分离拨叉5未旋转，气路控制阀4处于常开状态，气源1通过调压阀2和气路控制阀4进入螺塞6内部，气体压力远大于被压缩的弹簧10的压力，被压缩的弹簧10的压紧力传递至球头柱塞11的大钢球处，使得换挡拨头12锁止，此时无法正常挂挡或摘挡；当踩下离合踏板，与离合踏板联动的离合器分离拨叉5旋转触发气路控制阀4的顶杆14，气路控制阀4关闭，螺塞6与气路控制阀4的排气口连通，螺塞6内部气体压力降至大气压，低于被压缩的弹簧10压力，被压缩的弹簧10变长并推动活塞7向气源1方向移动直至活塞7靠螺塞6限位，球头柱塞11具有的锁止力由气体压力转变为被压缩的弹簧10的压力，锁止力较小，换挡拨头12可进行挂挡或摘挡操作。整个保护系统最终实现：司机在驾驶车辆时只有踩下离合踏板才可正常挂挡或摘挡操作，抬起离合踏板变速器挡位锁止，无法进行正常挂挡或摘挡操作，同时可防止整车在强烈颠簸等路段出现掉档风险，进一步提升行车安全。若遇紧急情况但离合踏板无法踩下保护系统持续工作时，驾驶室手球处使用足够大的力，可使换挡拨头12克服锁止力进行挂挡或摘挡操作，螺塞6内的气体逆向压入气源1的储气罐。
本发明所述变速器保护系统的保护方法如下：
气源1提供的气体通过连接气管31和输气管32输送至螺塞6内；
未踩下离合踏板时，连接气管31和输气管32处于连通状态，气体推动活塞7移动，活塞7压缩弹簧10，弹簧10推动球头柱塞11向换挡拨头12方向移动，球头柱塞11的大钢珠与换挡拨头12上的凹陷部位接触锁紧，常规换挡力小于此时的锁止力，不能进行常规挂挡或摘挡操作；
踩下离合踏板时，输气管的输入端与气路控制阀的排气口连通，螺塞6内的气体通过气路控制阀4上的排气口排出，弹簧10推动活塞7向远离换挡机构的方向移动，锁止力消失，此时能够进行常规的挂挡或摘挡操作；
紧急情况未踩下离合踏板时，驾驶室手球处使用足够大的力，使换挡机构执行力大于锁止力，此时能够进行强制挂挡或摘挡操作。
具体工作过程：
a.空挡时保护系统工作状态，如图2所示。
此时，换挡拨头12处于空挡状态，未踩下离合踏板，与离合踏板联动的离合器分离拨叉5未旋转，气路控制阀4处于常开状态，气源1通过调压阀2和气路控制阀4进入螺塞6内部，气体压力远大于被压缩的弹簧10的压力。因o型圈的密封作用，气体推动活塞7向换挡拨头12的方向移动，弹簧10进一步被压缩直至活塞7靠球头柱塞11限位。球头柱塞11通过凸缘17靠壳体15限位，具有的锁止力由被压缩的弹簧10的压力转变为气体压力，锁止力较大，换挡拨头12无法进行挂挡操作。
b.空挡时保护系统解除状态，如图3所示。
换挡拨头12处于空挡状态，踩下离合踏板，与离合踏板联动的离合器分离拨叉5旋转触发气路控制阀4的顶杆14，气路控制阀4关闭，螺塞6与气路控制阀4的排气口13连通，螺塞6内部气体压力降至大气压，低于被压缩的弹簧10的压力，被压缩的弹簧10变长并推动活塞7向气源1的方向移动直至活塞7靠螺塞6限位。球头柱塞11具有的锁止力由气体压力转变为被压缩的弹簧10的压力，锁止力较小，换挡拨头12可进行挂挡操作。
c.挂/摘挡过程保护系统解除状态，如图4所示。
踩下离合踏板，球头柱塞11的锁止力为被压缩的弹簧10的压力，锁止力较小，换挡拨头12处执行力大于锁止力，球头柱塞11向气源1的方向移动，弹簧10进一步压缩，可完成挂挡或摘挡操作。
d.在挡时保护系统解除状态，如图5所示。
换挡拨头12处于在挡状态，踩下离合踏板，球头柱塞11的锁止力为被压缩的弹簧10的压力，锁止力较小，换挡拨头12可进行摘挡操作。
e.在挡时保护系统工作状态，如图6所示。
换挡拨头12处于在挡状态，抬起离合踏板，与离合踏板联动的离合器分离拨叉5旋转回位触发气路控制阀4的顶杆14，气路控制阀4开启，气源1通过调压阀2和气路控制阀4进入螺塞6内部，气体压力远大于被压缩的弹簧10的压力。因o型圈的密封作用，气体推动活塞7向换挡拨头12的方向移动，弹簧10进一步压缩直至活塞7靠球头柱塞11限位，球头柱塞11通过凸缘17靠壳体15限位，具有的锁止力由被压缩的弹簧10的压力转变为气体压力，锁止力较大，换挡拨头12无法进行摘挡操作。
f.强制挂/摘挡过程保护系统工作状态，如图7所示。
换挡拨头12处于空挡或在挡状态，未踩下离合踏板，球头柱塞11锁止力为气体压力，锁止力较大，换挡拨头12无法进行正常地挂挡或摘挡操作。此种情况下，驾驶室手球处使用足够大的力，使换挡拨头12执行力大于锁止力，推动球头柱塞11、弹簧10及活塞7一起向右移动，螺塞6内的气体逆向压入气源1的储气罐，完成强制挂挡或摘挡操作。
通过以上保护系统，司机未踩下离合踏板之前，无法进行挂挡或摘挡操作，规范了司机的驾驶操作，保护了同步器，同时也避免了特殊道路行驶中出现掉挡的安全隐患，在紧急情况下，即使未踩下离合使用足够大的操作力，仍可完成强制挂挡或摘挡动作，进一步提升了行车安全。