本发明属于变速器技术领域，特别涉及一种三轴变速器气动自动操纵装置及其控制方法。
背景技术：
目前国内纯电动商用车变速器领域，普遍使用电动自动操纵装置。相较于电动自动操纵装置，气动自动操纵装置在机械方面具有结构简单，可靠性高，寿命频次极高等优点；在电气方面，具有控制逻辑简单，对控制器的输入电流和控制精度要求低等特点。因此，有必要研发一种变速器气动自动操纵装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种三轴变速器气动自动操纵装置，能够用于三轴变速器自动、气动控制，结构简单且可靠性高，操纵的准确性高。
本发明的目的还在于提供一种三轴变速器气动自动操纵装置的控制方法，其节省机械选档时间，在机械上仅进行换挡动作，可以实现自动换挡过程，动作时间短，换挡响应迅速，极大降低整车动力中断时间。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种三轴变速器气动自动操纵装置，包括变速器控制器、壳体、六个电磁阀、三根活塞杆、三个换挡拨头、三个随动杆和三个角位移传感器；
壳体一侧设置三个气缸，气缸内分别设置活塞杆；在壳体内，每根活塞杆上设置一个换挡拨头，换挡拨头与配合的随动杆前端活动连接且换挡拨头的直线运动带动配合的随动杆进行周向转动，随动杆末端与相配合的角位移传感器连接；
换挡拨头的延伸方向垂直于相配合的活塞杆轴向且前端伸出壳体；
壳体外设置六个电磁阀，两侧的腔体通过相应的电磁阀与车辆的高压气源连接，电磁阀的控制部分与变速器控制器电连接，角位移传感器与变速器控制器电连接。
优选地，三根活塞杆平行。
优选地，随动杆轴向垂直于相配合的活塞杆的轴向。
优选地，随动杆通过轴孔配合连接在壳体上，随动杆前端在壳体内与相配合的换挡拨头连接；角位移传感器设置在壳体外且与随动杆前端连接。
优选地，随动杆前端设置连接板，连接板上设置滑槽；换挡拨头的一侧设置拨杆，拨杆穿设在滑槽内。
优选地，连接板所在平面平行于相配合的换挡拨头延伸方向和相配合的活塞杆的轴向，滑槽以随动杆的轴心为中心摆动且摆动的中心线垂直于活塞杆的轴向；拨杆轴向的垂直于连接板所在平面。
优选地，换挡拨头通过卷轴销与活塞杆固定连接。
优选地，电磁阀组包括六个电磁阀，每两个电磁阀分别控制一个气缸的两侧的腔体。
优选地，三根活塞杆相互平行且在同一平面内，与两侧的活塞杆相配合的两个随动杆的轴心平行于三根活塞杆所在平面，与中间的活塞杆相配合的随动杆的轴心垂直于三根活塞杆所在平面。
所述的三轴变速器气动自动操纵装置的控制方法，包括步骤：
1)变速器控制器接收换挡指令，通过自身控制逻辑判断预选档位，并计算预选档位对应的换挡拨头的位置；
2)变速器控制器控制电磁阀进行打开或关闭动作，进而控制相应的气缸腔体的充气或排气，使得相应的活塞杆作轴向平移运动；活塞杆带动相配合的换挡拨头运动；换挡拨头带动相配合的随动杆进行周向运动；
3)角位移传感器检测相配合的随动杆的周向转动的角位移，并将角位移数据发送给变速器控制器；
4)变速器控制器根据接收的角位移数据计算相应的换挡拨头的位置；当换挡拨头的位置达到预选档位对应的换挡拨头的位置时，变速器控制器控制电磁阀进行打开或关闭动作，使得换挡拨头停止运动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的三轴变速器气动自动操纵装置，其采用气动力进行换挡，能最大限度利用整车现有气源，大幅度降低机构成本，而且气动执行机构具有体积小，结构简单，性能可靠，换挡寿命频次高的优点；不仅如此，角位移传感器通过随动杆与换挡拨头直接相连，减小中间连接环节，刚性大，极大降低传感器与换挡拨头间的传递误差，保证了换挡拨头的位置精度。
本发明提供的一种三轴变速器气动自动操纵装置的控制方法，变速器控制器接收换挡指令后根据自身控制逻辑判断预选档位，不需要进行机械选档，节省了机械选档时间；在机械上仅进行换挡动作，可以实现自动换挡过程，通过角位移传感器的检测结果向变速器控制器反馈换挡拨头的位置，使得换挡操作更准确，动作时间短，换挡响应迅速，极大降低整车动力中断时间。
附图说明
图1为本发明提供的三轴变速器气动自动操纵装置的侧视图，保留了壳体。
图2为本发明提供的三轴变速器气动自动操纵装置的仰视图，保留了壳体。
图3为本发明提供的活塞杆--换挡拨头--随动杆--角位移传感器机构的立体图。
1为壳体，11为气缸，2为电磁阀，3为活塞杆，4为换挡拨头，41为拨杆，5为随动杆，51为连接板，6为角位移传感器。
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。
如图1所示，本发明提供一种三轴变速器气动自动操纵装置，包括壳体1、六个电磁阀2、三根活塞杆3、换挡拨头4、三个随动杆5和三个角位移传感器6；
如图2所示，壳体1一侧设置三个气缸11，气缸11内分别设置活塞杆3；在壳体1内，每根活塞杆3上设置一个换挡拨头4，换挡拨头4与配合的随动杆5前端活动连接且换挡拨头4的直线运动带动配合的随动杆5进行周向转动，随动杆5末端与相配合的角位移传感器6连接；
换挡拨头4的延伸方向垂直于相配合的活塞杆3轴向且前端伸出壳体1；
壳体1外设置电磁阀组，气缸11通过电磁阀2与车辆的高压气源连接，电磁阀组与变速器控制器电连接，角位移传感器6与变速器控制器电连接。
其中，三个换挡拨头4的延伸方向一致。
在将本发明的三轴变速器气动自动操纵装置应用于变速器后，整体工作过程包括：
选档过程：整车vcu将车辆当前工况的信号发送给变速器控制器(tcu)，变速器控制器通过自身控制逻辑判断预选档位，即选档过程通过电控控制逻辑完成，无需机械层面的操作，省去传统操纵装置选档过程中的机械执行时间。
挂挡过程中：变速器控制器控制电磁阀2开与闭，实现电磁阀2动静铁芯的吸合与打开来控制高压气源的通与断；同时通过控制不同组合电磁阀2的开闭状态，能够控制气缸11中活塞杆3的运动方向，活塞杆3的沿轴向的前后运动带动换挡拨头4沿活塞杆3的沿轴运动，实现换挡动作。
挂挡位置判断：换挡拨头4的运动带动配合的随动杆5进行周向转动，角位移传感器6检测随动杆5的周向转动，进而将换挡拨头4的位移信号转换为电压信号输入至变速器控制器，变速器控制器通过比对换挡拨头4现状态下的挂挡位移值与理论换挡行程间的差值来判断是否挂挡到位。
本发明的三轴变速器气动自动操纵装置由三套各自独立的换挡机构总成构成。变速器控制器控制电磁阀2的开与闭，电磁阀2的开闭状态决定气缸11的活塞气缸11腔体中的充气与排气，利用高压气源推动活塞杆3运动，换挡拨头4固连于活塞杆3上，从而实现换挡动作；角位移传感器6通过随动杆5与换挡拨头4连接，从而测量出换挡拨头4的运动位置结果。
其中，角位移传感器6通过随动杆5与换挡拨头4直接相连，减小中间连接环节，刚性大，极大降低传感器与换挡拨头4间的传递误差，保证了换挡拨头4的位置精度；
其中，在整个换挡操作中，三轴变速器气动自动操纵装置在机械上仅进行换挡动作，节省了机械选档时间，具有动作时间短，换挡响应迅速，极大降低整车动力中断时间；
其中，本发明采用气动力进行换挡，能最大限度利用整车现有气源，大幅度降低机构成本。
其中，气动执行机构具有体积小，结构简单，性能可靠，换挡寿命频次高的优点。
其中，气动自动操纵装置由三套各自独立的换挡机构总成构成，一套机构的失效不会影响到另外一套机构的工作状态，具有双倍的可靠性优点。
本发明的三轴变速器气动自动操纵装置的核心部件为电磁阀2，气缸11和传感器，均具有富裕的寿命频次后备量，便于后期机构总成寿命频次提升的可能性。
作为一种可行的实现方式，所述气缸11的缸壁为外壳的一部分。
作为一种可行的实现方式，三根活塞杆3平行。
作为一种可行的实现方式，随动杆5轴向垂直于相配合的活塞杆3的轴向。
作为一种可行的实现方式，随动杆5通过轴孔配合连接在壳体1上，随动杆5前端在壳体1内与相配合的换挡拨头4连接；角位移传感器6设置在壳体1外且与随动杆5前端连接。如此，可以保证随动杆5的转动的稳定性和准确性，提高换挡拨头4的位置检测精度。
作为一种可行的实现方式，如图3所示，随动杆5前端设置连接板51，连接板51上设置滑槽；换挡拨头4的一侧设置拨杆41，拨杆41穿设在滑槽内。如此，换挡拨头4的运动带动拨杆41的运动，设置在滑槽内的拨杆41带动连接板51的沿随动杆5的轴心进行偏转，带动随动杆5的转动，实现将直线运动转变为圆周运动。
作为一种更进一步地可行的实现方式，连接板51所在平面平行于相配合的换挡拨头4延伸方向和相配合的活塞杆3的轴向，滑槽以随动杆5的轴心为中心摆动且摆动的中心线垂直于活塞杆3的轴向；拨杆41轴向的垂直于连接板51所在平面。如此，可以保证拨杆41的直线运动转变为随动杆5的转动角度最大，进而减小角位移传感器6检测时的误差。
作为一种可行的实现方式，换挡拨头4通过卷轴销与活塞杆3固定连接，如此便于工装。
作为一种可行的实现方式，电磁阀组包括六个电磁阀2，每二个电磁阀2分别控制一个气缸11的两侧的腔体。
作为一种可行的实现方式，壳体1上设置安装支架或安装孔，方便三轴变速器气动自动操纵装置安装在变速器上。
作为一种可行的实现方式，三根活塞杆3相互平行且在同一平面内，与两侧的活塞杆3相配合的两个随动杆5的轴心平行于三根活塞杆3所在平面，与中间的活塞杆3相配合的随动杆5的轴心垂直于三根活塞杆3所在平面。如此，可以方便角位移传感器6的布置。