CN103697156A

CN103697156A - 气动换档多点软定位机构

Info

Publication number: CN103697156A
Application number: CN201310724510.9A
Authority: CN
Inventors: 刘欣; 董清伟
Original assignee: Dalian Nature Machinery Electronic Equipment Co Ltd
Current assignee: Dalian Nature Machinery Electronic Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: CN103697156B

Abstract

本发明提供了一种气动换档多点软定位机构，在机械式齿轮变速器主体不变的情况下只是在上盖总成上附加了一个换档气缸总成和一个选位气缸总成，控制气缸里的气动活塞控制选档和换档，同时针对不同的变速箱档位控制数要求，只需改变选位气缸，例如五档位控制，只需要单节气缸实现软定位，六档位控制，只需改加双节气缸，实现软定位，活塞所需的压缩空气由车辆气源提供，电磁阀控制，而这些电磁阀则依次由EPS系统的控制单元ECU所控制，控制单元可以根据车速，发动机转速，欲换档位，离合器分离状况确定变速器是否可以换档，并控制整个换档过程。同时对违反换档操作规程的操作不予执行，保护变速箱及驾驶安全。

Description

气动换档多点软定位机构

技术领域

本发明涉及汽车电控机械式自动变速器的换档技术领域，具体涉及变速器气动换档的选换档机构。

背景技术

在后置变速箱车辆中，手动换档的车辆多采用连杆或拉索机构完成换档，由于传动距离较远，需要较大的操纵力，并需要手脚准确配合完成换档操作，一旦操作失误会造成变速箱损坏，严重的造成交通事故。随着电子技术快速发展以及变速理论研究深入，汽车变速的方式逐渐由手动变速朝向自动变速演变，自动变速是通过自动变速器来实现的。而自动变速器是在纯机械式变速箱的基础上加装选换档执行机构来实现。选换档执行机构按提供动力源可划分为三类：电控液动式、电控电动式、电控气动式。电控液动式执行机构中，通过控制电磁阀组工作，响应速度快，有利于整车舒适性及驾驶性能的提高，但是液压能量损失大，传动效率低，并且液压元器件对加工精度的要求较高，密封性要求高，成本高；电控电动式执行机构，传递效率高，能量损失小，但响应速度慢，不利于整车舒适性及驾驶性能的提高；同时，如果系统为多电机控制系统化，要达到精确档位控制，则对控制方法要求较高，且结构复杂、占用空间大、制造成本高、不利于整车布置等；电控气动式执行机构中，通过控制电磁阀组工作，响应速度快，有利于整车舒适性及驾驶性能的提高，同时有车辆本身自带气源，降低额外动力源供应，提高燃油的经济性，且排放无污染，元器件对加工精度的要求一般，成本低廉，是一种绿色环保的方式。

发明内容

为了现有变速器气动换档的选换档机构存在的上述问题，本发明供了一种调试方便、安装方便、操纵机构简单、定位精确、绿色环保的气动换档多点软定位机构。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：气动换档多点软定位机构，由换档气缸和选位气缸两部分组成，换档气缸和选位气缸在空间上以正交方式安装在变速箱外壳上，换档气缸通过换档气缸底座1固定安装于变速箱外壳上，换档气缸内设有换档轴11，换档气缸左端盖2与换档活塞14及气缸缸筒13构成气体腔室15，换档气缸右端盖5与换档活塞14及气缸缸筒13构成气体腔室12，换档气缸右端盖5连接反馈托架10，反馈托架10设有内腔室8，换档轴11位于内腔室8内的一端连接永磁铁芯7，霍尔传感器组9固定于反馈托架10底面上且正对永磁铁芯7，气体腔室15与直通卡套3相连通，气体腔室12与直通卡套4相连通，通过控制气体腔室12、15中气体压强大小，控制活塞14运动；换档气缸底座1内设有用于固定变速器中的换档拨叉内腔室16，活塞14运动带动换档轴11运动，进而带动右端的永磁铁芯托架6在腔室8中运动，同时也带动左端换档拔叉底座孔17在腔室16中运动，永磁铁芯托架6带动永磁铁芯7运动，使得霍尔传感器组9感应到活塞的运动位置；

选位气缸通过选位气缸底座25固定在变速箱箱体34外壳上选档轴25贯穿选位气缸底座25，选档轴25在选位气缸缸筒21内一端连接选位活塞23，选位气缸顶盖20与选位活塞23以及气缸缸筒21构成气体腔室22，选位气缸底座26与选档活塞23以及气缸缸筒21构成气体腔室24，气体腔室24与直通卡套19相连通，气体腔室22与直通卡套18相连通，选位气缸位移传感器27固定在变速箱34的外壳上，且在选档轴25的凹槽28正上方，运动滑块29、30、31、32固定于选档轴25上且随其一起运动且位于变速箱箱体34内部，弹簧33固定于选档轴25一端且位于变速箱箱体34内部，通过控制单节气缸中气体腔室22和气体腔室24气体压强控制选位活塞23的运动，进而控制选档轴25的运动，选档轴25的运动带动滑块23、30、31、32运动实现高中低档位的选择。

所述选位气缸为双节缸结构，选档轴50贯穿选位气缸底座51，选档轴50在选位气缸缸筒46内一端连接选位活塞48；选位气缸缸筒46前部安装选位气缸中盖45，选位气缸中盖45内设有选档轴44，选档轴44连接选位活塞42，选位气缸中盖45连接选位气缸缸筒41，选位气缸缸筒41端部安装顶盖39，选位气缸顶盖39与选位活塞42以及气缸缸筒41构成气体腔室40，选位气缸中盖45与选位活塞42以及气缸缸筒41构成气体腔室43，选位气缸中盖45与选位活塞48以及气缸缸筒46构成气体腔室47，选位气缸底座51与选位活塞48以及气缸缸筒46构成气体腔室49，气体腔室49与卡套35相连通，气体腔室47与卡套36相连通，气体腔室43与卡套37相连通，气体腔室40与卡套38相连通，气体腔室43与外界大气直接相连通，通过控制气体腔室40和气体腔室43气体压强控制活塞42的运动，进而控制选档轴44的运动；通过控制气体腔室47和气体腔室49气体压强控制活塞48的运动，进而控制选档轴50的运动，选档轴50的运动带动滑块54、55、56、57运动实现高中低档及倒档位的选择。

所述选位气缸和换档气缸均为单活塞双位气缸。

本发明的气动换档多点软定位机构，在机械式齿轮变速器主体不变的情况下只是在上盖总成上附加了一个换档气缸总成和一个选位气缸总成，控制气缸里的气动活塞控制选档和换档，同时针对不同的档位控制要求，只需改变选位气缸，例如五档位控制，只需要单节气缸实现软定位，六档位控制，只需改加双节气缸，实现软定位。活塞所需的压缩空气由车辆气源提供，电磁阀控制，而这些电磁阀则依次由EPS系统的控制单元ECU所控制。控制单元可以（根据车速，发动机转速，欲换档位，离合器分离状况）确定变速器是否可以换档，并控制整个换档过程。同时对违反换档操作规程的操作不予执行，保护变速箱及驾驶安全。

附图说明

图1为换档气缸处于摘档或挂档示意图。

图2为五档位选位气缸处于高中低位示意图。

图3为六档位选位气缸处于高中低及倒档位示意图。

图4为换档气缸等轴测图。

图5为换档气缸正视图。

图6为换档气缸仰视图。

图7为换档气缸剖视图。

图8为五档位选位气缸等轴测图。

图9为五档位选位气缸结构示意图。

图10为六档位选位气缸等轴测图。

图11为六档位选位气缸结构示意图。

图12为换档系统档位示意图。

图中：换档气缸底座1，换档气缸左端盖2，卡套3、4，换档气缸右端盖5，永磁铁芯托架6，永磁铁芯7，内腔室8，霍尔传感器组9，反馈托架10，换档轴11，换档气缸缸筒13，换档活塞14，换档拔叉底座孔17，直通卡套18、19，选位气缸顶盖20，选位气缸缸筒21，选位活塞23，气体腔室22，选档轴25、选位气缸底座26，选位气缸位移传感器27，凹槽28，滑块29、30、31、32，弹簧33，变速箱箱体34，直通卡套35、36、37、38，选位气缸顶盖39，选位气缸缸筒41、46，选位活塞42、48，选档轴44、50，选位气缸中盖45，选位气缸底座51，选位气缸位移传感器52，凹槽53，滑块54、55、56、57，弹簧58，变速箱箱体59。

具体实施方式

所谓软定位，即换档气缸的运动停止位置，由霍尔传感器及通气方式综合确定，换档气缸的行程只起限位作用。本发明的气动换档多点软定位机构是由换档气缸和选位气缸两部分组成，且换档气缸和选位气缸在空间上以正交方式安装在变速箱外壳上。在换档气缸结构不变的前提下，只需改变选位气缸机构，就可以在同一中变速箱实现不同档位换档。现在结合附图，详细说明本专利具体实施方式。

如图4~图7所示为换档气缸部分，选位气缸和换档气缸均为单活塞双位气缸。换档气缸底座1固定在变速箱体外壳上，换档气缸内设有换档轴11，换档气缸左端盖2与换档活塞14及气缸缸筒13构成气体腔室15，换档气缸右端盖5与换档活塞14及气缸缸筒13构成气体腔室12，反馈托架10的内腔室8，霍尔传感器组9固定与反馈托架10底面上且正对于永磁铁芯7，换档气缸底座1的内腔室16，用于固定变速器中的换档拨叉。气体腔室15与直通卡套3相连通，气体腔室12与直通卡套4相连通，并且气体腔室12、15中的气体由汽车自身气源提供。通过控制气体腔室12、15中气体压强大小，控制活塞14运动。活塞14运动带动换档轴11运动，进而带动右端的永磁铁芯托架6在腔室8中运动，同时也带动左端换档拔叉底座孔17在腔室16中运动。永磁铁芯托架6带动永磁铁芯7运动，使得霍尔传感器组９感应到活塞的运动位置。换档拔叉底座孔17变化将带动与之相连接的变速器中换档拔叉运动，结合选位缸运动实现挂档和摘档，完成汽车的变速。通过永磁铁芯7位置的变化引起与其相对应的反馈信号盒中霍尔传感器组9电信号的变化，反馈换档气缸中活塞14位置变化，判断换档拨叉具体位置，即摘档或挂档是否到位。如图1所示为换档气缸处于摘档或挂档示意图，其中图a所示为换档气缸处于摘档位置，图b、c所示为换档气缸处于在档位置。

根据变速箱档数的不同选位气缸有两种；即五档位和六档位选位气缸。它们的区别在于换档气缸及变速器主体不变的前提下，只需改变选位缸，选位气缸分别包括用于五档位的单节缸和用于六档位双节缸。在此，先阐述五档位选位气缸多点软定位方法，后阐述六档位选位气缸多点软定位方法。

（1）如图8和图9所示为五档位选位气缸等轴测图和结构示意图，选档轴25贯穿选位气缸底座26，选档轴25在选位气缸缸筒21内一端连接选位活塞23，选位气缸顶盖20与选位活塞23以及气缸缸筒21构成气体腔室22，选位气缸底座26与选档活塞23以及气缸缸筒21构成气体腔室24。选位气缸底座26固定在变速箱箱体34外壳上。气体腔室24与直通卡套19相连通，气体腔室24与直通卡套18相连通，气体腔室是通过汽车自身的气源供气。选位气缸位移传感器27固定在变速箱的外壳上，且在凹槽28正上方，运动滑块29、30、31、32固定于选档轴27上且随其一起运动且位于变速箱箱体34内部，弹簧33固定于选档轴27一端且位于变速箱箱体34内部。五档位实现通过控制单节气缸中气体腔室22和气体腔室24气体压强控制活塞23的运动，进而控制选档轴25的运动，选档轴25的运动带动滑块23、30、31、32运动，最终实现高中低档位的选择，在此期间位移传感器27反馈档位是否到位，弹簧33产生弹性变化，使得选档过程变得更具柔性，最终实现软定位。

如下图2所示，为五档位气缸实现多点软定位方法中选位气缸处于高中低位示意图，其中图d为选位气缸处于中位，图e为选位气缸处于高位，图f选位气缸处于低位。

（2）在六档位控制中，选位气缸将对应着四个档位，即高中低以及倒档位。如图10和图11所示为六档位选位气缸的等轴测视图及结构示意图，选位气缸为双节缸结构，选档轴50贯穿选位气缸底座51，选档轴50在选位气缸缸筒46内一端连接选位活塞48；选位气缸缸筒46前部安装选位气缸中盖45，选位气缸中盖45内设有选档轴44，选档轴44连接选位活塞42，选位气缸中盖45连接选位气缸缸筒41，选位气缸缸筒41端部安装顶盖39，选位气缸顶盖39与选位活塞42以及气缸缸筒41构成气体腔室40，选位气缸中盖45与选位活塞42以及气缸缸筒41构成气体腔室43，选位气缸中盖45与活塞48以及气缸缸筒46构成气体腔室47，选位气缸底座51与选位活塞48以及气缸缸筒46构成气体腔室49。选位气缸底座51固定在变速箱箱体59外壳上。气体腔室49与直通卡套35相连通，气体腔室47与直通卡套36相连通，气体腔室43与直通卡套37相连通，气体腔室40与直通卡套38相连通，其中气体腔室43与外界大气直接相连通，其它气体腔室是通过汽车自身的气源供气。选位位移传感器52固定在变速箱的外壳上，且在凹槽50上方。动滑块54、55、56、57固定于选档轴50上，弹簧58固定于选档轴50端部，且它们都位于变速箱箱体59内部。

通过控制气体腔室40和气体腔室43气体压强控制活塞42的运动，进而控制选档轴44的运动。通过控制气体腔室47和气体腔室49气体压强控制活塞48的运动，进而控制选档轴50的运动，选档轴50的运动带动滑块54、55、56、57运动，最终实现高中低档及倒档位的选择，在此期间位移传感器52反馈档位是否到位，弹簧58产生弹性变化，使得选档过程变得更具柔性。

在六档位气缸中，通过控制双节气缸中活塞42和活塞48不同的行程组合来实现选档位置的多点软定位，即活塞48的P面和活塞42的Q面分别在气体腔室47和43不同的位置实现。如图9所示，活塞45的P面在气体腔室47中的A、B、C、D的位置，即为选位的高中低及倒档位位置。为了使活塞48在C点位置能够稳定下来，必须使活塞42的Q面运动到E点，使得选档轴44顶住选档轴50，确保选位可靠性。活塞48档位的运动带动选档轴50的运动，进而带动滑块54、55、56、57的位置变化，在此期间位移传感器52反馈档位是否到位，弹簧58产生弹性变化，使得选档过程变得更具柔性。

如图3所示为六档位控制中实现多点软定位方法中，选位气缸处于高中低及倒档位示意图，其中图g对应于图9中P面位于A点，处于高位。图h对应于图9中P面位于B点，处于中位。图i对应于图9中P面位于C点，处于低位。图j对应于图9中P面位于D点，处于倒档位。

工作原理如下：

图12所示换档系统各档位的示意图，其中图k是六档位示意图，图l为五档位示意图。现在举例说明该总成的工作原理，设定该执行机构初始位置在图10中的62处，即图11中P面处于B点处。现在结合图5、6、7，具体说明各档之间的切换过程。

（一）各档之间的切换：

各档之间的切换，由初始位置62分别到3档、4档，再由3档、4档分别回到初始位置62。

初始位置62到3档：来自进气口3的压缩空气进入气体腔室15，同时气体腔室12的空气通过出气口4排出，推动换档活塞14由气缸中间位置运动到气缸右端，带动换档轴11向右运动，带动拔叉底座孔17的运动，进而带动相应拔叉的运动，使系统处于3档位置。

3档到初始位置62：来自进气口4的压缩空气进入气体腔室12，同时气体腔室15的空气通过出气口3排出，推动换档活塞14由气缸右端往左回到气缸中间位置，进而带动换档轴11向左运动，带动拔叉底座孔17的运动，进而带动相应拔叉的运动，使系统回到初始位置62。

初始位置62到4档：来自进气口4的压缩空气进入气体腔室12，同时气体腔室15的空气通过出气口3排出，推动换档活塞14由气缸中间位置向左运动到气缸左端，带动换档轴11向左运动，带动拔叉底座孔17的运动，进而带动相应拔叉的运动，使系统处于4档位置。

4档到初始位置62：来自进气口3的压缩空气进入气体腔室15，同时气体腔室12的压缩空气通过出气口4排出，推动换档活塞14由气缸左端向左运动到气缸中间位置，带动换档轴11向右运动，带动拔叉底座孔17的运动，进而带动相应拔叉的运动，使系统回到初始位置62。

在以上各档之间的切换过程中，永磁铁芯7随换档轴11运动，反馈信号盒中的霍尔传感器组9始终感应永磁铁芯7位置变化，且将感应到信号反馈到EPS控制单元ECU进行处理。ECU通过控制与进出气口3、4相连接管路上的电磁阀组（电磁阀为普通开关阀）工作，精确控制气体腔室15、12中的气体压强大小，进而实现档位精确的多点软定位，尤其实现在气缸中位自位。

由于五档位控制实现方法与六档位控制实现方法相同，并且五档位为单节气缸，在实现更加简便，在这里只是说明六档位实现多点软定位的方法。结合图11和图12，分别对总成的选档换档过程作如下描述：

（二）各档区位之间的切换：

初始位置62到高档位区64：来自进气口36的空气进入到气体腔室47，同时气体腔室49中的压缩空气通过出气口35排出，推动活塞48由B点运动到A点，同时带动选档轴50运动，改变滑块54、55、56、57的位置，使档位处于高档位区64。

高档位64回到初始位置62：来自进气口35的压缩空气进入到气体腔室49，同时气体腔室47中的空气通过出气口36排出，推动活塞48由A点运动到点B，同时带动选档轴50运动，改变滑块54、55、56、57的位置，使系统回到初始位置62。

初始位置62到低档位区61：来自进气口35的压缩空气进入到气体腔室49，同时气体腔室47中的空气通过出气口36排出，推动活塞48由B点运动到C点，同时带动选档轴50运动。在此期间，压缩空气通过进气口38进入到气体腔室40，同时气体腔室43的空气通过出气口37排出，推动活塞42从F点运动到E点，使得选档轴44顶部运动到C点，顶住到达C点的选档轴50。也通过改变滑块54、55、56、57的位置，使系统处于低档位区61。

低档位61到初始位置62：压缩空气通过进气口37进入到气体腔室43，同时气体腔室40的压缩空气通过出气口38排出，推动活塞42从E点运动到F点，带动选档轴44回位。同时来自进气口33的空气进入到气体腔室47，同时腔室49中的压缩空气通过出气口35排出，推动活塞48由C点运动到B点，同时带动选档轴50运动，最终通过改变滑块54、55、56、57的位置，使档位回到初始位置62。

初始位置62到倒档位60：来自进气口35的压缩空气进入到气体腔室49，同时气体腔室47中的空气通过出气口36排出，推动活塞48由B点运动到D点，同时带动选档轴50运动。最终通过改变滑块54、55、56、57的位置，使档位处于倒档位60。

倒档位60到初始位置62：来自进气口36的空气进入到气体腔室47，同时气体腔室49中的压缩空气通过出气口35排出，推动活塞48由D点运动到点B，同时带动选档轴50运动，最终也通过改变滑块54、55、56、57的位置，使档位回到初始位置62。

以上是通过选位气缸实现各档区位之间的切换，实现高中低及倒档位的选择工作过程。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims

1.气动换档多点软定位机构，其特征在于：由换档气缸和选位气缸两部分组成，换档气缸和选位气缸在空间上以正交方式安装在变速箱外壳上，换档气缸通过换档气缸底座（1）固定安装于变速箱外壳上，换档气缸内设有换档轴（11），换档气缸左端盖（2）与换档活塞（14）及气缸缸筒（13）构成气体腔室（15），换档气缸右端盖（5）与换档活塞（14）及气缸缸筒（13）构成气体腔室（12），换档气缸右端盖（5）连接反馈托架（10），反馈托架（10）设有内腔室（8），换档轴（11）位于内腔室（8）内的一端连接永磁铁芯（7），霍尔传感器组（9）固定于反馈托架（10）底面上且正对永磁铁芯（7），气体腔室（15）与直通卡套（3）相连通，气体腔室（12）与直通卡套（4）相连通，通过控制气体腔室（12、15）中气体压强大小，控制活塞（14）运动；换档气缸底座（1）内设有用于固定变速器中的换档拨叉内腔室（16），活塞（14）运动带动换档轴（11）运动，进而带动右端的永磁铁芯托架（6）在腔室（8）中运动，同时也带动左端换档拔叉底座孔（17）在腔室（16）中运动，永磁铁芯托架（6）带动永磁铁芯（7）运动，使得霍尔传感器组（9）感应到活塞的运动位置；

选位气缸通过选位气缸底座（25）固定在变速箱箱体（34）外壳上，选档轴（25）贯穿选位气缸底座（25），选档轴（25）在选位气缸缸筒（21）内一端连接选位活塞（23），选位气缸顶盖（20）与选位活塞（23）以及气缸缸筒（21）构成气体腔室（22），选位气缸底座（26）与选档活塞（23）以及气缸缸筒（21）构成气体腔室（24），气体腔室（24）与直通卡套（19）相连通，气体腔室（22）与直通卡套（18）相连通，选位气缸位移传感器（27）固定在变速箱（34）的外壳上，且在选档轴（25）的凹槽（28）正上方，运动滑块（29、30、31、32）固定于选档轴（25）上且随其一起运动且位于变速箱箱体（34）内部，弹簧（33）固定于选档轴（25）一端且位于变速箱箱体34内部，通过控制单节气缸中气体腔室（22）和气体腔室（24）气体压强控制选位活塞（23）的运动，进而控制选档轴（25）的运动，选档轴（25）的运动带动滑块（23、30、31、32）运动实现高中低档位的选择。

2. 根据权利要求1所述的气动换档多点软定位机构，其特征在于：所述选位气缸为双节缸结构，选档轴（50）贯穿选位气缸底座（51），选档轴（50）在选位气缸缸筒（46）内一端连接选位活塞（48）；选位气缸缸筒（46）前部安装选位气缸中盖（45），选位气缸中盖（45）内设有选档轴（44），选档轴（44）连接选位活塞（42），选位气缸中盖（45）连接选位气缸缸筒（41），选位气缸缸筒（41）端部安装顶盖（39），选位气缸顶盖（39）与选位活塞（42）以及气缸缸筒（41）构成气体腔室（40），选位气缸中盖（45）与选位活塞（42）以及气缸缸筒（41）构成气体腔室（43），选位气缸中盖（45）与选位活塞（48）以及气缸缸筒（46）构成气体腔室（47），选位气缸底座（51）与选位活塞（48）以及气缸缸筒（46）构成气体腔室（49），气体腔室（49）与卡套（35）相连通，气体腔室（47）与卡套（36）相连通，气体腔室（43）与卡套（37）相连通，气体腔室（40）与卡套（38）相连通，气体腔室（43）与外界大气直接相连通，通过控制气体腔室（40）和气体腔室（43）气体压强控制活塞（42）的运动，进而控制选档轴（44）的运动；通过控制气体腔室（47）和气体腔室（49）气体压强控制活塞（48）的运动，进而控制选档轴（50）的运动，选档轴（50）的运动带动滑块（54、55、56、57）运动实现高中低档及倒档位的选择。

3.根据权利要求1所述的气动换档多点软定位机构，其特征在于：所述选位气缸和换档气缸均为单活塞双位气缸。