CN113653681B - 一种活塞缸及其控制方法、变速箱及换挡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活塞缸及其控制方法、变速箱及换挡控制方法，属于AMT变速箱控制技术领域。方法为，将活塞行程分成一段或者至少两段，每段活塞行程对应设置有给定驱动信号；活塞缸控制过程中，检测活塞行程，按照活塞行程当前所处分段，给定驱动信号控制活塞缸驱动单元；所述给定驱动信号包括标定的至少能够驱动活塞进入下一活塞行程分段的活塞缸控制参数。本发明的方法实现了分段精确控制活塞驱动力保证活塞完成行程同时避免冲击，延长了换挡机构的寿命，提高了可靠程度。

Description

一种活塞缸及其控制方法、变速箱及换挡控制方法
技术领域
本发明涉及一种活塞缸及其控制方法、变速箱及换挡控制方法，属于AMT变速箱控制技术领域。
背景技术
随着纯电技术的发展，电驱动系统越来越多的采用变速箱来满足动力性的需求。纯电矿车的运营负载大，尤其需要采用变速箱来实现高速工况和重载工况的适应，而矿区的行驶路况和工作环境恶劣，采用电动换挡时换挡电机的寿命很短。
AMT变速箱采用的气动换挡系统具有可靠性高、寿命长、成本低等优点，目前换挡控制阀一般选用开关阀，在收到换挡指令时打开，在气缸内建立气压，推动气缸活塞带动换挡执行机构动作，在换挡动作过程中，为保证换挡到位，开关阀始终打开，持续向气缸中充入高压气体，导致活塞受力几乎不变甚至更大，在整个换挡动作中活塞推动换挡执行机构处于加速运动。导致气动AMT存在换挡冲击大、噪音大、换挡齿结合齿冲击磨损严重等问题，影响气动AMT的可靠性。
加之矿车运行工况恶劣保养周期长，运用于矿车的AMT变速箱的气缸随时间推移由于磨损、润滑性能及气密性能的改变，气缸活塞的运动阻力也会难以预料的改变，导致矿车后期频繁出现挂挡失败，难以摘挡等问题。进一步增加了气动AMT系统用于矿车的不可靠性。
目前的气动AMT系统的控制方法有以下几种：1)如公告号为CN104635628B的中国专利授权文本，公开了设定驱动步长的AMT气缸控制方法，即在设定时间内打开电磁阀向气缸腔体内提供气压，达到设定时间后关阀断气，依靠剩余的气压和动能完成挂挡操作，由于气缸活塞运动过程中腔体压力非线性的不断变化，仅以时间为目标，无法精准控制换挡力，仍然存在换挡冲击和磨损的问题。有方案采用高速开关电磁阀实现换挡过程的气压控制，但高速开关成本相对较高，体积相对较大，且面对恶劣矿区环境，同样存在不可靠的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种活塞缸控制方法及活塞缸，用以解决活塞缸控制中活塞冲击大的问题；还提供了一种气动活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法及自动变速箱，用以解决换挡冲击大，后期磨损导致活塞阻力变化可靠性低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种活塞缸控制方法，
1)将活塞从初始位置移动到最终位置的整个行程分成一段或者至少两段的区间，每段区间有起点和终点，第一个区间的起点为所述初始位置，最后一个区间的终点为所述最终位置；在活塞由初始位置向最终位置移动过程中，检测活塞的当前位置、活塞缸增压腔中的当前压力；
2)判断当前位置是否是所述最终位置，如果是则控制活塞停止；如果不是，则根据当前位置获得活塞所在的当前区间；依据预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间获得活塞缸增压腔的目标压力；
所述活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，其建立过程是：在活塞从初始位置成功移动到最终位置的过程中，标定活塞处于每段区间时所对应的活塞缸增压腔的压力，将标定的压力设置为活塞处于对应区间时活塞缸增压腔的目标压力；
3)根据活塞缸增压腔中的介质压力与介质流量的相关性，以当前压力达到所述目标压力为控制目标，控制活塞缸增压腔的介质流量；
4)在控制活塞缸增压腔的介质流量的过程中，检测活塞的当前位置和当前压力，根据当前位置判断活塞是否达到目标行程，达到目标行程是指活塞位置超过当前区间的终点，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2)；如果活塞没有达到目标行程，则判断当前压力是否等于目标压力，如果当前压力不等于目标压力，则回到步骤3)。
本发明的活塞缸控制方法，将活塞行程分成若干段，分段控制，在每段输入适当的控制参数在活塞上产生刚刚够的推理，控制活塞运动，精确控制活塞驱动力保证活塞完成行程同时避免冲击，延长了活塞缸的寿命，提高了可靠程度。
进一步的，如果活塞未达到目标行程且当前压力达到目标压力，则进入步骤5)；
5)在设定时间内按设定的增长速度增大增压腔的介质流量；在增大介质流量的过程中，检测活塞的当前位置，判断活塞是否达到目标行程，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2)；如果设定时间结束时，活塞未达到目标行程，控制活塞回到所述初始位置。
若活塞因磨损老化阻力增加而难以移动，则逐步增加活塞驱动力，保证活塞运行的可靠性，同时判断活塞卡死等故障时，主动终止控制，避免损坏活塞缸。
进一步的，所述步骤3)中，通过控制阀门的开度来控制介质流量，其过程是：
a)所述阀门开度从最小到最大被划分为至少两个控制值，依据预先获得的控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间、目标压力，获得对应的控制值；
b)控制阀门达到控制值，以控制介质流量；
所述阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系的建立过程是：通过实验，在阀门开度处于每个控制值时，在活塞从初始位置成功移动到最终位置的过程中，标定活塞处于每段区间所对应的增压腔的压力，将该标定的压力作为阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间所对应的标定压力。
通过预先标定活塞缸控制参数，在活塞缸控制过程中通过查表获取控制参数，方案简单可靠，不容易出错。
进一步的，所述步骤2)中的预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，采用自学习更新该对应关系，所述自学习的过程是：获得活塞缸空载条件下活塞开始移动时的空载驱动力；并将最新的空载驱动力相比上次得到的空载驱动力的变化量转化为活塞缸增压腔中的压力变化量，基于所述压力变化量更新该对应关系。
本发明的方案具备自学习修正标定数据的能力，在活塞缸的全生命周期内，能够自主抵消或适应因磨损老化带来的阻力变化，保证活塞缸全周期的可靠稳定运行。
本发明的一种活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法，
1)将用于驱动换挡机构动作的活塞从空挡位置移动到目标挡位位置的整个行程分成一段或者至少两段的区间，每段区间有起点和终点，第一个区间的起点为所述空挡位置，最后一个区间的终点为所述目标挡位位置；在活塞由空挡位置向目标档位位置移动过程中，检测活塞的当前位置、活塞缸增压腔中的当前压力；
2)判断当前位置是否是所述目标挡位位置，如果是则控制活塞停止；如果不是，则根据当前位置获得活塞所在的当前区间；依据预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间获得活塞缸增压腔的目标压力；
所述活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，其建立过程是：在活塞从空挡位置成功移动到目标挡位位置的过程中，标定活塞处于每段区间时所对应的活塞缸增压腔的压力，将标定的压力设置为活塞处于对应区间时活塞缸增压腔的目标压力；
3)根据活塞缸增压腔中的介质压力与介质流量的相关性，以当前压力达到所述目标压力为控制目标，控制活塞缸增压腔的介质流量；
4)在控制活塞缸增压腔的介质流量的过程中，检测活塞的当前位置和当前压力，根据当前位置判断活塞是否达到目标行程，达到目标行程是指活塞位置超过当前区间的终点，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2)；如果活塞没有达到目标行程，则判断当前压力是否等于目标压力，如果当前压力不等于目标压力，则回到步骤3)。
本发明的换挡控制方法，在换挡周期内分段精确控制活塞力，保证换挡稳定可靠的同时避免冲击，延长了换挡操动机构的寿命，提高了变速箱的可靠程度。
进一步的，如果活塞未达到目标行程且当前压力达到目标压力，则进入步骤5)；
5)在设定时间内按设定的增长速度增大增压腔的介质流量；在增大介质流量的过程中，检测活塞的当前位置，判断活塞是否达到目标行程，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2)；如果设定时间结束时，活塞未达到目标行程，控制活塞回到所述空挡位置。
若提供换挡动力的活塞因磨损老化阻力增加而难以移动，则逐步增加活塞驱动力，保证换挡的可靠完成，同时判断换挡操动机构卡死等故障时，主动终止控制，避免损坏变速箱。
进一步的，所述步骤3)中，通过控制阀门的开度来控制介质流量，其过程是：
a)所述阀门开度从最小到最大被划分为至少两个控制值，依据预先获得的控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间、目标压力，获得对应的控制值；
b)控制阀门达到控制值，以控制介质流量；
所述阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系的建立过程是：通过实验，在阀门开度处于每个控制值时，在活塞从空挡位置成功移动到目标挡位位置的过程中，标定活塞处于每段区间所对应的增压腔的压力，将该标定的压力作为阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间所对应的标定压力。
通过预先标定的换挡活塞缸控制参数，在活塞缸控制过程中通过查表获取控制参数，方案简单可靠，不容易出错。
进一步的，所述步骤2)中的预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，采用自学习更新该对应关系，所述自学习的过程是：获得活塞缸空载条件下活塞开始移动时的空载驱动力；并将最新的空载驱动力相比上次得到的空载驱动力的变化量转化为活塞缸增压腔中的压力变化量，基于所述压力变化量更新该对应关系。
本发明的换挡控制方法具备自学习修正标定数据的能力，在活塞缸的全生命周期内，能够自主抵消或适应因磨损老化带来的阻力变化，保证活塞缸全周期的可靠稳定运行。解决了初始标定的换挡参数无法满足全生命周期的使用需求。
本发明的一种活塞缸系统，包括活塞缸、活塞缸驱动单元以及连接所述活塞缸驱动单元的控制器，所述控制器执行指令并向活塞缸驱动单元输出驱动信号以实现如上所述的活塞缸控制方法。
本发明的一种自动变速箱，包括换挡执行机构、驱动连接换挡执行机构的活塞缸、活塞缸驱动单元以及连接所述活塞缸驱动单元的换挡控制器，所述换挡控制器执行指令并向所述活塞缸驱动单元输出驱动信号以实现如上所述的活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法。
附图说明
图1是本发明的活塞缸结构示意图；
图2是本发明的活塞缸第一工作行程示意图；
图3是本发明的活塞缸第二工作行程示意图；
图4是本发明的活塞缸控制系统原理图；
图5是本发明的换挡控制方法流程图；
图6是本发明的换挡参数自学习更新方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
系统实施例：
本发明的一种活塞缸系统，包括活塞缸及活塞缸驱动单元，以及活塞缸控制器51。
活塞缸如图1所示，具有左右两个工作行程，包括缸体41、活塞42、活塞杆45、限位装置46。活塞缸中活塞42左右各有一个腔室，分别为第一腔室43、第二腔室44；通过在第一腔室43中建立压力进而推动活塞42带动活塞杆45向右运动，或者在第二腔室44中建立压力进而推动活塞42和活塞杆45向左运动。
第一腔室43中设置有用于检测第一腔室43中压力的第一压力传感器32，第二腔室44中设置有用于检测第二腔室44中压力的第二压力传感器31；第二腔室44与活塞42运动方向相对的缸壁上还设置有距离传感器33，具体可以为超声波测距传感器或者红外距离传感器。距离传感器33用于检测活塞缸工作过程中活塞42的位置进而获得活塞42的活塞位移(活塞位移具体可以为，将左右两个工作行程的活塞起点位置定为原点，活塞离开原点后到原点的距离为活塞位移，活塞位移的正负代表活塞朝对应方向离开原点)；作为其他实施例，也可以在第一腔室43检测活塞42的位置，或者通过检测活塞杆45的位移进而获得活塞42的行程。
适用本发明方法的活塞缸可以为油缸、液缸或者气动缸，即适用所有基本原理为通过外界压力源输入对应介质(或者说通过介质将压力源的压力传递到活塞缸的对应腔室)，在活塞缸腔室内建立压力(建立压力的腔室成为增压腔，对于气动缸来说，增压腔就是进气腔)，进而推动活塞运动的动力缸。本实施例下面以气动活塞缸(以下称之为气缸)作为实例对本发明进行说明。
活塞缸驱动单元包括气源10、比例阀21、第一电磁阀22及第二电磁阀23。第一电磁阀22及第二电磁阀23分别连通设置在第一腔室43和第二腔室44上，活塞缸第一腔室43连通第一电磁阀22、第二腔室44连通第二电磁阀23，第一电磁阀22和第二电磁阀23均为两位三通常闭式电磁阀，即能够实现电磁阀打开时，使气缸腔室与气路气源相连，电磁阀关闭时，气缸腔室与大气相连。第一电磁阀22和第二磁阀23的另一端通过气路24与比例阀21的出口连通，比例阀21的入口连接电气压源10，气压源10具体可以为气泵或者储气瓶。
具体信号及控制原理图如图4所示，气缸控制器51与总线52相连，比例阀21、第一电磁阀22、第一压力传感器32、第二电磁阀23、第二压力传感器31、位移传感器33依次挂接在总线52上，通过总线上传采集的压力数据或者接收对应控制指令；作为其他实施例，也可以由控制器51依次单线控制或采集连接各电控阀和传感器。
本实施例中的活塞缸可以通过活塞的受力运动，推动或拉动活塞杆，进而再通过活塞杆带动下游结构部件运动，完成运动和力的传递，实现相关操动机构的驱动操作。活塞缸可以具有左右两个方向的工作形成，也可以仅具有一个方向的工作行程。
例如可用于AMT自动变速箱，驱动AMT变速执行机构完成换挡动作。具体的，本发明的一种自动变速箱，包括换挡执行机构以及本发明的活塞缸系统，自动变速箱的换挡控制器可以具备气缸控制器的功能，或者采用独立的气缸控制器，由换挡控制器控制连接。活塞缸系统中的活塞缸的活塞杆驱动连接换挡执行机构，换挡控制器或独立的气缸控制器采集连接活塞缸系统中，活塞缸及活塞缸驱动单元的第一压力传感器32和第二压力传感器31以及距离传感器33，还控制连接比例阀21、第一电磁阀22及第二电磁阀23。
气缸控制器或者换挡控制器执行存储器中的指令，能够实现如下所述的本发明的活塞缸控制方法或者换挡控制方法，本发明的活塞缸控制方法或者换挡控制方法在方法实施例中具体说明，此处不再赘述
方法实施例：
本实施例以气动活塞缸驱动2挡AMT换挡操动机构的实例对本发明的活塞缸控制方法及换挡控制方法进行说明。
两挡气动AMT变速机构具有1挡、2挡(具体应用中可以是高速挡和爬坡挡)及空挡3个挡位，作为驱动换挡操动机构的气动活塞缸来说，活塞也具有对应的三个工位，分别可以通过限位装置46的自锁球配合定位槽进行限位。具体挡位如图1～3所示，图1中，活塞42处于气缸全行程的中部位置，为空挡位置；图2中，活塞42处于气缸全行程的靠左位置，为1挡位置；图3中，活塞42处于气缸全行程的靠右位置，为2挡位置；换挡过程可分为空挡进1挡、空挡进2挡、1挡摘空挡和2挡摘空挡4个过程，下面对各个换挡过程的基本工作原理进行介绍。
1)空挡进1挡:如图1～2所示，第二电磁阀23开启，第二腔体44作为进气腔与高压气源连通，通入高压气体，第一电磁阀22关闭，第一腔体43与大气连通；第二腔体44建立气压后推动活塞42及活塞杆45向左移动，第二压力传感器31和位移传感器33实时反馈第二腔体44的气压和活塞位移(活塞位移能够反映换挡进程)，AMT变速箱的控制器51(即换挡控制器TCU)根据换挡进程实时调整比例阀21控制释放进入第二腔体44的气量(即可以通过比例阀实现进气腔气压控制)，根据压力传感器精确控制第二腔体44中的气压，进而精确控制换挡力，实现由图1空挡位置到图2中1挡位置的挂挡过程的气缸精确控制。整个挂挡过程的控制中，首先需要建立相应气压，克服限位装置46中弹簧的弹力，使自锁球从当前挡位对应的定位槽(即空挡的定位槽)中脱出，然后建立推动对应换挡操动机构(包括拨叉、同步齿、结合齿等)完成换挡的气压，最后根据活塞位移(抵达1挡定位槽前的活塞位移)再次建立克服限位装置弹簧弹力的气压，使自锁球进入1挡对应的定位槽中，完成挂挡。
2)1挡摘空挡:如图1～2所示，第一电磁阀22开启，第一腔体43作为进气腔与高压气源连通，通入高压气体，第二电磁阀23关闭，第二腔体44与大气连通；第一腔体43建立气压后推动活塞42及活塞杆45向右移动，第一压力传感器32和位移传感器33实时反馈第一腔体43的气压和活塞位移，AMT变速箱的控制器51(即换挡控制器TCU)根据活塞位移所代表的换挡进程实时调整比例阀21控制释放进入第二腔体44的气量，根据压力传感器精确控制第二腔体44中的气压，进而精确控制换挡力，实现由图1空挡位置到图2中1挡位置的挂挡过程的气缸精确控制。整个挂挡过程的控制中，首先需要建立相应气压，克服限位装置46中弹簧的弹力，使自锁球从1挡定位槽中脱出，然后建立推动对应换挡操动机构完成摘挡的气压，最后根据活塞位移(抵达空挡定位槽前的活塞位移)再次建立克服限位装置弹簧弹力的气压，使自锁球进入空挡对应的定位槽中，再根据进入空挡定位槽后的活塞位移，判断自锁球进入空挡定位槽即换挡完成，此时关闭比例阀21和第一电磁阀22泄去第一腔体43内的气压，由于自锁球和定位槽的锁止力，使得活塞42、活塞杆45及换挡操动机构停在空挡挡位上。判断自锁球进入空挡定位槽后，还可以通过再打开第二电磁阀23，使第一腔体43和第二腔体44中建立相同大小的气压，来使活塞42、活塞杆45及换挡操动机构停在空挡挡位上，然后关闭第一电磁阀22和第二电磁阀23对第一腔体43和第二腔体44泄压，通过限位装置46对第一活塞42、活塞杆45及换挡操动机构进行限位。
3)空挡挂2挡及2挡摘空挡的过程与空挡挂1挡和1挡摘空挡的过程相类似，此处不再赘述。
具体挂挡过程中气缸压力的精确控制通过如下方法实现。
本实施例中的气动AMT变速箱将各进挡或摘挡的换挡行程分成10段，对应的活塞位移也对应分为10个区间，每个换挡行程分段均对应一个活塞位移区间，对应的活塞位移可以通过距离传感器33实时检测出来。在出厂时根据气缸结构及对应的换挡操动机构在对应行程下的阻力特点，通过实验和测试对每个换挡行程分段(活塞位移区间)标定换挡分段气压。每个换挡行程分段的换挡分段气压是指，当活塞42在某一活塞位移区间(换挡行程分段)时，对应进气腔内建立起对应的换挡分段气压能够推动活塞克服对应机械力及活塞和缸壁间摩擦力等阻力，使换挡进入到下一对应行程分段(活塞进入到下一个活塞位移区间)。对应空挡进1挡、空挡进2挡、1挡摘空挡和2挡摘空挡4个过程均应进行分段和标定，标定后形成的换挡分段气压标定表存入换挡控制器TCU的存储单元。下面以空挡进1挡为例，对应空挡进1挡的换挡分段气压标定表如下表所示(表1)。具体实验标定过程可以为：在活塞从空挡对应位置成功移动到1挡对应位置的过程中，采集活塞处于每段区间时所对应的气缸进气腔的气压，将采集的气压设置为活塞处于对应区间时气缸进气腔的换挡分段气压。
表1不同区间的目标气压标定表(空挡进1挡)
换挡行程％ 0～10 10～20 20～30 30～40 40～50 50～60 60～70 70～80 80～90 90～100
分段气压bar A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10
其中，A1、A2、…、A11分别为对应换挡行程分段(活塞位移区间)下的换挡分段气压。0％换挡行程表示活塞42仍停留在如图1所示的空挡位置，100％换挡行程表示完成空挡进1挡的换挡，活塞42停留在如图2所示的1挡时对应的活塞位置。0～100％换挡行程均对应一个活塞位移，活塞位移可被距离传感器33实时检测出来。
由于气体的可压缩性、换挡中气缸腔体容积的变化以及不同换挡行程分段下换挡操动机构的阻力不同(例如克服限位装置46的弹力时、推动拨叉走过空位时、拨叉推动同步齿摩擦同步转速时、以及拨叉推动结合齿完成结合时的推动阻力各不相同)，因此换挡过程中，在换挡行程不同(活塞位移不同)的情况下，即使进气腔气压相同，建立起该气压的比例阀21开度也不同，因此在出厂时，还要通过测试实验分别标定4个换挡过程在不同换挡行程下(或者说不同活塞位移时)，比例阀21输入不同占空比控制参数(控制值)后，在近期腔中建立的气压值数据，形成不同占空比及不同换挡行程下进气腔气压变化数据表，存入换挡控制器TCU的存储单元，具体如下表所示(表2，以空挡进1挡为例)。具体实验标定过程可以为，在0～100％占空比下，在活塞从空挡位置成功移动到1挡位置的过程中，采集活塞处于每段活塞位移区间时的进气缸的气压(可以是平均气压，也可以是区间内活塞位移中值时的气压)，将该气压作为对应占空比下的标定气压。
表2不同占空比下进挡过程中气缸腔体气压变化数据(空挡进1挡)
Figure BDA0002488285370000111
沿表的每一竖列来看，其中，0～10％换挡行程分段下的B11、B21、…、B91、B101、B111分别对应当换挡行程0～10％时(对应活塞位移在0～10％)，对比例阀21输出表2左侧的占空比时，在对应气缸腔体(空挡进1挡时对应气缸腔体指第二腔体44)中建立的气压。同样，10～20％换挡行程分段下的B12、B22、…、B92、B102、B112分别对应当换挡行程10～20％时(对应活塞位移在10～20％)，对比例阀21输出表2左侧的占空比时，在第二腔体44中建立的气压。其他数据依次类推。为了使比例阀21控制参数占空比数据更精细准确，可以将表2左侧占空比数据分的更细，例如5％的步长去标定，但会相应增加标定计算量和数据量。
沿表的每一横行来看，表示在比例阀各占空比下，活塞在不同活塞位移区间时，进气腔内形成的气压大小，其中10％占空比下的B21、B22、B23、…、B210即表示当比例阀占空比为10％，换挡行程在1～10％、10～20％、20～30％、…、90～100％分段时(活塞位移在对应的活塞位移区间时)，进气腔内对应的气压大小；或者说，换挡行程在1～10％、10～20％、20～30％、…、90～100％分段时(活塞位移在对应的活塞位移区间时)，若比例阀占空比为10％，进气腔内就会形成对应的B21、B22、B23、…、B210的气压值。表中0％占空比对应的横行中的气压值数据，即B11、B12、B13、…、B110，都应当为0。
换挡过程中根据换挡行程(活塞位移)和目标气压(即表1中各换挡行程分段对应的换挡分段气压)控制比例阀占空比(查表2获得)，实现换挡过程活塞缸的分段精确控制，达到控制整个换挡行程中换挡力的目的。
以空挡进1挡为例，具体控制流程如图5所示，包括如下步骤。
S1、TCU收到空挡进1挡的换挡指令，控制打开第二电磁阀23；
S2、TCU通过距离传感器33或其他方式(如挂挡完成信号等)判断是否已挂入目标挡位完成挂挡；若未完成，则TCU通过距离传感器33实时检测活塞42的位移，得到活塞所处的位移区间，获得此刻换挡行程所处的分段；例如，接到换挡指令后的首次检测时，换挡行程为0％，即换挡行程处在0％-10％的分段；
S3、根据S2得到的实际换挡行程所处的分段，TCU调取存储器中的表1，通过查表获得目标气压，即对应换挡行程分段的换挡分段气压；0％的换挡行程，对应表1中的换挡分段气压为A1；如果实际换挡行程为临界，则归入下一换挡行程分段，比如恰好为10％，则被归入10％-20％的换挡行程分段中。
S4、根据S2得到的换挡行程所处的分段以及S3得到的目标气压，TCU调取存储器中的表2，通过查表获得目标占空比；在表2中0～10％换挡行程分段对应的竖列中寻找等于或最接近目标气压A1的值。例如：B91为等于或最接近目标气压A1的值，则为了在第二腔体44中建立A1数值的气压，需要向比例阀21输入80％占空比的控制信号；换挡刚开始需要从静止驱动活塞42并克服限位装置46的弹簧弹力，因此刚开始换挡时一般需要较大的气压以在活塞42上产生足够的推力；
S5、TCU根据S4查表获得的占空比控制信号，对比例阀21输出对应占空比的控制信号，比例阀21打开对应的开度，向第二腔体44释放压缩气体，在进气腔即第二腔体44建立对应气压；一般情况下第二腔体44中会产生A1的气压，且一般情况下活塞42在此气压的作用力下能够推动活塞杆45及换挡操动机构移动一个单位(即10％)的换挡行程分段；因此，若此时达到目标换挡行程(达到目标换挡行程是指，换挡行程至少达到或超过当前分段的末尾值，即0～10％换挡行程分段的10％换挡行程)，则返回步骤S2首先判断换挡行程是否已达到100％即已达到目标挡位完成换挡，未达到则执行下一轮的步骤S2～S5，在逐个换挡行程分段中通过查表进行比例阀占空比控制，直至换挡行程达到100％，完成空挡到1挡的换挡过程；
S6、气动AMT变速箱生命周期内，由于磨损老化，活塞42与缸体41之间的摩擦力会随之变化，同时由于工作环境，例如用于电动矿车时，沙尘较大，导致换挡行程中某一段摩擦力突然增加甚至卡死；也有可能因气缸壁磨损，存在轻微漏气，导致按照表2占空比控制时，不能在进气腔内建立足够对应的气压；或者比例阀性能衰减导致一定占空比控制下开度偏大，进而导致进气腔气压偏大；因此在步骤S2～S6的活塞缸分段精确控制中，每次查表得到的占空比输出可能使换挡行程前进不到一个分段(摩擦力增加或对应占空比下气压偏低)或前进多个分段(摩擦力降低或对应占空比下气压偏高)；
若出现换挡行程前进不到一个分段，则在下一轮的步骤S2～S5中采用下一个分段的控制参数(查表1获得下一分段的换挡分段气压，再查表2获得下一分段的对应占空比)；或者，基于换挡行程在本分段中前进的比例，设定下一轮的目标气压；例如换挡行程在52％时，按照50～60％的换挡行程分段查表得到的占空比控制比例阀，换挡行程前进到58％，未能到达下一个换挡行程分段60～70％，则根据比例关系，对应将表1中50～60％换挡行程分段对应的换挡分段气压提高相应比例(高于50～60％分段而低于60～70％的换挡分段气压)，作为目标气压，进而基于该目标气压，查表2获得对应的占空比，对比例阀进行控制，然后进入下一轮的换挡力控制；
若换挡行程前进多个分段，则按照实际到达的换挡行程分段查表进行换挡力控制；
若该轮次的占空比的控制下，换挡行程未发生变化(距离传感器检测的活塞42未发生位移)，则通过进气腔的气压传感器(0挡挂1挡中进气腔为第一腔室43，对应的气压传感器为第一气压传感器32)检测该腔室的气压是否达到查表1获得的换挡分段气压，若未达到该换挡分段气压，则有可能是表2中的数据不准确，对应占空比对比例阀的控制没能在进气腔建立足够气压，则实时检测进气腔气压并增加占空比使进气腔气压达到查表1得到的换挡分段气压；若检测到进气腔气压高于查表1得到的换挡分段气压，则出于安全考虑，降低占空比使进气腔气压降低至查表1得到的换挡分段气压；在进气腔气压等于查表1得到的换挡分段气压后，仍未能推动活塞42继续换挡，则按照设定步长逐步增加占空比，增加通过比例阀的气体流速，直至推动活塞42，然后根据活塞到达的活塞位移区间(换挡行程到达的换挡行程分段)进入下一轮换挡力控制；进气腔气压等于换挡分段气压，应当理解为对应腔室的气压检测值达到换挡分段气压上下一定范围内，而非严格数学意义上的相等；
若在设定时间内仍未推动活塞42，或者进气腔气压达到设定上限，则摘空挡返回步骤S2重新进行挂挡；若设定次数的重新挂挡仍然卡死或其他故障导致的无法完成挂挡，则挂挡失败，并报错；
若完成换挡则返回S1等待下一轮换挡指令。
至此，活塞缸的分段驱动力控制的过程完毕。
其他换挡过程的分段驱动力控制与上述过程相似，此处不再赘述
作为其他实施例，表1的换挡行程分段也可以不均匀设置，可以具体根据换挡机构换挡过程中产生的阻力特征来设置，例如在换挡开始突破换挡机构限位装置46的弹性力阶段设置一个换挡行程分段，在换挡机构拨叉推动同步齿同步过程中设置一个换挡行程分段，在换挡行程中推动结合齿结合的过程中设置一个换挡行程分段，对应每个分段结合该分段的换挡阻力设置表1中的换挡分段气压。
作为其他实施例，气压或者说换挡力的控制不通过对比例阀的控制进行，在使用气泵作为气源10时，可以通过对气泵的调速实现活塞缸腔体气压的精确控制。
作为其他实施例，针对气动AMT变速箱生命周期内，磨损老化，气密性改变等影响活塞摩擦力和气压对活塞产生的推力改变的问题，进一步按照设定周期进行自学习来修正表1数据，即修正活塞42在不同位移处产生对应推力的进气腔气压。
具体过程包括，首先在变速箱处于空挡时通过变速箱的维修通道将气动AMT变速箱的换挡操动机构和气缸活塞杆45断开，即使气缸处于空载工况下；若变速箱操动机构及限位装置46具有一定旷量或间隙的情况下，当活塞42开始移动时因相关机构的动作仍在间隙中，未克服限位装置46的弹力也未推动变速箱操动机构运动，因此也可视为空载工况，也可以不摘除换挡操动机构与活塞杆的连接。
自学习过程如图6所示，现在以自学习修正空挡挂1挡的换挡分段气压为例进行说明，包括如下步骤。
S1、首先将气动AMT变速箱摘为空挡，即使气缸活塞回归空挡挂1挡对应行程的初始位置，也即空挡位置；
S2、打开第二电磁阀23；从一个较小占空比开始，例如可以从零开始，按照设定的较小步长，增加比例阀的占空比，使比例阀逐步打开，作为进气腔的第二腔室44的气压逐渐增加；
S3、通过位移传感器33实时检测活塞42的活塞位移，当活塞42开始移动时，通过第二压力传感器31记录进气腔即第二腔室44的气压和当前占空比；
S4、若占空比达到100％活塞42仍未移动，则关闭第二电磁阀23，返回步骤S1重新开始自学习，若设定次数后活塞在100％占空比下仍不移动，则自学习失败，反馈活塞卡死故障；
S5、根据记录的进气腔即第二腔室44的气压计算活塞运动阻力f2，具体可以通过进气腔气压乘以活塞对应面的表面积得到活塞受力，气缸空载工况下，活塞开始运动的受力即为活塞运动阻力，将运动阻力与上一次自学习得到的运动阻力f1相比(出厂标定表1时，配有一套出厂自学习得到的活塞运动阻力)，得到活塞运动阻力变化值Δf(Δf＝f1-f2)，运动阻力变化值Δf代表了气缸因磨损老化摩擦力改变等导致的活塞运动阻力的变化；如果Δf>0，说明阻力变小，要将表1中各换挡行程分段对应的换挡气压根据活塞面积计算的推力降低Δf；同理如果Δf<0，说明阻力变大，要将表1中各换挡行程分段对应的换挡气压根据活塞面积计算的推力增加Δf。或者说需要将运动阻力变化值Δf换算成对应的腔体气压变化量，并对表1中的换挡分段气压进行修正。
至此，气缸的自学习修正过程完毕。
其他换挡过程对应的自学习修正过程与上述过程相似，此处不再赘述。

Claims (8)

1.一种活塞缸控制方法，其特征在于，
1)将活塞从初始位置移动到最终位置的整个行程分成一段或者至少两段的区间，每段区间有起点和终点，第一个区间的起点为所述初始位置，最后一个区间的终点为所述最终位置；在活塞由初始位置向最终位置移动过程中，检测活塞的当前位置、活塞缸增压腔中的当前压力；
2)判断当前位置是否是所述最终位置，如果是则控制活塞停止；如果不是，则根据当前位置获得活塞所在的当前区间；依据预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间获得活塞缸增压腔的目标压力；
所述活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，其建立过程是：在活塞从初始位置成功移动到最终位置的过程中，标定活塞处于每段区间时所对应的活塞缸增压腔的压力，将标定的压力设置为活塞处于对应区间时活塞缸增压腔的目标压力；
预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，采用自学习更新该对应关系，所述自学习的过程是：获得活塞缸空载条件下活塞开始移动时的空载驱动力；并将最新的空载驱动力相比上次得到的空载驱动力的变化量转化为活塞缸增压腔中的压力变化量，基于所述压力变化量更新该对应关系；
3)根据活塞缸增压腔中的气压与气量的相关性，以当前压力达到所述目标压力为控制目标，控制活塞缸增压腔的气量；
4)在控制活塞缸增压腔的气量的过程中，检测活塞的当前位置和当前压力，根据当前位置判断活塞是否达到目标行程，达到目标行程是指活塞位置超过当前区间的终点，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2）；如果活塞没有达到目标行程，则判断当前压力是否等于目标压力，如果当前压力不等于目标压力，则回到步骤3）；
所述活塞缸指气动活塞缸。
2.根据权利要求1所述的活塞缸控制方法，其特征在于，如果活塞未达到目标行程且当前压力达到目标压力，则进入步骤5）；
5）在设定时间内按设定的增长速度增大增压腔的气量；在增大气量的过程中，检测活塞的当前位置，判断活塞是否达到目标行程，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2）；如果设定时间结束时，活塞未达到目标行程，控制活塞回到所述初始位置。
3.根据权利要求1或2所述的活塞缸控制方法，其特征在于，所述步骤3）中，通过控制阀门的开度来控制气量，其过程是：
a） 所述阀门开度从最小到最大被划分为至少两个控制值，依据预先获得的控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间、目标压力，获得对应的控制值；
b）控制阀门达到控制值，以控制气量；
所述阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系的建立过程是：通过实验，在阀门开度处于每个控制值时，在活塞从初始位置成功移动到最终位置的过程中，标定活塞处于每段区间所对应的增压腔的压力，将该标定的压力作为阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间所对应的标定压力。
4.一种活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法，其特征在于，
1）将用于驱动换挡机构动作的活塞从空挡位置移动到目标挡位位置的整个行程分成一段或者至少两段的区间，每段区间有起点和终点，第一个区间的起点为所述空挡位置，最后一个区间的终点为所述目标挡位位置；在活塞由空挡位置向目标档位位置移动过程中，检测活塞的当前位置、活塞缸增压腔中的当前压力；
2）判断当前位置是否是所述目标挡位位置，如果是则控制活塞停止；如果不是，则根据当前位置获得活塞所在的当前区间；依据预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间获得活塞缸增压腔的目标压力；
所述活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，其建立过程是：在活塞从空挡位置成功移动到目标挡位位置的过程中，标定活塞处于每段区间时所对应的活塞缸增压腔的压力，将标定的压力设置为活塞处于对应区间时活塞缸增压腔的目标压力；
预先获得的活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，采用自学习更新该对应关系，所述自学习的过程是：获得活塞缸空载条件下活塞开始移动时的空载驱动力；并将最新的空载驱动力相比上次得到的空载驱动力的变化量转化为活塞缸增压腔中的压力变化量，基于所述压力变化量更新该对应关系；
3）根据活塞缸增压腔中的气压与气量的相关性，以当前压力达到所述目标压力为控制目标，控制活塞缸增压腔的气量；
4）在控制活塞缸增压腔的气量的过程中，检测活塞的当前位置和当前压力，根据当前位置判断活塞是否达到目标行程，达到目标行程是指活塞位置超过当前区间的终点，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2）；如果活塞没有达到目标行程，则判断当前压力是否等于目标压力，如果当前压力不等于目标压力，则回到步骤3）；所述活塞缸指气动活塞缸。
5.根据权利要求4所述的活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法，其特征在于，如果活塞未达到目标行程且当前压力达到目标压力，则进入步骤5）；
5）在设定时间内按设定的增长速度增大增压腔的气量；在增大气量的过程中，检测活塞的当前位置，判断活塞是否达到目标行程，如果活塞达到目标行程，则回到步骤2）；如果设定时间结束时，活塞未达到目标行程，控制活塞回到所述空挡位置。
6.根据权利要求4或5所述的活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法，其特征在于，所述步骤3）中，通过控制阀门的开度来控制气量，其过程是：
a） 所述阀门开度从最小到最大被划分为至少两个控制值，依据预先获得的控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系，由所述当前区间、目标压力，获得对应的控制值；
b）控制阀门达到控制值，以控制气量；
所述阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间与活塞缸增压腔的目标压力的对应关系的建立过程是：通过实验，在阀门开度处于每个控制值时，在活塞从空挡位置成功移动到目标挡位位置的过程中，标定活塞处于每段区间所对应的增压腔的压力，将该标定的压力作为阀门开度的每个控制值、活塞行程的每个区间所对应的标定压力。
7.一种活塞缸系统，包括活塞缸、活塞缸驱动单元以及连接所述活塞缸驱动单元的控制器，其特征在于，所述控制器执行指令并向活塞缸驱动单元输出驱动信号以实现如权利要求1～3任一项所述的活塞缸控制方法。
8.一种自动变速箱，包括换挡执行机构、驱动连接换挡执行机构的活塞缸、活塞缸驱动单元以及连接所述活塞缸驱动单元的换挡控制器，其特征在于，所述换挡控制器执行指令并向所述活塞缸驱动单元输出驱动信号以实现如权利要求4～6任一项所述的活塞缸驱动的变速箱的换挡控制方法。
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