CN113653686A - 一种活塞缸系统及控制方法、amt换挡系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞缸系统及控制方法、AMT换挡系统及控制方法，涉及AMT变速箱控制技术领域。本发明的活塞缸系统、AMT换挡系统，采用两侧受力面不对称的活塞结构，通过第三活塞的灵活运动与第二活塞的离合配合，使得活塞杆无论是在由左位向中位还由右位向中位移动时，活塞杆上游侧腔体中的活塞的总的受力面积总是大于下游侧腔体中的活塞的受力面积，从而能够更好的形成压力差，从而减少卡滞的发生。本发明的方法在摘挡(活塞杆向中位移动)过程中能够根据活塞杆位移量识别活塞卡住导致摘挡困难的工况，通过控制进入腔体中流体流量控制摘挡力，能够在摘挡力不足时及时提高摘挡力，解决摘挡失败的问题。

Description

一种活塞缸系统及控制方法、AMT换挡系统及控制方法

技术领域

本发明涉及活塞缸系统及控制方法、AMT换挡系统及控制方法，尤其涉及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。

目前矿车上驱动AMT变速箱换挡执行机构的气动缸一般具有3个活塞工位，分别对应矿车AMT变速箱的3个挡位，高速挡、空挡和爬坡挡，空挡对应气缸的中间的活塞工位，矿车摘空挡依靠活塞两侧的受力不同0产生摘档力，但最终由于要让活塞位于中位，所以在摘挡时活塞两侧都要受力，例如左右两个气室都建立气压，或者是在活塞的两侧都由弹簧施加弹性力，由于活塞两侧的作用力相互抵消，这样就导致摘挡力相对进挡力较小(进挡时仅对应气室建立气压，另一个气室泄压)，加之矿车运行工况恶劣，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，另外还有沙尘的影响，气缸活塞极易出现卡住的情况，在气压不足换档力较小的情况下，导致矿车后期频繁出现难以摘挡的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞缸系统及其控制方法，用以解决活塞卡住导致控制失败的问题；还提供了AMT换挡系统及其控制方法，解决活塞难以向中位移动易卡死以及AMT换挡系统易发生摘挡失败的问题。

本发明的活塞缸系统的技术方案，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；

所述活塞缸包括：活塞杆、缸体，第一活塞、第二活塞、第三活塞；所述活塞杆沿设定的轴线左右移动而具有设定的左、中、右三个位置；第一活塞、第二活塞与活塞杆固定；所述缸体包括左右分布的第一腔体、第二腔体；所述第一活塞包括第一受力面，用于被第一腔体中的介质施加向右的压力，第一活塞滑动装配于第一腔体中；所述第二活塞包括第二受力面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力；所述第三活塞包括第三受力面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力；所述第三活塞上设有限位结构，所述缸体中设有阻挡结构，限位结构用于与缸体中的阻挡结构配合，以使第三活塞被阻挡不能向左移动；第三活塞左右移动，具有左极限位和右极限位；所述第三活塞为套筒结构，所述活塞杆及第二活塞向右插入套孔中，第二活塞与套孔密封滑动配合；第三活塞包括左侧的插套和右侧的环台，所述插套向左插入第一腔室中，插套上设有顶推结构，用于向左与第一活塞顶推配合，顶推结构用于顶推第一活塞向左移动或者用于被第一活塞向右顶推而带动第三活塞移动至右极限位；所述环台的外周面与第二腔室滑动密封配合；所述限位结构与阻挡结构配合时第三活塞处于左极限位并对应活塞杆的中位或左位；活塞杆处于右位时对应第三活塞的右极限位；所述第一受力面的面积大于第二受力面，第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和；

所述活塞缸驱动单元包括：压力源、阀；阀受所述控制器控制，用于控制第一、二腔体进入流体的流量；活塞缸系统还包括与控制器采样连接的第一压力传感器、第二压力传感器、位置传感器；第一压力传感器用于检测第一腔室中的压力，第二压力传感器用于检测第二腔室中的压力；位置传感器用于检测活塞杆的位置；所述控制器执行指令以如下控制方法实现活塞杆从左位或右位到达中位：

1)按照设定流量向第一腔室和第二腔室通入流体；实时检测活塞杆位置，将活塞杆的初始位置定义为原位置，将第一、二腔室中位于活塞杆移动方向的下游的腔体定义为下游腔体，另一个为上游腔体；

2)根据活塞杆的当前位置与活塞杆的原位置，判断活塞杆的位移量，位移量是活塞杆的当前位置与原位置之间的距离；若位移量大于设定值，进入步骤4)，否则进入步骤3)；

3)增大设定流量，回到步骤2)；

4)判断活塞杆是否到达中位，若达到，结束；若未达到，然后将活塞杆当前位置更新为新的原位置，回到步骤2)。

进一步的，所述控制方法的步骤3)中，在增大设定流量前判断设定流量是否超限，若未超限，则继续增大设定流量。

进一步的，若增大设定流量后导致设定流量超过设定值，则启动防卡死动作；防卡死动作是通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中供应流体和/或通过下游腔体所设的泄压阀来控制下游腔体泄压；防卡死动作启动之后，再根据活塞杆的当前位置与原位置，判断活塞杆的位移量，若位移量大于设定值，则停止防卡死动作，通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中恢复供应流体，进入步骤4)；否则停机；或者所述防卡死动作启动之后，通过第一、二压力传感器采集的压力值，判断两个腔体的压力差是否超过设定压力值，若是，停止防卡死动作，通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中恢复供应气体，进入步骤4)；否则停机。

进一步的，所述第三活塞的环台的右侧具有环形端面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力，形成所述第三受力面。

进一步的，所述第一腔室的截面积小于第二腔室，第一腔室与第二腔室之间形成第一台阶；插套外径小于环台的外径，插套与环台两者之间形成第二台阶，第二台阶的左端面用于与所述第一台阶的右端面挡止配合；第二台阶形成了第三活塞的限位结构，第一台阶形成了缸体中的阻挡结构。

进一步的，所述的阀包括控制第一腔体进入流体的第一阀门、控制第一腔体进入流体的第二阀门；第一阀门和第二阀门受所述活塞缸控制器控制；所述阀还包括受所述活塞缸控制器控制的流量控制阀，用于控制流入第一腔体和第二腔体中流体的流量大小，或者所述第一阀和第二阀能够调节开度以控制流入第一腔体和第二腔体中流体的流量大小。

进一步的，所述第一腔室、第二腔室设有泄压阀，或者所述第一阀门、第二阀门不仅用于进入流体还用于泄压。

本发明的活塞缸系统的控制方法的技术方案，采用如上述活塞缸系统的技术方案中的控制方法实现活塞杆从左位或右位到达中位。

本发明的AMT换挡系统的技术方案，包括换挡执行机构、驱动连接换档执行机构的活塞缸系统，其特征在于，所述活塞缸系统采用如上述活塞缸系统的技术方案中的活塞缸系统；所述活塞杆的左、中、右位对应AMT的1挡、空挡、2挡。

本发明的AMT换挡系统的控制方法的技术方案，采用如上述活塞缸系统的技术方案中的控制方法实现活塞杆从左位或右位到达中位，所述活塞杆的左、中、右位对应AMT的1挡、空挡、2挡，实现摘挡。

本发明的活塞缸系统、AMT换挡系统，采用两侧受力面不对称的活塞结构，通过第三活塞的灵活运动与第二活塞的离合配合，使得活塞杆无论是在由左位向中位还由右位向中位移动时，活塞杆上游侧腔体中的活塞的总的受力面积总是大于下游侧腔体中的活塞的受力面积，从而能够更好的形成压力差，从而减少卡滞的发生。

进而，本发明的活塞缸系统以及AMT换挡系统，在摘挡(活塞杆向中位移动)过程中能够根据活塞杆位移量识别活塞卡住导致摘挡困难的工况，通过控制进入腔体中流体流量控制摘挡力，能够在摘挡力不足时及时提高摘挡力，解决摘挡失败的问题。

进一步的，当出现卡死时，本发明能够启动防卡死动作，通过对下游侧腔体停止供应流体和/或泄压制造更大的压力差，来解除卡死。

进一步的，避免腔体压差过大的风险，本发明的活塞缸系统以及AMT换挡系统还在流量超限监测的基础上，以活塞杆位移监测和/或腔体压差监测来防止换挡冲击以及停机保护。

附图说明

图1是本发明的AMT换挡系统的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的AMT换挡系统的实施例1的控制原理图；

图3是图1中的气缸中的活塞杆处于左位的简化示意图；

图4是图1中的气缸中的活塞杆处于中位的简化示意图；

图5是图1中的气缸中的活塞杆处于右位的简化示意图；

图6是活塞缸的另一种实施例的结构示意图；

图7是本发明的AMT换挡系统进行摘挡控制的控制方法流程图；

图中：10-气源；2-活塞驱动单元；21-比例阀；22-第一电磁阀；23-第二电磁阀；31-第二压力传感器；32-第一压力传感器；33-位置传感器；4-活塞缸；41-缸体；410-第一台阶；42-活塞；421-第一活塞；422-第二活塞；423-第三活塞；4230-第二台阶；4231-环台；4232-插套；43-第一腔室；44-第二腔室；45-活塞杆；46-限位装置；51-活塞缸控制器。

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。

实施例1：

本发明的活塞缸系统以及活塞缸应用于AMT换挡系统的实施例，用于驱动车辆AMT(自动变速箱)的换挡执行机构完成换挡动作。AMT包括换挡执行机构以及活塞缸系统，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。活塞缸的活塞杆传动连接换挡执行机构，换挡控制器或独立的气缸控制器(如图2所示，即活塞缸控制器51)采样连接活塞缸系统中的活塞缸及活塞缸驱动单元上的传感器(如图2所示，第一压力传感器32和第二压力传感器31以及位置传感器33)，还控制连接向活塞缸系统的驱动单元中的流体控制元件(如图2所示，比例阀21、第一电磁阀22及第二电磁阀23)。

活塞缸系统如图1、图2所示，包括活塞缸4、活塞缸驱动单元2、活塞缸控制器51。活塞缸4用于向车辆的AMT(自动变速箱)的换挡执行机构提供直线位移驱动力，活塞缸4的输出端的直线位移与换挡执行机构的挡位变换直接对应，换挡执行机构的机械构造以及活塞缸输出端的传动结构均属于现有技术，不是本发明的改进内容，本发明的改进主要涉及的是活塞缸的构造及如何对活塞缸输出的直线位移的控制，适用本发明的活塞缸可以为液压缸或气压缸，即适用所有基本原理为通过外界压力源输入对应流体，在活塞缸腔室内建立压力，进而推动活塞运动的流体动力缸。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。

如图1、图3-图5所示，本实施例中的活塞缸4为气缸，包括：缸体41、活塞杆45、限位装置46，第一活塞421、第二活塞422、第三活塞423。缸体41左右各有一个腔室，分别为第一腔室43、第二腔室44，第一腔室43的截面积小于第二腔室44，第一腔室43与第二腔室44之间形成第一台阶410，第一台阶410为过渡台阶。

第一活塞421、第二活塞422固定连接在活塞杆45上，第一活塞421、第二活塞422、活塞杆45为同步运动。第一活塞421外周面与第一腔室43密封滑动配合，第一活塞421的左端面用于被第一腔体中的介质施加向右的压力，形成第一活塞421的第一受力面。

第三活塞423为套筒结构，第三活塞423内部具有套孔，活塞杆45及第二活塞422向右插入套孔中，第二活塞422与第三活塞423的套孔密封滑动配合，第二活塞422的右端面用于被第二腔体中的介质施加向左的压力，形成第二活塞422的第二受力面面。

第三活塞423外部具有左侧的插套4232和右侧的环台4231，插套4232外径小于环台4232的外径，两者之间形成第二台阶4230，该第二台阶4230的左端面用于与缸体41中的第一台阶410的右端面挡止配合，从而第二台阶4230形成了第三活塞4232上的限位结构，用于限制第三活塞的向左移动，与之相应的，第一台阶410形成了缸体41中的阻挡结构，阻挡结构的存在，使得第三活塞具有了向左移动的左极限位。插套4232向左插入第一腔室43中，插套4232的左端面用于向左与第一活塞421顶推配合，形成第三活塞423的顶推结构，第一活塞421向右移动时能够顶推第三活塞423向右移动，顶推结构的存在，使得第三活塞具有了向右移动的右极限位。环台4231外周面与第二腔室44滑动密封配合，第三活塞423的右侧具有环形端面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力，形成了第三活塞423的第三受力面，由于上述第三活塞423的顶推结构的存在，当第三活塞向左移动时能够顶推第一活塞421向左移动。

为了实现活塞杆45在左右方向的运动行程上有左、中、右三个设定位置。第一、二、三活塞的各个受力面被设定为：第一受力面的面积大于第二受力面；第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和，而且由于上述的第三活塞423的顶推结构的动力传递作用、缸体41的阻挡结构(第一台阶410)和第三活塞4232上的限位结构(第二台阶4230)的限位作用，使得活塞杆45能够左右移动并停留在左中右三个位置。具体的，活塞缸驱动单元2仅向第一腔室43中输入气体提供压力，能够在第一腔室43中建立压力，推动第一活塞421带动活塞杆45及第二活塞422向右运动，到达右位；或者活塞缸驱动单元2仅向第二腔室44中输入气体建立压力，第二活塞422推动第一活塞421和活塞杆45向左运动到达右位，第三活塞423则被缸体41的阻挡结构阻挡而处于其左极限位；而当第一、二腔室都输入相同压强的气体时，第三活塞423和第二活塞422虽然能够提供大于第一活塞421的推动力(第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和)，但是由于第二活塞422自身不能推动第一活塞421向左运动(第一受力面的面积大于第二受力面)，而且第三活塞423被阻挡在其左极限位不能继续推动第一活塞42，从而使得活塞杆45能够停留在左位与右位之间的中位；而反过来，虽然第一活塞421自身能够推动第二活塞422向右运动(在从左位向中位移动的过程中)，但是在中位处，第一活塞421将被第三活塞422的顶推结构所阻挡，而不能继续推动第二活塞422向右运动(第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和)。

并且，活塞杆45上设有左、中、右三个定位槽，相应的，限位装置46包括弹簧、被弹簧弹性顶压的自锁球，限位装置46的自锁球配合活塞杆45上的左、中、右三个定位槽对活塞杆45的移动位置进行限位。这里需要说明的，对活塞杆的中位限位与上述第三活塞423的左极限位的位置对应，并不依赖于活塞杆45上的中定位槽，而至于活塞杆的左、右两个位置，也可以通过缸体41的阻挡结构与对应的活塞在设定位置阻挡来实现，因此活塞杆的定位槽及限位装置46并非必须，而对于活塞杆位移的左右极限限位方式属于常规手段而不受本实施例的具体方式的限制。

活塞杆45移动行程上的三个位置，对应AMT的1挡、空挡、2挡。需要指明的是，本发明申请文件中所定义的“左、右”是指活塞缸输出的直线位移方向上的相对的位置关系，“中”是指左右之间的位置，而不是绝对的左右，换言之，当活塞缸被竖直放置时，活塞杆虽然可以被认为是上下移动，但此时活塞缸内的左、右相对位置关系仍然存在，而并不能认为左、右关系被改变为绝对的上、下。

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位置传感器33，具体可以为超声波测距传感器或者红外位置传感器。位置传感器33用于检测活塞缸工作过程中活塞杆45的位置；作为其他实施例，也可以在第一腔室43检测第一活塞421的位置，或者通过检测第二活塞422的位置，或者外置位移位移传感器检测活塞杆45的位移进而获得活塞杆45的位置。

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。在本实施例中，第一电磁阀22及第二电磁阀23既是进气阀又是排气泄压阀，当然气缸腔室的泄压也可以通过其他的单独的阀门实现。

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。

本发明的AMT换挡系统的实施例的工作过程如下：

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)及空挡三个挡位，作为上述的驱动换挡执行机构的活塞缸来说，活塞杆45也具有对应的左中右三个工位，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3～5所示，图4中，活塞杆45处于全行程的中部位置，为空挡位置；图3中，活塞杆45处于全行程的靠左位置，为1挡位置；图5中，活塞杆45处于全行程的靠右位置，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、图3、图4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建立气压后推动第二活塞422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的气压和活塞杆位移(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4空挡位置到图3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执行机构(包括拨叉、同步齿、结合齿等)完成换挡的气压，最后根据活塞杆位移(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、图3、图4所示，第一电磁阀22、第二电磁阀23均开启，第一腔体43、第二腔体44均作为进气腔与高压气源连通，通入高压气体并使得两个腔体中的气体压强相同；初始时第一活塞421自身能够推动第二活塞422向右运动(在从左位向中位移动的过程中)，但是在中位处，第一活塞421将被第三活塞422的顶推结构所阻挡，而不能继续推动第二活塞422向右运动(第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和)。反过来，第三活塞423和第二活塞422虽然能够提供大于第一活塞421的推动力(第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和)，但是由于第二活塞422自身不能推动第一活塞421向左运动(第一受力面的面积大于第二受力面)，而且第三活塞423被阻挡在其左极限位不能继续推动第一活塞42，从而使得活塞杆45能够停留在左位与右位之间的中位。

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，根据压力传感器控制第一腔体43、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。当自锁球进入空挡定位槽后，通过提供给第一腔体43和第二腔体44中建立相同大小的气压以及限位装置4，来使活塞杆45及换挡执行机构停在空挡挡位上。

3)空挡进2挡的过程与空挡挂1挡的过程相反，第一腔室43为进气腔，第二腔室44中没有气压，因而第三活塞423并不能阻挡第一活塞421带动活塞杆45向右运动达到右位。

4)2挡摘空挡的过程与1挡摘空挡的过程原理相类似，仅介绍其原理：第一腔室43、第二腔室44均为进气腔，由于第三活塞423和第二活塞422能够提供大于第一活塞421的推动力(第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和)，但是由于第二活塞421自身不能推动第一活塞422向左运动(第一受力面的面积大于第二受力面)，而且第三活塞423被阻挡在其左极限位不能继续推动第一活塞42，从而使得活塞杆45能够停留在左位与右位之间的中位。

进一步的，如图7所示，本发明的气缸控制器或者换挡控制器执行存储器中的指令，在进行摘挡控制时，转为避免卡死，能够实现如下的控制方法：

1)打开第一电磁阀22、第二电磁阀23，以比例阀21进行流量控制，以相同的设定流量向第一腔室43和第二腔室44通入流体；位置传感器33以设定的频率采样，实时检测活塞杆45的位置，将活塞杆45在左位或者右位的初始位置定义为原位置，在活塞杆45的移动方向上，将第一、二腔室中位于活塞杆移动方向的下游的腔体定义为下游腔体，另一个为上游腔体；例如活塞杆45从左位向中位向右移动时，即1挡摘挡到空挡，此时第一腔室43为上游腔体，第二腔室44为下游腔体；

2)根据活塞杆45的当前位置与活塞杆的原位置，判断活塞杆的位移量，位移量是活塞杆的当前位置与原位置之间的距离；若位移量大于设定值，进入步骤4)，否则进入步骤3)；该设定值的目的是判断活塞杆45的位置是否发生变化，例如可以设定为5-10毫米；

3)增大设定流量，回到步骤2)；设定流量的增大可以采用调节比例阀21的开度的步进方式，例如每次增加开度10％；

4)根据活塞杆45的当前位置，判断活塞杆是否到达中位，若达到，停止向第一腔室和第二腔室通入流体，换挡结束；若未达到，然后将活塞杆当前位置更新为新的原位置，回到步骤2)。

作为上述控制方法实施方式的一种具体实施例，还可以增加“启动防卡死动作”的控制过程，具体在步骤3)中，在增大设定流量之前先判断设定流量是否超限，这样在几次增加设定流量后，若增大设定流量后导致设定流量超过设定值，则启动防卡死动作；防卡死动作是通过控制下游腔体所对应的阀门停止向下游腔体中供应流体和/或通过下游腔体所设的泄压阀来控制下游腔体泄压。

防卡死动作启动之后，为了避免压差过大造成的冲击，再根据活塞杆的当前位置与原位置，判断活塞杆的位移量，若位移量大于设定值，则停止防卡死动作，通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中恢复供应流体，进入步骤4)；否则停机。

作为上述控制方法实施方式的另一种具体实施例，在防卡死动作启动之后，判断活塞杆的位移量，若位移量不大于设定值，则增大设定流量以进一步增加上、下游两个腔体的压力差，设定流量的增大可以采用调节比例阀21的开度的步进方式，例如每次增加开度5％；在此实施例下，为防止冲击或损坏，还通过第一、二压力传感器采集的压力值，判断上、下游两个腔体的压力差是否超过设定压力值，若是，则说明上、下游两个腔体的压力差过大，存在冲击的风险，且活塞卡死力也过大，需要人工检修，因此停机泄压并报错；若否，则可继续增大设定流量。

或者，在增加了“启动防卡死动作”的控制过程的基础上，还可以将上、下游两个腔体的压力差作为判断实现活塞杆移动的压力差是否建立的判断标准，若上、下游两个腔体的压力差超过设定压力值，则说明为实现活塞杆移动的压差已经建立，停止防卡死动作，通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中恢复供应气体，进入步骤4)；否则说明对应的电磁阀、泄压阀或者活塞缸出现故障，停机并对活塞缸进行检查。因此，上述“启动防卡死动作”之后的判断活塞杆位移量、通过压力差判断实现活塞杆移动的压力差是否建立可以选择其中一个，或者也可以两个都进行判断。

实施例2

本发明的活塞缸的另一种实施例，与上述实施例1中的活塞缸的不同之处仅在于，如图6所示，其活塞42为单体的结构，活塞42的左端面为第一受力面，右端面为第二受力面，活塞42的右部分的截面小于左部分的截面，实际上分别为第一活塞和第二活塞，活塞42的右部分插入第三活塞中。因此，需要指明的是，本发明中的“第一活塞和第二活塞”既可以是活塞杆上的两个活塞，也可以活塞杆上的一个活塞的两个部分。

本发明的活塞缸系统的实施例以及活塞缸系统的控制方法的实施例，采用上述换挡系统实施例中的活塞缸和控制方法，其结构和控制方法不再赘述，本发明的活塞缸系统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，而并不限于AMT换挡系统。

Claims (10)

1.一种活塞缸系统，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，

所述活塞缸包括：活塞杆、缸体，第一活塞、第二活塞、第三活塞；所述活塞杆沿设定的轴线左右移动而具有设定的左、中、右三个位置；第一活塞、第二活塞与活塞杆固定；所述缸体包括左右分布的第一腔体、第二腔体；所述第一活塞包括第一受力面，用于被第一腔体中的介质施加向右的压力，第一活塞滑动装配于第一腔体中；所述第二活塞包括第二受力面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力；所述第三活塞包括第三受力面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力；所述第三活塞上设有限位结构，所述缸体中设有阻挡结构，限位结构用于与缸体中的阻挡结构配合，以使第三活塞被阻挡不能向左移动；第三活塞左右移动，具有左极限位和右极限位；所述第三活塞为套筒结构，所述活塞杆及第二活塞向右插入套孔中，第二活塞与套孔密封滑动配合；第三活塞包括左侧的插套和右侧的环台，所述插套向左插入第一腔室中，插套上设有顶推结构，用于向左与第一活塞顶推配合，顶推结构用于顶推第一活塞向左移动或者用于被第一活塞向右顶推而带动第三活塞移动至右极限位；所述环台的外周面与第二腔室滑动密封配合；所述限位结构与阻挡结构配合时第三活塞处于左极限位并对应活塞杆的中位或左位；活塞杆处于右位时对应第三活塞的右极限位；所述第一受力面的面积大于第二受力面，第一受力面的面积小于第二受力面和第三受力面的面积之和；

所述活塞缸驱动单元包括：压力源、阀；阀受所述控制器控制，用于控制第一、二腔体进入流体的流量；活塞缸系统还包括与控制器采样连接的第一压力传感器、第二压力传感器、位置传感器；第一压力传感器用于检测第一腔室中的压力，第二压力传感器用于检测第二腔室中的压力；位置传感器用于检测活塞杆的位置；所述控制器执行指令以如下控制方法实现活塞杆从左位或右位到达中位：

1)按照设定流量向第一腔室和第二腔室通入流体；实时检测活塞杆位置，将活塞杆的初始位置定义为原位置，将第一、二腔室中位于活塞杆移动方向的下游的腔体定义为下游腔体，另一个为上游腔体；

2)根据活塞杆的当前位置与活塞杆的原位置，判断活塞杆的位移量，位移量是活塞杆的当前位置与原位置之间的距离；若位移量大于设定值，进入步骤4)，否则进入步骤3)；

3)增大设定流量，回到步骤2)；

4)判断活塞杆是否到达中位，若达到，结束；若未达到，然后将活塞杆当前位置更新为新的原位置，回到步骤2)。

2.根据权利要求1所述的活塞缸系统，其特征在于：所述控制方法的步骤3)中，在增大设定流量前判断设定流量是否超限，若未超限，则继续增大设定流量。

3.根据权利要求2所述的活塞缸系统，其特征在于：若增大设定流量后导致设定流量超过设定值，则启动防卡死动作；防卡死动作是通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中供应流体和/或通过下游腔体所设的泄压阀来控制下游腔体泄压；防卡死动作启动之后，再根据活塞杆的当前位置与原位置，判断活塞杆的位移量，若位移量大于设定值，则停止防卡死动作，通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中恢复供应流体，进入步骤4)；否则停机；或者所述防卡死动作启动之后，通过第一、二压力传感器采集的压力值，判断两个腔体的压力差是否超过设定压力值，若是，停止防卡死动作，通过控制下游腔体所对应的阀门向下游腔体中恢复供应气体，进入步骤4)；否则停机。

4.根据权利要求1所述的活塞缸系统，其特征在于，所述第三活塞的环台的右侧具有环形端面，用于被第二腔体中的介质施加向左的压力，形成所述第三受力面。

5.根据权利要求1所述的活塞缸系统，其特征在于，所述第一腔室的截面积小于第二腔室，第一腔室与第二腔室之间形成第一台阶；插套外径小于环台的外径，插套与环台两者之间形成第二台阶，第二台阶的左端面用于与所述第一台阶的右端面挡止配合；第二台阶形成了第三活塞的限位结构，第一台阶形成了缸体中的阻挡结构。

6.根据权利要求1所述的活塞缸系统，其特征在于，所述的阀包括控制第一腔体进入流体的第一阀门、控制第一腔体进入流体的第二阀门；第一阀门和第二阀门受所述活塞缸控制器控制；所述阀还包括受所述活塞缸控制器控制的流量控制阀，用于控制流入第一腔体和第二腔体中流体的流量大小，或者所述第一阀和第二阀能够调节开度以控制流入第一腔体和第二腔体中流体的流量大小。

7.根据权利要求6所述的活塞缸系统，其特征在于，所述第一腔室、第二腔室设有泄压阀，或者所述第一阀门、第二阀门不仅用于进入流体还用于泄压。

8.一种活塞缸系统的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述活塞缸系统中的控制方法实现活塞杆从左位或右位到达中位。

9.一种AMT换挡系统，包括换挡执行机构、驱动连接换档执行机构的活塞缸系统，其特征在于，所述活塞缸系统采用如权利要求1～7任一项所述的活塞缸系统；所述活塞杆的左、中、右位对应AMT的1挡、空挡、2挡。

10.一种AMT换挡系统的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述活塞缸系统中的控制方法实现活塞杆从左位或右位到达中位，所述活塞杆的左、中、右位对应AMT的1挡、空挡、2挡，实现摘挡。

Images