CN116877691B - 一种液压换挡机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变速器技术领域，具体提供了一种液压换挡机构及控制方法。本发明实现了可通过压力控制电磁阀实现二个挡位之间的切换的技术效果，同时在油泵出口设计了过滤器，过滤器能够控制油体流入速度，并且减少过滤过程产生噪音。此外，在二级弹簧处增设了缓冲基体，减少了二级弹簧瞬时受到的冲击力，使其受力均匀，并且降低二级弹簧在受力过程中发生弯折的概率。

Description

一种液压换挡机构及控制方法

技术领域

本发明涉及变速器技术领域，具体涉及一种液压换挡机构及控制方法。

背景技术

典型的同步器液压换挡执行机构或者犬牙离合器往往是通过左右两侧的压力控制或者流量控制实现不同挡位的切换。当需要换挡的时候，往往主动侧压力加大，被动测压力降低，从而推动推杆移动，同时为了实现空挡的选挡操作或者调速，需要对压力或流量进行精确控制，使推杆可以维持在空挡位置。对于以电机作为驱动的动力源，不需要怠速起步，往往可以设计初始档位为一挡，这样也可以保证跛行模式下车辆仍然能够以低速挡形式，所以只要对二挡位置进行控制即可，一挡可以通过弹簧力保证。市面上现有的换挡装置还无法达到这种技术效果。因此需要有一种新的结构，通过单边的压力控制实现2个挡位的切换。

现有技术提供了一些解决方案，例如专利US9765863B2，该专利提供了一种外圈组件，该外圈组件包括液压腔壳体、第一径向外圈结构体，该第一径向外圈结构体沿轴向隔开以形成径向外圈，以及与径向外圈滚动接触的行星部件。并且第一径向外圈结构包括嵌套与液压腔壳体啮合、及密封在液压腔壳体与第一径向外圈结构体间的用于控制第一径向外圈结构的轴向移动的液压腔体，以实现通过单边的压力控制2个挡位之间的切换。但是，该专利在利用油压切换挡位的过程中存在液压腔体容易对液压腔壳体产生较大冲击，容易导致壳体与腔体之间的连接紧密性变差，油容易从缝隙中流入壳体中，油体堆积后容易出现换挡失败的问题，在此，发明人认为还具有很大的改进空间。

发明内容

为了减少推杆在换挡过程中对弹簧产生的冲击力，同时加强在换挡过程中缸体与挡板以及卡环之间的连接紧密性，本发明提供了一种液压换挡机构，该机构包括挡位输入端口，挡位执行端口，其中，挡位输入端口包括：油箱，过滤器，油泵，第一单向阀，第二单向阀，油压检测口以及溢流阀，油箱出口端与过滤器串联，过滤器出口端与油泵串联，油泵输出端与第一单向阀串联，油泵侧面与第二单向阀并联，第一单向阀与油压检测口串联，第一单向阀出口端与溢流阀并联。

进一步地，油泵从油箱中吸取油，油先经过过滤器滤除杂质后进一步通过第一单向阀输入至油压检测口，其中过滤器主要过滤进入油泵的油液，避免油泵因杂质导致卡滞，保护液压系统的清洁度。值得一提的是，过滤器包括过滤外壳，过滤外壳内上部分设有入油通道，入油通道下方设置有挡块，挡块底部固定连接有过滤弹簧，过滤弹簧一端连接有圆形的支撑柱体，该支撑柱体与过滤外壳抵接。

此外，过滤器还包括滤芯，滤芯上端部设有与滤芯相抵接的过滤通道，过滤通道设于过滤外壳上，滤芯环绕过滤弹簧设置，滤芯上端还设置有出油管道，出油管道与入油通道同轴心，出油管道与入油通道之间夹设有隔板。

进一步地，油体在泵入过滤器时，油先由入油通道冲击挡块，挡块在油压的作用下带动过滤弹簧发生形变，由于挡块在冲击下向下位移，位于挡块一侧的过滤通道显现，油进一步流入滤芯中，最后从出油管道中排出。其中，挡块可根据输入油压的大小控制过滤弹簧的位移程度，进而扩大或缩小过滤通道的尺寸，避免油体在入油通道处堵塞。此外，滤芯可随过滤弹簧上下拉伸时产生相对位移，其内部粘附的杂质能够在滤芯上下位移以及油体的冲刷下发生移动，避免发生堵塞。

另外，通过过滤弹簧受冲击发生的运动，能够带动底部的圆形柱体向过滤外壳发生相对移动，进而挤压油体使其快速从出油管道中排出，同时过滤器内部采用“U”型管道，有助于控制油体的流动轨迹，并且油体需要经过两次滤芯过滤，能够极大减少过滤操作时产生的噪声。

同时，在第一单向阀出口端并联的溢流阀能够保证输入的油压里维持在上限范围内，并且溢流阀的输出端连接有冷却油路,从溢流阀处泄露的油可以通过冷却油路用于给齿轮和轴承等运转件提供冷却。当油泵开始抽油时，容易造成油路内一侧压力不均，因此设计有第一单向阀以及第二单向阀以此来保证油泵反转情况下，油泵不会从该油路流通系统中反向抽油，同时还能确保该系统中一直能有油进行循环。

本发明中，挡位执行端口包括：压力控制电磁阀，输出压力油路，缸体，二级弹簧，一级弹簧，推杆，挡板，卡环以及位置传感器，压力控制电磁阀通过输出压力油路与缸体固定连接，缸体内开设阶梯状通孔，缸体内固定连接一级弹簧，一级弹簧一端固定连接推杆。

进一步地，滤网与油压监测口输出端连接，通过油压监测口的油体进一步通过滤网筛除杂质后流入压力控制电磁阀中，压力控制电磁阀再将油排出至缸体中，其中缸体，挡板以及推杆形成了一个闭合腔体，通过油的压力进而推动推杆实现换挡的操作。

本发明中，推杆包括环形套筒，该环形套筒设于缸体内且靠近缸体非开口端，一级弹簧套设于环形套筒外侧，并且该环形套筒内侧套设有二级弹簧，环形套筒一端连接滑移块，滑移块与缸体的阶梯状通孔相配合，同时滑移块侧面设置有滚珠，滚珠有利于减少推杆在相对缸体做位移运动的阻力，且滑移块直径大于一级弹簧，二级弹簧一端与缸体连接，二级弹簧另一端固定连接有缓冲基体，滑移块一侧向缸体外侧延伸设有段落轴，该段落轴上套设有挡板，段落轴可相对于挡板滑移，挡板与缸体内壁相连接，缸体内壁开设槽体，槽体设于挡板一侧，该槽体内配合安装有卡环，挡板一侧与卡环相抵接。此外，挡板上同样开设有孔槽，挡板与推杆紧密贴合，并且孔槽内放置滚子，滚子有利于减少推杆相对于挡板滑移产生的阻力，避免推杆在运动过程中产生较大的摩擦。

进一步地，位置传感器能够对推杆的移动位置进行监测，保证挡位的准确性，当电机正向驱动时，变速器处于一挡位置，此时压力控制电磁阀控制输出压力油路压力控制在较小的范围，不至于推动推杆产生移动，此时驱动电机驱动油泵运转。

当电机正向驱动时，变速器需换至二挡位置，此时压力控制电磁阀控制输出压力油路压力慢慢增大，直至克服一级弹簧开始推动推杆移动，当推杆移动至接近空挡位置时，二级弹簧开始被压缩，导致二级弹簧阻尼产生突变，避免因油压超调导致挡位越过空挡。当推杆进入空挡时，通过电机调速使得主从动部分速差控制在设定值范围内后，在通过压力控制电磁阀加大输出压力，将推杆快速推至二挡位置，当环形套筒端面与缸体抵接时，完成一挡到二挡的切换。同样在降挡时，通过压力控制电磁阀降低输出压力，推杆在弹簧力的作用下实现回位，当段落轴直径最大的一段与挡板抵接时，即为停留在一挡位置。

当电机反向驱动时，不需要进行换挡操作，挡位维持在一挡，此时压力控制电磁阀控制输出压力在较小的范围内，推杆位置保持不变。

本发明中，缓冲基体包括缓冲圈套，缓冲圈套内侧固定连接卡扣，缓冲圈套一端固定连接有缓冲胶体，缓冲胶体与推杆抵接，卡扣与二级弹簧相抵接。

进一步地，推杆在更换二挡的工作过程中总是先挤压一级弹簧，即进入空挡的状态，再在油体的压力作用下挤压二级弹簧，在挤压二级弹簧的瞬时，弹簧阻尼发生突变，即二级弹簧受压力是相对大的冲击力，设置缓冲胶体后，推杆率先抵接缓冲胶体，缓冲胶体相对于二级弹簧有这更大的受力截面，使得推杆挤压二级弹簧更加平稳的，后续在更换一挡时二级弹簧和推杆分离也更加平稳。缓冲圈套内侧环面设置卡扣，二级弹簧一部分套设在卡扣上，卡扣将二级弹簧卡紧，同时缓冲圈套的直径与二级弹簧相一致，使得二级弹簧不容易发生脱离，同时这样也相对的确保了二级弹簧与推杆、一级弹簧中心重合，避免受力不均。

本发明中，缸体一侧固定连接有卡圈，卡圈一侧设有卡环，卡环相对于卡圈侧面设有与之对应的沟槽，沟槽呈环形。进一步地，在缸体或挡板对卡环施加力时，卡圈陷入到沟槽内，沟槽两侧的卡环受挤压膨胀，使得卡环和缸体的接触紧密度得到提升。

相较于现有技术，本发明的特点在于：设计了一种油压回路，可通过压力控制电磁阀实现二个挡位之间的切换，同时在油泵出口设计了过滤器，过滤器能够控制油体流入速度，并且减少过滤过程产生噪音。此外，在二级弹簧处增设了缓冲基体，减少了二级弹簧瞬时受到的冲击力，使其受力均匀，并且降低二级弹簧在受力过程中发生弯折的概率。

附图说明

图1为本发明所涉及的液压换挡机构结构示意图；

图2为本发明所涉及的液压换挡机构处于“一挡”挡位的结构示意图；

图3为本发明所涉及的液压换挡机构处于“二挡”挡位的结构示意图；

图4为本发明所涉及的过滤器结构示意图；

图5为本发明所涉及的过滤器剖视图；

图6为本发明所涉及的缓冲基体机构示意图；

图7为图1中A处放大结构示意图；

图8为本发明所涉及的推杆的结构示意图。

附图标记说明：1-位置传感器；2-卡环；21-卡圈； 23-沟槽；3-挡板；4-推杆；41-环形套筒；42-滑移块；43-段落轴；44-滚珠；5-一级弹簧；6-二级弹簧；7-缸体；71-槽体；8-滤网；9-溢流阀；10-油压检测口；11-第一单向阀；12-第二单向阀；13-过滤器；131-入油通道；132-挡块；133-过滤通道；134-滤芯；135-过滤弹簧；136-隔板；137-出油管道；138-过滤外壳；139-支撑柱体；14-油泵；15-冷却油路；16-压力控制电磁阀；17-输出压力油路；18-油箱；19-缓冲基体；191-缓冲胶体；192-缓冲圈套；193-卡扣。

具体实施方式

实施例1：

参考附图1所示，本发明提供了一种液压换挡机构，该机构包括挡位输入端口，挡位执行端口，其中，挡位输入端口包括：油箱18，过滤器13，油泵14，第一单向阀11，第二单向阀12，油压检测口10以及溢流阀9，油箱18出口端与过滤器13串联，过滤器13出口端与油泵14串联，油泵14输出端与第一单向阀11串联，油泵14侧面与第二单向阀12并联，第一单向阀11与油压检测口10串联，第一单向阀11出口端与溢流阀9并联。

参考附图1，图4所示，进一步地，油泵14从油箱18中吸取油，油先经过过滤器13滤除杂质后进一步通过第一单向阀11输入至油压检测口10，其中过滤器13主要过滤进入油泵14的油液，避免油泵14因杂质导致卡滞，保护液压系统的清洁度。值得一提的是，过滤器13包括过滤外壳138，过滤外壳138内上部分设有入油通道131，入油通道131下方设置有挡块132，挡块132底部固定连接有过滤弹簧135，过滤弹簧135一端连接有圆形的支撑柱体139，该支撑柱体139与过滤外壳138抵接。

此外，过滤器13还包括滤芯134，滤芯134上端部设有与滤芯134相抵接的过滤通道133，过滤通道133设于过滤外壳138上，滤芯134环绕过滤弹簧135设置，滤芯134上端还设置有出油管道137，出油管道137与入油通道131同轴心，出油管道137与入油通道131之间夹设有隔板136。

参考附图4，图5所示，进一步地，油体在泵入过滤器13时，油先由入油通道131冲击挡块132，挡块132在油压的作用下带动过滤弹簧135发生形变，由于挡块132在冲击下向下位移，位于挡块132一侧的过滤通道133显现，油进一步流入滤芯134中，最后从出油管道137中排出。其中，挡块132可根据输入油压的大小控制过滤弹簧135的位移程度，进而扩大或缩小过滤通道133的尺寸，避免油体在入油通道131处堵塞。此外，滤芯134可随过滤弹簧135上下拉伸时产生相对位移，其内部粘附的杂质能够在滤芯134上下位移以及油体的冲刷下发生移动，避免发生堵塞。

另外，通过过滤弹簧135受冲击发生的运动，能够带动底部的圆形柱体向过滤外壳138发生相对移动，进而挤压油体使其快速从出油管道137中排出，同时过滤器13内部采用“U”型管道，有助于控制油体的流动轨迹，并且油体需要经过两次滤芯134过滤，能够极大减少过滤操作时产生的噪声。

参考附图1所示，同时，在第一单向阀11出口端并联的溢流阀9能够保证输入的油压里维持在上限范围内，并且溢流阀9的输出端连接有冷却油路15，从溢流阀9处泄露的油可以通过冷却油路15用于给齿轮和轴承等运转件提供冷却。当油泵14开始抽油时，容易造成油路内一侧压力不均，因此设计有第一单向阀11以及第二单向阀12以此来保证油泵14反转情况下，油泵14不会从该油路流通系统中反向抽油，同时还能确保该系统中一直能有油进行循环。

实施例2：

本实施例相较于实施例1的区别在于，参考附图1所示，本发明中，挡位执行端口包括：压力控制电磁阀16，输出压力油路17，缸体7，二级弹簧6，一级弹簧5，推杆4，挡板3，卡环2以及位置传感器1，压力控制电磁阀16通过输出压力油路17与缸体7固定连接，缸体7内开设阶梯状通孔，缸体7内固定连接一级弹簧5，一级弹簧5一端固定连接推杆4。

进一步地，滤网8与油压监测口10输出端连接，通过油压监测口10的油体进一步通过滤网8筛除杂质后流入压力控制电磁阀16中，压力控制电磁阀16再将油排出至缸体7中，其中缸体7，挡板3以及推杆4形成了一个闭合腔体，通过油的压力进而推动推杆4实现换挡的操作。

参考附图8所示，本发明中，推杆4包括环形套筒41，该环形套筒41设于缸体7内且靠近缸体7非开口端，一级弹簧5套设于环形套筒41外侧，并且该环形套筒41内侧套设有二级弹簧6，环形套筒41一端连接滑移块42，滑移块42与缸体7的阶梯状通孔相配合，同时滑移块42侧面设置有滚珠44，滚珠44有利于减少推杆4在相对缸体7做位移运动的阻力，且滑移块42直径大于一级弹簧5，二级弹簧6一端与缸体7连接，二级弹簧6另一端固定连接有缓冲基体19，滑移块42一侧向缸体7外侧延伸设有段落轴43，该段落轴43上套设有挡板3，段落轴43可相对于挡板3滑移，挡板3与缸体7内壁相连接，缸体7内壁开设槽体71，槽体71设于挡板3一侧，该槽体71内配合安装有卡环2，挡板3一侧与卡环2相抵接。此外，挡板3上同样开设有孔槽，并且孔槽内放置滚子，滚子有利于减少推杆4相对于挡板3滑移产生的阻力，避免推杆4在运动过程中产生较大的摩擦。

进一步地，位置传感器1能够对推杆4的移动位置进行监测，保证挡位的准确性，当电机正向驱动时，变速器处于一挡位置，此时压力控制电磁阀16控制输出压力油路17压力控制在较小的范围，不至于推动推杆4产生移动，此时驱动电机驱动油泵14运转。

参考附图2，图3所示，当电机正向驱动时，变速器需换至二挡位置，此时压力控制电磁阀16控制输出压力油路17压力慢慢增大，直至克服一级弹簧5开始推动推杆4移动，当推杆4移动至接近空挡位置时，二级弹簧6开始被压缩，导致二级弹簧6阻尼产生突变，避免因油压超调导致挡位越过空挡。当推杆4进入空挡时，通过电机调速使得主从动部分速差控制在设定值范围内后，在通过压力控制电磁阀16加大输出压力，将推杆4快速推至二挡位置，当环形套筒41端面与缸体7抵接时，完成一挡到二挡的切换。同样在降挡时，通过压力控制电磁阀16降低输出压力，推杆4在弹簧力的作用下实现回位，当段落轴43直径最大的一段与挡板3抵接时，即为停留在一挡位置。

当电机反向驱动时，不需要进行换挡操作，挡位维持在一挡，此时压力控制电磁阀16控制输出压力在较小的范围内，推杆4位置保持不变。

参考附图6所示，本发明中，缓冲基体19包括缓冲圈套192，缓冲圈套192内侧固定连接卡扣193，缓冲圈套192一端固定连接有缓冲胶体191，缓冲胶体191与推杆4抵接，卡扣193与二级弹簧6相抵接。

进一步地，推杆4在更换二挡的工作过程中总是先挤压一级弹簧5，即进入空挡的状态，再在油体的压力作用下挤压二级弹簧6，在挤压二级弹簧6的瞬时，弹簧阻尼发生突变，即二级弹簧6受压力是相对大的冲击力，设置缓冲胶体191后，推杆4率先抵接缓冲胶体191，缓冲胶体191相对于二级弹簧6有着更大的受力截面，使得推杆4挤压二级弹簧6更加平稳，后续在更换一挡时二级弹簧6和推杆4分离也更加平稳。缓冲圈套192内侧环面设置卡扣193，二级弹簧6一部分套设在卡扣193上，卡扣193将二级弹簧6卡紧，同时缓冲圈套192的直径与二级弹簧6相一致，使得二级弹簧6不容易发生脱离，同时这样也相对的确保了二级弹簧6与推杆4、一级弹簧5中心重合，避免受力不均。

参考附图1，图7所示，本发明中，缸体7一侧固定连接有卡圈21，卡圈21一侧设有卡环2，卡环2相对于卡圈21侧面设有与之对应的沟槽23，沟槽23呈环形。进一步地，在缸体7或挡板3对卡环2施加力时，卡圈21陷入到沟槽23内，沟槽23两侧的卡环2挤压膨胀，使得卡环2和缸体7的接触紧密度得到提升。进一步地，在缸体7或挡板3对卡环2施加力时，卡圈21陷入到沟槽23内，沟槽23两侧的卡环2受挤压膨胀，使得卡环2和缸体7的接触紧密度得到提升。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (6)

1.一种液压换挡机构，其特征在于，包括，挡位输入端口，挡位执行端口，其中，挡位输入端口包括：油箱（18），所述油箱（18）出口端连接有过滤器（13），所述过滤器（13）出口端连接有油泵（14），所述油泵（14）输出端连接有第一单向阀（11），所述油泵（14）侧面连接有第二单向阀（12），所述第一单向阀（11）输出端连接有油压检测口（10），所述第一单向阀（11）出口端连接有溢流阀（9）；

所述挡位执行端口包括：与油压检测口（10）连接的压力控制电磁阀（16），所述压力控制电磁阀（16）通过输出压力油路（17）与缸体（7）连接，所述缸体（7）中心开设贯穿缸体（7）一侧的阶梯状通孔，所述缸体（7）通孔内设有一级弹簧（5），所述一级弹簧（5）一端固定连接推杆（4）；

所述推杆（4）包括环形套筒（41），该环形套筒（41）设于缸体（7）内且靠近所述缸体（7）非开口端，所述一级弹簧（5）套设于环形套筒（41）外侧，并且该环形套筒（41）内侧套设有二级弹簧（6），所述环形套筒（41）一端连接滑移块（42），所述滑移块（42）与所述缸体（7）的阶梯状通孔相配合，且滑移块（42）直径大于一级弹簧（5），所述二级弹簧（6）一端与缸体（7）连接，所述二级弹簧（6）另一端固定连接有缓冲基体（19），所述滑移块（42）一侧向缸体（7）外侧延伸设有段落轴（43），该段落轴（43）上套设有挡板（3），所述段落轴（43）可相对于挡板（3）滑移，所述挡板（3）与缸体（7）内壁相连接，所述缸体（7）内壁开设槽体（71），所述槽体（71）设于挡板（3）一侧，该槽体（71）内配合安装有卡环（2），所述挡板（3）一侧与卡环（2）相抵接。

2.根据权利要求1所述的一种液压换挡机构，其特征在于，所述过滤器（13）包括过滤外壳（138），所述过滤外壳（138）内上部分设有入油通道（131），所述入油通道（131）下方设置有挡块（132），所述挡块（132）底部固定连接有过滤弹簧（135），所述过滤弹簧（135）一端连接有圆形的支撑柱体（139），该支撑柱体（139）与所述过滤外壳（138）抵接。

3.根据权利要求2所述的一种液压换挡机构，其特征在于，所述过滤器（13）还包括滤芯（134），所述滤芯（134）上端部设有与滤芯（134）相抵接的过滤通道（133），所述过滤通道（133）设于过滤外壳（138）上，所述滤芯（134）环绕所述过滤弹簧（135）设置，所述滤芯（134）上端还设置有出油管道（137），所述出油管道（137）与入油通道（131）同轴心，所述出油管道（137）与入油通道（131）之间夹设有隔板（136）。

4.根据权利要求1所述的一种液压换挡机构，其特征在于，所述缓冲基体（19）包括缓冲圈套（192），所述缓冲圈套（192）内侧固定连接卡扣（193），所述缓冲圈套（192）一端固定连接有缓冲胶体（191），所述缓冲胶体（191）与推杆（4）抵接，所述卡扣（193）与二级弹簧（6）相抵接。

5.根据权利要求1所述的一种液压换挡机构，其特征在于，所述缸体（7）一侧固定连接有卡圈（21），所述卡圈（21）一侧设有卡环（2），所述卡环（2）相对于卡圈（21）侧面设有与之对应的沟槽（23）。

6.一种液压换挡机构控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一权利要求所述的一种液压换挡机构，所述一种液压换挡机构控制方法步骤如下：

步骤S1，油泵（14）吸取油箱（18）中的油体，送入油压检测口（10）检测压力，油压检测口（10）再将油输入挡位执行端口以执行换挡操作。