本發(fā)明涉及汽車零部件領(lǐng)域，具體涉及車用機(jī)械變速箱的氣動(dòng)換擋系統(tǒng)，即通過氣動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械變速箱的換擋操作。

背景技術(shù)：

目前，城市車輛如公交車和出租車，大多采用機(jī)械變速箱，機(jī)械變速箱安裝制造成本低且油耗低，但是機(jī)械變速箱換擋時(shí)必須經(jīng)過先分離離合器，然后扳動(dòng)換擋手柄，再接合離合器等一系列操作才能完成換擋。

變速箱不僅要能在機(jī)械性能上滿足各種路況對(duì)車輛行駛的要求，保障車輛的安全行駛，還應(yīng)在操作上滿足用戶的習(xí)慣，使得操作舒適、便利且具有駕駛感。為了能夠滿足安全行駛和用戶操作習(xí)慣的雙重要求，本發(fā)明公開了一種氣動(dòng)機(jī)械式的自動(dòng)換擋系統(tǒng)，主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，其中機(jī)械機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)換檔總成、撥叉等，自動(dòng)控制系統(tǒng)由電控系統(tǒng)組成。駕駛員僅通過操作電子換擋手柄(或換擋旋鈕等其他換擋界面)就可以方便實(shí)現(xiàn)換擋操作，無需操作離合踏板，并且車輛行駛過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)還能根據(jù)車輛行駛的實(shí)時(shí)詩數(shù)據(jù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整檔位，保障車輛的安全行駛。

城市交通路況復(fù)雜，出租車和公交車換擋非常頻繁，駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度很大。目前，AT自動(dòng)變速箱技術(shù)雖然已經(jīng)成熟，但是由于價(jià)格非常昂貴，油耗很高，約比機(jī)械變速箱油耗高20％，而且維護(hù)成本高。所以，AT自動(dòng)變速箱多見于中高檔轎車。CVT自動(dòng)變速箱傳遞扭矩小，不能滿足出租車和公交車的動(dòng)力需求。AMT變速箱工況信號(hào)的采集及計(jì)算復(fù)雜，對(duì)于出租車和公交車的復(fù)雜工況適應(yīng)性差，易造成車輛熄火等故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、動(dòng)力響應(yīng)快、適應(yīng)性強(qiáng)的半自動(dòng)化車用換擋系統(tǒng)。

2、技術(shù)方案

原理：車用機(jī)械變速箱的氣動(dòng)換擋系統(tǒng)，包括控制器、電磁換向閥集成塊、氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)、擋位顯示器、電子換擋手柄、剎車踏板、電源。離合器采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，換擋機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)控制?？刂破魇菤鈩?dòng)換擋系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、控制中心，控制器負(fù)責(zé)接收的信號(hào)有電子換擋手柄的動(dòng)作信號(hào)、電動(dòng)離合器的離合信號(hào)、氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)撥叉的的位置信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、驅(qū)動(dòng)部件的車速信號(hào)以及剎車信號(hào)等。控制器在接收電子換擋手柄的動(dòng)作信號(hào)后，經(jīng)計(jì)算后將信號(hào)輸出至離合器的電動(dòng)機(jī)完成離合操作。

具體的技術(shù)方案：電磁換向閥集成塊與控制器連接，并接收控制器指令進(jìn)行程序動(dòng)作；電磁換向閥通過氣管與氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)連接；電磁換向閥控制通過調(diào)節(jié)氣路中的氣壓，使氣缸運(yùn)動(dòng)，從而控制氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)通過推動(dòng)撥叉進(jìn)行換擋。

擋位顯示器，顯示經(jīng)控制器計(jì)算后輸出的擋位信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及驅(qū)動(dòng)部件的車速信號(hào)等。擋位顯示器集成于汽車的控制面板上；電子換擋手柄也可以采用電子換擋旋鈕等或者其他可以選擇控制擋位的機(jī)構(gòu)形式，電子換擋手柄的位置可以設(shè)置在方向盤下面或者集成在汽車的控制面板上等駕駛員方便控制的汽車控制區(qū)域，可以使駕駛員輕松、方便地使用。

電動(dòng)離合器系統(tǒng)，電動(dòng)離合器的電機(jī)主軸通過鍵與行星機(jī)構(gòu)聯(lián)接，再經(jīng)過 行星二級(jí)減速，把動(dòng)力傳遞到齒輪軸上，齒輪軸帶動(dòng)齒條作直線往復(fù)動(dòng)運(yùn)，齒條的伸出端與變速箱分離撥叉相連接；當(dāng)齒條推出時(shí)，變速箱摩擦片被壓緊，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸?shù)阶兯傧?；?dāng)齒條縮進(jìn)時(shí)，變速箱摩擦片釋放，阻斷了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸?shù)阶兯傧洹?/p>

電動(dòng)離合器固定在變速箱外側(cè)，其包括電動(dòng)機(jī)、二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)、齒輪軸、齒條、離合器殼體等。電機(jī)及二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)用螺釘固定于離合器殼體上，電機(jī)主軸與二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)通過鍵聯(lián)接，齒輪軸與齒條相嚙合，齒條裝配在離合器殼體中，在離合器殼上對(duì)著齒條齒頂?shù)牟课辉O(shè)有接近開關(guān)，齒條動(dòng)作可以使接近開關(guān)產(chǎn)生電信號(hào)并輸送至控制器；齒條伸出端用可調(diào)節(jié)連接件與變速箱分離撥叉相連。

電動(dòng)機(jī)在控制器的控制下進(jìn)行動(dòng)作，從而對(duì)電動(dòng)離合器進(jìn)行控制，當(dāng)對(duì)電動(dòng)離合器的電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，通過傳動(dòng)，齒條推出，使摩擦片壓緊，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力就會(huì)傳遞給變速箱。當(dāng)對(duì)電動(dòng)離合器的電動(dòng)機(jī)供電并作反方向傳動(dòng)時(shí)，齒條縮進(jìn)，使摩擦片分離，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱斷開動(dòng)力傳遞。

所述氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)包括箱蓋、箱體、氣缸、接近開關(guān)B、撥叉Ⅰ、撥叉Ⅱ、撥叉Ⅲ；電磁換向閥集成塊通過氣管與氣缸連接；氣缸由氣缸蓋、活塞、柱塞、螺塞、襯套、卡板、小蓋組成；襯套設(shè)于氣缸的缸體內(nèi)部，活塞與柱塞設(shè)置于氣缸的襯套內(nèi)，卡板設(shè)于氣缸缸體的一側(cè)，柱塞通過螺塞連接撥叉，氣壓通過推動(dòng)柱塞帶動(dòng)撥叉的運(yùn)動(dòng)；所述小蓋設(shè)于氣缸上，所述小蓋上設(shè)有接近開關(guān)B，接近開關(guān)B通過導(dǎo)線與控制器連接。

電磁換向閥集成塊由三個(gè)電磁換向閥組成；所述氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)設(shè)有3個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸內(nèi)設(shè)有一柱塞和一活塞，每一柱塞與一個(gè)撥叉相連；同時(shí)，氣動(dòng)換 擋機(jī)構(gòu)由3個(gè)電磁換向閥控制，每一個(gè)電磁換向閥通過兩根氣管連接氣缸，一根氣管連接在活塞側(cè)，另一根氣管連接在柱塞側(cè)。

氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)在小蓋上設(shè)有9個(gè)接近開關(guān)B，每一個(gè)接近開關(guān)的位置為撥叉進(jìn)行換擋操作時(shí)，應(yīng)當(dāng)處于的位置，所述撥叉應(yīng)當(dāng)處于的三個(gè)位置是指擋位在一擋、二擋、三擋、四擋、五擋、空擋、倒擋時(shí)，各個(gè)撥叉的位置；實(shí)際上每個(gè)撥叉有三個(gè)位置，每個(gè)位置上設(shè)有一個(gè)接近開關(guān)B，上述9個(gè)接近開關(guān)型號(hào)及作用都一樣；接近開關(guān)B檢測到換擋撥叉的位置，將信號(hào)傳遞到控制器。

電磁換向閥在控制器的控制下進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，當(dāng)對(duì)氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)其中一頭供氣時(shí)，氣壓就會(huì)推動(dòng)柱塞或活塞至另一頭，柱塞就會(huì)使撥叉動(dòng)作，從而撥動(dòng)變速箱里的齒輪位置，實(shí)現(xiàn)換擋操作；接近開關(guān)會(huì)把擋位信息反饋給控制器，同時(shí)通過擋位顯示器顯示出來。

本發(fā)明提供的氣動(dòng)換擋的技術(shù)方案的工作流程如下：

換擋，當(dāng)駕駛員要換擋時(shí)，操縱電子換擋手柄至需要的擋位，控制器將輸出電信號(hào)至離合器的電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)離合器的分離；電磁換向閥向氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)供氣，在柱塞和撥叉的操縱下對(duì)變速箱進(jìn)行換擋操作。接近開關(guān)將擋位信息反饋給控制器，同時(shí)通過擋位顯示器顯示出來。

剎車時(shí)，剎車踏板通過控制器將電信號(hào)發(fā)至離合器的電動(dòng)機(jī)，電機(jī)反向傳動(dòng)，控制電動(dòng)離合器的分離。

控制器設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于或者低于某個(gè)數(shù)值時(shí)，控制液壓離合器離合和液壓換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p擋或者增擋。上述數(shù)值是根據(jù)車輛的狀況以及客戶的需求進(jìn)行個(gè)別化的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3、技術(shù)效果

本發(fā)明將手動(dòng)變速箱上的手動(dòng)操縱桿改為氣動(dòng)推桿，實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)換擋操作；將離合踏板機(jī)構(gòu)改為電動(dòng)離合器，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)離合操作；添加了電子換擋手柄(或旋鈕)實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化換擋操縱，增強(qiáng)了適應(yīng)性；添加了控制器，實(shí)現(xiàn)了平順地?fù)Q擋及相關(guān)信息的交互處理。本發(fā)明的技術(shù)方案與手動(dòng)變速箱相比，本產(chǎn)品將分離離合器，換擋，接合離合器交由本產(chǎn)品的氣動(dòng)換擋自動(dòng)完成，省去了離合器踏板，大大降低了駕駛員的工作強(qiáng)度，提高了換擋平順性。

本發(fā)明的技術(shù)方案與AT變速相比，本產(chǎn)品是在手動(dòng)變速箱的基礎(chǔ)上增加了氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)和一個(gè)電動(dòng)離合器來執(zhí)行換擋操作及相應(yīng)的離合器操作，其成本低，油耗和手動(dòng)檔變速箱一樣，維護(hù)成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案與CVT變速箱相比，本產(chǎn)品動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu)與手動(dòng)變速箱一樣，其傳動(dòng)扭矩大，響應(yīng)快。本發(fā)明的技術(shù)方案與AMT變速箱相比，本產(chǎn)品主要由駕駛員自主選擇換擋時(shí)機(jī)，剎車時(shí)會(huì)依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低到相應(yīng)的擋位，靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化操縱駕駛。與電動(dòng)或者液壓換擋機(jī)構(gòu)相比，氣動(dòng)換擋響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，信號(hào)采集方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明車用機(jī)械變速箱氣動(dòng)換擋及電動(dòng)離合器控制示意圖。

圖2為本發(fā)明車用機(jī)械變速箱氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)及電動(dòng)離合器與變速箱結(jié)構(gòu)安裝圖。

圖3a為本發(fā)明車用機(jī)械變速箱氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)總成的俯視圖。

圖3b為本發(fā)明車用機(jī)械變速箱氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)總成的主剖視圖。

圖4a為本發(fā)明車用機(jī)械變速箱電動(dòng)離合器總成圖。

圖4b為本發(fā)明車用機(jī)械變速箱電動(dòng)離合器總成的剖視圖。

1-變速箱法蘭，2-氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)，3-變速箱，4-電動(dòng)離合器，5-可調(diào)節(jié)連接件，6-分離撥叉，7-花鍵軸，8-活塞，9-柱塞，10-活塞端氣口、11-柱塞側(cè)氣口，12-撥叉，13-箱體，14-箱蓋，15-小蓋，16-接近開關(guān)，17-電動(dòng)機(jī)，18-二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)總成，19-齒輪軸，20-離合器殼體，21-齒條，22螺塞。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合6個(gè)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的技術(shù)方案中的動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)與手動(dòng)檔變速箱的動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)相同，即由發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給變速箱，再傳遞給輸出部件，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。

如圖1所示，氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)及電動(dòng)離合器系統(tǒng)控制的示意圖，控制器直接控制電動(dòng)離合器的動(dòng)作，電動(dòng)離合器也反饋離合信號(hào)給控制器；電磁換向閥Ⅰ、電磁換向閥Ⅱ、電磁換向閥Ⅲ組成了電磁換向閥集成塊，控制器直接控制電磁換向閥，電磁換向閥與汽車中的儲(chǔ)氣罐通過氣管連接，為電磁換向閥供氣；電磁換向閥通過氣管與氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的氣缸連接，為氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力；氣缸內(nèi)的柱塞桿連接撥叉，撥叉動(dòng)作進(jìn)行換擋，接近開關(guān)檢測撥叉的位置，同時(shí)將撥叉的位置反饋到控制器，位置信息通過擋位顯示器顯示出來。駕駛?cè)藛T可以方便的看到擋位信息。本實(shí)施例中設(shè)有氣缸Ⅰ、氣缸Ⅱ以及氣缸Ⅲ，3個(gè)氣缸分別與電磁換向閥Ⅰ～Ⅲ連接，同時(shí)上述3個(gè)氣缸分別控制撥叉Ⅰ～Ⅲ。9個(gè)接近開關(guān)B分別為接近開關(guān)Ⅰ～Ⅸ，接近開關(guān)Ⅰ～Ⅸ分別檢測撥叉的位置。

如圖2所示，氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)及電動(dòng)離合器與變速箱結(jié)構(gòu)安裝圖。

拆掉變速箱3上的手動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)，將氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)2用螺栓固定在變速箱3上；電動(dòng)離合器4用螺栓組裝在變速箱3的側(cè)面，本實(shí)施例中電動(dòng)離合器4與變速箱3的分離撥叉6通過可調(diào)節(jié)連接件5相連接；變速箱法蘭1與汽車傳動(dòng)軸 相接；花鍵軸7連接汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過電動(dòng)離合器4、變速箱3傳遞到傳動(dòng)軸。

如圖1和圖3所示，氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)包括三個(gè)氣缸分別由三個(gè)電磁換向閥控制，每個(gè)氣缸內(nèi)設(shè)有活塞8、柱塞9，活塞8端設(shè)有氣口10，柱塞9側(cè)設(shè)有氣口11，柱塞9連接撥叉12。換擋機(jī)構(gòu)通過箱體13和箱蓋14固定在變速箱3上，換擋機(jī)構(gòu)上端設(shè)有小蓋15，在小蓋15上設(shè)有接近開關(guān)16。

本發(fā)明氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)共有三組氣缸，結(jié)構(gòu)原理均相同，電磁換向閥在控制器的控制下進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，當(dāng)對(duì)氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的氣缸的其中一頭供氣時(shí)，氣壓就會(huì)推動(dòng)活塞8或柱塞9至另一頭，柱塞9就會(huì)使撥叉12動(dòng)作，從而使套筒與相應(yīng)的的齒輪結(jié)合，實(shí)現(xiàn)換擋操作；當(dāng)對(duì)氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)的三個(gè)氣缸的兩頭均供氣時(shí)，此時(shí)柱塞9到達(dá)中位，變速箱為空擋位置；接近開關(guān)16會(huì)把擋位信息反饋給控制器，同時(shí)通過擋位顯示器顯示出來。

如圖4所示，電動(dòng)離合器總成，電動(dòng)機(jī)17和二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)總成18用螺釘聯(lián)接成為一體，輸出為齒輪軸19，電動(dòng)機(jī)17和二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)總成18與離合器殼體20用螺釘固定，離合器殼體20內(nèi)裝有齒條21，齒條21與齒輪軸19相嚙合；電動(dòng)機(jī)17帶動(dòng)二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)總成18轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輸出齒輪軸19轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪軸19又把動(dòng)力傳到齒條21上；使得齒條21作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

電磁換向閥在控制器的控制下進(jìn)行動(dòng)作，對(duì)電動(dòng)離合器4進(jìn)行控制，當(dāng)對(duì)電動(dòng)離合器4的電動(dòng)機(jī)17供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)17立即轉(zhuǎn)動(dòng)，通過二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)總成18的減速把動(dòng)力傳遞到輸出齒輪軸19上，齒輪軸19與齒條21相嚙合，于是齒條21在齒輪軸19的傳動(dòng)下進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；齒條21通過可調(diào)節(jié)連接件5與變速箱3的分離撥叉6相連接；所以電機(jī)17的動(dòng)力自然會(huì)推動(dòng)分離撥叉6 的動(dòng)作，當(dāng)這個(gè)動(dòng)作壓緊摩擦片時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力就會(huì)傳遞到變速箱上；反之當(dāng)這個(gè)動(dòng)作松開摩擦片時(shí)，就會(huì)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的動(dòng)力。