一种变速箱柔性气缸执行机构及控制方法

技术领域

本发明涉及变速箱技术领域，尤其涉及一种变速箱柔性气缸执行机构及控制方法。

背景技术

现有技术中变速箱使用气动执行气缸通常有两个位置(换挡或选挡)，两个挡位，通过电磁阀控制两个进排气孔驱动活塞，依靠气缸行程限位，实现挡位变换，三个挡位的气动执行机构较少，常用的多挡机构使用电机驱动，但需要单独增加减速机，且机械结构及相关的控制方法比较复杂，反应慢执行力差，不利于整车布置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变速箱柔性气缸执行机构及控制方法，变速箱柔性气缸执行机构结构简单，能够实现三挡换挡，制造成本低，控制过程简单，便于操作。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种变速箱柔性气缸执行机构，包括：

壳体，具有气缸缸体；

换挡轴，移动设置于所述气缸缸体且能够选择性地移动至第一位置、第二位置或第三位置，所述换挡轴上依次间隔固定设置有第一限位、第二限位和第三限位，所述换挡轴用于驱动换挡机构换挡；

第一活塞，设置于所述气缸缸体中且可移动地套设于所述换挡轴，并位于所述第一限位和所述第二限位之间；

第二活塞，设置于所述气缸缸体中且可移动地套设于所述换挡轴，并位于所述第二限位和所述第三限位之间；

所述气缸缸体被所述第一活塞和所述第二活塞分隔成第一气室、第二气室和第三气室，所述第一气室由所述第一活塞和所述气缸缸体一端内壁围设而成，所述第二气室由所述第一活塞和所述第二活塞及所述气缸缸体内壁围设而成，所述第三气室由所述第二活塞和所述气缸缸体另一端内壁围设而成；

所述变速箱柔性气缸执行机构被配置为：

所述第一气室进气，所述第二气室和所述第三气室排气，所述第一活塞移动至抵接于所述第二限位并带动所述换挡轴移动至所述第一位置；

所述第二气室进气，所述第一气室和所述第三气室排气，所述第一活塞移动至抵接于所述第一限位，所述第二活塞抵接于所述第三限位，所述换挡轴移动至所述第二位置；

所述第三气室进气，所述第一气室和所述第二气室排气，所述第二活塞移动至抵接于所述第二限位并带动所述换挡轴移动至所述第三位置；

感应元件，设置于所述换挡轴上，用于检测所述换挡轴的位置。

作为优选，其特征在于，所述气缸缸体内壁设置有第一台阶限位和第二台阶限位；

所述换挡轴移动至所述第一位置时，所述第二活塞抵接于所述第二台阶限位；

所述换挡轴移动至所述第二位置时，所述第一活塞抵接于所述第一台阶限位且所述第二活塞抵接于所述第二台阶限位；

所述换挡轴移动至所述第三位置时，所述第一活塞抵接于所述第一台阶限位。

作为优选，其特征在于，所述壳体上开设有第一气口、第二气口和第三气口，所述第一气口连通于所述第一气室，所述第二气口连通于所述第二气室，所述第三气口连通于所述第三气室。

作为优选，其特征在于，所述第一活塞在所述第一台阶限位和所述第二气口之间的区域移动，所述第二活塞在所述第二台阶限位和所述第二气口之间的区域移动。

作为优选，其特征在于，所述壳体上设置有第四限位和第五限位；

所述换挡轴位于所述第一位置时，所述换挡轴的一端抵接于所述第五限位；

所述换挡轴位于所述第三位置时，所述换挡轴的另一端抵接于所述第四限位。

作为优选，其特征在于，所述感应元件为霍尔传感器。

作为优选，其特征在于，所述第一限位和所述第三限位均为限位环。

作为优选，其特征在于，所述限位环螺接连接于所述换挡轴。

另一方面，本发明还提供一种控制方法，上述的变速箱柔性气缸执行机构，其特征在于，包括：

驾驶员拨动挡杆，TCU接收挡杆信号并转换为控制指令驱动所述变速箱柔性气缸执行机构执行：

当驾驶员拨动挡杆换至第一挡位时，所述第一气室进气，所述第二气室和所述第三气室排气，所述第一活塞移动至抵接于所述第二限位并带动所述换挡轴移动至第一位置，所述换挡轴驱动所述换挡机构换至第一挡位；

当驾驶员拨动挡杆换至第二挡位时，所述第二气室进气，所述第一气室和所述第三气室排气，所述第一活塞移动至抵接于所述第一限位，所述第二活塞抵接于所述第三限位，所述换挡轴移动至第二位置，所述换挡轴驱动所述换挡机构换至第二挡位；或

当驾驶员拨动挡杆换至第三挡位时，所述第三气室进气，所述第一气室和所述第二气室排气，所述第二活塞移动至抵接于所述第二限位并带动所述换挡轴移动至第三位置，所述换挡轴驱动所述换挡机构换至第三挡位。

作为优选，所述感应元件实时检测所述换挡轴位置，若移动至指定位置则感应元件反馈给TCU第一信号，若限定次数内检测所述换挡轴均未移动到指定位置，则感应元件反馈给报警元件第二信号驱动报警。

本发明的有益效果：相较于现有技术中的两挡气动驱动的换挡机构或者是电动驱动的换挡机构，本发明提供的变速箱柔性气缸执行机构，通过气动驱动第一活塞和第二活塞，将换挡轴移动至第一位置、第二位置或第三位置可实现三挡换挡，且结构简单，制造成本低，只需控制第一气室、第二气室和第三气室的进排气即可实现换挡，控制过程简单，便于操作，感应元件感应换挡轴的位置，使得换挡位置准确。

附图说明

图1是本发明一种变速箱柔性气缸执行机构中换挡轴处于第一位置时的整体结构剖视图；

图2是本发明中一种变速箱柔性气缸执行机构处于第二位置时的整体结构剖视图；

图3是本发明中一种变速箱柔性气缸执行机构处于第三位置时的整体结构剖视图；

图4是本发明中一种控制方法的流程图。

图中：

100、气缸缸体；

101、第一气室；

102、第二气室；

103、第三气室；

104、第一辅助气室；

105、第二辅助气室；

1、壳体；11、第一台阶限位；12、第二台阶限位；13、第一气口；14、第二气口；15、第三气口；16、第四限位；17、第五限位；

2、换挡轴；21、第一限位；22、第二限位；23、第三限位；

3、第一活塞；

4、第二活塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-图3所示，本发明提供一种变速箱柔性气缸执行机构，包括壳体1、换挡轴2、第一活塞3、第二活塞4和感应元件；壳体1具有气缸缸体100；换挡轴2移动设置于气缸缸体100且能够选择性地移动至第一位置、第二位置或第三位置，换挡轴2上依次间隔固定设置有第一限位21、第二限位22和第三限位23，换挡轴2用于驱动换挡机构换挡；第一活塞3设置于气缸缸体100中且可移动地套设于换挡轴2，并位于第一限位21和第二限位22之间；第二活塞4设置于气缸缸体100中且可移动地套设于换挡轴2，并位于第二限位22和第三限位23之间；气缸缸体100被第一活塞3和第二活塞4分隔成第一气室101、第二气室102和第三气室103，第一气室101由第一活塞3和气缸缸体100一端内壁围设而成，第二气室102由第一活塞3和第二活塞4及气缸缸体100内壁围设而成，第三气室103由第二活塞4和气缸缸体100另一端内壁围设而成，感应元件设置于换挡轴2上用于检测换挡轴2的位置。

变速箱柔性气缸执行机构被配置为：

第一气室101进气，第二气室102和第三气室103排气，第一活塞3移动至抵接于第二限位22并带动换挡轴2移动至第一位置；

第二气室102进气，第一气室101和第三气室103排气，第一活塞3移动至抵接于第一限位21，第二活塞4抵接于第三限位23，换挡轴2移动至第二位置；

第三气室103进气，第一气室101和第二气室102排气，第二活塞4移动至抵接于第二限位22并带动换挡轴2移动至第三位置。

相较于现有技术中的两挡气动驱动的换挡机构或者是电动驱动的换挡机构，本实施例提供的变速箱柔性气缸执行机构通过将换挡轴2移动至第一位置、第二位置和第三位置可实现三挡换挡，且结构简单，制造成本低，只需控制第一气室101、第二气室102和第三气室103的进排气即可实现换挡，控制过程简单，便于操作。

具体地，气缸缸体100内壁设置有第一台阶限位11和第二台阶限位12；换挡轴2移动至第一位置时，第二活塞4抵接于第二台阶限位12；换挡轴2移动至第二位置时，第一活塞3抵接于第一台阶限位11且第二活塞4抵接于第二台阶限位12；换挡轴2移动至第三位置时，第一活塞3抵接于第一台阶限位11，第一台阶限位11和第二台阶限位12凸设于气缸缸体100内壁，在制造时与气缸缸体100一体成型，无需额外安装零部件。

更进一步地，壳体1上开设有第一气口13、第二气口14和第三气口15，第一气口13连通于第一气室101，第二气口14连通于第二气室102，第三气口15连通于第三气室103，第一气口13、第二气口14和第三气口15均连通于整机气源，无需额外单独配置气源。

更进一步地，第一活塞3在第一台阶限位11和第二气口14之间的区域移动，第二活塞4在第二台阶限位12和第二气口14之间的区域移动，限制第一活塞3以及第二活塞4的移动位置，防止第一活塞3或第二活塞4移动超过第二气口14，从第二气口14进气时无法进入第二气室102导致换挡故障。

更进一步地，壳体1上设置有第四限位16和第五限位17；换挡轴2位于第一位置时，换挡轴2的一端抵接于第五限位17，限制第一活塞3带动换挡轴2继续移动，防止第一活塞3移动超过第二气口14；换挡轴2位于第三位置时，换挡轴2的另一端抵接于第四限位16,防止第二活塞4移动超过第二气口14。

具体地，在本实施例中，感应元件为霍尔传感器，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，测量精度高，能够实时反馈换挡轴2的位置给整机的TCU，使得换挡位置准确，在其他实施例中，感应元件也可以设置为位置传感器。

具体地，第一限位21和第三限位23均为限位环，限位环螺接连接于换挡轴2，便于加工制造，在维护及检修时，限位环也方便安装或者拆卸，更进一步地，第一限位21和第三限位23上均套设有密封圈，第一限位21与气缸缸体100的内壁围设成第一辅助气室104，第三限位23与气缸缸体100的内壁围设成第二辅助气室105，第一辅助气室104连通于第一气口13，第二辅助气室105连通于第三气口15，第一气室101进气时，第一辅助气室104同时进气辅助推动第一限位21进而驱动换挡轴2移动至第一挡位，第三气室103进气时，第二辅助气室105同时进气辅助推动第三限位23进而驱动换挡轴2移动至第三挡位。

更进一步地，在本实施例中，第二限位22设置为挡圈，挡圈固定套设在换挡轴2上，在其他实施例中，第二限位22也可以设置为与换挡轴2一体设置的轴肩或者挡块，在此不做过多的限制。

如图4所示，本实施例还提供一种控制方法，使用上述的变速箱柔性气缸执行机构，包括：

驾驶员拨动挡杆，TCU接收挡杆信号并转换为控制指令驱动所述变速箱柔性气缸执行机构执行：

当驾驶员拨动挡杆换至第一挡位时，第一气室101进气，第二气室102和第三气室103排气，第一活塞3移动至抵接于第二限位22并带动换挡轴2移动至第一位置，换挡轴2驱动换挡机构换至第一挡位，在本实施例中，第一挡位为后退挡；

当驾驶员拨动挡杆换至第二挡位时，第二气室102进气，第一气室101和第三气室103排气，第一活塞3移动至抵接于第一限位21，第二活塞4抵接于第三限位23，换挡轴2移动至第二位置，换挡轴2驱动换挡机构换至第二挡位，在本实施例中，第二挡位为空挡；

当驾驶员拨动挡杆换至第三挡位时，第三气室103进气，第一气室101和第二气室102排气，第二活塞4移动至抵接于第二限位22并带动换挡轴2移动至第三位置，换挡轴2驱动换挡机构换至第三挡位，在本实施例中，第三挡位为前进挡。

更进一步地，感应元件实时检测换挡轴2位置，若移动至指定位置则感应元件反馈给TCU第一信号，若限定次数内检测换挡轴2均未移动到指定位置，则感应元件反馈给报警元件第二信号驱动报警，在本实施例中，限定次数设置为两次。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。