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手动变速箱换挡控制装置

阅读：965发布：2020-05-14

专利汇可以提供手动变速箱换挡控制装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及手动变速箱评定。其目的是解决评定变速箱在换挡过程中的换挡特性时，避开选挡操作，简化挂挡和摘挡操作的试验控制的装置结构，提出手动变速箱换挡控制装置。该装置包括换挡执行机构、液压站和运动控制。换挡执行机构包括液压缸、活塞杆、推力杆、摆杆、换挡轴和拨叉。液压站包括油箱、电机、泵、安全溢流阀、比例压力阀、电磁换向阀、锁止阀、节流阀、气冷却器和油过滤器。运动控制单元包括运动控制卡、行程开关、转速传感器和继电器。该装置可以调整换挡时的换挡力，采集变速箱的换挡力和换挡位移，控制电磁换向阀的油路实现对变速箱的循环换挡。该试验装置具有换挡模式多样、拆装方便，可广泛用于不同类型手动变速箱的循环换挡控制。，下面是手动变速箱换挡控制装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种手动变速箱换挡控制装置，它包括换挡执行机构、液压站和运动控制单元，液压站为换挡执行机构提供换挡力，运动控制单元控制换挡执行机构的动作过程，其特征是：
所述的换挡执行机构包括液压缸(12)、活塞杆(13)、液压缸支架(4)、挡块(14)、推力杆(6)、支撑端盖(9)、第一轴承(21)、换挡轴(18)、拨叉(19)、套筒(20)、密封端盖(22)、摆杆(7)、位移传感器(16)，活塞杆(13)装入液压缸(12)中，用第一螺栓(3)固定在液压缸支架(4)上，用活塞杆(13)左侧螺的纹连接挡块(14)，用第二锁紧螺母(15)锁紧，活塞杆(13)的端面连接位移传感器(16)，活塞杆(13)的右侧有螺纹，用该螺纹连接推力杆(6)，用第一锁紧螺母(5)锁紧，支撑端盖(9)在顶部装入第一轴承(21)，插入换挡轴(18)，然后依次安装拨叉(19)、套筒(20)和第三轴承(55)，并用带有密封圈(23)的密封端盖(22)限制换挡轴(18)的位置，用第三螺栓(17)将支撑端盖(9)固定在变速箱(10)上；摆杆(7)通过四角扣与换挡轴(18)连接，在推力杆(6)的中间插入第二轴承(24)、第一垫片(26)、第二垫片(27)、摆杆(7)后，插入第二螺栓(8)，用第三锁紧螺母(25)锁定第二螺栓(8)；
所述的液压站包括耐高温泵(30)、电机(31)、单向阀(32)、安全溢流阀(41)、比例压力阀(39)、电磁换向阀(38)、锁止阀(35)、节流阀(37)、球形阀(36)、液压油箱(28)、气冷却器(42)、空气过滤器(43)、回油过滤器(45)、液位计(29)、压力表(33)、压力传感器(34)、比例压力阀的控制信号放大器(40)、放油阀(44)、吸油过滤器(46)；耐高温泵(30)被电机(31)带动，进油口从液压油箱(28)吸入经过吸油过滤器(46)的液压油；液压油依次通过单向阀(32)、比例压力阀(39)、电磁换向阀(38)、锁止阀(35)、节流阀(37)，流入液压缸(12)的一端，推动活塞杆(13)；液压缸(12另一端液压油通过球形阀(36)、气冷却器(42)、回油过滤器(45)后，流回液压油箱(28)，液压油箱(28)的中上部安装液位计(29)，在底部安装有放油阀(44)，安全溢流阀(41)的出油口处安装压力表(33)，比例压力阀(39)出油口安装压力传感器(34)和控制信号放大器(40)；
所述的运动控制单元，包括第一行程开关(1)、第二行程开关(2)、转速传感器(11)、电脑、装在电脑的运动控制卡(48)、第一继电器(49)、第一转换开关(50)、第二转换开关(51)、第二继电器(52)、24V直流开关电源(47)，在液压缸支架(4)上，把第一行程开关(1)、第二行程开关(2)固定在挡块(14)的两侧；变速箱(10)的主轴端安装转速传感器(11)；在电脑上安装运动控制卡(48)；第一继电器(49)、第二继电器(52)和24V直流开关电源(47)安装在控制柜内；通过运动控制卡(48)对第一继电器(49)、第二继电器(52)和电磁换向阀(38)进行通断电，实现对变速箱(10)的循环换挡控制；第一继电器(49)用于控制24V直流电源(47)的通断，第二继电器(52)用于控制24V直流电源的通断，第一转换开关(50)用于转换24V开关直流电源(47)对电磁换向阀(38)的DC1供电或DC2供电，第二转换开关(51)对电磁换向阀(38)的DC1供电或DC2供电。

说明书全文

手动变速箱换挡控制装置

技术领域

[0001] 本发明属于车辆工程传动技术领域，涉及车辆变速箱，特别是涉及用于对手动变速箱评定时进行换挡控制。

背景技术

[0002] 现代汽车上广泛采用活塞式内燃机作为动力源，其转矩和转速的变化范围较小，而复杂的使用条件则要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为了解决这一矛盾，在传动系统中设置了变速箱。可见变速箱是车辆传动系统中的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到传动系统的性能。为了评定变速箱的结构和零部件的性能，以指导产品设计和缩短开发周期，搭建变速箱换挡控制装置是对变速箱进行测试与分析的关键技术之一。

[0003] 目前，对于手动变速箱而言，变速箱的换挡操纵机构分为选档装置和换挡装置，即首先选择挡位，然后进行挂挡。对于变速箱的换挡操纵，主要通过选档机械手和换挡机械手来完成。然而，当在评定变速箱在换挡过程中的换挡特性，如润滑油或同步环摩擦材料对同步器同步性能的影响时，只需对变速箱进行挂挡和摘挡操作，不需要选挡操作。若此时仍用由选档机械手和换挡机械手组成的换挡操纵机构，会使试验装置的结构与控制复杂、搭建成本增加。

发明内容

[0004] 本发明的目的是解决评定变速箱在换挡过程中的换挡特性时，避开选挡操作，简化变速箱进行挂挡和摘挡操作的试验控制的装置结构，提出一种手动变速箱换挡控制装置。

[0005] 本发明手动变速箱换挡控制装置的技术方案如下：

[0006] 手动变速箱换挡控制装置包括换挡执行机构、液压站和运动控制单元。所述的换挡执行机构主要包括用于支撑液压缸的支架、液压缸、液压缸内的活塞杆，连接于活塞杆左侧的挡块，连接于活塞杆右侧的推力杆，连接于推力杆与摆杆的螺栓、轴承、垫片，连接于换挡轴的摆杆，连接于支撑端盖的换挡轴，换挡轴上的轴承、拨叉、套筒、机械密封圈，连接于变速箱上的轴承端盖；通过液压缸中的活塞杆左右移动，带动拨叉左右摆动，可以对变速箱进行挂挡和摘挡。所述的液压站主要包括用于装液压油的油箱，用于提供压力源的电机与耐高温泵，用于锁定活塞杆的锁止阀，用于调节活塞杆移动速度的节流阀，用于油路换向的电磁换向阀，用于调整工作油压的比例压力阀和控制信号放大器，用于安全保护的安全溢流阀，用于净化液压油的空气过滤器、回油过滤器和吸油过滤器；利用比例压力阀和控制信号放大器调整工作油压后，通过改变电磁换向阀的油路，可以对液压缸两侧进行加压或卸压；所述的运动控制单元主要包括运动控制卡、转速传感器、继电器、行程开关、电磁换向阀；运动控制卡根据转速传感器的转速信号和行程开关的位置信号，可以对电磁换向阀的油路进行换向，进而实现对变速箱的换挡控制；本发明手动变速箱换挡控制装置的液压缸内的活塞杆为双出活塞杆，推力杆与摆杆利用滚动轴承、螺栓、垫片、螺母进行连接，在活塞杆的左侧安装有位移传感器，在比例压力阀的出油口处安装有压力传感器。

[0007] 利用本发明手动变速箱换挡控制装置在评定变速箱在换挡过程中的换挡特性与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

[0008] 1)该试验装置能直接对手动变速箱进行挂摘挡操作；

[0009] 2)转换开关可以调整电流在电磁换向阀中的流向，实现高挡挂低挡的循环换挡或低挡挂高挡的循环换挡；

[0010] 3)通过调整拨叉在换挡轴中的位置，可以在不同的变速箱上进行换挡控制；

[0011] 4)推力杆与摆杆之间用轴承进行连接，方便换挡执行机构从变速箱上进行拆装；

[0012] 5)换挡时能够实时高频采集换挡过程中的换挡力与换挡位移；

[0013] 6)改变现有装置不能直接进行挂挡和摘挡操作的现状，使其具有结构与控制简单、搭建成本低廉。附图说明

[0014] 图1本发明手动变速箱换挡控制装置的执行机构示意图；

[0015] 图2为图1中A-A剖面的换挡轴与拨叉装配关系示意图；

[0016] 图3为图1中B-B剖面的推力杆与摆杆装配关系示意图；

[0017] 图4为液压站的工作原理图；

[0018] 图5为控制电路的接线图；

[0019] 图6为单次换挡过程中换挡力、换挡位移与时间关系曲线图。

[0020] 图中：

[0021] 第一行程开关1，第二行程开关2，第一螺栓3，液压缸支架4，第一锁紧螺母5，推力杆6，摆杆7，第二螺栓8，支撑端盖9，变速箱10，转速传感器11，液压缸12，活塞杆`13，挡块14，第二锁紧螺母15，位移传感器16，第三螺栓17，换挡轴18，拨叉19，套筒20，第一轴承21，密封端盖22，密封圈23，第二轴承24，第三锁紧螺母25，第一垫片26，第二垫片27，液压油箱28，液位计29，耐高温泵30，电机31，单向阀32，压力表33，压力传感器34，锁止阀35，球形阀36，节流阀37，电磁换向阀38，比例压力阀39，控制信号放大器40，安全溢流阀41，气冷却器42，空气过滤器43，放油阀44，回油过滤器45，吸油过滤器46，24V直流开关电源
47，运动控制卡48，第一继电器49，第一转换开关50，第二转换开关51，第二继电器52，换挡力与时间关系曲线53、换挡位移与时间关系曲线54、第三轴承55。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明手动变速箱换挡控制装置的结构、原理和工作过程作进一步的描述。

[0023] 图1给出了本发明手动变速箱换挡控制装置的执行机构示意图，本发明的手动变速箱换挡控制装置，它包括换挡执行机构、液压站和运动控制单元，液压站为换挡执行机构提供换挡力，运动控制单元控制换挡执行机构的动作过程；

[0024] 所述的换挡执行机构包括液压缸12、活塞杆13、液压缸支架4、挡块14、推力杆6、支撑端盖9、第一轴承21、换挡轴18、拨叉19、套筒20、密封端盖22、密封圈23、摆杆7、位移传感器16、第一锁紧螺母5、第二锁紧螺母15、第三锁紧螺母25，活塞杆13装入液压缸12中，用第一螺栓3固定在液压缸支架4上，在活塞杆13的左侧有螺纹，用该螺纹连接挡块14，用第二锁紧螺母15锁紧，活塞杆13的端面连接位移传感器16，活塞杆13的右侧有螺纹，用该螺纹连接推力杆6，并用第一锁紧螺母5锁紧；图2为换挡轴与拨叉装配关系示意图，支撑端盖9在顶部装入第一轴承21，插入换挡轴18，然后依次安装拨叉19、套筒20和第三轴承55，并用带有密封圈23的密封端盖22限制换挡轴18的位置，再用第三螺栓17将支撑端盖9固定在变速箱10上；图3为推力杆与摆杆装配关系示意图，摆杆7通过四角扣与换挡轴18连接，在推力杆6的中间插入第二轴承24、第一垫片26、第二垫片27、摆杆7后，再插入第二螺栓8，并用第三锁紧螺母25锁定第二螺栓8的位置；

[0025] 图4为液压站的工作原理图，所述的液压站包括耐高温泵30、电机31、单向阀32、安全溢流阀41、比例压力阀39、电磁换向阀38、锁止阀35、节流阀37、球形阀36、液压油箱28、气冷却器42、空气过滤器43、回油过滤器45、液位计29、压力表33、压力传感器34、比例压力阀的控制信号放大器40、放油阀44、吸油过滤器46；耐高温泵30被电机31带动旋转，进油口从液压油箱28中吸入经过吸油过滤器46的液压油，使出油口流出满足换挡所需压力的液压油；此时液压油依次通过单向阀32、比例压力阀39、电磁换向阀38、锁止阀35、节流阀37，然后流入液压缸12的一端，推动活塞杆13移动；液压缸12另一端的液压油通过球形阀36、气冷却器42、回油过滤器45后，流回液压油箱28。在液压油箱28的中上部安装有液位计29，在底部安装有放油阀44。在安全溢流阀41的出油口处安装有压力表33，在比例压力阀39的出油口处安装有压力传感器34和控制信号放大器40；

[0026] 所述的运动控制单元，包括第一行程开关1、第二行程开关2、转速传感器11、电脑、装在电脑的运动控制卡48、第一继电器49、第一转换开关50、第二转换开关51、第二继电器52、24V直流开关电源47，在液压缸支架4上，把第一行程开关1、第二行程开关2固定在挡块14的两侧；在变速箱10的主轴端安装转速传感器11；在电脑上安装运动控制卡48；第一继电器49、第二继电器52和24V直流开关电源47安装在控制柜内；通过运动控制卡
48对第一继电器49、第二继电器52和电磁换向阀38进行通断电，实现对变速箱10的循环换挡控制；图5为控制电路的接线图，第一继电器49用于控制24V直流电源47的通断，第二继电器52用于控制24V直流电源的通断，第一继电器49与第二继电器52共同实现对电磁换向阀38的供电控制，第一转换开关50用于转换24V开关直流电源47对电磁换向阀38的DC1供电或DC2供电，第二转换开关51用于转换24V开关直流电源47对电磁换向阀38的DC1供电或DC2供电。

[0027] 本发明手动变速箱换挡控制装置在执行变速箱换挡时将换挡执行机构安装在变速箱上，当要更换手动变速箱内零部件时需将换挡执行机构拆卸，换挡执行机构与手动变速箱连接的拆装过程如下：①拧下第三锁紧螺母25，拔出第二螺栓8，移出第二轴承24、第一垫片26、第二垫片27；②推动活塞杆13移动至最左端；③拧下第三螺栓17，卸下支撑端盖9；④反之则是换挡执行机构与变速箱连接的安装过程。

[0028] 下面提供一个具体的实施例对本发明具体实施方式作进一步的说明。

[0029] 首先通过调整控制信号放大器40的电流，控制比例压力阀39的工作压力使换挡力为630N；通过节流阀37调整换挡速度为1m/s；通过旋转第一转换开关50使左通电路导通，旋转第二转换开关51使右通电路导通；在Visual Studio环境下对运动控制卡48进行编程(运动控制卡产品市场有售)，并依据变速箱的换挡过程和数据采集的要求设计循环换挡测控程序；启动循环换挡测控程序，当运动控制卡48通过转速传感器11监测到变速箱主轴端的转速达到1000r/min时，运动控制卡48的V处控制接通24V直流电源，使第一继电器49吸合。电磁换向阀38的DC1处因得24V直流电源而导通油路，液压缸12左侧上油压，推动活塞杆13向右水平移动，活塞杆13带动摆杆7、换挡轴18、拨叉19转动，对变速箱10进行挂挡。当挂上挡抵压到行程开关2时，运动控制卡48的Y处收到24V直流电源，此时运动控制卡48的V处控制切断24V直流电源，使第一继电器49断开，电磁换向阀38失电，液压系统卸载工作油压。通过锁止阀35的锁定作用，锁定活塞杆13的位置以避免变速箱10脱挡。在延时1S后，运动控制卡48的U处控制接通24V直流电源使第二继电器52吸合，电磁换向阀38的DC2处因得24V直流电源而导通油路，液压缸12右侧上油压，推动活塞杆13向左运动，活塞杆13带动摆杆7、换挡轴18、拨叉19转动，对变速箱10进行摘挡。
当运动到空挡位置抵压到行程开关1时，运动控制卡48的X处收到24V直流电源，此时运动控制卡48的U处控制切断24V直流电源，使第二继电器52断开，电磁换向阀38再次失电，液压系统卸载工作油压。通过锁止阀35的锁定作用，锁定活塞杆13的位置以避免变速箱10脱挡。此时运动控制卡48对变速箱10主轴端的转速进行判断，若转速又达到1000r/min，则对变速箱10再次进行挂摘挡动作。图6为单次换挡过程中换挡力、换挡位移与时间关系曲线图，图6中给出了换挡力与时间关系曲线53，从换挡力与时间关系曲线53可看出，换挡力会突然下降(见图6换挡力与时间关系曲线53的A处)或上升(见图6换挡力与时间关系曲线53的B处)，表明了换挡时存在冲击；图6中还给出了换挡位移与时间关系曲线54，从换挡位移与时间关系曲线54可看出，换挡位移不变时所经历的时间为同步时间(见图6换挡位移与时间关系曲线54的C处)，反应了换挡时的平顺性。通过换挡力与时间关系曲线53和换挡位移与时间关系曲线54可以分析变速箱在换挡过程中的换挡舒适度。

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