专利名称：气动式中间轴制动系统及制动方法
技术领域：
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种汽车制动系统及制动方法。
背景技术：
中间轴制动是一种变速箱辅助换档机构，顾名思义它主要针对变速箱上的中间轴进行制动，通过摩擦方式降低其转速直至其处于抱死状态。中间轴制动器作为中间轴制动系统的执行机构主要针对无同步器的变速箱而设计。其最初的目的是在汽车起步过程中， 当离合器分离后将变速箱中的一轴与中间轴锁止使其不能转动，以方便挂档。无同步器变速箱在采用中间轴制动器后，起步换档时比较平顺，可减轻变速箱内齿轮的冲击。在一定程度上解决了无同步器变速箱在起步过程中换档困难的问题。而既没有安装中间轴制动器， 也没有安装同步器的变速箱，会在起步和倒车时听到变速箱内齿轮打齿的声音，这种齿轮间的撞击会对起步齿轮和倒档齿轮产生早期损坏，也会降低换档齿轮与接合齿套的使用寿命。目前，国内许多双中间变速箱采用无全同步器结构，即不设计安装同步器，采用此结构的优点是由于取消了同步器，所以可以降低变速箱的生产制造成本，降低其销售价格，如果换档时驾驶员将接合齿套与空套齿轮间的转速差控制的好，可以减少换档时间，降低换档力；缺点是如果当接合齿套与空套齿轮间的转速差较大时换档，仅能依靠接合齿套上的锥角完成其与空套齿轮间的同步过程。容易出现换档打齿现象，从而缩短了接合齿套的使用寿命，也容易造成换档时间的延长，严重时可能会出现换不上档的情况。目前变速箱上普遍采用的中间轴制动器可以认为是一种气动式机械离合器。原有中间轴制动器系统一般安装在取力器安装窗口上。其手动操纵阀安装在变速杆上。原有中间轴制动器系统主要包括，气缸体、活塞与安装在中间轴上的取力器齿轮，以及手动操纵阀。气缸体安装在变速器取力器窗口上，活塞安装在气缸体上，正常状态下活塞不与取力器齿轮接触；工作时，活塞在压缩空气的作用下向取力器齿轮方向移动，并与取力器齿轮的齿顶接触，通过活塞端部与取力器齿轮齿顶圆的摩擦达到中间轴制动的目的。原有中间轴制动器的主要缺点是需要驾驶员手动操作，制动部分摩擦面积小，仅能在车辆起步时使用，且使用寿命短，制动效果不明显。原有中间轴制动器系统的工作原理为通过活塞端部与取力器齿轮齿顶圆的摩擦，起到使中间轴和离合器从动盘减速的作用，以便驾驶员将变速箱迅速换入档位，同时减少其打齿现象，延长变速器内齿轮的使用寿命。原有中间轴制动器系统的工作过程为车辆起步时，变速器处于空档，离合器处于接合状态，驾驶员启动发动机后，使变速器输入轴、中间轴运转起来，当离合器踏板踏下后离合器分离，变速箱的输入轴、齿轮和离合器从动盘会在其自身转动惯量的作用下继续转动，而输出轴转速为零，齿套与空套齿轮间的转速差达到最大。此时驾驶员按下操纵按钮， 通过控制阀将中间轴制动器的气管路接通，压缩空气通过气管路进入中间轴制动器，中间轴制动开始工作。中间轴制动器安装在变速箱取力器口上，压缩空气推动活塞运动，活塞端部被顶到取力器齿轮的齿顶圆上。通过活塞端部与取力器齿轮齿顶圆柱面间的摩擦使中间轴转速降低直至抱死状态。此时驾驶员可以快速将变速箱档位换入低档或倒档。但在汽车行驶过程中，低档换高档或由高档换低档时，不能使用中间轴制动器。原有中间轴制动器系统的缺点为由于活塞的缸径受取力器口安装尺寸的限制， 不可能加工的太大，相应制动器的制动力也受到限制，所能制动的转动惯量有限；另一方面活塞端部与取力器齿轮齿顶圆柱面为线接触，接触面积小，在取力器齿轮高速旋转时制动， 零件接触部位的磨损较为严重，极大影响中间轴制动器活塞与取力器齿轮的使用寿命。与此同时，原有中间轴制动器系统在工作过程中会产生大量的铁屑，铁屑滞留在变速箱中将缩短变速箱的使用寿命。
发明内容
本发明所述的气动式中间轴制动系统及制动方法，主要解决原有中间轴制动器系统使用寿命短，不能在车辆行驶过程中使用的缺点，同时也为采用无同步器的自动变速箱提供了提高换档品质的技术方案。本发明主要针对无同步器的变速箱而设计，具体来说是解决无同步器变速箱在车辆行驶过程中换档困难这一问题而设计的，同时也可以使用在无同步器的自动变速箱上，解决其换档时间长或换档困难档的缺点。本发明所述的气动式中间轴制动系统，气压源、气缸、回位弹簧与取力器齿轮，其特征在于还包括方向控制阀、调速阀、摩擦锥、制动齿轮，传感器与控制器，其中气压源、方向控制阀、调速阀和气缸之间依次由气管路连接；调速阀安装在车架上；制动齿轮安装在支撑轴上，与安装在变速箱内中间轴上的取力器齿轮相啮合；摩擦锥安装在气缸杆端部； 回位弹簧安装在气缸内；传感器、方向控制阀与控制器由线束相连。
所述方向控制阀为电磁阀。所述气压源与方向控制阀的P 口相连，方向控制阀的A 口与调速阀的P 口相连，调速阀的A 口与气缸相连。所述传感器可检测取力器齿轮或制动齿轮的转速，或可检测摩擦锥的轴向位移量。具体地说，传感器安装在制动齿轮的齿顶处，检测制动齿轮的转速，并将这一转速传递给控制器；或安装在取力器齿轮的齿顶处，检测取力器齿轮的转速，并将这一转速传递给控制器；或传感器与气缸上的活塞杆相连，通过检测活塞杆的运动位置，可检测摩擦锥的轴向位移量；控制器根据上述信息计算中间轴制动器系统的工作情况，获得此时的制动情况。本发明以摩擦锥与制动齿轮上的摩擦锥面作为主要的制动元件。当二者结合时发生相对摩擦，产生制动力矩。中间轴制动系统正是利用此制动力矩抵消变速箱一轴、齿轮与离合器从动盘的转动惯量，缩小接合齿套与空套齿轮间的转速差，从而达到方便换档与缩
4短换档时间的目的。由于本发明中制动器的摩擦面积增大，中间轴制动系统产生的制动力矩较原有中间轴制动器系统更大，制动时间更短，制动效果更明显。由于摩擦面积的增大， 使得单位摩擦面上受到的压强变小，从而增加了中间轴制动器的寿命，经过特殊处理的摩擦表面，使其寿命有了进一步延长。为中间轴制动系统在行车时使用提供了有力保证。本发明采用压缩空气作为主要动力源，控制摩擦锥与制动齿轮上锥面间的相对运动，实现其分离与接合动作。通过两锥面的摩擦产生制动力矩，并通过制动齿轮与取力器齿轮的啮合将制动力矩传递给中间轴，实现一轴与中间轴的降速。本发明所述的中间轴制动系统的制动方法包括下述步骤
1、当气动式中间轴制动系统启动时，控制器使方向控制阀工作，此时方向控制阀的P 口与A 口相连；压缩空气由气压源经气管路流入方向控制阀的P 口，然后从A 口流出，再经气管路流入调速阀的P 口，经调速阀中的节流阀，由A 口流出，经气管路流入气缸，推动活塞向右侧移动，并推动摩擦锥向制动齿轮上的锥面运动，在此过程中活塞压缩回位弹簧；
2、当中间轴制动系统工作时，摩擦锥与制动齿轮上的锥面相接触，产生制动力矩，该力矩通过相互啮合的制动齿轮与取力器齿轮传递到变速箱上的中间轴上，从而实现制动功能；此时，传感器检测制动齿轮或取力器齿轮的转速，或是通过检测摩擦锥的轴向位移量传递给控制器，并据此控制方向控制阀的开关，保证中间轴制动系统输出稳定的制动力；
3、当解除制动时，控制器使方向控制阀停止工作，此时方向控制阀的T口与A 口相连； 气缸中的活塞在回位弹簧的作用下，向左运动，将气缸中的空气排出，空气经调速阀中的单向阀，流入方向控制阀，再经过方向控制阀的A 口与T 口排入到大气中，中间轴制动随之解除。本发明的有益效果如下
1、气动式中间轴制动系统的制动力矩大，可以迅速降低变速箱一轴、内部齿轮与离合器从动盘的转速；
2、气动式中间轴制动系统活塞的有效面积大，可产生更大的制动力矩；；
3、气动式中间轴制动系统摩擦面接触面积大，摩擦零件的使用寿命长
4、气动式中间轴制动系统产生的制动力矩通过齿轮啮合传递给取力器齿轮，减少取力器齿轮的磨损，提高了变速箱的使用寿命；
5、气动式中间轴制动系统结构紧凑，不需对原有变速器做大规模改动，节省了改造成本。
图1气动式中间轴制动系统控制流程图。图2气动式中间轴制动系统实施例1结构示意图。图3气动式中间轴制动系统实施例2结构示意图。图4气动式中间轴制动系统实施例3结构示意图。图中标注
1.方向控制阀、2.调速阀、3.气缸、4.气压源、5.摩擦锥、6.制动齿轮、7.回位弹簧、8.中间轴、9.取力器齿轮、10.节流阀、11.传感器、12.控制器、13.单向阀。
具体实施例方式下面参照附图，结合三个实施例，对本发明提供的气动式中间轴制动系统及制动方法进行详细说明。实施例1
参照图1、图2，对本发明实施例进行说明。该实施例所述的气动式中间轴制动系统，包括气压源4、方向控制阀1、气缸3、回位弹簧7与取力器齿轮9，此外，还包括调速阀2、摩擦锥5、制动齿轮6，传感器11与控制器12，其中气压源4、方向控制阀1、气缸3和调速阀2之间由气管路连接；制动齿轮6与取力器齿轮9相啮合；传感器11与控制器12由线束相连。传感器11安装在制动齿轮6的齿顶出，检测制动齿轮6的转速，并将这一转速传递给控制器12。控制器12可以根据这一信息计算中间轴制动器系统的工作情况，获得此时的制动情况。气压源4与方向控制阀1的P 口相连，方向控制阀1的A 口与调速阀2的P 口相连，调速阀2的A 口与气缸3相连。中间轴制动系统的制动方法包括以下几步
一、当气动式中间轴制动系统启动时，控制器12使方向控制阀1工作，此时方向控制阀 1的P 口与A 口相连；压缩空气由气压源4经气管路流入方向控制阀1的P 口，然后从A 口流出，再经气管路流入调速阀2的P 口，经调速阀2中的节流阀10，由A 口流出，经气管路流入气缸3，推动活塞向右侧移动，并推动摩擦锥5向制动齿轮6上的锥面运动，在此过程中活塞压缩回位弹簧7。二、当中间轴制动系统工作时，摩擦锥5与制动齿轮6上的锥面相接触，产生摩擦力矩，该力矩通过相互啮合的制动齿轮6与取力器齿轮9传递到变速箱上的中间轴8上， 从而实现制动功能；此时，传感器检测检测摩擦锥5的轴向位移量，并将数据传递给控制器 12，据此控制方向控制阀1的开关，保证中间轴制动系统输出稳定的制动力，以达到所要求的制动效果。三、当解除制动时，控制器12使方向控制阀1停止工作，此时方向控制阀1的T 口与A 口相连；气缸3中的活塞在回位弹簧7的作用下，向左运动，将气缸3中的空气排出，空气经调速阀2中的单向阀13，流入方向控制阀1，再经过方向控制阀1的A 口与T 口排入到大气中，中间轴制动随之解除。实施例2
参照图1、图3，对本发明实施例进行说明。本实施例所述的气动式中间轴制动系统及制动方法，与实施例一基本相同，与实施例一相同之处不再重复叙述，此处仅对与实施例一不同之处进行说明。其不同之处在于，传感器11安装在取力器齿轮9的齿顶处，检测取力器齿轮9的转速，并将这一转速传递给控制器12。控制器12可以根据这一信息计算中间轴制动器系统的工作情况，获得此时的制动情况。实施例3
参照图1、图4，对本发明实施例进行说明。本实施例所述的气动式中间轴制动系统及制动方法，与实施例一基本相同，与实施例一相同之处不再重复叙述，此处仅对与实施例一不同之处进行说明。 其不同之处在于，传感器11与气缸3上的活塞杆相连，通过检测活塞杆的运动位置，可检测摩擦锥5的轴向位移量。控制器12可以根据这一信息计算中间轴制动器系统的工作情况，获得此时的制动情况。
权利要求
1.气动式中间轴制动系统，包括气压源、气缸、回位弹簧与取力器齿轮，其特征在于 还包括方向控制阀、调速阀、摩擦锥、制动齿轮，传感器与控制器，其中气压源、方向控制阀、 调速阀和气缸之间依次由气管路连接；调速阀安装在车架上；制动齿轮安装在支撑轴上， 与安装在变速箱内中间轴上的取力器齿轮相啮合；摩擦锥安装在气缸杆端部；回位弹簧安装在气缸内；传感器、方向控制阀与控制器由线束相连。
2.根据权利要求1所述的气动式中间轴制动系统，其特征在于方向控制阀为电磁阀。
3.根据权利要求1所述的气动式中间轴制动系统，其特征在于传感器可检测取力器齿轮或制动齿轮的转速，或传感器可检测摩擦锥的轴向位移量。
4.根据权利要求2所述的气动式中间轴制动系统，其特征在于传感器安装在制动齿轮的齿顶处，检测制动齿轮的转速，并将这一转速传递给控制器；或安装在取力器齿轮的齿顶处，检测取力器齿轮的转速，并将这一转速传递给控制器；或传感器与气缸上的活塞杆相连，通过检测活塞杆的运动位置，可检测摩擦锥的轴向位移量。
5.根据权利要求1所述的气动式中间轴制动系统，其特征在于气压源与方向控制阀的P 口相连，方向控制阀的A 口与调速阀的P 口相连，调速阀的A 口与气缸相连。
6.气动式中间轴制动方法，其特征在于包括以下步骤(1)当气动式中间轴制动系统启动时，控制器使方向控制阀工作，此时方向控制阀的P 口与A 口相连；压缩空气由气压源经气管路流入方向控制阀的P 口，然后从A 口流出，再经气管路流入调速阀的P 口，经调速阀中的节流阀，由A 口流出，经气管路流入气缸，推动活塞向右侧移动，并推动摩擦锥向制动齿轮上的锥面运动，在此过程中活塞压缩回位弹簧；(2)当中间轴制动系统工作时，摩擦锥与制动齿轮上的锥面相接触，产生制动力矩，该力矩通过相互啮合的制动齿轮与取力器齿轮传递到变速箱上的中间轴上，从而实现制动功能；此时，传感器检测制动齿轮或取力器齿轮的转速，或是通过检测摩擦锥的轴向位移量传递给控制器，并据此控制方向控制阀的开关，保证中间轴制动系统输出稳定的制动力；(3)当解除制动时，控制器使方向控制阀停止工作，此时方向控制阀的T口与A 口相连; 气缸中的活塞在回位弹簧的作用下，向左运动，将气缸中的空气排出，空气经调速阀中的单向阀，流入方向控制阀，再经过方向控制阀的A 口与T 口排入到大气中，中间轴制动随之解除。
全文摘要
本发明所述的气动式中间轴制动系统及制动方法，主要包括气压源、气缸、回位弹簧与取力器齿轮，此外，还包括方向控制阀、调速阀、摩擦锥、制动齿轮，传感器与控制器，其中气压源、方向控制阀、调速阀和气缸之间依次由气管路连接；调速阀安装在车架上；制动齿轮安装在支撑轴上，与安装在变速箱内中间轴上的取力器齿轮相啮合；摩擦锥安装在气缸杆端部；回位弹簧安装在气缸内；传感器、方向控制阀与控制器由线束相连。所述传感器可检测取力器齿轮或制动齿轮的转速，或可检测摩擦锥的轴向位移量。本发明主要解决原有中间轴制动器系统使用寿命短，不能在车辆行驶过程中使用的缺点，同时也为采用无同步器的自动变速箱提供了提高换档品质的技术方案。
文档编号F16D125/02GK102352898SQ20111019187
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者张志欧, 王松, 王玉海, 王辛立, 董瑞先, 郑旭光 申请人:一汽解放青岛汽车有限公司