CN105805294B - 一种拨片换挡控制装置及其控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拨片换挡控制装置及其控制策略，包括操控盘、控制器、离合器控制部分和变速器控制部分，通过拨动操控盘上的加减挡拨片，利用正负电位差向控制器传递信号，控制器预先执行对离合控制装置，通过链传动、摇臂、杆机构等传递离合电机的转矩将离合断开；待离合断开后控制器驱动变速器操控部分，将变速电机的转矩传递至变速器，实现变速；变速完成后，控制器驱动离合控制装置，将离合器接合。本发明将离合与变速的控制集成于一控制器上，操作简单便捷，离合与变速协同工作，实现了智能自动变速。整个装置上设置有角位移传感器和扭矩传感器对控制器进行反馈，供控制器发出执行指令时刻的判断以及控制过程的监测，变速过程稳定可靠。

Description

一种拨片换挡控制装置及其控制策略

技术领域

本发明涉及一种汽车换挡控制装置，尤其是一种拨片换挡控制装置以及利用该装置实现换挡的控制策略。

背景技术

目前，汽车采用的普遍换挡方式是采用推动拨杆，以此实现变速，但是这种方法并不便捷，要求操作者要有足够的灵活性，而且稍有不慎会出现挂错挡的现象，而且对变速器操纵杆的磨损加剧，减少使用寿命，甚至发生安全事故。由于自动变速器的便捷性，自动变速装置越来越受青睐。自动变速装置是利用自动控制来实现变速的自动变速器，电脑根据汽车运行速度自动识别，实现增速或减速。

目前出现了一种拨片式自动换挡装置，属于半自动变速装置，换挡拨片通常安装在车辆的方向盘( 或者转向柱) 后面或之上，以允许驾驶员进行车辆变速箱的手动单次顺序升挡或降挡。将换挡拨片布置在方向盘或转向柱的附近使得驾驶员更容易进行手动换挡，而不需要将手从方向盘移开。这提高了驾驶员对车辆的控制，同时还能允许驾驶员具有愉快的驾驶体验。

这种半自动变速装置不是自动切换挡位的汽车变速箱，而是通过省却在切换挡位时踩下离合器踏板的需要而便利了手动挡位切换。它可以根据驾驶员和／或计算机的命令来使用电子传感器、气动器件、处理器和致动器来执行换挡。

通常是通过换挡拨片获得手动换挡的能力，然后通过传感器例如霍尔效应传感器感应请求换挡的方向，并且这种输入请求与变速箱中传感器检测到的当前速度和所选挡位信息一起提供给中央处理单元。接着该中央处理单元根据这两个传感器以及其它的因素的输入，例如发动机转速、电子稳定控制、ECU、空调和仪表板，确定离合器的分离、变速和离合器的接合需要的理想时机和转矩。

但是上述方案换挡时的协同能力偏弱，对于变速过程中的识别有些不足，容易产生操作失误，缺乏对操作失误的判断及纠正策略。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种拨片换挡控制装置及其控制策略，利用本装置来控制汽车换挡，结合控制策略，可以准确判断发出对离合和变速的指令的时刻以及对装置性能的监测，实现变速准确，稳定可靠的变速控制，协同工作良好，可以实现智能自动变速，操作便捷、简单。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种拨片换挡控制装置，包括离合器、变速器和动力输出轴，其特征在于还包括操控盘、控制器、离合器控制部分和变速器控制部分，所述的控制器接受来自操控盘的操控信号，并分别驱动离合器控制部分和变速器控制部分，在驱动离合器控制部分和变速器控制部分的同时，控制器分别采集离合器和变速器的位置信息以及动力输出轴的扭矩信息并存储。

优选的，所述的操控盘上设置有加挡拨片和减挡拨片，拨动加挡拨片或减挡拨片会产生正负电位差，该电位差向控制器传递一种加挡信号或减挡信号。

优选的，所述的控制器内设置有单片机和A/D转换器，其中A/D转换器将控制器的模拟信号转换为单片机可读取的数字信号。

优选的，所述的变速器控制部分包括变速电机a、主动链轮a、感应链轮d、支撑板a、从动链轮b、作用链轮c、摇臂a和作用杆a，所述的变速电机a的输出轴上设有主动链轮a，主动链轮a与从动链轮b之间链传动，感应链轮d与从动链轮b之间同步链传动，从动链轮b的输出端设有摇臂a，摇臂a的端部连接作用杆a，作用杆a驱动变速器运动；在感应链轮d上设有位置标识，在位置标识处设置有角位移传感器，用于检测感应链轮d的旋转角度；控制器与变速电机a电连接。

优选的，所述的离合器控制部分包括离合电机b、支撑板b、作用链轮e、感应链轮f、摇臂b和作用杆b，所述的离合电机b的输出轴通过传动链与感应链轮f连接，感应链轮f上设有位置标识，在位置标识处设置有角位移传感器，用于检测感应链轮f的旋转角度；感应链轮f与作用链轮e同轴设置，作用链轮e的输出端设有摇臂b，摇臂b的端部连接作用杆b，作用杆b驱动离合器分离；控制器与离合电机b电连接。

优选的，所述的动力输出轴处设有扭矩传感器，用于检测动力输出轴的扭矩变化。

优选的，所述的角位移传感器和扭矩传感器采集的数据分别传递给控制器。

本发明的设计原理：加减挡拨片分别利用电位差给予控制器相应的加减挡信号，加减挡信号输入控制器后，控制器对信号进行分析，执行其中的单片机上的程序。控制器控制离合电机的转动，将离合电机的转动变换为摇臂的摆动，利用杆机构作用于离合器，实现离合器的分离，为变速做准备。同时，控制器会控制变速电机旋转，将电机的旋转运动通过链轮和摇臂转换为摇臂的摆动，摇臂与杆机构连接，杆机构对变速器进行操作。连接摇臂的链轮与另一链轮构成链传动，且该链轮上安装有角位移传感器，从该传感器输出的电压模拟信号，经A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，给单片机读取判断电机的旋转位移，然后做出相应动作。根据扭矩传感器收集到的输出轴扭矩变化情况，确定变速完成后，控制器控制离合电机，进而实现离合器的接合。完成离合与换挡的同步实现，达到智能自动换挡目的。

在上述方案中，拨片换挡控制装置的控制策略，主要包括换挡控制、离合控制以及反馈控制三部分；

换挡控制：首先对变速器的控制电机旋转位置进行标定，设定减挡、空挡、中点和加挡四个位置点，控制变速电机a处于中点位置，然后触发操控盘的换挡信号，经控制器识别，驱动变速电机a由中点位置旋转至加挡或减挡或空挡处，经角位移传感器识别到位，通过链传动将变速电机a的转矩传递至作用链轮c、摇臂a和作用杆a；变速电机a8旋转至预定位置后，经控制器判断换挡后，回旋至中点位置；

离合控制：首先对离合器的驱动电机旋转位置进行标定，设定分离和结合两个位置点，然后触发操控盘的换挡信号，经控制器识别，控制继电器组，继而控制离合电机b旋转至分离位置点，经角位移传感器识别到位后，通过链传动将转矩传递到作用链轮e和摇臂b，控制作用杆b，实现对离合器的分离；

反馈控制：利用动力输出轴上设置的扭矩传感器，对动力输出轴的扭矩进行测量，并反馈到控制器，控制器对所收集到的输出轴扭矩进行分析判断，当变速过程中动力输出轴的扭矩会发生骤变，根据扭矩值的变化判断变速的完成情况，并反馈至换挡控制。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用拨片的拨动给予控制器不同的信号，经A/D转换为单片机可读取的数字信号，依据该信号以及单片机程序依次实现离合器的分离、变速器的变速和离合器的接合。整个控制装置中设置有对变速电机的转动、离合电机的转动和动力输出轴的扭矩进行测量的传感器，各个传感器所测量的数据均传输至控制器，供控制器判断发出对离合和变速的指令的时刻以及对装置性能的监测，实现变速准确、稳定可靠的变速控制。本发明中，只需进行对拨片操作，即可依据单片机程序执行离合器与变速器的协同工作，实现智能自动变速，操作便捷、简单。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构组成示意图；

图2为本发明加挡控制框图；

图3为本发明的反馈控制框图。

图中，1、操控盘，2、加挡拨片，3、减挡拨片，4、控制器，5、角位移传感器，6、主动链轮a，7、紧固螺钉，8、变速电机a，9、感应链轮d，10、支撑板a，11、从动链轮b，12、作用链轮c，13、摇臂a，14、作用杆a，15、扭矩传感器，16、作用杆b，17、摇臂b，18、作用链轮e，19、支撑板b，20、离合电机b，21、感应链轮f，22、动力输出轴。

具体实施方式

本发明具体涉及一种拨片换挡控制装置及其控制策略，其中拨片换挡控制装置如附图1所示，包括离合器控制部分、变速器控制部分、动力输出轴22、操控盘1和控制器4，其中操控盘1上设置有加挡拨片2和减挡拨片3，控制器4接受来自操控盘1的操控信号，并分别驱动离合器控制部分和变速器控制部分，在驱动离合器控制部分和变速器控制部分的同时，控制器4分别采集离合器和变速器的位置信息以及动力输出轴22的扭矩信息并存储。

变速器控制部分包括变速电机a8、支撑板a10、作用链轮c12、摇臂a13、作用杆a14和感应链轮d9。其中支撑板a10内设置有与变速电机a8相连接的主动链轮a6和从动链轮b11，主动链轮a6与从动链轮b11通过链传动方式传递转矩，从动链轮b11与作用链轮c12直接相连，摇臂a13固接在作用链轮c12上，同时作用链轮c12通过链传动向感应链轮d9传递转速，感应链轮d9上设置有角位移传感器5，收集感应链轮d9的转速反馈到控制器4。

类似的，对于离合器控制部分的零部件包括离合电机b20、支撑板b19、作用链轮e18、摇臂b17和感应链轮f21。其中支撑板b19内的结构与支撑板a10的内部结构类似，离合电机b20通过链传动将转矩传递至作用链轮e18，作用链轮e18的转动带动摇臂b17摆动，控制作用杆b16的工作，支撑板b19上设置有感应链轮f21，感应链轮f21上设置有角位移传感器5对离合电机b20的旋转进行监测，角位移传感器5与控制器4连接。

附图3为本发明的反馈控制框图，操控盘1内的电路与控制器4相连，通过拨动加挡拨片2或减挡拨片3改变正负电位差，向控制器4传递模拟信号，经控制器4内的A/D转换装置将模拟信号转为单片机可读取的数字信号，控制器4与变速电机a8和离合电机b20相连，控制器4内的单片机读取来自操控盘1的数字信号后，执行相应的程序。设置于感应链轮d9和感应链轮f21上的角位移传感器5对变速电机a8和离合电机b20分别带动摇臂a13和摇臂b17的运动幅度进行监测，并反馈到控制器4，可以实现对离合与变速的再次调控；动力输出轴22上设置的扭矩传感器15对动力输出轴22的扭矩进行监测并反馈到控制器4，判断变速的完成情况，确保装置工作的可靠性。

上述拨片换挡控制装置的控制策略，包括换挡控制、离合控制以及反馈控制三部分；换挡控制：首先对变速器的控制电机旋转位置进行标定，设定减挡、空挡、中点和加挡四个位置点，控制变速电机a8处于中点位置，然后触发操控盘1的换挡信号，经控制器4识别，驱动变速电机a8由中点位置旋转至加挡或减挡或空挡处，经角位移传感器5识别到位，通过链传动将变速电机a8的转矩传递至作用链轮c12、摇臂a13和作用杆a14；变速电机a8旋转至预定位置后，经控制器4判断换挡后，回旋至中点位置；离合控制：首先对离合器的驱动电机旋转位置进行标定，设定分离和结合两个位置点，然后触发操控盘1的换挡信号，经控制器4识别，控制继电器组，继而控制离合电机b20旋转至分离位置点，经角位移传感器5识别到位后，通过链传动将转矩传递到作用链轮e18和摇臂b17，控制作用杆b16，实现对离合器的分离；反馈控制：利用动力输出轴22上设置的扭矩传感器15，对动力输出轴22的扭矩进行测量，并反馈到控制器4，控制器4对所收集到的输出轴扭矩进行分析判断，当变速过程中动力输出轴22的扭矩会发生骤变，根据扭矩值的变化判断变速的完成情况，并反馈至换挡控制。

根据以上控制策略，对本发明控制方式实现的具体实施例如附图2所示，具体表述如下：

（1）预先对离合器部分进行操控，控制继电器组，继而控制离合电机b20旋转至分离位置点。通过链传动将转矩传递到作用链轮e18和摇臂b17，控制作用杆b16，实现对离合器的分离。同时感应链轮f21上设置的角位移传感器5对离合电机b20的旋转角度进行监测，实现对离合电机b的准确控制。

（2）当所输入信号为加挡信号时，单片机程序执行，控制继电器组驱动变速电机a8由中点位置旋转至加挡位置点，通过链传动将变速电机a8的转矩传递至作用链轮c12、摇臂a13和作用杆a14；变速电机a8旋转至预定位置后，回旋至中点位置；同时作用链轮c12与感应链轮d9通过链传动方式连接，在感应链轮d9上设置的角位移传感器5收集感应链轮d9的旋转角度并反馈到控制器4，经A/D转换为数字信号后供单片机读取，单片机依据读取的数字信号判断变速电机a8的旋转角度是否达到要求，以实现对变速电机a8的再次调控，确保准确变速；同时，变速器动力输出轴22上设置有扭矩传感器15，该扭矩传感器15与控制器4相连接，可对动力输出轴22的扭矩进行测量，并反馈到控制器4，控制器4对所收集到的动力输出轴22扭矩进行分析。由于变速过程中动力输出轴22的扭矩会发生骤变，根据扭矩值的变化判断变速的完成情况；

（3）依据所反馈的扭矩值变化的大小，如果扭矩不发生骤变，则变速并未完成，仍然保持离合器的分离状态，停止机器，并将装置进行检修。如果扭矩值发生骤变，则说明变速完成，单片机执行相应程序，将离合电机b20旋转至接合位置点，通过支撑板b19内的链轮传动、作用链轮e18、摇臂b17和作用杆b16传递离合电机b20的扭矩，控制离合器的接合。同时，设置于感应链轮f21上的角位移传感器5对离合电机b20的旋转角度进行监测，确保离合器的准确接合。

对于操控盘1所输入信号为减挡信号的情况时，控制方式类似，只是在单片机执行程序控制变速电机a8旋转时，变速电机a8旋转至减挡位置点即可。

本发明的减挡与空挡控制执行方式一样。

本发明通过拨动操控盘上的加减挡拨片，利用正负电位差向控制器传递加减挡信号，预先对离合器控制装置进行操控，实现离合器的分离，然后控制器根据所输入的加减挡信号，控制变速电机的正转和反转，变速完成后执行相应程序实现离合器的接合。本发明的操作以及结构简单，智能地实现离合与变速的协同工作，实现自动变速。本发明的装置上设有角位移传感器和扭矩传感器，对换挡控制过程进行监测并反馈到控制器，实现控制器对装置的再次调控，保证换挡控制的平稳可靠。

Claims (6)

1.一种拨片换挡控制装置，包括离合器、变速器和动力输出轴（22），其特征在于还包括操控盘（1）、控制器（4）、离合器控制部分和变速器控制部分，所述的控制器（4）接受来自操控盘（1）的操控信号，并分别驱动离合器控制部分和变速器控制部分，在驱动离合器控制部分和变速器控制部分的同时，控制器（4）分别采集离合器和变速器的位置信息以及动力输出轴（22）的扭矩信息并存储；所述的控制器（4）内设置有单片机和A/D转换器，其中A/D转换器将控制器（4）的模拟信号转换为单片机可读取的数字信号；所述的变速器控制部分包括变速电机a（8）、主动链轮a（6）、感应链轮d（9）、支撑板a（10）、从动链轮b（11）、作用链轮c（12）、摇臂a（13）和作用杆a（14），所述的变速电机a（8）的输出轴上设有主动链轮a（6），主动链轮a（6）与从动链轮b（11）之间链传动，感应链轮d（9）与从动链轮b（11）之间同步链传动，从动链轮b（11）的输出端设有摇臂a（13），摇臂a（13）的端部连接作用杆a（14），作用杆a（14）驱动变速器运动；在感应链轮d（9）上设有位置标识，在位置标识处设置有角位移传感器（5），用于检测感应链轮d（9）的旋转角度；控制器（4）与变速电机a（8）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种拨片换挡控制装置，其特征在于所述的操控盘（1）上设置有加挡拨片（2）和减挡拨片（3），拨动加挡拨片（2）或减挡拨片（3）会产生正负电位差，该电位差向控制器（4）传递一种加挡信号或减挡信号。

3.根据权利要求1所述的一种拨片换挡控制装置，其特征在于所述的离合器控制部分包括离合电机b（20）、支撑板b（19）、作用链轮e（18）、感应链轮f（21）、摇臂b（17）和作用杆b（16），所述的离合电机b（20）的输出轴通过传动链与感应链轮f（21）连接，感应链轮f（21）上设有位置标识，在位置标识处设置有角位移传感器（5），用于检测感应链轮f（21）的旋转角度；感应链轮f（21）与作用链轮e（18）同轴设置，作用链轮e（18）的输出端设有摇臂b（17），摇臂b（17）的端部连接作用杆b（16），作用杆b（16）驱动离合器分离；控制器（4）与离合电机b（20）电连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种拨片换挡控制装置，其特征在于所述的动力输出轴（22）处设有扭矩传感器（15），用于检测动力输出轴（22）的扭矩变化。

5.根据权利要求4所述的一种拨片换挡控制装置，其特征在于所述的角位移传感器（5）和扭矩传感器（15）采集的数据分别传递给控制器（4）。

6.如权利要求1所述的一种拨片换挡控制装置的控制策略，其特征在于包括换挡控制、离合控制以及反馈控制三部分；

换挡控制：首先对变速器的变速电机a（8）旋转位置进行标定，设定减挡、空挡、中点和加挡四个位置点，控制变速电机a（8）处于中点位置，然后触发操控盘（1）的换挡信号，经控制器（4）识别，驱动变速电机a（8）由中点位置旋转至加挡或减挡或空挡处，经角位移传感器（5）识别到位，通过链传动将变速电机a（8）的转矩传递至作用链轮c（12）、摇臂a（13）和作用杆a（14）；变速电机a（8）旋转至预定位置后，经控制器判断换挡后，回旋至中点位置；

离合控制：首先对离合器的离合电机b（20）旋转位置进行标定，设定分离和结合两个位置点，然后触发操控盘（1）的换挡信号，经控制器（4）识别，控制继电器组，继而控制离合电机b（20）旋转至分离位置点，经角位移传感器（5）识别到位后，通过链传动将转矩传递到作用链轮e（18）和摇臂b（17），控制作用杆b（16），实现对离合器的分离；

反馈控制：利用动力输出轴（22）上设置的扭矩传感器（15），对动力输出轴（22）的扭矩进行测量，并反馈到控制器（4），控制器（4）对所收集到的动力输出轴（22）扭矩进行分析判断，当变速过程中动力输出轴（22）的扭矩会发生骤变，根据扭矩值的变化判断变速的完成情况，并反馈至换挡控制。