CN106014746B - 一种自动控制启动机及其控制方法 - Google Patents

一种自动控制启动机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动控制启动机及其控制方法,启动机包括动力传输系统和控制模块,动力传输系统包括双向电磁铁、动力传输轴、小齿头、永磁铁、锁销、归位弹簧、移动铁芯和固定铁芯,小齿头和移动铁芯都套装在动力传输轴上,移动铁芯前端与小齿头相连,双向电磁铁环绕设置在移动铁芯外部;所述电机和双向电磁铁都与控制模块电连接。当移动铁芯作径向运动时,推动小齿头插入汽车主机的大齿圈。做轴向转动时带动小齿头转动,进而带动汽车大齿圈转动。该系统不仅结构简约合理,可靠性高,同时也因此取消了现有起动机的磁力开关、继电器、滑键、滑齿、单向器等零部件。本方案适用于所有的汽车。

Description

一种自动控制启动机及其控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及汽车启动机领域,尤其是涉及一种自动控制启动机及其控制方法。
背景技术
[0002]汽车诞生已经具有近百年的历史,启动机作为汽车电器一个传统部件,在汽车的 使用过程中起着不可或缺的作用。但是,多年的实践证明,传统的启动机具有以下显著的缺 点:首先,功能单一,没有实现智能化、集成化和自动化,也就不能保证完全按照汽车电器的 原理或相关标准进行工作,因此给车辆使用造成了很多不应有的损害。其次,目前汽车所使 用的启动机都是通过有触点开关实现继电,由于经常受到高压电弧的冲击,触点和导电片 之间经常因烧蚀而产生粘连的现象,直接造成车载电器线圈或电路的烧毁,给汽车的使用 带来诸多不便,这是目前国内外一直未能得到根本解决的难题。第三,目前的车载电器缺乏 安全保护措施,不能有效地防止不安全现象的发生。由于上述问题长期以来一直未得到有 效的解决,受制于此,不仅给启动机生产厂家带来很大损失,同时也严重地影响车辆的正常 使用。
发明内容
[0003] 本发明主要是解决现有技术所存在的启动机功能单一、容易造成线圈或电路烧 毁、缺乏安全保护措施等技术问题,提供一种智能化程度较高、安全可靠、不会产生电路烧 毁现象的自动控制启动机及其控制方法。
[0004] 本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种自动控制启 动机,包括动力传输系统和控制模块,所述动力传输系统包括双向电磁铁、动力动力传输 轴、小齿头、永磁铁、锁销、归位弹簧、移动铁芯和固定铁芯,动力传输轴的后端与电机输出 轴连接,小齿头和移动铁芯都套装在动力传输轴上,定位销固定在动力传输轴上,归位弹簧 设置在定位销和移动铁芯之间,移动铁芯前端与小齿头相连,双向电磁铁环绕设置在移动 铁芯外部,固定铁性设置在双向电磁铁的前端,永磁铁设置在双向电磁铁的后端;所述电机 和双向电磁铁都与控制模块电连接。
[0005] 目前启动机的进退全都是依靠磁力开关以及滑键和大齿圈的作用力共同完成。而 本方案中的动力传输轴采用无齿直轴,用于传输动力和其他功能,启动机内置一个双向电 磁铁和移动铁芯,通过电磁力向前运动,进而推动启动机的小齿头前出与汽车大齿圈啮合。 当启动机断电后停止工作后,在加载在移动铁芯内部的归位弹簧会即刻把小齿头拉回原 位。启动机小齿头前出与后退的一个工作流程就完成了。
[0006] 本系统的核心是移动铁芯装置的设置,它既做轴向运动,也做径向运动。当作径向 运动时,推动小齿头插入汽车主机的大齿圈。做轴向转动时带动小齿头转动,进而带动汽车 大齿圈转动。该系统不仅结构简约合理,可靠性高。
[0007] 现有启动机都是通过继电器和磁力开关对启动机进行供电并控制。在长期的使用 实践中,出现了诸多的缺陷和问题。而本方案采用的是电子继电器供电并控制,不仅规避了 现有控制方式的缺点,也实现了启动机的智能化、自动化和功能化。同时也为新技术的买施 提供了可靠的基础和依据。
[0008] 作为优选,所述移动铁芯的轴向上开有滑槽,动力传输轴上设有长度小于滑槽的 定位销。
[0009] 滑槽的作用有两个,一是当移动铁芯前出时,动力传输轴上的定位销就会卡在移 动铁芯滑槽的后端,阻挡移动铁芯继续前出,具有给小齿头前行定位的作用。二是当启动机 主机工作时,传动轴上的定位销会卡在移动铁芯的滑槽上,以此带动移动铁芯转动,进而带 动小齿头转动。
[0010] 作为优选,所述移动铁芯的前端通过单向离合装置连接小齿头,所述单向离合装 置包括设置在移动铁芯前端外侧的若干个千斤,小齿头后端内侧开有与千斤相配的卡槽, 移动铁芯的前端套装在小齿头后端内侧。
[0011] 由于受技术落后的限制,现有启动机都会有反拖现象的发生。既当汽车主机成功 点火后,此时大齿圈会变成主动轮而反拖启动机小齿头转动,那么启动机就会因此而受到 损伤。其损伤程度取决于反拖的时间长短和转速高低,严重时会造成启动机的彻底损坏。其 原因一是受现有启动机技术限制,二是启动机的电源通断受驾驶人员控制,而非自动控制。 这个难题长期以来一直困扰着业界,至今未能得到有效的解决。介于此,本技术发明中在动 力传输系统中有一个单向离合装置。既当启动机为主动轮时,汽车大齿圈为被动轮时,启动 机的传动轴和移动铁芯会带动小齿头转动,进而带动大齿圈转动。当汽车点火成功后,大齿 圈变为主动轮,而传动轴和移动铁芯则变成被动轮。此时大齿圈主动带动启动机被动转动。 这时单向离合器会即刻把启动机的传动轴和移动铁芯与与小齿头的连接断开,因此小齿头 就会和启动机失去动力连接,此时只有小齿头随着大齿圈空转,不会带动电机轴和移动铁 芯转动,所以也就从根本上不会出现反托的现象。为此也就彻底的解决了反托问题。
[0012] 具体技术体现为:小齿头后端和移动铁芯前端的结合部位,装有卡式离合器。在移 动铁芯前端头外径装置有若干个千斤,而在小齿头后端内径部位设有卡槽。当启动机开始 工作时,千斤会在弹簧的作用下自动弹起并卡在小齿头的卡槽内,进而带动小齿头转动。当 汽车成功点火后,大齿圈会带动小齿头成为主动轮,此时小齿头的转速超过传动轴和移动 铁芯的转速。此时千斤则会被小齿头的连接套自动压到移动铁芯的槽内,因此小齿头就与 传动轴和移动铁芯,失去了连接,也因此就失去了大齿圈带来的动力传输。因此不会发生反 拖现象的出现。只要是主机成功点火,当齿圈迅即成为主动轮的同时,小齿头与移动铁芯 连接也就同时断开。所以根本就不会存在反拖现象。
[0013] 作为优选,自动控制启动机还包括顶齿检测器,所示顶齿检测器包含若干个距离 检测器,距离检测器安装在固定铁芯外侧,距离检测器的检测方向为小齿头后端外侧,小齿 头后端外侧开有环形凹槽,小齿头正常与发动机的大齿圈啮合时环形凹槽正好进入距离检 测器的检测范围;距离检测器与控制模块电连接。
[0014] 作为优选,自动控制启动机还包括检测车载电压的电压传感器,所述电压传感器 与控制模块电连接。
[0015] —种自动控制启动机控制方法,包括以下步骤:
[0016] A、驾驶员下达点火指令之后,控制模块控制双向电磁铁通电,移动铁芯在电磁力 推动下带动小齿头前行,检测到插齿成功之后,电压传感器采集车载电压;
[0017] B、当检测到车载电压从下降转换为上升时,按顺序进入第一阶段、第二阶段和第 三阶段,每个阶段持续时间为8毫秒〜12毫秒,采集各个阶段的车载电压;
[0018] C、如果第一阶段、第二阶段和第三阶段内的车载电压都处于持续上升状态,则判 定点火成功,进入步骤D,否则判定为点火失败,进入步骤E;
[0019] D、控制模块控制双向电磁铁断电,移动铁芯在归位弹簧作用下回到原位,小齿头 在移动铁芯带动下归位,点火过程结束;
[0020] E、控制模块控制双向电磁铁断电,移动铁芯在归位弹簧作用下回到原位,小齿头 在移动铁芯带动下归位,发出点火失败提示。
[0021] 作为优选,步骤A中,检测插齿是否成功具体为:当控制模块控制双向电磁铁通电 之后,读取距离检测器的检测数据,如果检测到的距离大于或等于阈值,则认定插齿成功, 控制模块控制启动机的电机开始正常运转;如果检测到的距离小于阈值,则认定小齿头与 大齿圈发生顶齿,控制模块向双向电磁铁发送一个脉冲信号,使小齿头脱离顶齿部位,然后 控制电机低速旋转,并重新进行插齿,如果检测到距离依然小于阈值,则认定再次发生顶 齿,控制模块发出报警并切断双向电磁铁以及电机的电源。
[0022] 现有汽车起动机时常会出现顶齿现象,不仅给汽车的正常使用带来很多不便,同 时也对启动机造成相应的损害。在本技术的动力传输系统中,正常情况下小齿头都会很顺 利的与大齿圈啮合。与现有启动机不同,本技术使启动机插齿和转动分离。既插齿成功后, 启动机才工作带动大齿圈转动点火。如果发生意外出现顶齿现象时,通过监控设施会立即 反馈到控制中心,控制系统即刻向电机发出脉冲工作指令,即通过对电机实现一个适合与 短暂的脉冲功率,使小齿头迅速而短暂的转动移位,脱离顶齿部位,进而实现顺利插齿。本 技术彻底地解决了汽车启动机顶齿的国际性难题,也是动力传输系统的主要发明技术。 [0023]本发明带来的实质性效果是:实现了汽车启动机无刷、无触点继电,实现了启动机 的功能化、智能化和自动化,解决了启动机顶齿和反托等多项难题,极大的缩小了整机的外 形体积,有利于启动机的标准化、适用性和互换性。
附图说明
[0024]图1是本发明的一种动力传输系统剖视图;
[0025]图2是本发明的一种小齿头和移动铁芯位置关系示意图;
[0026]图3是本发明的一种单向离合装置结构示意图;
[0027]图中:1、双向电磁铁,2、动力传输轴,3、小齿头,4、永磁铁,5、定位销,6、归位弹簧, 7、移动铁芯,8、固定铁芯,9、距离检测器,10、大齿圈,11、环形凹槽,12、千斤。
具体实施方式
[0028]下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0029]实施例:本实施例的一种自动控制启动机,包括动力传输系统和控制模块。如图1 所示,动力传输系统包括双向电磁铁1、动力传输轴2、小齿头3、永磁铁4、定位销5、归位弹簧 6、移动铁芯7、固定铁芯8和距离检测器9,动力传输轴的后端与电机输出轴连接,小齿头和 移动铁芯都套装在动力传输轴上,定位销固定在动力传输轴上,归位弹簧设置在定位销和 移动铁芯之间,移动铁芯前端与小齿头相连,双向电磁铁环绕设置在移动铁芯外部,固定铁 性设置在双向电磁铁的前端,永磁铁设置在双向电磁铁的后端;所述电机和双向电磁铁都 与控制検块电连接。
[0030] 移动铁芯的轴向上开有滑槽,动力传输轴上设有长度小于滑槽的定位销。
[0031] 如图3所示,移动铁芯的前端通过单向离合装置连接小齿头,所述单向离合装置包 括设置在移动铁芯前端外侧的若干个千斤,小齿头后端内侧开有与千斤相配的卡槽,移动 铁芯的前端套装在小齿头后端内侧。
[0032] 距离检测器安装在固定铁芯外侧,距离检测器的检测方向为小齿头后端外侧,小 齿头后端外侧开有环形凹槽11,小齿头正常与发动机的大齿圈10啮合时环形凹槽正好进入 距离检测器的检测范围;距离检测器与控制模块电连接。
[0033] 本方案还包括检测车载电压的电压传感器,所述电压传感器与控制模块电连接。
[0034] 双向电磁铁是启动机动力传输和启动机小齿头进退的主要装置。当控制系统发出 工作指令时,在电磁力的推动下移动铁芯推向前进,而连接于移动铁芯的小齿头也随之前 进,并与汽车大齿圈进行啮合。汽车点火成功后,随着磁力线圈的断电,移动铁芯在归位弹 簧的作用下,迅即退回原位,并同时带动小齿头归位。至此启动机完成一个工作流程。
[0035] 如图2所示,移动铁芯是动力传输系统创新开发的核心机构,它不仅发挥移动铁芯 的作用,同时还具有小齿头前出定位、动力传输、防反托、与小齿头连接等作用。由于它的成 功开发,使整个动力传输系统创新开发成为现实。为此取消了现有启动机的磁力开关、继电 器、单向器等复杂的零部件,也因此改变了启动机的工作原理。该移动铁芯装置在磁力线圈 与动力输出轴的中间,其轴向开出一个具有一定距离的长方形滑孔,与传动轴上的定位销 配合。其作用有两个,一是当移动铁芯前出时,轴上的定位销就会卡在移动铁芯长孔的后 端,阻挡移动铁芯继续前出,具有给小齿头前行定位的作用。二是当启动机主机工作时,传 动轴上的定位销会卡在移动铁芯的长孔上,以此带动移动铁芯转动,进而通过带动小齿头 转动。移动铁芯的前端与小齿头的后端连接,并在其连接部装有单项离合装置。
[0036]该装置不同于现有启动机,其动力传输轴是一根光轴,上面装置一个定位销,与移 动铁芯配合发挥作用。其作用有三个,一是移动铁芯要在它上面做轴向运动,实现前出或后 退,进而带动小齿头的进或退。二是动力传输,就是通过定位销将启动机电机的动力传给移 动铁芯和小齿头。三是轴上的定位销具有定位作用。正是移动铁芯和动力传输轴的独特设 计而取消了现有的动力输出系统,取消了滑键和单向器等部件。
[0037]当启动机启动后,则该千斤会卡住小齿头的卡槽内,因此带动小齿头转动。当主机 成功点火后,大齿圈则成为主动轮,是在带动启动机的小齿头转动,此时单向装置内的千斤 则会被小齿头的连接套自动压回到槽内,因此小齿头就会和大齿圈失去动力连接,小齿头 此时只会随着大齿圈空转,不会带动电机轴转动,所以也就从根本上不会产生反托的现象。 [0038] 一种自动控制启动机控制方法,包括以下步骤:
[0039] A、驾驶员下达点火指令之后,控制模块控制双向电磁铁通电,移动铁芯在电磁力 推动下带动小齿头前行,检测到插齿成功之后,电压传感器采集车载电压;
[0040] B、当检测到车载电压从下降转换为上升时,按顺序进入第一阶段、第二阶段和第 三阶段,每个阶段持续时间为8毫秒〜12毫秒,采集各个阶段的车载电压;
[0041] C、如果第一阶段、第二阶段和第三阶段内的车载电压都处于持续上升状态,则判 定点火成功,进入步骤D,否则判定为点火失败,进入步骤e;
[0042] D、控制模块控制双向电磁铁断电,移动铁芯在归位弹簧作用下回到原位,小齿头 在移动铁芯带动下归位,点火过程结束; ^
[0043] E、控制模块控制双向电磁铁断电,移动铁芯在归位弹簧作用下回到原位,小齿头 在移动铁芯带动下归位,发出点火失败提示。 ~ J
[0044]步骤A中,检测插齿是否成功具体为:当控制模块控制双向电磁铁通电之后,读取 距离检测器的检测数据,如果检测到的距离大于或等于阈值,则认定插齿成功,控制模块控 制启动机的电机开始正常运转;如果检测到的距离小于阈值,则认定小齿头与大齿圈发生 顶齿,控制模块向双向电磁铁发送一个脉冲信号,使小齿头脱离顶齿部位,然后控制电机低 速旋转,并重新进行插齿,如果检测到距离依然小于阈值,则认定再次发生顶齿,控制模块 发出报警并切断双向电磁铁以及电机的电源。 '
[0045]当启动机正常工作后,其车载电压是呈不断下降的趋势。当启动机带动汽车主机 成功点火后,车载电压会即刻升高。而本技术就是监控这个电压升高的瞬间来断定主机点 火成功与否。当监控到点火成功后,控制系统会即刻下达启动机的关机指令,启动机马上停 止工作。其整个过程既监控到关闭起动机在200毫秒内即可完成。
[0046]正常车在电压(24v),启动电压,其中包括峰值电压和正常工作电压。峰值电压在 50毫秒之内就会消失,而接下来的就是启动机的正常工作电压(与初始电压相比一般具有 一定的压降),在此期间的车载电压呈现相对稳定和持续下降的态势。当点火成功后,汽车 的大齿圈成为主动轮,并带动启动机小齿头被动转动,此时的车载电压会即刻上升。那么就 在车载电压稳定下降和突然跃升的这个节点,就是控制中心判断节点。此时控制中心依据 初始电压的样本,进行采样对比分析,如果采样电压持续高于启动机的工作电压,那就证明 了汽车主机已经点火成功。为保证控制中心判断准确,电压采样分为三个阶段,每个阶段 10毫秒。当三个阶段的电压都是在呈持续上升的状态,就可以判定汽车主机已经点火成功。 进而即刻下达启动机停止工作的指令。
[0047]此项电压的采样、分析和判断技术属于行业内首创,既安全准确,又快捷迅速。是 一项十分先进的技术。
[0048]启动机顶齿问题伴随着启动机的发明和使用一直沿袭至今,己经成为一个制约行 业发展的老大难问题。为此本司开发出一套完整的防顶齿技术。本技术共分三个部分。正常 插齿、备用措施、顶齿报警。
[0049]正常插齿:由于本启动机采用分离技术,因此一般情况下都会顺利和成功插齿,通 常不会出现顶齿现象。
[0050] 备用措施:就是在出现异常的情况而产生顶齿时,控制中心会即可判断出情况所 在,并立即发出备用措施开始工作的指令。既向启动机下达一个暂短低速的脉冲,使小齿头 脱离顶齿部位,进而再次成功插齿。
[0051] 顶齿报警:就是在使用备用措施的前提下依然出现顶齿现象,此时控制中心即可 发出报警并同时切断电源,停止启动机的工作,以避免启动机绕组线圈因此而烧毁。
[0052] 本发明中实现了启动机插齿与主机电机转动分离技术,即把启动机的工作分为了 两个阶段。第一阶段是启动机小齿头插齿阶段。第二就是,当小齿头成功与大齿圈啮合后, 启动机的电机才转动开始工作。
[0053]这样设计的优势在于,一是可以有效地减小启动机的工作负载。二是如果小齿头 &有成功插凶,启动机米用预备方案仍不能成功插齿时,则启动机电机会自动停止工作。其 优势就会避免给启动机或车辆的相关设置造成损害。
[0054]在与控制系统的配合下,本动力传输系统的工作状态都是在监控下进行工作。例 如,启动机小齿头前出时是否到位,在到位的情况下,控制系统才发出启动机电机开始工作 的指令。另如当出现意外小齿头发生顶齿现象时,控制系统也会自动发出程序信号,使启动 机开始低速转动,以躲过所顶之齿,避免顶齿。
[0055] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0056] 尽管本文较多地使用了动力传输轴、小齿头、控制模块等术语,但并不排除使用其 它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解 释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相@胃6勺°

Claims (5)

1. 一种自动控制启动机,其特征在于,包括动力传输系统和控制模块,所述动力传输系 统包括双向电磁铁、动力传输轴、小齿头、永磁铁、定位销、归位弹簧、移动铁芯和固定铁芯, 动力传输轴的后端与电机输出轴连接,小齿头和移动铁芯都套装在动力传输轴上,定位销 固定在动力传输轴上,归位弹簧设置在定位销和移动铁芯之间,移动铁芯前端与小齿头相 连,双向电磁铁环绕设置在移动铁芯外部,固定铁性设置在双向电磁铁的前端,永磁铁设置 在双向电磁铁的后端;所述电机和双向电磁铁都与控制模块电连接;所述移动铁芯的轴向 上开有滑槽,动力传输轴上设有长度小于滑槽的定位销;还包括顶齿检测器,所示顶齿检测 器包含若干个距离检测器,距离检测器安装在固定铁芯外侧,距离检测器的检测方向为小 齿头后端外侧,小齿头后端外侧开有环形凹槽,小齿头正常与发动机的大齿圈啮合时环形 凹槽正好进入距离检测器的检测范围;距离检测器与控制模块电连接。
2. 根据权利要求1所述的一种自动控制启动机,其特征在于,所述移动铁芯的前端通过 单向离合装置连接小齿头,所述单向离合装置包括设置在移动铁芯前端外侧的若干个千 斤,小齿头后端内侧开有与千斤相配的卡槽,移动铁芯的前端套装在小齿头后端内侧。
3. 根据权利要求1所述的一种自动控制启动机,其特征在于,还包括检测车载电压的电 压传感器,所述电压传感器与控制模块电连接。
4. 一种自动控制启动机控制方法,其特征在于,包括以下步骤: A、 驾驶员下达点火指令之后,控制模块控制双向电磁铁通电,移动铁芯在电磁力推动 下带动小齿头前行,检测到插齿成功之后,电压传感器采集车载电压; B、 当检测到车载电压从下降转换为上升时,按顺序进入第一阶段、第二阶段和第三阶 段,每个阶段持续时间为8毫秒〜12毫秒,采集各个阶段的车载电压; C、 如果第一阶段、第二阶段和第三阶段内的车载电压都处于持续上升状态,则判定点 火成功,进入步骤D,否则判定为点火失败,进入步骤E; D、 控制模块控制双向电磁铁断电,移动铁芯在归位弹簧作用下回到原位,小齿头在移 动铁芯带动下归位,点火过程结束; E、 控制模块控制双向电磁铁断电,移动铁芯在归位弹簧作用下回到原位,小齿头在移 动铁芯带动下归位,发出点火失败提示。
5. 根据权利要求4所述的一种自动控制启动机控制方法,其特征在于,步骤A中,检测插 齿是否成功具体为:当控制模块控制双向电磁铁通电之后,读取距离检测器的检测数据,如 果检测到的距离大于或等于阈值,则认定插齿成功,控制模块控制启动机的电机开始正常 运转;如果检测到的距离小于阈值,则认定小齿头与大齿圈发生顶齿,控制模块向双向电磁 铁发送一个脉冲信号,使小齿头脱离顶齿部位,然后控制电机低速旋转,并重新进行插齿, 如果检测到距离依然小于阈值,则认定再次发生顶齿,控制模块发出报警并切断双向电磁 铁以及电机的电源。
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