CN106704576B - 一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车手动变速箱技术领域，具体地说是一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统。一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，包括变速箱主箱，其特征在于：位于变速箱主箱的一侧设有离合器执行机构，离合器执行机构的下方设有离合器伺服驱动机构，并且离合器执行机构通过气管与离合器伺服驱动机构连接。同现有技术相比，提供一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，能够在车辆起步，低速蠕行，以及选换挡过程当中有效地对离合器进行打开与闭合的操作，并且避免发动机熄火。

Description

一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统

技术领域

本发明涉及汽车手动变速箱技术领域，具体地说是一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统。

背景技术

目前，国内商用车仍然大量采用手动变速箱。因为自动变速箱成本较高，大部分用户一般很难接受。装配有手动变速箱的商用车在交通拥堵以及需要频繁启停的工况环境中，往往需要司机频繁的进行离合器踏板的操作，这些重复机械的操作往往容易导致司机疲劳驾驶。

更进一步，在装配有手动箱的商用车上，司机往往倾向于用高档位起步来避免频繁换档，这往往会导致离合器滑膜甚至磨损，最终导致离合器过早的磨损更换。

因此，市场需要一种创新的解决方案来完成手动变速箱中的离合器的自动控制，能够有效地解决司机频繁操作离合器踏板以及解决司机高档起步对于离合器的磨损问题；同时该方法必须能够易于在现有手动变速箱上进行改造，并且与自动变速箱相比，不会增加太多的系统成本。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，能够在车辆起步，低速蠕行，以及选换挡过程当中有效地对离合器进行打开与闭合的操作，并且避免发动机熄火。

为实现上述目的，设计一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，包括变速箱主箱，其特征在于：位于变速箱主箱的一侧设有离合器执行机构，离合器执行机构的下方设有离合器伺服驱动机构，并且离合器执行机构通过气管与离合器伺服驱动机构连接。

所述的离合器执行机构包括壳体、轴、传感器、卡环、气缸和阀门组合件、滚珠丝杠、连杆、机电驱动机构，所述的壳体与变速箱主箱连接，位于壳体的中部采用轴一连接连杆，连杆的上端采用轴二连接气缸和阀门组合件的一端；位于轴二的前端采用卡环连接传感器；连杆的下端连接滚珠丝杠，所述的滚珠丝杠横向连接于壳体的下部，并且滚珠丝杠的左端连接机电驱动机构，所述的机电驱动机构位于壳体的左侧；所述的气缸和阀门组合件的另一端横向贯穿壳体并位于壳体的左侧，气缸和阀门组合件采用气管与离合器伺服驱动机构连接。

所述的壳体呈倒L型结构，并且壳体下端的侧面为圆弧形结构。

所述的连杆的下部设有圆弧形凸起结构。

所述的传感器为位置传感器。

所述的变速箱主箱、离合器伺服驱动机构分别采用CAN总线与汽车内部的电子控制系统ECU连接。

所述的电子控制系统ECU采用CAN总线分别与发动机ECU、仪表、驾驶员踏板信号连接。

电子控制系统ECU的工作流程如下：

（1）开始；

（2）ECU判断点火开关是否关闭，是则控制离合器进入睡眠模式；否则启动发动机，并控制发动机的速度在10rpm以下；

（3）ECU判断发动机的速度是否小于10rpm，是则保持离合器充分结合；否则控制发动机，并控制发动机的速度在2rpm以下；

（4）ECU判断发动机的速度是否小于2rpm，是则控制变速箱的档位在1档，并且判断手刹是否抬起；否则判断发动机的速度是否小于堵转速度；

（5）ECU判断手刹是否抬起，是则判断发动机的速度是否小于堵转速度；否则保持离合器充分打开，并重新开始；

（6）ECU判断发动机的速度是否小于堵转速度，是则判断发动机速度是否小于10rpm；否则离合器结合发动机速度根据二维插值表进行工作；

（7）ECU判断发动机速度是否小于10rpm，是则结合离合器重新开始；否则脱开离合器；

（8）脱开离合器后，ECU判断手刹是否放下，是则继续脱开离合器；否则重新开始。

本发明同现有技术相比，提供一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，能够在车辆起步，低速蠕行，以及选换挡过程当中有效地对离合器进行打开与闭合的操作，并且避免发动机熄火。

本系统利用一套电子控制单元（ECU），传感器以及电机驱动系统来替代驾驶员操作完成离合器控制。该系统使用传感器来判断车辆当前状态以及司机意图，然后使用电机伺服驱动系统来控制离合器的打开与结合，从而能够有效地配合司机完成换档。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为离合器执行机构结构示意图。

图3为本发明模块连接图。

图4为本发明工作流程图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，位于变速箱主箱4的一侧设有离合器执行机构3，离合器执行机构3的下方设有离合器伺服驱动机构1，并且离合器执行机构3通过气管2与离合器伺服驱动机构1连接。

如图2所示，离合器执行机构3包括壳体、轴、传感器、卡环、气缸和阀门组合件、滚珠丝杠、连杆、机电驱动机构，所述的壳体3-5与变速箱主箱4连接，位于壳体3-5的中部采用轴一3-8连接连杆3-1，连杆3-1的上端采用轴二3-9连接气缸和阀门组合件3-6的一端；位于轴二3-9的前端采用卡环3-7连接；连杆3-1的下端连接滚珠丝杠3-4，所述的横向连接于壳体3-5的下部，并且滚珠丝杠3-4的左端连接机电驱动机构3-3，所述的机电驱动机构3-3位于壳体3-5的左侧；所述的气缸和阀门组合件3-6的另一端横向贯穿壳体3-5并位于壳体3-5的左侧，气缸和阀门组合件3-6采用气管2与离合器伺服驱动机构1连接。

壳体3-5呈倒L型结构，并且壳体3-5下端的侧面为圆弧形结构。

连杆3-1的下部设有圆弧形凸起结构。

所述的传感器3-2为位置传感器。

离合器执行机构3由直流电机驱动（最好是步进电机，可靠性高易于控制），并且用滚珠丝杠3-4来实现电机的转动输出为气缸活塞直线输出；同时包括一个位置传感器3-2来检测离合器的位置反馈信息。

如图3所示，变速箱主箱（4）、离合器伺服驱动机构（1）分别采用CAN总线与汽车内部的电子控制系统ECU连接。

电子控制系统ECU采用CAN总线分别与发动机ECU、仪表、驾驶员踏板信号连接。

该系统由电子控制系统ECU，离合器执行机构3来驱动气缸。电子控制系统ECU需要的信号以及来源包括：

1.发动机速度信息（由发动机ECU播报到CAN总线）；

2.车辆速度信息（由车辆仪表系统博报道CAN总线）；

3.离合器位置信息（由位置传感器采集）；

4.油门踏板和刹车踏板位置信息（由电子控制系统ECU采集）；

5.档位信息（可用磁铁式的档位传感器信号）。

电子控制系统ECU的控制逻辑如下：电子控制系统ECU由输入的传感器信号判断车辆当前状态以及驾驶员意图，并且驱动电机驱动部件来移动气缸活塞，最终完成离合器的脱开/结合控制。

如图4所示，电子控制系统ECU的工作流程如下：

（1）开始；

（2）ECU判断点火开关是否关闭，是则控制离合器进入睡眠模式；否则启动发动机，并控制发动机的速度在10rpm以下；

（3）ECU判断发动机的速度是否小于10rpm，是则保持离合器充分结合；否则控制发动机，并控制发动机的速度在2rpm以下；

（4）ECU判断发动机的速度是否小于2rpm，是则控制变速箱的档位在1档，并且判断手刹是否抬起；否则判断发动机的速度是否小于堵转速度；

（5）ECU判断手刹是否抬起，是则判断发动机的速度是否小于堵转速度；否则保持离合器充分打开，并重新开始；

（6）ECU判断发动机的速度是否小于堵转速度，是则判断发动机速度是否小于10rpm；否则离合器结合发动机速度根据二维插值表进行工作；

（7）ECU判断发动机速度是否小于10rpm，是则结合离合器重新开始；否则脱开离合器；

（8）脱开离合器后，ECU判断手刹是否放下，是则继续脱开离合器；否则重新开始。

以上的流程图对应的是取消离合器的实现方式，完全实现离合器的自动控制；该方案同时可以实现为一种在现有三踏板的（离合/油门/刹车）的实现方式，既可以司机参与离合器控制，又可以在频繁启停的工况下实现自动离合器的控制。

无论是两踏板还是三踏板的实现方式，该方案都易于在现有手动变速箱的基础上进行改装。

自动离合器控制系统依靠电子控制系统（ECU）持续监控传感器以及CAN总线信息来决定当前的车辆运行状态以及司机驾驶意图，能够在各种驾驶路况下尤其是车辆起步、换挡和蠕形模式当中方便自动地通过驱动电机系统来最终实现离合器的打开与闭合。

除此之外，电子控制系统（ECU）通过读取CAN总线上发动机的输出扭矩以及通过油门/刹车踏板来估算驾驶员的请求扭矩来决定离合器结合的程度（离合器在完全分离与完全结合之间的滑膜状态）。

当车辆需要从静止到启动（车速低于一定阀值时）， 控制算法能够确保车辆在预先设定的启动档位驱动车辆从而能够有效防止离合器磨损。而当驾驶员挂上启动档位之后，通过传感器检测的信息，电子控制系统能够通过电机系统让离合器平顺的完成结合过程。

而在换挡过程当中，当驾驶员的换挡意图通过换挡传感器被电子控制系统（ECU）检测到时，控制系统将会让离合器立即打开从而驾驶员能够顺利的把换挡拨叉从当前档位中脱离出来，而当电子控制系统（ECU）检测到换挡完成时，控制算法又将让离合器平顺的结合从而最终完成换挡过程。

自动离合控制系统的另一项功能是防止车辆行驶过程中发动机熄火。当电子控制系统（ECU）检测到发动机输出转速接近怠速速度时，电子控制系统（ECU）将让离合器完全打开，从而防止发动机熄火。

该方案易于改装并且不会造成成本的大幅增加，是介于手动变速箱和自动变速箱的创新解决方案；能够解决目前商用车手动变速箱中司机频繁的离合器踏板操作以及离合器滑膜甚至磨损更换的问题。

利用现有的手动离合器驱动系统部分，既可以实现在现有三踏板的方案上改装；也可以去掉离合器踏板实现全自动的离合器控制。

能够确保车辆在预先设定的启动档起步，从而有效减少离合器滑膜甚至磨损。

本方案在现有手动变速箱的情况下提供一种离合器的自动控制机构以及方案，能够有效地解决车辆在蠕行模式中的司机频繁操作问题。该方案可以视为一种介于手动变速箱与自动变速箱如AMT之间的性价比高的半自动解决方案。

Claims (7)

1.一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，包括变速箱主箱，其特征在于：位于变速箱主箱（4）的一侧设有离合器执行机构（3），离合器执行机构（3）的下方设有离合器伺服驱动机构（1），并且离合器执行机构（3）通过气管（2）与离合器伺服驱动机构（1）连接；所述的离合器执行机构（3）包括壳体、轴、传感器、卡环、气缸和阀门组合件、滚珠丝杠、连杆、机电驱动机构，所述的壳体（3-5）与变速箱主箱（4）连接，位于壳体（3-5）的中部采用轴一（3-8）连接连杆（3-1），连杆（3-1）的上端采用轴二（3-9）连接气缸和阀门组合件（3-6）的一端；位于轴二（3-9）的前端采用卡环（3-7）连接传感器（3-2）；连杆（3-1）的下端连接滚珠丝杠（3-4），所述的滚珠丝杠（3-4）横向连接于壳体（3-5）的下部，并且滚珠丝杠（3-4）的左端连接机电驱动机构（3-3），所述的机电驱动机构（3-3）位于壳体（3-5）的左侧；所述的气缸和阀门组合件（3-6）的另一端横向贯穿壳体（3-5）并位于壳体（3-5）的左侧，气缸和阀门组合件（3-6）采用气管（2）与离合器伺服驱动机构（1）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，其特征在于：所述的壳体（3-5）呈倒L型结构，并且壳体（3-5）下端的侧面为圆弧形结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，其特征在于：所述的连杆（3-1）的下部设有圆弧形凸起结构。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，其特征在于：所述的传感器（3-2）为位置传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，其特征在于：所述的变速箱主箱（4）、离合器伺服驱动机构（1）分别采用CAN总线与汽车内部的电子控制系统ECU连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，其特征在于：所述的电子控制系统ECU采用CAN总线分别与发动机ECU、仪表、驾驶员踏板信号连接。

7.根据权利要求5所述的一种用于汽车手动变速箱的自动离合器控制系统，其特征在于：所述的电子控制系统ECU的工作流程如下：

（1）开始；

（2）ECU判断点火开关是否关闭，是则控制离合器进入睡眠模式；否则启动发动机，并控制发动机的速度在10rpm以下；

（3）ECU判断发动机的速度是否小于10rpm，是则保持离合器充分结合；否则控制发动机，并控制发动机的速度在2rpm以下；

（4）ECU判断发动机的速度是否小于2rpm，是则控制变速箱的档位在1档，并且判断手刹是否抬起；否则判断发动机的速度是否小于堵转速度；

（5）ECU判断手刹是否抬起，是则判断发动机的速度是否小于堵转速度；否则保持离合器充分打开，并重新开始；

（6）ECU判断发动机的速度是否小于堵转速度，是则判断发动机速度是否小于10rpm；否则离合器结合发动机速度根据二维插值表进行工作；

（7）ECU判断发动机速度是否小于10rpm，是则结合离合器重新开始；否则脱开离合器；

（8）脱开离合器后，ECU判断手刹是否放下，是则继续脱开离合器；否则重新开始。