CN107740825A - 用于机械离合器的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于机械离合器的控制装置及其控制方法。该控制装置包括：连接部件、电动机、传感器、控制单元以及行星齿轮单元，其中连接部件用于与机械离合器进行连接，以控制所述机械离合器的分离和接合；电动机用于提供输出扭矩至连接部件，以驱动连接部件的运动；传感器设置在电动机的转子上并用于感测电动机的转子的位置；控制单元与传感器和电动机相连接，并用于基于传感器感测的位置控制电动机向连接部件提供输出扭矩；以及行星齿轮单元连接在电动机与连接部件之间并用于放大电动机的输出扭矩。

Description

用于机械离合器的控制装置及其控制方法

技术领域

本公开涉及车辆离合器，尤其涉及一种用于机械离合器的控制装置及其控制方法。

背景技术

目前的车辆仍然大量采用手动变速箱，而装配有手动变速箱的车辆在启停和换挡时均需要司机踩踏离合器踏板。在实际操作中，经常由于司机未能控制好离合器和油门的配合，从而导致耸车甚至熄火的问题。在司机欠缺驾驶经验或存在不良驾驶习惯的情况下，还容易导致离合器过早的磨损更换。

此外，在交通拥堵或需要频繁启停的工作环境中，司机往往需要频繁地踩踏离合器踏板，从而可能导致司机的疲劳驾驶。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种用于机械离合器的控制装置，包括：

连接部件，用于与机械离合器进行连接，以控制所述机械离合器的分离和接合；

电动机，用于提供输出扭矩至连接部件，以驱动连接部件的运动；

传感器，设置在电动机的转子上并用于感测电动机的转子的位置；

控制单元，与传感器和电动机相连接，用于基于传感器感测的位置控制电动机向连接部件提供输出扭矩；以及

行星齿轮单元，连接在电动机与连接部件之间并用于放大电动机的输出扭矩。

根据本公开可能的实施方式，上述控制装置还可包括制动单元，其用于响应于供给至电动机的电压小于预设值而锁止电动机的转子。

根据本公开可能的实施方式，电动机可以是直流无刷电动机。

根据本公开可能的实施方式，连接部件可与机械离合器形成花键联接。

根据本公开可能的实施方式，控制单元可配置为：

在接收到来自变速箱控制器的位置控制指令且电动机的转速小于或等于预设值的情况下，基于位置控制指令和传感器感测的位置生成第一信号并将第一信号提供至电动机以控制电动机转动至位置控制指令所指示的位置。

根据本公开可能的实施方式，控制单元还可配置为：

在接收到来自变速箱控制器的位置控制指令且电动机的转速高于预设值的情况下，基于位置控制指令和传感器感测的位置生成第二信号，并基于传感器感测的位置相对于时间的变化率和第二信号生成第一信号并将第一信号提供至电动机以控制电动机转动至位置控制指令所指示的位置。

根据本公开可能的实施方式，电动机可以是直流无刷电动机，

控制装置还包括：晶体管，晶体管用于输出电流至电动机的定子以控制电动机提供的输出扭矩，以及

控制单元配置为：获取来自变速箱控制器的电流控制指令的占空因数，并基于电流控制指令、占空因数和传感器感测的位置生成栅极信号并输出栅极信号至晶体管的栅极以控制输出至电动机的定子的电流。

根据本公开的第二方面，还提供了一种用于上述的控制装置的控制方法，包括：

控制装置的控制单元从变速箱控制器接收位置控制指令；

在电动机的转速小于或等于预设值的情况下，控制单元基于位置控制指令和传感器感测的位置生成第一信号并将第一信号提供至电动机；以及

电动机根据第一信号转动至位置控制指令所指示的位置。

根据本公开可能的实施方式，该方法还可包括：

在电动机的转速高于预设值的情况下，控制单元基于位置控制指令和传感器感测的位置生成第二信号，并基于传感器感测的位置相对于时间的变化率和第二信号生成第一信号并将第一信号提供至电动机。

根据本公开可能的实施方式，控制装置还包括：制动单元，用于锁止电动机的转子，

该控制方法还可包括：控制单元检测到供给至电动机的电压小于预设值时，控制单元控制制动单元以锁止电动机的转子。

根据本公开的第三方面，提供了一种离合器组件，其包括：机械离合器以及上述的用于机械离合器的控制装置。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1示出了根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置的示意性框图；

图2示意性示出了根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置的一种控制模式；

图3示意性示出了根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置的另一种控制模式；

图4示意性示出了根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置的另一种控制模式；

图5示意性示出了根据本公开实施方式的离合器组件的框图；以及

图6示意性示出了根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

图1示出了根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置的示意性框图。根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置设置在机械离合器上来实现机械离合器的自动控制。这里所提到的机械离合器指的是手动挡车辆中需要人工操作离合器踏板使得发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力的部件。

如图1所示，根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100可包括控制单元101、电动机102、传感器103、行星齿轮单元104和连接部件105。

控制单元101可以软件、硬件或其组合的形式实现。例如，控制单元101可以是通用目的处理器、专用目的处理器、或可编程逻辑器件等，本公开对此没有限制。

在本公开实施方式中，电动机102可以是直流有刷或无刷电动机。电动机102可输出输出扭矩至连接部件105，以驱动连接部件105的运动。

传感器103可设置在电动机102的转子上，以感测电动机102的转子的位置。传感器103与控制单元101电连接，以将感测到的电动机102的转子的位置提供给控制单元101，控制单元101基于传感器103提供的电动机的转子的位置来控制电动机102。在本公开可能的实施方式中，控制装置100还可包括其他传感器，例如输入轴转速传感器、输出轴转速传感器、发动机转速传感器。

行星齿轮单元104与电动机102相连接，并可包括一组或多组行星齿轮，以将电动机102的输出扭矩放大并且可降低转速。

控制装置100通过连接部件105与机械离合器进行连接。连接部件105与行星齿轮单元104相连接，从而电动机102的输出扭矩在通过行星齿轮单元104放大后传输至连接部件105。在实际使用中，连接部件105运动以驱动机械离合器的分离和结合。在本公开可能的实施方式中，连接部件105可包括用于与机械离合器的分离拨叉的外花键进行花键联接的内花键，然而本领域技术人员应理解连接部件105还可以其他形式与机械离合器相连接以实现机械离合器的分离和结合。

此外，控制装置100还可包括制动单元106。制动单元106可用于锁止电动机102的转子。响应于供给至电动机102的电压小于预设值，控制单元101可控制制动单元106而锁止电动机102的转子，使得电动机102的转子保持在控制单元101掉电瞬间所处的位置处。响应于供给至电动机102的电压大于或等于上述预设值，控制单元101可控制制动单元106，以使得制动单元106释放电动机102的转子。在本公开可能的实施方式中，制动单元106可包括电磁铁、弹性部件和摩擦部件。为了释放电动机102的转子，制动单元106可向电磁铁供电，从而电磁铁产生的吸力抵消弹性部件施加在摩擦部件上的压力，使得摩擦部件不再阻止电动机102的转子的转动。为了锁止电动机102的转子，制动单元106可不向电磁铁供电，从而弹性部件施加压力在摩擦部件上，使得摩擦部件阻止电动机102的转子的转动。

下面将结合图2-图4描述根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100的具体控制模式。

如图2所示，根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100在电动机转子的转动速率小于或等于预设阈值的情况下，控制单元101中的位置控制子单元1011基于来自变速箱控制器的位置控制指令和传感器103感测的电动机102的转子的位置生成第一信号，并且位置控制子单元1011将第一信号发送至电动机102，从而控制电动机102转动至由来自变速箱控制器的位置控制指令所指示的位置。在本公开可能的实施方式中，当电动机转子的转动速率小于或等于预设阈值的情况下，机械离合器的角度变化率超过300°每秒。在本公开可能的实施方式中，来自变速箱控制器的位置控制指令可指示机械离合器的摩擦片的转动角度，位置控制子单元1011可基于来自变速箱控制器的位置控制指令控制机械离合器的摩擦片转动至期望的位置。

如图3所示，根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100在电动机转子的转动速率大于预设阈值的情况下，控制单元101中的位置控制子单元1011基于来自变速箱控制器的位置控制指令和传感器103感测的电动机102的转子的位置生成第二信号，并且位置控制子单元1011将第二信号发送至速度控制子单元1012。速度控制子单元1012基于传感器103感测的电动机102的转子的位置相对于时间的变化率和第二信号生成第一信号，并将该第一信号提供至电动机102，从而控制电动机102转动至由来自变速箱控制器的位置控制指令所指示的位置。第二信号可用于指示电动机102的转子的期望转动速率。控制单元101中的位置控制子单元1011和速度控制子单元1012可基于来自变速箱控制器的位置控制指令控制机械离合器的摩擦片转动至期望的位置。

在本公开可能的实施方式中，当电动机转子的转动速率小于或等于上述预设阈值的情况下，机械离合器的角度变化率超过300°每秒。然而，本领域技术人员应理解该预设阈值仅为示例性的，本公开并不限于此。

根据本公开的实施方式，在电动机转子的转动速率大于预设阈值的情况下，控制装置100可采用图3所示的控制模式，从而可防止机械离合器分离或结合的速度过快所引起的过量冲击。

在本公开可能的实施方式中，电动机102为直流无刷电动机。在电动机102为直流无刷电动机的情况下，根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100可采用如图4所示的控制模式。

如图4所示，根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100在接收到来自变速箱控制器的电流控制指令的情况下，控制装置100中的电流控制子单元1013可获得该电流控制指令的占空因数并将所获得的占空因数发送给控制装置100中的换向控制子单元1014。换向控制子单元1014基于输入的来自变速箱控制器的电流控制指令、来自电流控制子单元1013的占空因数以及来自传感器103感测的电动机102的转子的位置生成转向控制信号并将该转向控制信号输出至电动机102的驱动电路。在本实施方式中，由于电动机102为直流无刷电动机，因此电动机102的驱动电路可包括例如6个金属-氧化物半导体场效应管(MOS FET)，以产生交流电，使得电动机102的转子可保持转动。在直流无刷电动机中，避免了普通电机中用于换向的碳刷，从而延长了使用寿命。具体地，在本公开实施方式中，输出至电动机102的驱动电路的换向控制信号可为输出至MOS FET的栅极的栅极信号，从而MOS FET在栅极信号的控制下输出电流至电动机102的定子。当电动机102的转子需要换向时，驱动电路的6个MOS FET在该栅极信号的控制下交换所生成的交流电的极性，从而使得电动机102的转子可保持转动。电动机102的转矩常数KT与MOS FET输出至电动机102的定子的电流值的乘积为电动机102所生成的扭矩。

根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置，可在不改变车辆原有变速箱和离合器的情况下，精确且平稳地实现离合器的自动分离和结合，从而可在保持手动挡车型驾驶乐趣的同时，达到减轻驾驶疲劳，降低汽车油耗，保护发动机的目的。

图5示意性示出了根据本公开实施方式的离合器组件的框图。如图5所示，离合器组件500包括机械离合器510和控制装置520。控制装置520的具体结构与上述参照图1描述的控制装置100相同，本文中不再重复。

图6示例性示出了根据本公开实施方式的用于如图1所示的控制装置100的控制方法的流程图。

如图6所示，根据本公开实施方式的用于机械离合器的控制装置100的控制方法可包括：

S1，控制装置100的控制单元101从变速箱控制器接收位置控制指令；

S2，在电动机102的转子的转动速率小于或等于预设值的情况下，控制单元101基于位置控制指令和传感器103感测的位置生成第一信号并将第一信号提供至电动机102；以及

S3，电动机102根据第一信号转动至位置控制指令所指示的位置。

根据本公开实施方式的控制方法还可包括：在电动机102的转子的转动速率高于预设值的情况下，控制单元101基于位置控制指令和传感器103感测的位置生成第二信号，并基于传感器103感测的位置相对于时间的变化率和第二信号生成第一信号并将第一信号提供至电动机102。第二信号可用于指示电动机102的转子的期望转动速率。

根据本公开实施方式的控制方法还可包括：控制单元101检测到供给至电动机102的电压大于或等于预设值时，控制单元101控制制动单元106释放电动机102的转子，以使得电动机102的转子能够自由转动。

根据本公开实施方式的控制方法还可包括：控制单元101检测到供给至电动机102的电压小于预设值时，控制单元101控制制动单元106锁止电动机102的转子。

在本公开可能的实施方式中，该控制方法可包括：控制单元101检测到供给至电动机102的电压大于等于下限阈值且小于等于上限阈值时，控制单元101控制制动单元106释放电动机102的转子，以使得电动机102的转子能够自由转动；控制单元101检测到供给至电动机102的电压小于下限阈值或大于上限阈值时，控制单元101控制制动单元106锁止电动机102的转子。在本实施方式中，下限阈值小于上限阈值。

根据本公开实施方式的控制方法，可精确且平稳地实现离合器的自动分离和结合，从而可在保持手动挡车型驾驶乐趣的同时，达到减轻驾驶疲劳，降低汽车油耗，保护发动机的目的。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.用于机械离合器的控制装置，包括：

连接部件，用于与所述机械离合器进行连接，以控制所述机械离合器的分离和接合；

电动机，用于提供输出扭矩至所述连接部件，以驱动所述连接部件的运动；

传感器，设置在所述电动机的转子上并用于感测所述电动机的转子的位置；

控制单元，与所述传感器和所述电动机相连接，并用于基于所述传感器感测的所述位置控制所述电动机向所述连接部件提供所述输出扭矩；以及

行星齿轮单元，连接在所述电动机与所述连接部件之间并用于放大所述电动机的输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的控制装置，还包括制动单元，所述制动单元用于响应于供给至所述电动机的电压小于预设值而锁止所述电动机的所述转子。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述电动机为直流无刷电动机。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述连接部件与所述机械离合器形成花键联接。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述控制单元配置为：

在接收到来自变速箱控制器的位置控制指令且所述电动机的转速小于或等于预设值的情况下，基于所述位置控制指令和所述传感器感测的所述位置生成第一信号并将所述第一信号提供至所述电动机以控制所述电动机转动至所述位置控制指令所指示的位置。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其中所述控制单元还配置为：

在接收到来自变速箱控制器的位置控制指令且所述电动机的转速高于预设值的情况下，基于所述位置控制指令和所述传感器感测的所述位置生成第二信号，并基于所述传感器感测的所述位置相对于时间的变化率和所述第二信号生成所述第一信号并将所述第一信号提供至所述电动机以控制所述电动机转动至所述位置控制指令所指示的位置。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其中，

所述电动机为直流无刷电动机，

所述控制装置还包括：晶体管，所述晶体管用于输出电流至所述电动机的定子以控制所述电动机提供的所述输出扭矩，以及

所述控制单元配置为：获取来自变速箱控制器的电流控制指令的占空因数，并基于所述电流控制指令、所述占空因数和所述传感器感测的所述位置生成栅极信号并输出所述栅极信号至所述晶体管的栅极以控制输出至所述电动机的定子的所述电流。

8.用于根据权利要求1所述的用于机械离合器的控制装置的控制方法，包括：

所述控制装置的所述控制单元从变速箱控制器接收位置控制指令；

在所述电动机的转速小于或等于预设值的情况下，所述控制单元基于所述位置控制指令和所述传感器感测的所述位置生成第一信号并将所述第一信号提供至所述电动机；以及

所述电动机根据所述第一信号转动至所述位置控制指令所指示的位置。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在所述电动机的转速高于预设值的情况下，所述控制单元基于所述位置控制指令和所述传感器感测的所述位置生成第二信号，并基于所述传感器感测的所述位置相对于时间的变化率和所述第二信号生成所述第一信号并将所述第一信号提供至所述电动机。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，

所述控制装置还包括：制动单元，用于锁止所述电动机的所述转子，

所述方法还包括：所述控制单元检测到供给至所述电动机的电压小于预设值时，所述控制单元控制所述制动单元以锁止所述电动机的所述转子。