CN110056647A - 一种半自动变速器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半自动变速器，包括手动变速器、机械部和控制部；所述机械部设置在手动变速器内；所述控制部设置在车辆上，且位于手动变速器外部；所述机械部用于为车辆提供驱动；所述控制部用于判断车辆状态，并根据车辆状态控制机械部。本发明的半自动变速器在成熟的手动变速器基础上，不影响原车的发动机舱布置方案，设计与制造周期短。可以缓解驾驶员的紧张感，驾驶员注意力更加集中，提高整车安全性，减少了离合器片的滑摩；可以极大地延长离合器片寿命；不会改变驾驶员的驾驶习惯，也不会降低驾驶员的驾驶乐趣；控制简单，容易实现，电机控制器只接收车速信号和离合器位置信号，就可以对驱动电机进行控制，实现爬行和防止溜坡功能。

Description

一种半自动变速器及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车传动系统的技术领域，尤其涉及一种半自动变速器及控制方法。

背景技术

传统的汽车手动变速器操纵复杂，需要驾驶员具备很强的操纵技能，尤其是在汽车起步过程中，特别是在坡路起步过程中，需要驾驶员对离合器踏板、油门踏板、制动踏板和驻车制动器进行准确的配合操作，稍有不慎，就会造成发动机熄火。近年来，汽车逐渐得到普及，但是城市道路发展没有跟上车辆数量增加的步伐，这就导致了城市交通极为拥堵，从而增加了反复停车再起步的次数，更增添了驾驶员的操纵负担，并且分散了驾驶员的注意力，增加安全隐患，同时也增加了离合器片的磨损。以上都限制了手动变速器在高端乘用车辆上的应用，并且在中低端乘用车辆上也逐步被自动变速器取代。

虽然自动变速器解决了车辆自动起步和自动换挡的问题，但是AT和CVT增加了液力变矩器和液力操纵系统，降低了变速器的传动效率，而AMT和DCT通过伺服电机或液压系统控制离合器的结合过程，在应对拥堵道路的反复停车再起步的复杂路况的效果也不好，同时机电控制系统也会增加一定油耗，并且自动变速器极大地增加了变速器的成本，同时降低了驾驶乐趣。

针对这一问题，国内部分企业和个人提出了采用液压泵和液压存储装置或者步进电机来控制离合器分离与接合，以实现自动起步，如长城汽车股份有限公司的“手动变速器车辆的起步辅助装置及起步方法”(中国专利申请公布号CN 103148121 B)，潘光显的“带传感器的半自动机械式变速器”(中国专利申请公布号CN 202914710 U)和李云峰的“车辆变速装置”(中国专利申请公布号CN 200949649 Y)。此类解决方案虽然解决了手动变速器自动起步的问题，但采用了液压系统或步进电机控制离合器接合过程，这不仅增加发动机油耗，同时还是通过控制离合器的结合过程和滑摩实现自动起步，没有根本解决AMT与DCT不能适应拥堵工况的问题。

针对以上问题，有必要对手动变速器进行升级，通过增加很低的成本，使车辆具备爬行和防止溜坡的功能，以方便驾驶员操纵。

发明内容

本发明目的是一种半自动变速器及控制方法用于解决AMT与DCT不能适应拥堵工况的问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种半自动变速器，包括手动变速器、机械部和控制部；

所述机械部设置在手动变速器内；所述控制部设置在车辆上，且位于手动变速器外部；所述机械部用于为车辆提供驱动；所述控制部用于判断车辆状态，并根据车辆状态控制机械部。

进一步，所述机械部包括驱动电机、单向离合器和减速齿轮；

所述驱动电机设置在手动变速器内；所述单向离合器的输入轴与驱动电机的输出轴连接；所述单向离合器的输出轴可转动地支撑在电机驱动系统壳体上；所述减速齿轮固定设置在单向离合器的输出轴上，并随着单向离合器的输出轴一起转动，且所述减速齿轮与手动变速器的一档主动齿轮啮合。

进一步，所述控制部包括离合器踏板、离合器位置传感器、电机控制器、车速传感器、电机开关控制继电器和蓄电池；

所述电机开关控制继电器通过供电线束与所述驱动电机连接；所述蓄电池通过供电线束与电机开关控制继电器连接；所述离合器踏板设置在车辆的驾驶舱内；所述离合器位置传感器设置在离合器踏板上；所述车速传感器设置在手动变速器输出轴上，且位于电机驱动系统壳体外部；所述电机控制器的输入端通过离合器位置传感器信号线束与离合器位置传感器连接，通过车速传感器信号线束与车速传感器连接，且电机控制器的输出端通过电机控制信号线束与电机开关控制继电器的控制端连接。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：

一种半自动变速器的控制方法，包括爬行和防止溜坡模式；

所述爬行和防止溜坡模式根据电机控制器接收的车速传感器信号和离合器位置传感器信号，根据驾驶员操作动作和车辆状态，判断驾驶员的起步意图，通过电机开关控制继电器控制驱动电机驱动车辆。

进一步，车辆处于起步状态的判断条件为：车速为零，且离合器分离。

本发明具有如下有益效果：本发明的半自动变速器及控制方法具有：

1.在成熟的手动变速器基础上，不会改变原有的轴系、齿轮、换挡结构、换挡操纵机构与轴承的设计，也不会改变手动变速器的轴向长度，而是在径向上增加所述的电机驱动系统，并在变速器壳体上做一部分重新设计，结构变更小、容易实现，并且不影响原车的发动机舱布置方案，设计与制造周期短。

2.可以直接采用成熟的发动机起动机总成作为所述电机驱动系统中的驱动电机与单向离合器，并且驱动电机的动力源可以直接使用原车的蓄电池。

3.由于实现了自动起步和防止溜坡的功能，可以缓解驾驶员的紧张感，驾驶员注意力更加集中，提高整车安全性。

4.由于所述电机驱动系统可以把车辆拖动到一定车速，减少了离合器片的滑摩，可以极大地延长离合器片寿命。

5.由于起步过程和换挡过程均与传统手动变速器相同，因此不会改变驾驶员的驾驶习惯，也不会降低驾驶员的驾驶乐趣。

6.控制简单，容易实现，电机控制器只接收车速信号和离合器位置信号，就可以对驱动电机进行控制，实现爬行和防止溜坡功能。

附图说明

图1为手动变速器的结构示意图；

图2为本发明的半自动变速器的结构示意图；

图3为本发明的半自动变速器的爬行和防止溜坡功能的控制逻辑示意图。

图中标记示意为：100-手动变速器输出轴；101-驱动电机；102-电机开关控制继电器；103-供电线束；104-蓄电池；105-电机控制信号线束；106-电机控制器；107-单向离合器；108-减速齿轮；109-离合器位置传感器信号线束；110-车速传感器信号线束；111-一档主动齿轮；112-离合器；113-离合器位置传感器；114-车速传感器；115-电机驱动系统壳体；116-离合器踏板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种半自动变速器，其在成熟的手动变速器基础上，在不增加液压系统或步进电机控制离合器接合过程，从根本上解决了AMT与DCT不能适应拥堵工况的问题。

如图1所示为手动变速器的结构示意图，如图2所示为基于图1的半自动变速器的结构示意图。

具体地，一种半自动变速器，包括手动变速器、机械部和控制部；所述机械部设置在手动变速器内；所述控制部设置在车辆上，且位于手动变速器外部；所述机械部用于为车辆提供驱动；所述控制部用于判断车辆状态，并根据车辆状态控制机械部。

进一步，所述手动变速器为现有技术中成熟的手动变速器，如5档手动变速器。具体地，本发明在成熟的手动变速器的基础上，设计出的半自动变速器，可以实现自动起步和防止溜坡的功能，其设计与制造周期短，增加成本低，可以快速实现产品化。

进一步，所述机械部包括驱动电机101、单向离合器107和减速齿轮108。

在本发明的实施例中，所述驱动电机101设置在手动变速器内；所述单向离合器107与驱动电机101连接，具体地，所述单向离合器107的输入轴与驱动电机101的输出轴连接；所述单向离合器107的输出轴可转动地支撑在电机驱动系统壳体115上；所述减速齿轮108固定设置在单向离合器107的输出轴上，并随着单向离合器107的输出轴一起转动，且所述减速齿轮108与手动变速器的一档主动齿轮111啮合。

进一步，所述控制部包括离合器踏板116、离合器位置传感器113、电机控制器106、车速传感器114、电机开关控制继电器102和蓄电池104。

在本发明的实施例中，所述电机开关控制继电器102通过供电线束103与所述驱动电机101连接；所述蓄电池104通过供电线束103与电机开关控制继电器102连接，且所述蓄电池104用于为驱动电机101供电；所述离合器踏板116设置在车辆的驾驶舱内；所述离合器位置传感器113设置在离合器踏板116上，用于检测离合器112的接合与分离状态；所述车速传感器114设置在手动变速器输出轴100上，且位于电机驱动系统壳体115外部，用于测量车速；所述电机控制器106的输入端通过离合器位置传感器信号线束109与离合器位置传感器113连接，通过车速传感器信号线束110与车速传感器114连接，且电机控制器106的输出端通过电机控制信号线束105与电机开关控制继电器102的控制端连接。

优选地，电机控制器106、电机开关控制继电器102和蓄电池104的位置根据实际情况设置在车辆上。另一方面，离合器位置传感器113用于检测离合器踏板116的开合状态，从而检测离合器112的开合状态；车速传感器114用于检测车速；电机控制器106用于接收车速传感器114和离合器位置传感器113的输入信号，并通过控制电机开关控制继电器102，从而控制驱动电机101的开关。

本发明的半自动变速器是在成熟的手动变速器的基础上，配合采用成熟的发动机起动机总成、12V蓄电池和电机控制单元设计而成，其可实现自动起步和防止溜坡功能，且设计与制造周期短，需要增加的成本低，并可快速实现产品化。

实施例2

本实施例提供了一种半自动变速器的控制方法，可以缓解驾驶员的紧张感，使得驾驶员注意力更加集中，进而提高整车安全性。

一种半自动变速器的控制方法，包括爬行和防止溜坡模式。

所述爬行和防止溜坡模式根据电机控制器106接收的车速传感器114信号和离合器位置传感器113信号，根据驾驶员操作动作和车辆状态，判断驾驶员的起步意图，通过电机开关控制继电器102控制驱动电机101驱动车辆。

具体地，当车辆初始处于静止状态或者准静止状态时，即车速为零或较低，并且当驾驶员踩下离合器踏板后，离合器分离，此时电机控制器判断出驾驶员有起步的意图，电机控制器106输出控制信号，控制电机开关控制继电器102接通，蓄电池104为驱动电机101提供电能，驱动电机101驱动车辆。当车辆处于水平道路时，驱动电机101的输出转矩可以克服车辆的行驶阻力，从而驱动车辆低速爬行；当车辆处于上坡道路时，根据坡度的不同，驱动电机101调节输出转矩，克服车辆的行驶阻力和坡度阻力，从而驱动车辆，防止车辆溜坡。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种半自动变速器，其特征在于，包括手动变速器、机械部和控制部；所述机械部设置在手动变速器内；所述控制部设置在车辆上，且位于手动变速器外部；所述机械部用于为车辆提供驱动；所述控制部用于判断车辆状态，并根据车辆状态控制机械部。

2.根据权利要求1所述的半自动变速器，其特征在于，所述机械部包括驱动电机、单向离合器和减速齿轮；

所述驱动电机设置在手动变速器内；所述单向离合器的输入轴与驱动电机的输出轴连接；所述单向离合器的输出轴可转动地支撑在电机驱动系统壳体上；所述减速齿轮固定设置在单向离合器的输出轴上，并随着单向离合器的输出轴一起转动，且所述减速齿轮与手动变速器的一档主动齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的半自动变速器，其特征在于，所述控制部包括离合器踏板、离合器位置传感器、电机控制器、车速传感器、电机开关控制继电器和蓄电池；

所述电机开关控制继电器通过供电线束与所述驱动电机连接；所述蓄电池通过供电线束与电机开关控制继电器连接；所述离合器踏板设置在车辆的驾驶舱内；所述离合器位置传感器设置在离合器踏板上；所述车速传感器设置在手动变速器输出轴上，且位于电机驱动系统壳体外部；所述电机控制器的输入端通过离合器位置传感器信号线束与离合器位置传感器连接，通过车速传感器信号线束与车速传感器连接，且电机控制器的输出端通过电机控制信号线束与电机开关控制继电器的控制端连接。

4.一种如权利要求1-3之一所述的半自动变速器的控制方法，其特征在于，包括爬行和防止溜坡模式；

所述爬行和防止溜坡模式根据电机控制器接收的车速传感器信号和离合器位置传感器信号，根据驾驶员操作动作和车辆状态，判断驾驶员的起步意图，通过电机开关控制继电器控制驱动电机驱动车辆。

5.根据权利要求4所述的半自动变速器的控制方法，其特征在于，车辆处于起步状态的判断条件为：车速为零，且离合器分离。