CN1270925C - 对手排档汽车进行自动排档控制的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对手排档汽车进行自动排档控制的装置，包括控制器、离合驱动器和换档驱动器，控制器根据检测到的汽车行驶信息由微电脑向离合驱动器和换档驱动器发出控制指令，进而控制离合器和变速箱按预定的程序动作，可以在获得手排档汽车高传动效率的同时，获得自动档汽车的方便性，而且其制造成本低于现有的自动档汽车，该装置除可用于装配新车外，还可用于对现有手动排档汽车的升级和改造，使汽车在保留原手排档操作的基础上，形成自动排档和手动排档两用车。

Description

对手排档汽车进行自动排档控制的装置

技术领域

本发明涉及一种汽车排档的控制装置，尤其是指一种对手排档汽车进行自动排档控制的装置。

背景技术

汽车的变速器主要有手动档和自动档两种。自动档的优点是操作简单，而手动档的优点是成本低、传动效率高及省油。

内燃机的工作原理决定了其本身运行的速度范围相对较窄，不能适应很低或很高的速度。所以，以内燃机(汽油机或柴油机)为动力的车辆，一般其传动链上都需要一个称作离合器的耦合装置，用来选择性地连接或断开引擎与传动链的其它部分，还需要一个可选多种速度或啮合齿轮齿数比的变速箱。这样车辆可获得较平稳的加速、减速以及车辆停下来时引擎还可继续运转。

通常，离合器的操作和变速箱的换档操作都是由驾驶者人工完成，并需驾驶者付出一定的努力。通常状态下，离合器是处在连通的位置，引擎的动力通过离合器传输给变速箱，并以给定齿数比的速度驱动车辆行使。换档时，例如从一档换到二档，首先要踩下离合器使其处于分离位置，进而断开从引擎到变速箱的能量传递。这样，换档就可在无负荷或无扭矩的条件下进行，以避免啮合齿轮的碰撞或损坏。用手将一档经空档换到二档后，脚松开离合器使其回到连通的位置，引擎的动力就经离合器与变速箱传递给车轮，并在二档的转速下运行。然而要从一档换到五档就要经过多次这样的手、脚配合。如果汽车行使在红绿灯较多的市区或因交通堵塞而使汽车处于走走停停状态时，这些重复性的操作就显得非常繁杂。

自动排档变速箱可免除上述的人工操作，使用方便。但其结构复杂、成本高，而且能量传递损失大。一般汽车的自动变速箱是以液力耦合器或液力变扭器与行星齿轮的操作为基础的。液力耦合器实际上是一种自动离合器，它利用耦合器两个叶片轮间的油循环把动力从一轴传到另一轴，而不是采用直接的固体机械式连接，因而动力损失较多。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种：对手排档汽车进行自动排档控制的装置，通过该装置，可以使汽车既获得手排档变速箱的高传动效率，又获得自动档变速箱的方便性，而且其制造成本低于自动档变速箱。该装置除了可以用于装配新车外，还可以用于现有手动排档汽车的升级改造，使汽车在保留原手排档操作功能的基础上，形成自动排档和手动排档两用车。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对手排档汽车进行自动排档控制的装置，包括引擎10、引擎输出轴11、离合器12、变速箱输入轴13、变速箱14、变速箱输出轴16、车轮18、制动器19、控制器20、速度传感器22、油门24、离合驱动器30和换档驱动器40，引擎10通过引擎输出轴11与离合器12相连，离合器12通过变速箱输入轴13与变速箱14相接，变速箱14通过变速箱输出轴16与车轮18相连接，油门24与引擎10相通，控制器20分别与离合驱动器30及换档驱动器40双向电信号连接，用于发送控制指令；离合驱动器30与离合器12相连，换档驱动器40与变速箱14相接，速度传感器22连接于变速箱输出轴16，并与控制器20电连接；制动器19与车轮18相对应，并与控制器20电连接；控制器20还与油门24电连接。其中，离合器12由离合器踏板12a和延长支架12b所构成，延长支架12b的上端与离合器踏板12a相连，延长支架12b的下端与离合驱动器30内的一滑轮34相接。

离合驱动器30由汽缸31、活塞32、推杆33、电磁常开气阀35和电磁常闭气阀36所构成，汽缸31为圆筒状，推杆33与活塞32固定在一起，筒壁的两端连通有管道38，该管道38上接有电磁常开气阀35，管道38的入口与汽车真空储容器相接，管道38的出口经电磁常闭气阀36与通往大气的开口37相接。

换档驱动器40由线性电机42、滑块铁芯44和平行滑杆46所构成，两横向线性电机42X和两纵向线性电机42Y组合连接成矩型，两横向滑块铁芯44X分别滑动连接于两横向线性电机42X的内部并分别与两横向平行滑杆46X相接，两纵向滑块铁芯44Y分别滑动连接于两纵向线性电机42Y的内部并与两纵向平行滑杆46Y相接，两横向平行滑杆46X与两纵向平行滑杆46Y之间活动连接有一变速杆14a，该变速杆14a与变速箱14相接。

线性电机42由定子铁芯43和线圈绕组45所构成，该定子铁芯43由N对磁极连接而成，每对磁极之间固定有N对线圈绕组45，每对磁极之间还分别形成有空隙47，在磁场的作用下，滑块铁芯44在各空隙中作往复直线运动。

定子铁芯43由2-6对磁极连接而成。

本发明的有益效果是：

1、排档方便：由于本发明是在原手动排档传动链的基础上增加了用于自动排档的控制装置，使采用该方法和装置装配的汽车具有了手动排档和自动排档的两种排档方式，并且可以随时切换和使用，增加了其使用的灵活性和方便性。

2、传动效率高：由于还保留了手动排档的基础装置，因而传动效率高、能量传递损失小、节约燃油。

3、制造成本低：由于没有一般自动排档汽车复杂的传动装置，因而制造成本相对较低。

附图说明

图1为本发明总体框图。

图2为本发明控制流程图。

图3为本发明中换档驱动器立体结构图。

图4为本发明中换档驱动器俯视断面图。

图5为本发明中线性电机结构示意图。

图6为手排档汽车的档位图。

图7为变速杆处于空档位置图。

图8为变速杆处于左边中间位置图。

图9为变速杆处于一档位置图。

图10为变速杆处于二档位置图。

图11为变速杆处于三档位置图。

图12为变速杆处于四档位置图。

图13为变速杆处于五档位置图。

图14为本离合驱动器处于闭合状态的结构示意图。

图15为本发明中离合驱动器处于分离状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。

如图1所示的一种对手排档汽车进行自动排档控制的装置，包括引擎10、引擎输出轴11、离合器12、变速箱输入轴13、变速箱14、变速箱输出轴16、车轮18、油门24和制动器19，引擎10通过引擎输出轴11与离合器12相连，离合器12通过变速箱输入轴13与变速箱14相接，变速箱14通过变速箱输出轴16与车轮18相连接，油门24与引擎10相通，还包括控制器20、离合驱动器30、换档驱动器40和速度传感器22。引擎10也可以为发动机，一般是内燃机，如汽油机或柴油机。引擎作为动力源，通过其引擎输出轴11与离合器12的一端相连，而离合器12的另一端与变速箱输入轴13相接。离合器12的功能就是选择性地连通从引擎10到变速箱14的动力传递。变速箱14也可选择性地连通其变速箱输入轴13和变速箱输出轴16之间的连接。变速箱14内有多个不同大小的啮合齿轮，可组成多种齿数比，恰当地变换其啮合齿轮的组合，就可在变速箱14的变速箱输入轴13与变速箱输出轴16之间得到所需要的转速比。引擎10的动力经过离合器12的连通，再经过变速箱14的某一啮合齿轮组就能将动力以一定的转速和扭矩最终传递到车轮18，从而驱动车辆行驶。在需要变速时，离合器12要断开引擎输出轴11到变速箱输入轴13的动力传递，使变速箱14变换啮合齿轮组合时得以在零力矩下进行，以避免损坏啮合齿轮。因此，要完成换档变速，就需要对离合器12和变速箱14进行操作。

通常人工是用左脚操作离合器12，踩下时分离或阻断传动，放开时传动处于连通状态。而较复杂的变速箱的排档操作是用右手完成的，有前后左右的二维平面动作。至于换档的时机是大脑对车速的判断作的决定，从而指挥手脚的操作。为了完成上述人工操作，本发明就是要分别模仿人的脑、手和脚的操作过程。具体地，用离合驱动器30完成脚对离合器12的操作，它只作一维的线性运动；用换档驱动器40完成手对变速箱14的操作，需要作二维的运动。控制器20由微处理器和相应软件组成，用来完成大脑的工作，它通过速度传感器22从变速箱输出轴16取得速度信息，并通过控制器20作出换档的判断并向离合驱动器30和换档驱动器40发出指令，控制它们完成各自的动作。另外，控制器20也从离合驱动器30获得离合器的位置信息和从换档驱动器40获得变速箱的档位信息，从制动器19获得刹车信息，以及其它传感器获得的公路的坡度信息和汽车的重量信息，用于作为控制器判断是否需要换档的依据，还可对油门24进行控制(图中虚线表示这一控制可省略)，在离合器分离时减少对引擎的燃油供应(缺少这一控制环节时，驾驶者可用松油门的动作配合)。

图2为控制流程图50，它表示控制器20在加速过程中，由低速档换向高速档的控制方法，是控制器20的主要操作过程。

步骤51是控制器20读取输入信息，包括通过速度传感器22从变速箱输出轴16取得速度信息、离合器12的位置信息和变速箱14的档位信息，还有图1种未显示出来的坡度信息和重量信息等，用来作出是否需要换档的判断。

步骤52对输入的信息进行分析判断，判断结果有两个分支NO和YES。NO是不需换档，回到51再读入新的信息，直到满足换档条件后，作出YES判断而进入下一步骤53。

从53到57都是往上换档的主要步骤。在53中，控制器20发出信号给引擎10的有关控制线去减少燃油喷入，目的是换档期间不需要动力传递，也防止下一步离合器12分开引擎10与传动链的其它部分后，引擎10突然空载后转速上窜，而离合器12再连通时又产生讨厌的速度跳变，影响舒适性(如这一控制被省略，则可改为发一短暂的音频信号给驾驶员来松油门的配合动作)。

接着控制进行到步骤54，控制器20向离合驱动器30发指令，控制离合驱动器30将离合器踏板压下，完全阻断引擎输出轴11到变速箱输入轴13的传动。这与人工用脚踩离合器踏板的作用一样。离合器12分离到位后，控制器20会收到离合驱动器30发出的到位信息，于是，控制进入下一步骤55。

在步骤55，控制器20发指令给换档驱动器40去作换档操作。由于离合器12已分离了动力传递，变速箱的啮合齿轮处于无力矩状态，换档驱动器40便可顺利地进行换档操作，它先将变速箱14的操作杆从低位档推向空档，再从空档推向下一高位档。换档到位后，换档驱动器40也会发出到位信号给控制器20。

然后进入步骤56，控制器20通知离合驱动器30放开对离合器踏板的压力，于是离合器12恢复到连通状态，整个传动链被接通。

最后一步57，控制器20控制引擎恢复正常的喷油量，或驾驶员适当踩油门加燃油。到此，结束换档操作，车辆在新的档位上运行。控制又回到51，控制器又继续读入新的输入信息。

在减速过程中的换档操作与加速时类似，换入的档位基本由车速决定。有一点需要指出的是刹车时控制器20一旦收到刹车信号，就通知离合驱动器30对离合器进行分离操作。停车时和引擎关闭时，自动跳到空挡。

如图3、图4所示，换档驱动器40大体上是由四条边组成的矩型。每一条边42都是一个内部结构完全一样的线性电机，并分为两横向线性电机42X和两纵向线性电机42Y两组。两横向线性电机42X负责横向运动，两纵向线性电机42Y负责纵向运动。两横向线性电机42X的内部分别设有两个可以横向运动的横向滑块铁芯44X，并通过两根横向平行滑杆46X相连。同样，两纵向线性电机42Y的内部也分别设有两个可以纵向运动的纵向滑块铁芯44Y，并通过两根纵向平行滑杆46Y相连。变速杆14a被夹在两横向平行滑杆46X和两纵向平行滑杆46Y相交处的正中央。横向滑块铁芯44X和纵向滑块铁芯44Y的作用相当于电机的转子，但不是作旋转运动，而是分别沿着横向和纵向作线性位移运动，横向滑块铁芯44X带动横向滑杆46X去推动变速杆14a作横向运动，而纵向滑块铁芯44Y则带动纵向滑杆46Y去推动变速杆14a作纵向运动，这样就可完成与人工换档操作时对变速杆的相同操作。

图5为线性电机42的结构示意图。线性电机42由定子铁芯43和线圈绕组45所构成，该定子铁芯43由3对磁极43a、43b、43c连接而成，每对磁极之间固定有3对线圈绕组45a、45b、45c，每对磁极之间还分别形成有空隙47a、47b、47c，在磁场的作用下，滑块铁芯44可在各空隙中作往复的直线运动。

如图5所示，假设现在滑块铁芯44位于空隙47a中，要想把滑块铁芯44移到空隙47b的位置就要给线圈绕组45b通电。通电后会在定子铁芯43中形成如图中虚线所示的磁通回路。由于空气的磁阻要比铁芯中的磁阻大几千倍，上述磁通回路在空隙47b处有一高磁阻区，而磁通总是要寻求磁阻最小的路通过，所以磁力会把在附近的滑块铁芯44吸过来填补空隙47b，使整个磁通回路的磁阻达到最小，于是滑块铁芯就被驱动到47b的位置。如果再给线圈绕组45c通电，同样的道理，滑块铁芯44就会从空隙47b移动到空隙47c。这些运动由控制器20来控制完成。

图6至图13显示了换档驱动器40的具体操作过程。一般手排档汽车的档位如图6所示，有5个前进档，由数字1-5表示，R为倒档，前排为1、3、5档，后排为2、4、R档，中间一排交叉点为空档位置。假如变速杆14a开始在空挡位置，见图7，要换一档时，前、后两个横向滑块铁芯44X同时在磁力的作用下带动横向平行滑杆46X将变速杆14a推到左边的位置，见图8，接着左、右两个纵向滑块铁芯44Y同时在磁力的作用下带动纵向平行滑杆46Y将变速杆14a推到前边的位置，即一档的位置，见图9。从一档换到二档时，两个纵向滑块铁芯44Y同时带动纵向平行滑杆46Y将变速杆14a一直推到后边的位置，即二档的位置，见图10。以此类推变速杆还可换到三档、四档和五档的位置，分别见图11、图12和图13。只有换倒档R需要手动完成。

本发明的一个出发点是实现换档自动化的同时还完全保留人工手排换档的全部功能。用一个开关来选择自动换档还是手动换档。当开关切断控制器20的电源时，离合驱动器30和换档驱动器40都不会动作，其中横向滑块铁芯44X和纵向滑块铁芯44Y及相应的横向平行滑杆46X和纵向平行滑杆46Y因为没有磁力的驱动，可被变速杆14a推着自由地作横向和纵向运动，因而手可推动变速杆14a方便地进行换档操作。选择倒档R时自动换档的功能也会被切断。

如图14、图15所示，离合器12由离合器踏板12a和延长支架12b所构成，延长支架12b的上端与离合器踏板12a相连，延长支架12b的下端与离合驱动器30内的一滑轮34相接。

如图14、图15所示，离合驱动器30由汽缸31、活塞32、推杆33、电磁常开气阀35和电磁常闭气阀36所构成，其中电磁常开气阀35包括线圈35a和铁芯阀门塞35b，电磁常闭气阀36包括线圈36a和铁芯阀门塞36b。汽缸31为圆筒状，推杆33与活塞32固定在一起，筒壁的两端连通有管道38，该管道38上接有电磁常开气阀35，管道38的入口与汽车真空储容器相接，真空储容器是汽车真空加力制动装置的一部分，管道38的出口经电磁常闭气阀36与通往大气的开口37相接。

当控制器20向离合驱动器发出指令时，线圈35a通电并产生磁场吸引铁芯阀门塞35b关闭气阀35。接着线圈36a通电，吸引阀门塞36b打开电磁常闭气阀36。大气压通过电磁常闭气阀36进入气缸31右端并推动活塞32向左运动，还通过推杆33和滑轮34向12b施加压力，进而驱动离合器踏板12a动作将离合器12分离。

当离合器12需要连通复位时，在控制器20的控制下，电磁常闭气阀36的线圈36a断电，铁芯阀门塞36b被弹回到常闭位置隔断气缸与大气压的通道。然后电磁常开气阀35的线圈35a断电，铁芯阀门塞35b被弹回到常开位置，气缸内剩余气体被真空储容器抽走，活塞两端压力差消除，离合器踏板12a受到的压力被解除，在弹力的作用下，反过来离合器踏板12a又经支架12b推动滑轮34、推杆33推动活塞32回到原来的位置。

同样，离合器也完全保留了人工操作的功能。由于离合器踏板延长支架12b与滑轮34之间是接触性连接，当脚踩离合器踏板12a时，离合器驱动器30不会防碍其操作。

对于某些没有真空加力制动装置的车辆，需要加一个电动真空泵和真空储容器来为离合驱动器提供动力。

Claims (5)

1、一种对手排档汽车进行自动排档控制的装置，包括引擎(10)、引擎输出轴(11)、离合器(12)、变速箱输入轴(13)、变速箱(14)、变速箱输出轴(16)、车轮(18)、制动器(19)、控制器(20)、速度传感器(22)、油门(24)、离合驱动器(30)和换档驱动器(40)，引擎(10)通过引擎输出轴(11)与离合器(12)相连，离合器(12)通过变速箱输入轴(13)与变速箱(14)相接，变速箱(14)通过变速箱输出轴(16)与车轮(18)相连接，油门(24)与引擎(10)相通，控制器(20)分别与离合驱动器(30)及换档驱动器(40)双向电信号连接，用于发送控制指令；离合驱动器(30)与离合器(12)相连，换档驱动器(40)与变速箱(14)相接，速度传感器(22)连接于变速箱输出轴(16)，并与控制器(20)电连接；制动器(19)与车轮(18)相对应，并与控制器(20)电连接；控制器(20)还与油门(24)电连接；其特征在于：所述的离合器(12)由离合器踏板(12a)和延长支架(12b)所构成，延长支架(12b)的上端与离合器踏板(12a)相连，延长支架(12b)的下端与离合驱动器(30)内的一滑轮(34)相接。

2、根据权利要求1所述的对手排档汽车进行自动排档控制的装置，其特征在于：所述的离合驱动器(30)由汽缸(31)、活塞(32)、推杆(33)、电磁常开气阀(35)和电磁常闭气阀(36)所构成，汽缸(31)为圆筒状，推杆(33)与活塞(32)固定在一起，筒壁的两端连通有管道(38)，该管道(38)上接有电磁常开气阀(35)，管道(38)的入口与汽车真空储容器相接，管道(38)的出口经电磁常闭气阀(36)与通往大气的开口(37)相接。

3、根据权利要求1所述的对手排档汽车进行自动排档控制的装置，其特征在于：所述的换档驱动器(40)由线性电机(42)、滑块铁芯(44)和平行滑杆(46)所构成，两横向线性电机(42X)和两纵向线性电机(42Y)组合连接成矩形，两横向滑块铁芯(44X)分别滑动连接于两横向线性电机(42X)的内部并分别与两横向平行滑杆(46X)相接，两纵向滑块铁芯(44Y)分别滑动连接于两纵向线性电机(42Y)的内部并与两纵向平行滑杆(46Y)相接，两横向平行滑杆(46X)与两纵向平行滑杆(46Y)之间活动连接有一变速杆(14a)，该变速杆(14a)与变速箱(14)相接。

4、根据权利要求3所述的对手排挡汽车进行自动排挡控制的装置，其特征在于：所述的线性电机(42)由定子铁芯(43)和线圈绕组(45)所构成，该定子铁芯(43)由N对磁极连接而成，每对磁极之间固定有对应对线圈绕组(45)，每对磁极之间还分别形成有空隙(47)，在磁场的作用下，滑块铁芯(44)在各空隙中作往复直线运动。

5、根据权利要求4所述的对手排挡汽车进行自动排挡控制的装置，其特征在于：所述的定子铁芯(43)由2-6对磁极连接而成。

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