CN201415674Y - 手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制系统。由信号采集单元采集信号，电子控制单元接收信号后进行分析、判断、决策，并驱动左后轮直流电机、右后轮直流电机和三个两位两通常开电磁阀工作。所述一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步系统，包括信号采集单元、电子控制单元、液压控制单元和驻车执行单元，信号采集单元包括能反应驾驶员操作意图和车辆实时状态的传感器和开关，液压控制单元包括三个两位两通常开电磁阀和三个单向阀，驻车执行单元包括左后轮电子驻车制动器和右后轮电子驻车制动器。本实用新型可以实现电控驻车、辅助起步、应急制动等功能。

Description

手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制系统。

背景技术

目前，绝大多数手动变速汽车的驻车是通过驾驶员拉驻车制动手柄使后轴驻车制动器产生制动力矩，从而引起路面对后轮产生制动力来实现的，这种驻车方式下，驾驶员需要同时操纵离合器踏板、油门踏板和驻车制动手柄才能使汽车在坡道上起步；当只需要短时间驻车时，例如等待交通信号灯，好多驾驶员往往不拉驻车制动手柄，而是同时踩住离合器踏板和制动踏板，这种驻车方式下，驾驶员需要同时操纵离合器踏板、油门踏板和制动踏板才能使汽车在坡道上起步。

采用这两种驻车和起步方式的手动汽车存在较大缺陷，(1)驻车制动力会因人而异，这对于在坡道上驻车的汽车无疑存在很大的安全隐患，(2)驻车制动手柄占用驾驶室空间较大，不利于其他装置的布置，(3)汽车在交通信号灯较多的道路上行驶时，起停次数多，这就要求驾驶员频繁地操纵离合器踏板、油门踏板、驻车制动手柄或制动踏板，劳动强度大，(4)起步时，驻车制动的释放时机完全凭借驾驶员的经验，尤其在陡坡工况，没有丰富经验的驾驶员往往很难平稳起步，极易引起汽车溜坡或熄火。

为解决上述技术问题，德国卢卡斯汽车股份有限公司先后公开了《用于操作车辆制动装置的方法》(申请号为200580003615.9)、《车辆制动器，特别是钳式制动器》(申请号为200680035641.4)，我公司公开了《一种车辆电子驻车制动系统执行机构》(申请号为200710156334.8)、《一种车辆电子驻车制动系统的电控单元》(申请号为200810121737.3)，但大家提出的技术方案对手动变速汽车而言都有一个前提条件——目标车型必须配置ESP装置，否则无法实现辅助起步功能。现实情况是中国汽车市场仅有7％的车辆安装了ESP装置，加上ESP核心技术目前仍然为国外汽车零部件厂商所垄断，即使装有ESP装置的手动变速汽车应用了我公司公开的上述技术方案，由于控制执行机构的电控单元无法与ESP装置进行有效通信，电控驻车和辅助起步功能无法同时实现，因此按照现有的技术方案，大多数手动变速汽车用户短期内无法用到完全可以克服上述技术缺陷的装置。

发明内容

本实用新型的目的是为手动变速汽车提供一种电控驻车和辅助起步控制系统，使未配置ESP装置的手动变速汽车也可以同时实现电控驻车和辅助起步功能，从而有效提高驾驶员的操纵方便性和驾驶安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制方法，由离合器位置传感器、制动压力传感器、油门位置传感器、坡度传感器、车速传感器、发动机转速传感器、点火开关、一档位置开关、辅助起步开关和驻车制动开关组成的信号采集单元采集的信号被电子控制单元中的数据接收模块接收后，进入电子控制单元中的数据处理模块，数据处理模块对数据接收模块传递来的数据进行分析、判断和决策后，发出控制指令，一路指令进入电子控制单元中的直流电机驱动模块，使其分别驱动装有左后轮直流电机的左后轮电子驻车制动器和装有右后轮直流电机的右后轮电子驻车制动器工作，另一路指令进入电子控制单元中的电磁阀驱动模块，使其分别驱动第一个、第二个、第三个两位两通常开电磁阀工作，通过控制左后轮直流电机、右后轮直流电机、第一个、第二个、第三个两位两通常开电磁阀的通电时机和断电时机来实现电控驻车、辅助起步、应急制动功能，其中电控驻车功能至少包括液压驻车子功能、手动机械驻车子功能、自动机械驻车子功能。

具体来说，所述电子控制单元根据所述辅助起步开关是否打开来判断汽车是处于液压驻车模式还是处于机械驻车模式。

在所述的液压驻车模式下，当汽车未进行液压驻车制动时，所述电子控制单元根据所述车速传感器、点火开关、离合器位置传感器、制动压力传感器、坡度传感器采集的信号来控制所述三个两位两通常开电磁阀的关闭时机，从而实现电控驻车功能中的第一个子功能——液压驻车功能。

在所述的机械驻车模式下，当汽车未进行机械驻车制动时，所述电子控制单元根据所述车速传感器、点火开关、驻车制动开关、制动压力传感器、坡度传感器采集的信号以及所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的电流反馈信号来控制所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的正转时机和停止时机，从而使机械驻车制动得以实施，当汽车已进行机械驻车制动时，所述电子控制单元根据所述点火开关、驻车制动开关、制动压力传感器、坡度传感器采集的信号以及所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的电流反馈信号来控制所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的反转时机和停止时机，从而使机械驻车制动得以解除，这样就实现了电控驻车功能中的第二个子功能——手动机械驻车功能。

所述自动机械驻车功能的实现至少有三种情况；第一种情况是所述电子控制单元根据所述车速传感器、油门位置传感器、制动压力传感器、坡度传感器采集的信号以及所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的电流反馈信号来控制左后轮直流电机和右后轮直流电机的正转时机和停止时机；第二种情况是汽车已进行液压驻车制动，所述电子控制单元首先根据液压驻车制动时间、所述驻车制动开关、制动压力传感器、坡度传感器采集的信号以及所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的电流反馈信号来控制所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的正转时机和停止时机，然后驱动第二个、第三个两位两通常开电磁阀同时失电而打开；第三种情况是汽车未进行驻车制动，所述电子控制单元根据所述车速传感器、点火开关、制动压力传感器、坡度传感器采集的信号以及所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的电流反馈信号来控制所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的正转时机和停止时机。

所述辅助起步功能必须当汽车进行液压驻车制动后才能实现，具体来说，所述电子控制单元根据所述一档位置开关、驻车制动开关、发动机转速传感器、油门位置传感器、坡度传感器采集的信号来控制第一个两位两通常开电磁阀的占空比和第二个、第三个两位两通常开电磁阀的打开时机，从而实现辅助起步功能。

所述电子控制单元还根据所述车速传感器、油门位置传感器、驻车制动开关采集的信号以及所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的电流反馈信号来控制所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的正转时机和停止时机，从而使应急制动得以实施。

一种用于实施所述手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制方法的系统，包括信号采集单元、电子控制单元、液压控制单元和驻车执行单元；其中：

(1)信号采集单元：包括离合器位置传感器、制动压力传感器、油门位置传感器、坡度传感器、车速传感器、发动机转速传感器、点火开关、一档位置开关、辅助起步开关和驻车制动开关，所述各传感器和各开关的输出端分别与电子控制单元对应的输入端相连；

(2)电子控制单元：包括各输入端分别与所述信号采集单元各传感器和各开关对应输出端相连的数据接收模块、输入端与数据接收模块输出端相连的数据处理模块、输入端分别与数据处理模块对应输出端相连的直流电机驱动模块和电磁阀驱动模块；

(3)液压控制单元：包括离合器液压控制模块和制动器液压控制模块；离合器液压控制模块包括串联在离合器主缸和离合器工作缸之间液压管路上的第一个两位两通常开电磁阀和与之并联的第一个单向阀，第一个两位两通常开电磁阀的供电端与电磁阀驱动模块的对应输出端相连，第一个单向阀在离合器主缸至离合器工作缸方向上导通，反向截止；制动器液压控制模块包括分别串联在制动主缸输出端的两路制动管路上的第二个、第三个两位两通常开电磁阀和分别与第二个、第三个两位两通常开电磁阀并联的第二个、第三个单向阀，第二个、第三个两位两通常开电磁阀的供电端分别与电磁阀驱动模块的对应输出端相连，第二个、第三个单向阀在制动主缸至制动器方向上导通，反向截止。

(4)驻车执行单元：包括左后轮电子驻车制动器和右后轮电子驻车制动器，两者内部分别装有左后轮直流电机和右后轮直流电机，所述左后轮直流电机和右后轮直流电机的供电端分别与所述直流电机驱动模块的对应输出端相连。

本实用新型具有的有益效果是：

(1)消除了由驾驶员的力量差异而引起的制动力差别，确保在汽车设计要求的坡度范围内驻车的安全性；

(2)操纵机构由驻车制动拉杆替换为驻车制动开关，既节省了驾驶室空间，又降低了驾驶员的劳动强度；

(3)只要打开辅助起步开关，短时间驻车制动就可以不用持续踩着离合器踏板和制动踏板了，起步时只要挂上一档，踩下油门踏板就可以平稳起步，这大大降低了驾驶员的劳动强度，在交通信号灯较多的道路上体现得尤为明显；

(4)辅助起步功能消除了驾驶员的经验差别，确保了手动变速汽车在某些特殊工况下(如陡坡起步)的安全性；

(5)综合了液压驻车装置响应迅速、机械驻车装置安全可靠的优点，短时间驻车制动通过液压驻车装置来实现，保证了驻车的快速性，长时间驻车制动通过机械驻车装置来实现，保证了驻车的可靠性。

总之，本实用新型弥补了现有技术方案的诸多不足，拓宽了电控驻车和辅助起步功能在手动变速汽车中的应用范围，为用户提供了更加安全和舒适的驾乘环境。本实用新型尤其适用于未配置ESP(Electronic Stability Program，电子稳定程序)装置的手动变速汽车。

附图说明

图1是本实用新型涉及的一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步系统的传输框图。

图2是本实用新型涉及的一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步系统的液压控制单元、驻车执行单元与周边零部件的连接示意图。

图3是汽车起步时的油门开度与发动机扭矩折算值之间的关系图及汽车起步时的停驻坡度与汽车起步时需要克服的阻力矩之间的关系图。

图4是汽车起步时的离合器接合量与传递到车轮上的扭矩之间的关系图。

图中：100、信号采集单元，105、离合器位置传感器，110、制动压力传感器，115、油门位置传感器，120、坡度传感器，125、车速传感器，130、发动机转速传感器，135、点火开关，140、一档位置开关，145、辅助起步开关，150、驻车制动开关，200、电子控制单元，210、数据接收模块，220、数据处理模块，230、直流电机驱动模块，240、电磁阀驱动模块，300、液压控制单元，310、离合器液压控制模块，320、制动器液压控制模块，311、两位两通常开电磁阀，312、单向阀，321、单向阀，322、两位两通常开电磁阀，323、两位两通常开电磁阀，324、单向阀，400、驻车执行单元，410、左后轮电子驻车制动器、420、右后轮电子驻车制动器，510、离合器踏板，520、离合器主缸，530、离合器工作缸，610、制动踏板，620、真空助力器，630、制动主缸，640、ABS液压控制单元，650、左前轮制动器、660、右前轮制动器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型涉及的一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步系统包括信号采集单元100、电子控制单元200、液压控制单元300和驻车执行单元400，其中：

(1)信号采集单元100，包括离合器位置传感器105、制动压力传感器110、油门位置传感器115、坡度传感器120、车速传感器125、发动机转速传感器130、点火开关135、一档位置开关140、辅助起步开关145和驻车制动开关150，所述各传感器和各开关的输出端分别与电子控制单元200的对应输入端相连；

(2)电子控制单元200，包括各输入端与信号采集单元100各传感器和各开关对应输出端相连的数据接收模块210、输入端与数据接收模块210输出端相连的数据处理模块220、输入端分别与数据处理模块220对应输出端相连的直流电机驱动模块230和电磁阀驱动模块240；

(3)液压控制单元300，包括离合器液压控制模块310和制动器液压控制模块320；离合器液压控制模块310包括串联在离合器主缸520和离合器工作缸530之间液压管路上的可以连续通电的两位两通常开电磁阀311和与之并联的单向阀312，两位两通常开电磁阀311的供电端与电磁阀驱动模块240的对应输出端相连，单向阀312在离合器主缸520至离合器工作缸530方向上导通，反向截止；制动器液压控制模块320包括分别串联在制动主缸630和ABS液压控制单元640之间两路制动管路上且可以连续通电的两位两通常开电磁阀322和323、分别与两位两通常开电磁阀322和323并联的单向阀321和324，两位两通常开电磁阀322和323的供电端分别与电磁阀驱动模块240的对应输出端相连，单向阀321和324在制动主缸630至ABS液压控制单元640方向上导通，反向截止；

(4)驻车执行单元400，包括左后轮电子驻车制动器410和右后轮电子驻车制动器420，两者内部分别装有左后轮直流电机411和右后轮直流电机421，左后轮直流电机411和右后轮直流电机421的供电端分别与直流电机驱动模块230的对应输出端相连；

由离合器位置传感器105、制动压力传感器110、油门位置传感器115、坡度传感器120、车速传感器125、发动机转速传感器130、点火开关135、一档位置开关140、辅助起步开关145和驻车制动开关150组成的信号采集单元100采集的信号被电子控制单元200中的数据接收模块210接收后，进入电子控制单元200中的数据处理模块220，数据处理模块220对数据接收模块210传递来的数据进行分析、判断和决策后，发出控制指令，一路指令进入电子控制单元200中的直流电机驱动模块230，使其分别驱动装有左后轮直流电机411的左后轮电子驻车制动器410工作和装有右后轮直流电机421的右后轮电子驻车制动器420工作，另一路指令进入电子控制单元200中的电磁阀驱动模块240，使其分别驱动两位两通常开电磁阀311、322、323工作，从而达到控制离合器液压管路压力和制动器液压管路压力的目的。

如图3所示，横坐标α是汽车起步时的油门开度，对应纵坐标T_t是发动机扭矩经变速器和主减速器降速增扭折算后的值，汽车在起步阶段时，发动机转速在某一窄区间内，α和T_t可以简化成线性关系；横坐标i是汽车起步时的停驻坡度，对应纵坐标T_z是汽车起步时需要克服的阻力矩，实际道路坡度一般较小，因此i和T_z也可以简化成线性关系，T_f1和T_i1分别是汽车在坡度为i₁的坡道上起步时的滚动阻力矩和坡度阻力矩。

如图4所示，横坐标L是汽车起步时离合器的接合量，纵坐标T_c是发动机经离合器接合量折算后传递到车轮上的扭矩，T_c1是离合器的接合量为L₁时，发动机传递到车轮上的扭矩。

本实用新型的工作原理如下：

应用本实用新型的手动变速汽车可以实现电控驻车、辅助起步、应急制动等功能，其中的电控驻车功能包含液压驻车、手动机械驻车、自动机械驻车等子功能，下面一一进行介绍；

当辅助起步开关145打开，汽车进入液压驻车模式，如果此时汽车没有进行液压驻车制动，那么当车速传感器125检测值小于某一门限值、点火开关135打开、离合器位置传感器105检测到离合器已完全分离、制动压力传感器110检测值对应的四个车轮的驻车制动力之和大于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积时，电子控制单元200发出控制指令，驱动两位两通常开电磁阀311、322和323同时得电而关闭，此时驾驶员可以松开离合器踏板510和制动踏板610，离合器踏板510借助自带的弹性元件自动回位，制动踏板610借助自带的弹性元件和真空助力器620内部的弹性元件自动回位，此时离合器工作缸530内部保持的压力完全可以维持离合器短时间分离，四个车轮制动器650、660、410、420内部保持的压力完全可以维持汽车短时间驻车，即汽车在设定时间内不会熄火或溜坡，这样就实现了电控驻车功能中的第一个子功能——液压驻车功能，典型工况是交通信号灯较多的城市道路；

当辅助起步开关145关闭，汽车进入机械驻车模式，当汽车未进行机械驻车制动、车速传感器125检测值小于某一门限值、点火开关135打开、驻车制动开关150检测到驾驶员有实施驻车制动的意图、制动压力传感器110检测值对应的四个车轮的驻车制动力之和大于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积时，电子控制单元200发出控制指令，驱动直流电机411和421同时正转，直至电子控制单元200检测到直流电机411和421的工作电流对应的驻车制动力与制动压力传感器110检测值对应的两个后轮的驻车制动力之和不小于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积后而停止工作，此时驾驶员可以释放施加的液压制动力，驻车制动力完全由电子驻车制动器410和420内部的具有自锁功能的滑动螺旋传动机构承担，当汽车已进行机械驻车制动、点火开关135打开、驻车制动开关150检测到驾驶员有解除驻车制动的意图、制动压力传感器110检测值对应的四个车轮的驻车制动力之和大于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积时，电子控制单元200发出控制指令，驱动直流电机411和421同时反转，直至电子控制单元200检测到直流电机411和421的工作电流对应的拖滞力矩均小于标准规定值后而停止工作，这样就实现了电控驻车功能中的第二个子功能——手动机械驻车功能；

电控驻车功能中的第三个子功能——自动机械驻车功能的实现至少有三种情况，第一种情况是当车速传感器125检测值大于某一门限值且有逐渐增大的趋势、油门位置传感器115检测到驾驶员没有加速意图时，电子控制单元200发出控制指令，驱动直流电机411和421同时正转，直至电子控制单元200检测到直流电机411和421的工作电流对应的驻车制动力与制动压力传感器110检测值对应的两个后轮的驻车制动力之和不小于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积后而停止工作，典型工况是汽车在坡道上溜坡；第二种情况是当汽车液压驻车制动超过设定时间、驻车制动开关150检测到驾驶员没有实施驻车制动的意图时，电子控制单元200发出控制指令，首先驱动直流电机411和421同时正转，直至电子控制单元200检测到直流电机411和421的工作电流对应的驻车制动力与制动压力传感器110检测值对应的两个后轮的驻车制动力之和不小于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积后而停止工作，然后驱动两位两通常开电磁阀322和323同时失电而打开，此时的驻车制动力完全由电子驻车制动器410和420内部的具有自锁功能的滑动螺旋传动机构承担，典型工况是汽车液压驻车超过一定时间；第三种情况是当汽车未进行驻车制动、车速传感器125检测值小于某一门限值、点火开关135关闭时，电子控制单元200就会发出控制指令，驱动直流电机411和421同时正转，直至电子控制单元200检测到直流电机411和421的工作电流对应的驻车制动力与制动压力传感器110检测值对应的两个后轮的驻车制动力之和不小于坡度传感器120检测值对应的驻车制动力与安全系数β的乘积后而停止工作，典型工况是汽车未进行驻车制动但发动机已熄火；

当汽车在坡度为i₁的坡道上处于液压驻车制动状态、一档位置开关140检测到驾驶员已挂上一档、驻车制动开关150检测到驾驶员没有解除驻车制动的意图、发动机转速传感器130检测到发动机转速在设定范围内、油门位置传感器115检测到的油门开度落在如图3所示的可起动区即发动机扭矩经变速器和主减速器降速增扭折算后的值大于坡度传感器120检测值对应的坡度阻力矩T_i1与车轮滚动阻力矩T_f1之和T_Z1时，电子控制单元200通过两位两通常开电磁阀311控制离合器的接合量和接合速度并通过离合器位置传感器105进行反馈，当发动机经离合器接合量折算后传递到车轮上的扭矩T_c1不小于T_Z1时，电子控制单元200首先使两位两通常开电磁阀322和323同时失电而打开，液压制动力得以释放，接着通过控制两位两通常开电磁阀311使离合器以一定的接合速度完全接合，这样，汽车得以平稳起步，驾驶员只要一脚油门就可以实现辅助起步功能，典型工况是交通信号灯较多的城市道路；

当车速传感器125检测值大于某一门限值、油门位置传感器115检测到驾驶员没有踩油门、驻车制动开关150检测到驾驶员有实施应急制动的意图时，电子控制单元200发出控制指令，驱动直流电机411和421同时正转，直至电子控制单元200检测到直流电机411和421的工作电流对应的应急制动力之和大于设定的应急制动力后而停止工作，汽车得以平稳减速直至停止，应急制动得以实现。

单向阀312、321、324的存在保证了驾驶员对离合器踏板510和制动踏板610的操纵优先权高于电子控制单元200对离合器踏板510和制动踏板610的控制优先权，同时可以保证当两位两通常开电磁阀311、322、323或电子控制单元200出现故障时，驾驶员仍可以通过离合器踏板510和制动器踏板610分别对离合器和制动器进行操纵。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种手动变速汽车电控驻车和辅助起步控制系统，包括信号采集单元(100)、电子控制单元(200)、液压控制单元(300)和驻车执行单元(400)；其特征在于：

(1)信号采集单元(100)：包括离合器位置传感器(105)、制动压力传感器(110)、油门位置传感器(115)、坡度传感器(120)、车速传感器(125)、发动机转速传感器(130)、点火开关(135)、一档位置开关(140)、辅助起步开关(145)和驻车制动开关(150)，所述各传感器和各开关的输出端分别与电子控制单元(200)对应的输入端相连；

(2)电子控制单元(200)：包括各输入端分别与所述信号采集单元(100)各传感器和各开关对应输出端相连的数据接收模块(210)、输入端与数据接收模块(210)输出端相连的数据处理模块(220)、输入端分别与数据处理模块(220)对应输出端相连的直流电机驱动模块(230)和电磁阀驱动模块(240)；

(3)液压控制单元(300)：包括离合器液压控制模块(310)和制动器液压控制模块(320)；离合器液压控制模块(310)包括串联在离合器主缸(520)和离合器工作缸(530)之间液压管路上的第一个两位两通常开电磁阀(311)和与之并联的第一个单向阀(312)，第一个两位两通常开电磁阀(311)的供电端与电磁阀驱动模块(240)的对应输出端相连，第一个单向阀(312)在离合器主缸(520)至离合器工作缸(530)方向上导通，反向截止；制动器液压控制模块(320)包括分别串联在制动主缸(630)输出端的两路制动管路上的第二个、第三个两位两通常开电磁阀(322、323)和分别与第二个、第三个两位两通常开电磁阀(322、323)并联的第二个、第三个单向阀(321、324)，第二个、第三个两位两通常开电磁阀(322、323)的供电端分别与电磁阀驱动模块(240)的对应输出端相连，第二个、第三个单向阀(321、324)在制动主缸(630)至制动器方向上导通，反向截止；

(4)驻车执行单元(400)：包括左后轮电子驻车制动器(410)和右后轮电子驻车制动器(420)，两者内部分别装有左后轮直流电机(411)和右后轮直流电机(421)，所述左后轮直流电机(411)和右后轮直流电机(421)的供电端分别与所述直流电机驱动模块(230)的对应输出端相连。

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