汽车机械式离合器自动控制装置 所属技术领域
本发明涉及一种汽车机械式离合器自动控制装置，尤其适用于传统的手动机械式离合器上安装，实现汽车自动离合器的离合器控制功能。
背景技术
目前，轿车自动变速箱普遍使用的是液力式自动变速器结构[1]。液力式自动变速器的结构与手动变速器相比，在结构和使用上有很大的不同。手动变速器主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而液力式自动变速器是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
液力式自动变速器不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但现在采用的液力式自动变速器存在结构复杂、零件加工精度要求高、制造难度大、成本较高等缺点，限制了该系统在低档车型上的应用[2，3]。
1徐向阳.自动变速箱与ABS原理与维修技术.黑龙江科学技术出版社，1995，12：10～20
2麻友良等.电控自动变速器的结构与检修.冶金工业出版社，机械工业出版社，2000，7：5～18
3王瑛，郭清胜.汽车底盘修理.黑龙江科学技术出版社，1991，8：31～43
【发明内容】
为了克服汽车液力式自动变速器结构复杂、零件加工精度要求高、制造难度大、成本较高等缺点，同时具备自动变速箱操作容易的优点。本发明提供一种适用于普通汽车地离合器自动控制装置，在原有机械离合器的基础上，仍保留现有手动操纵变速器，采用离合器自动控制，利用微机控制离合器的分离与接合，使之具备自动变速箱的部分功能，改进汽车的操纵性能。
本发明是在传统的机械变速器原有基础上进行改造，主要改变手动换档操纵部分。即以电子控制单元(ECU)为核心，通过价格低廉的直流电机为执行系统，控制离合器的分离与接合，来实现离合器的自动操纵。系统包括两个主要部件，驱动装置和控制电脑。驱动装置的功能，就是取代离合器脚踏板的相同工作，依据控制电脑的执行指令，替代左脚踩放离合器的配合动作。控制电脑的功能，即是接收发动机转速、车速、加速、制动等信号，将各种变化的行驶状况，经由电脑程序处理成为适于机械式离合器车辆的行驶操纵指令，控制驱动装置的执行功能。具体讲，本发明提出一种汽车机械式离合器自动控制装置，主要改变传统的机械变速器手动换档操纵部分。即以控制电脑为核心，采集汽车上相关的信息和信号，通过直流电机为执行系统，控制离合器的分离与接合，来实现离合器的自动操纵，其特征是：取消汽车机械式离合器的操纵踏板，由安装在汽车变速手柄上的选换挡开关和坡路起步开关来辅助采集汽车上其它控制信息；通过控制电脑的程序自动控制离合器的切合，利用直流电机操纵汽车机械式离合器，直流电机的反馈信号由位置检测板提供，与直流电机连动的触点在离合器位置检测电路板上划动，通过电路板上划分适当的刻度，将离合器的控制行程分若干个控制位置，以作为离合器行程的控制依据；为适应不同汽车离合器行程的长短差异，以及符合驾驶者的操纵习性，离合器位置检测板上的重要控制位置为可调式，通过其上的选择开关设定其最佳位置，以完成直流电机操纵离合器的功能。同时，装置在离合器执行电机传动机构连动杆的中间位置有一划动触点，它通过弹簧压紧钢珠在执行器位置检测板上划动，检测板是一块带有刻度的电路板，电路板的长度适应划动触点运动的距离，运动的中间部分划分若干接触刻度，它与划动触点共同组成一个线选开关。该装置由执行电机操纵离合器的切合，在离合器位置检测板上将离合器的总行程分区、分段，通过其上的选择开关设定其最佳位置。离合器自动控制系统将离合器的控制行程分为若干区段，控制电脑依据电脑板上设立的区段控制参数设定开关，控制驱动装置执行电机的执行动作。汽车机械式离合器的操纵踏板的信息，由安装在汽车变速手柄上的选换挡开关和坡路起步开关提供，相关辅助汽车状态信息：车速信号、发动机转速信号，以及制动信息、倒车信息、加速踏板的信息等，通过控制电脑的程序控制执行电机操纵汽车离合器。采用带有阻尼弹簧的永磁直流电动机作为离合器操纵的执行部件，阻尼弹簧附加在电机外部，直流电机经传动机构将旋转运动转化为直线运动，通过离合器拉线操纵离合器。
本发明的有益效果是：可使汽车离合器工作自动化，既能减轻驾驶员的体力劳动，又能延长变速器的使用寿命。同时采用汽车离合器自动控制装置，可省去离合器踏板，实现“双踏板”操纵，使汽车驾驶操作简化，可大大缩短驾驶员的培训时间和提高汽车行驶的安全性。该装置能在现生产的机械式离合器基础上进行改造，生产继承性好，投入的费用也较低。
【附图说明】
图1汽车离合器自动控制装置的系统结构
图2变速操纵手柄选换挡开关和坡路起步开关位置
图3控制电脑的安装线路接头
图4离合器自动控制装置的整车接线图
图5驱动装置的结构示意图
图6离合器位置接线板的线路结构
图7控制电脑的模式设定
图5中，1.拉杆、2.销轴B、3.支架、4.滑动触点、5.连动杆、6.直流电机、7.销轴A、8.外壳、9.划槽A、10.曲柄、11.检测板、12.中心轴、13.划槽B、14.销轴C、15.离合器拉线。
【具体实施方式】
图1是汽车机械式离合器自动控制装置的系统结构，离合器自动控制系统的输入信号多数采用汽车上原有的开关和传感器，对车上的结构变动很小，以保证系统的通用性。采用的信号包括7个控制开关量信号，2个脉冲信号和5个执行器状态开关量信号，由它们共同决定离合器的控制输入和汽车的行驶状态，汽车离合器自动控制装置的输入信号实现方式及功能如表1所示。
表1 输入信号实现方式与功能 输入信号 信号形态实现方式主要功能 发动机转速 脉冲采用汽车信号或外接传感器起步、换档、制动时离合器的控制 汽车车速 脉冲采用汽车信号或外接传感器判断离合器接合的条件 加速踏板信号 开关量附加微动开关离合器接合的控制信号 制动信号 开关量与汽车制动灯开关共用汽车制动的控制信号 选换档信号 开关量在变速手柄上附加按钮开关选换档时离合器分离控制信号 坡路起步信号 开关量在变速手柄上附加按钮开关急起步、换档时离合器控制信号 倒车信号 开关量与汽车倒车灯开关共用用于倒车起步的控制信号 点火信号 开关量与汽车点火开关共用判断停车状态 关闭信号 开关量在仪表板上附加按钮开关关闭离合器的自动控制 执行状态信号 开关量执行器上附加线选开关判断离合器的位置状态
图2是变速手柄上附加选换挡开关和坡路起步开关的位置形式，图3是控制电脑的线路安装接头，图4是控制装置的整车线路连接方法。
图5所示是执行器的结构示意图，汽车机械式离合器的操纵是依靠直流电机驱动的，因此，自动控制装置的执行器的作用是将电机的旋转运动转化为离合器操纵所需的直线运动。另外，执行器控制离合器的接合过程中，附带有执行器位置的检测功能。执行器的主体是一个带有阻尼弹簧的永磁直流电动机，阻尼弹簧附加在电机外部，电机内附有减速机构。执行器的传动机构的作用是将电机的旋转运动转化为直线运动。
电机的输出轴带动曲柄转动，曲柄另一端的销轴A在连动杆的划槽A中划动，使连动杆以支架的中心轴为中心转动，带动连动杆另一侧的销轴B拉动拉杆。离合器拉线与销轴C连接在一起，销轴C在拉杆的划槽B中，拉杆移动时，带动销轴C和离合器拉线一起运动。离合器拉线与离合器拨叉连接，控制离合器运动方向，实现离合器的切合动作。当不使用离合器自动控制装置时，离合器拉线与销轴C可在划槽B中自由运动，不影响离合器原有的操纵机构操作离合器。
在连动杆的中间位置有一划动触点，它通过弹簧压紧钢珠在执行器位置检测板上划动。检测板是一块带有刻度的电路板，它的作用是检测执行器的运动位置，它与划动触点共同组成一个线选开关。
图6所示的划动触点自身接地，连动杆运动带动触点与相应的接线刻度接触，则该位置接低电平，通过引线输入给微控制器作为执行器的位置信号。执行器位置信号分5个控制状态，当执行器连动杆带动划动触点运动到S1位置时(图5所示位置)，检测板上S1区域通过划动触点接地，此时控制系统得到离合器完全接合的信息。执行器通过这种方式告诉控制系统当前离合器的工作状态。5个位置信号的控制特性如表2所示。
表2 离合器位置信息定义 标记 描述位置选择设定 S1 离合器分离离合器完全分离。 S2 接触滑动选择离合器开始接触的滑动位置。 S3 磨合拖动选择离合器正摩擦拖动车辆的位置，车身开始有移动的现象。 S4 加力带动选择汽车加油即带动行走的位置。 S5 离合器接合离合器完全接合。
在离合器驱动装置中，装有离合器位置接线板，作为离合器行程的控制依据。由于安装不同汽车的离合器行程稍有长短差异，以及驾驶者的操纵感受有别，所以在离合器位置检测板上中间三个位置S2，S3，S4为可调式，通过其上的三组选择开关设定其最佳位置，以适应各种离合器控制行程的作用。各位置的定义和设定依据如表2所示。
在图7中，FUSE是控制电脑的电源总保险，容量10A。SWITCH是控制电脑的电源总开关，长期不用时关闭该开关。K.C.车速传感器种类设定，MS3→4和MS2→3是驱动装置接合率参数设定开关，EBS是汽车制动临界车速值设定开关，M.B.是传感器电压参数选择设定开关。
离合器踏板的快踩慢放原理，是机械式离合器操纵的基本操作技巧，适当控制中间阶段慢放过程，同时兼顾车辆平稳行驶的要求，离合器自动控制系统将离合器的控制行程分为S1，S2→S3→S4，S5五个区段，由控制电脑依据输入信号，区间行程数率，以及区段的位置，控制驱动装置执行电机的执行动作。
图7中MS3→4和MS2→3是两组驱动装置接合率参数设定开关，需要根据驾驶者个人的操纵喜好设定。每组由4个开关构成，每个开关“ON”位置代表二进制数值“1”，“OFF”位置代表二进制数值“0”，4个开关组成从“0”到“15”共16级的离合器接合控制数率，“0”最慢，“15”最快。