专利名称：汽车自动控制离合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆技术领域的离合器，具体地说，涉及的是一种汽车自动控制
宦A典
两口命ο
背景技术：
离合器安装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。目前所有的汽车换挡都需要用左脚去踏离合器踏板，在普通的汽车中换挡对离合器的影响是相当大的，经常容易造成离合器机械性损伤。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种汽车自动控制离合器， 可以只要按动换挡手柄上的按钮就可以轻松换挡，离合器分合非常平稳。为实现上述的目的，本发明所述的汽车自动控制离合器，包括单片机、传感器、驱动电机，其中所述传感器实时采集汽车车速、转速等信号，并将这些信号传送给单片机; 所述单片机接收到这些传感器信号后，在需要提速、加油或者刹车时，会根据内置程序对控制离合器的电机发出指令来驱动电机从而实现离合器的平稳分合。所述单片机控制离合器的分合速度。本发明中，所述单片机选择PHILIPS公司的采用先进CMOS工艺制造的8位51内核单片机P89C51R^BA。本发明中，在电机盘座上安装两个或四个光电限位开关，当电机转动到前限位，单片机控制程序使电机马上反转，而转动到后限位时，控制程序又使电机马上正转，从而可靠地控制了离合器的分合。本发明中，所述传感器需要采集的信号包括汽车车速、发动机转速等汽车自身参数，还包括改进的换挡手柄上的按钮信号、刹车信号和驱动离合器的电机上的光电限位信号等。车速和转速的采集利用单片机的两个中断和定时器，在一定时间范围内利用中断采集车速和转速。当单片机捕捉到刹车信号时，根据平时的实验数据快速分离离合器，而且不对离合器产生机械性冲击。最后采集的是驱动离合器分合的电机上安装的四个光电限位开关。本发明中，所述驱动电机采用PWM驱动电机，所有PWM输出周期都是相同的，只是通过调整PWM脉冲的占空比来调节电机的正反转速度，从而调节离合器的分合速度。将离合器的分合速度分成不同的挡次，根据不同的挡次采用不同的吸合速度。当采集到特定的实时车速和转速时，单片机根据程序中指定的范围段进行查表，然后决定此时应该输出的最佳脉宽来驱动电机，从而给离合器一个最佳的吸合速度和最佳的吸合时间，使吸合不但精确，而且很好地保护了离合器，减小了机械损伤。本发明中，所述单片机PWM输出通过专门的电机驱动电路-H全型桥驱动电路，驱动芯片采用美国顶公司生产的典型的增强型FET MOS功率驱动管，一般漏极电流最高可以达到110A，它同时具有快速关断和高耐压的特性。本发明中，离合器分合、输出驱动和主程序几个部分，利用中断不断采集车速和发动机转速信号，输出驱动根据采集得到的速度信号，根据需要进行的操作查表分配输出PWM 应该在这个时候的占空比，最后将PWM信号送至输出驱动模块来驱动离合器驱动电机。同时注意到电机的机械惯性，在程序中做了相应的保护措施保证电机状态的正确准时切换。 首先利用定时器定时，然后利用中断定时采集车速，根据实际实验过程将时间定为500ms， 然后判断采集得到的车速，如果少于4，可以判定现在车辆刚好起步过程。在起步过程中离合器结合速度需要用转速来确定，而在行驶过程中则需要用车速来确定。判定好起步还是行驶后，要确定现在是不是需要刹车，或者离合器转到了限位位，如果确定有刹车信号或者限位信号则离合器不需要再结合，而应该快速分离。如果没有到达则表明应该结合，结合速度根据实验得到了不同的数值，再对照通过中断采集到的转速或者车速换算成不同的占空比去控制离合器驱动电机来结合。这是一个完整的过程，在程序设计中可以成为死循环，有利的死循环。这个过程从上电后就不停地进行，不停地采集转速和车速，然后判断是起步还是行驶，接着采取不同的结合分离策略。整个过程周而复始地进行，从而完成整个系统运行的控制。与现有技术相比，本发明应用单片机根据经验值对离合器实现平稳分合的设计已经完全实现，并且在桑塔那2000上装车试运行，取得了很好的效果，驾驶员的左脚完全被解放，不需要在换挡时再去踩踏踏板，并且在刹车、提速、减速和加油等操作过程中表现出良好的性能，即能稳定完成操控，又对离合器产生极小的冲击，有效地延长了离合器的使用寿命。同时，通过长时间运行，发现对汽车减低耗油量有一定的效果，至少可以降低15%的油耗。
图1为本发明结构框图。图2为本发明电机驱动电路原理图。图3为本发明程序流程图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。如图1所示，本实施例提供一种汽车自动控制离合器，包括单片机、传感器、驱动电机，其中所述传感器实时采集汽车车速、转速等信号，并将这些信号传送给单片机；所述单片机接收到这些传感器信号后，在需要提速、加油或者刹车时，会根据内置程序对控制离合器的电机发出指令来驱动电机从而实现离合器的平稳分合。所述单片机控制离合器的分合速度。
本实施例中，所述单片机选择PHILIPS公司的采用先进CMOS工艺制造的8位51内核单片机P89C51RA2BA，它具有8KB并行可编程的非易失性Flash程序存储器，同时有512B 的RAM，工作温度可达70°C，拥有4组8位I/O 口、3个16位定时/计数器、4个中断优先级和7个中断源，同时具有可编程计数器阵列(PCA)，具有ISP功能，完全能满足设计的需要。本实施例中，需要采集的信号包括汽车车速、发动机转速等汽车自身参数，还包括改进的换挡手柄上的按钮信号、刹车信号和驱动离合器的电机上的光电限位信号等。车速和发动机转速是实时采集的，根据经验，不同的车速和转速对离合器的分合有很大影响，甚至是致命的影响。车速和转速的采集利用单片机的两个中断和定时器，在一定时间范围内利用中断采集车速和转速。刹车信号也必须采集，刹车时离合器必须快速分离，当单片机捕捉到刹车信号时，根据平时的实验数据快速分离离合器，而且不对离合器产生机械性冲击。 最后采集的是驱动离合器分合的电机上安装的四个光电限位开关。由于驱动离合器分合只要驱动电机正反转一定角度就可以，而不要完成全转动，这样设计可以达到低油耗的效果。 电机只需要完成正反加起来90°转动就可以使离合器安全分合，为了不让电机做无用功， 在电机盘座上安装了四个光电限位开关，实际中只需要两个就够了。当电机转动到前限位， 单片机控制程序使电机马上反转，而转动到后限位时，控制程序又使电机马上正转，从而可靠地控制了离合器的分合。本实施例中，用PWM驱动电机，所有PWM输出周期都是相同的，只是通过调整PWM 脉冲的占空比来调节电机的正反转速度，从而调节离合器的分合速度。不同的操作需求，离合器的分合速度不一样，因此，在设计的程序中，根据大量的实际数据，将这两个速度分成不同的挡次，根据不同的挡次采用不同的吸合速度。当采集到特定的实时车速和转速时，单片机根据程序中指定的范围段进行查表，然后决定此时应该输出的最佳脉宽来驱动电机， 从而给离合器一个最佳的吸合速度和最佳的吸合时间，使吸合不但精确，而且很好地保护了离合器，减小了机械损伤。本实施例中，不是直接把单片机PWM输出送到电机，而是加上了专门的电机驱动电路-H全型桥驱动电路，驱动芯片采用美国顶公司生产的典型的增强型FET MOS功率驱动管，一般漏极电流最高可以达到110A，它同时具有快速关断和高耐压的特性，在电机驱动中得到了广泛的应用。原理简图如图2。离合器分合、输出驱动和主程序几个部分，利用中断不断采集车速和发动机转速信号，输出驱动根据采集得到的速度信号，根据需要进行的操作查表分配输出PWM应该在这个时候的占空比，最后将PWM信号送至输出驱动模块来驱动离合器驱动电机。同时注意到电机的机械惯性，在程序中做了相应的保护措施保证电机状态的正确准时切换。程序流程图如图3。首先利用定时器定时，然后利用中断定时采集车速，根据实际实验过程将时间定为500ms，然后判断采集得到的车速，如果少于4，可以判定现在车辆刚好起步过程。因为在起步和行驶过程中控制需要不一样，外界参数也不一样，因此需要分开控制。在起步过程中离合器结合速度需要用转速来确定，而在行驶过程中则需要用车速来确定。判定好起步还是行驶后，要确定现在是不是需要刹车，或者离合器转到了限位位，如果确定有刹车信号或者限位信号则离合器不需要再结合，而应该快速分离。如果没有到达则表明应该结合，结合速度根据实验得到了不同的数值，再对照通过中断采集到的转速或者车速换算成不同的占空比去控制离合器驱动电机来结合。这是一个完整的过程，在程序设计中可以成为死循环，有利的死循环。这个过程从上电后就不停地进行，不停地采集转速和车速，然后判断是起步还是行驶，接着采取不同的结合分离策略。整个过程周而复始地进行，从而完成整个系统运行的控制。 在本实施例中，将踏板的功能集成在换挡手柄上，不再需要专门用左脚去踏踏板， 只要按动换挡手柄上的按钮就可以轻松换挡。本实施例是通过单片机来控制离合器的分合速度传感器随时采集汽车车速，电机转速等信号，当需要提速、加油或者刹车时，单片机会根据内置程序对控制离合器的电机发出指令来驱动电机从而实现离合器的平稳分合。当然在程序中根据以前的多次实验和长期经验加入了一些非常有效的数据，可以使离合器分合非常平稳，换挡也简单化。
权利要求
1.一种汽车自动控制离合器，其特征在于包括单片机、传感器、驱动电机，其中所述传感器实时采集汽车车速、转速等信号，并将这些信号传送给单片机；所述单片机接收到这些传感器信号后，在需要提速、加油或者刹车时，会根据内置程序对控制离合器的电机发出指令来驱动电机从而实现离合器的平稳分合。所述单片机控制离合器的分合速度。
2.根据权利要求1所述的汽车自动控制离合器，其特征在于所述单片机选择PHILIPS 公司的采用先进CMOS工艺制造的8位51内核单片机P89C51RA2BA。
3.根据权利要求1所述的汽车自动控制离合器，其特征在于在电机盘座上安装两个或四个光电限位开关，当电机转动到前限位，单片机控制程序使电机马上反转，而转动到后限位时，控制程序又使电机马上正转，从而可靠地控制了离合器的分合。
4.根据权利要求1所述的汽车自动控制离合器，其特征在于所述传感器需要采集的信号包括汽车车速、发动机转速等汽车自身参数，还包括改进的换挡手柄上的按钮信号、刹车信号和驱动离合器的电机上的光电限位信号；车速和转速的采集利用单片机的两个中断和定时器，在设定时间范围内利用中断采集车速和转速，当单片机捕捉到刹车信号时，根据实验数据快速分离离合器，最后采集的是驱动离合器分合的电机上安装的四个光电限位开关。
5.根据权利要求1所述的汽车自动控制离合器，其特征在于所述驱动电机采用PWM 驱动电机，所有PWM输出周期都是相同的，只是通过调整PWM脉冲的占空比来调节电机的正反转速度，从而调节离合器的分合速度；将离合器的分合速度分成不同的挡次，根据不同的挡次采用不同的吸合速度，当采集到特定的实时车速和转速时，单片机根据程序中指定的范围段进行查表，然后决定此时应该输出的最佳脉宽来驱动电机，从而给离合器一个最佳的吸合速度和最佳的吸合时间。
6.根据权利要求1或5所述的汽车自动控制离合器，其特征在于所述单片机PWM输出通过专门的电机驱动电路-H全型桥驱动电路，驱动芯片采用美国顶公司生产的典型的增强型FET MOS功率驱动管。
7.根据权利要求1或5所述的汽车自动控制离合器，其特征在于所述单片机，其中离合器分合、输出驱动和主程序几个部分，利用中断不断采集车速和发动机转速信号，输出驱动根据采集得到的速度信号，根据需要进行的操作查表分配输出PWM应该在这个时候的占空比，最后将PWM信号送至输出驱动模块来驱动离合器驱动电机，同时注意到电机的机械惯性，在程序中做了相应的保护措施保证电机状态的正确准时切换。
8.根据权利要求7所述的汽车自动控制离合器，其特征在于所述离合器分合、输出驱动和主程序，具体为首先利用定时器定时，然后利用中断定时采集车速，根据实际实验过程将时间定为500ms，然后判断采集得到的车速，如果少于4，判定现在车辆刚好起步过程； 在起步过程中离合器结合速度需要用转速来确定，而在行驶过程中则需要用车速来确定； 判定好起步还是行驶后，要确定现在是不是需要刹车，或者离合器转到了限位位，如果确定有刹车信号或者限位信号则离合器不需要再结合，而应该快速分离；如果没有到达则表明应该结合，结合速度根据实验得到了不同的数值，再对照通过中断采集到的转速或者车速换算成不同的占空比去控制离合器驱动电机来结合；这是一个完整的过程，在程序设计中成为死循环，有利的死循环，这个过程从上电后就不停地进行，不停地采集转速和车速，然后判断是起步还是行驶，接着采取不同的结合分离策略，整个过程周而复始地进行，从而完成整个系统运行的控制。
全文摘要
本发明公开一种汽车自动控制离合器，包括单片机、传感器、驱动电机，其中所述传感器实时采集汽车车速、转速等信号，并将这些信号传送给单片机；所述单片机接收到这些传感器信号后，在需要提速、加油或者刹车时，会根据内置程序对控制离合器的电机发出指令来驱动电机从而实现离合器的平稳分合。所述单片机控制离合器的分合速度。本发明将踏板的功能集成在换挡手柄上，不再需要专门用左脚去踏踏板，只要按动换挡手柄上的按钮就可以轻松换挡，离合器分合非常平稳，换挡也简单化。
文档编号B60K23/02GK102401041SQ201010274679
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者沈诗文 申请人:沈诗文