一种FSAE赛车自动升挡系统和自动升挡方法与流程

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种新型fsae赛车自动升挡系统。

背景技术：

由美国车辆工程师学会于1979年开办的fsae(formulasae)国际学生方程式赛车，在国际上被视为是“学界的f1方程式赛车”。比赛过程要求各参赛队伍按照赛事规则和赛车制造标准，在一年的时间内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车，能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。其中一项动态项目为75米直线加速，该系统特别针对此动态项目开发。

传统赛车在75米直线加速比赛中由车手进行升挡控制，由于每个挡位的最佳升挡时机不同，加上车手控制的不确定性，导致最终成绩的不可预测性。通过使用自动升挡系统，可以由程序精确控制升挡的时刻，并且有反馈系统作为检测，进一步保证了升挡的成功率与效率，可以极大程度地提高赛车的直线加速能力。由于避免了人为升挡控制的不确定性，在每次对赛车参数进行调整后，可以更加准确的得到调整的反馈，对赛车的调教可以提供很大的帮助。

专利cn108869724a采用了一种电动舵机为执行机构的自动换挡装置，并有升挡断火策略辅助升挡，但是缺少换挡成功的辅助检测以精确控制切断动力的时间。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是提出了一种新型fsae赛车自动升挡系统，辅助车手自动进行升挡控制，提升了换挡的效率与成功率，缩短了换挡的反应时间，对每次调教对照的稳定性提升有很大帮助。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种fsae赛车自动升挡系统，包括：自动升挡开关、单片机控制电路、汽车ecu、挡位传感器、储气装置、控制开关、电池；

所述电池为自动升挡系统供电，所述单片机控制电路与汽车ecu建立数据连接；所述储气装置的出气端设置有气动管路，其通过减压阀和控制开关连接至气缸；自动升挡开关与单片机控制电路的信号输入端连接；

自动升挡开关送自动升挡信号至单片机控制电路，所述单片机控制电路从汽车ecu中读取当前转速和挡位的信号；所述单片机控制电路将当前转速与预设的换挡转速进行对比，若当前转速达到了预设的换挡转速，则单片机控制电路发送控制信号使得所述控制开关打开，储气装置中的高压气体通过减压阀进入气缸以使得换挡拉杆移动换挡。

在一较佳实施例中：还包括挡位传感器、轮速传感器和曲轴转速传感器，其分别与单片机控制电路建立数据连接。

在一较佳实施例中：所述单片机为带有can总线功能的单片机，型号为stm32f1；所述单片机控制电路与汽车ecu之间采用can通讯建立数据连接。

在一较佳实施例中：所述曲轴转速传感器为霍尔传感器或磁电传感器；所述轮速传感器为霍尔传感器或磁电传感器。

在一较佳实施例中：所述挡位传感器的触发位置设置在换挡鼓在换挡成功时才能达到的极限位置。

在一较佳实施例中：还包括一显示屏，用以显示当前自动升挡系统状态与转速挡位信号。

在一较佳实施例中：所述自动升挡开关为单刀双掷开关，避免单个开关选择信号可能出现的干扰。

本发明还提供了一种fsae赛车自动升挡系统的自动升挡方法，包括如下步骤：

1)打开自动升挡开关。

2)单片机控制电路从ecu读取到当前转速与挡位信号；

3)单片机控制电路将当前转速与预设的换挡转速进行对比；若当前转速达到了预设的换挡转速，则进入步骤4；

4)单片机控制电路发出控制信号，由ecu进行动力的切断，并将控制开关打开，储气装置中的高压气体通过减压阀进入气缸以使得换挡拉杆移动换挡；

5)挡位传感器检测换挡是否成功，并且单片机控制电路根据轮速传感器和曲轴转速传感器发送的数据计算传动比；

6)若挡位传感器检测换挡成功，并且传动比达到了目标挡位的传动比，则换挡成功；所述单片机控制电路发出控制信号，由ecu结束动力的切断。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.整体结构简单，可靠性高，制造容易，成本低，具有很好的推广价值。

2.当最大程度发挥赛车动力性能时，每一挡位的换挡转速都不同，采用该新型自动升挡系统，可以由程序控制在不同挡位检测不同目标转速进行升挡控制，提升整车的动力性。

3.单片机运行速度快，极大程度地避免了达到目标转速后传统手动控制方式在车手反应时间方面浪费的时间，可以实现更快的响应。

4.升挡执行机构完成升挡动作后，有反馈程序对执行情况进行检测，防止升挡失败，提高了换挡的可靠性与成功率。

附图说明

图1是本发明优选实施例中fsae赛车自动升挡系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中fsae赛车自动升挡系统的工作流程图。

图中：1-自动升挡开关，2-显示屏，3-电缆，4-单片机控制电路，5-汽车ecu，6-减压阀，7-压缩气瓶，8-电磁阀，9-电池，10-气动管路，11-气缸，12-挡位传感器，13-轮速传感器，14-曲轴转速传感器。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明：

如图1所示，fsae赛车自动升挡系统，包括：自动升挡开关1、单片机控制电路4、汽车ecu5、挡位传感器12、储气装置、控制开关、电池9；本实施例中，储气装置为压缩气瓶7，控制开关为电磁阀8。

所述电池9通过电缆3为自动升挡系统供电，所述单片机控制电路4与汽车ecu5建立数据连接；所述压缩气瓶7的出气端设置有气动管路10，其通过减压阀6和电磁阀8连接至气缸；自动升挡开关1与单片机控制电路4的信号输入端连接；

本实施例中，还包括挡位传感器12、轮速传感器13和曲轴转速传感器14，其分别与单片机控制电路4建立数据连接。

所述单片机为带有can总线功能的单片机，型号为stm32f1；所述单片机控制电路4与汽车ecu5之间采用can通讯建立数据连接。

所述曲轴转速传感器14为霍尔传感器或磁电传感器；所述轮速传感器13为霍尔传感器或磁电传感器。

所述挡位传感器12的触发位置设置在换挡鼓在换挡成功时才能达到的极限位置。

还包括一显示屏2，用以显示当前自动升挡系统状态与转速挡位信号。

所述自动升挡开关1为单刀双掷开关，避免单个开关选择信号可能出现的干扰。

该自动升挡控制系统与整车电控、数据采集系统紧密结合，由电池9为整套系统供电，由安全固定在车架上的压缩气瓶7中的压缩气体作为传动介质，利用减压阀6调节压缩气瓶7输出压力，从而可为气缸提供充足动力，气缸利用高压气体作为动力推动换挡拉杆进行升挡操作，气路的通断及方向由4单片机控制电路4控制电磁阀8执行阀芯的移动。

气动换挡具体实施方式：先将压缩气瓶7充满足够压力的气体，调节调压阀输出压力为0.6mpa，此时电磁阀8控制气动管路10使得气缸与压缩气瓶7断开；当单片机控制电路4判定要执行升挡操作，单片机控制电路4会控制电磁阀8阀芯移动，使得气缸与压缩气瓶7联通，高压气体进入气缸中推动换挡拉杆0.2s，随后电磁阀8移动到另一位置泄压0.05，最后电磁阀8阀芯回到初始断开气缸与压缩气瓶7联通的位置，完成一次升挡操作。

自动升挡系统控制逻辑：如图2所示，系统供电后会先将当前转速、挡位等信号采集到单片机控制电路4，并在显示屏2显示，随后对自动升挡开关1的状态进行检测，如果自动升挡开关1状态为关，将回到检测信号的状态，如果自动升挡开关1状态为开，单片机控制电路4将对采集到的转速信号与当前挡位的目标换挡转速进行比较，如果两者数据匹配，就会发出控制信号到汽车ecu5切断动力输出，同时控制电磁阀8操纵压缩气瓶7输出气体推动换挡拉杆完成升挡动作；执行完毕后单片机控制电路对挡位传感器的触发和传动比进行检测，两者必须同时满足条件，其中一者判定为换挡失败即会立刻进行重复升挡操作。

当挡位传感器触发且传动比变为目标挡位的传动比，则判定升挡成功，单片机控制ecu恢复汽车动力，并继续持续检测转速与控制开关信号，为下一次升挡做好准备。所述传动比的计算方法为根据曲轴转速与赛车轮速进行计算。

以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。