[发明专利]手动挡汽车离合器半联动自动控制机构、行程计算方法及执行步骤

权利要求书

1.一种手动挡汽车离合器半联动自动控制机构，其特征在于，所述的手动挡汽车离合器半联动自动控制机构包括：离合器控制机构和半联动行程自动控制机构；

所述的半联动行程自动控制机构包括：曲轴位置传感器(1)、车速传感器(2)、节气门位置传感器(3)、档位信号(4)、离合器位置传感器(5)、系统开关(6)、系统电脑(7)和离合器半联动控制电机(8)；

所述的曲轴位置传感器(1)采用原车元件，装于曲轴上，用以检测曲轴实时位置，并通过数据线传送给系统电脑(7)；

所述的车速传感器(2)采用原车元件，装于变速器上，用于检测车速，并通过数据线传送给系统电脑(7)；

所述的节气门位置传感器(3)采用原车元件，装于节气门上，用于检测节气门状态，并通过数据线传送给系统电脑(7)；

所述的档位信号(4)通过数据线将所需升、降档位信号传送给系统电脑(7)；

所述的离合器位置传感器(5)装于离合器踏板杆(11)上，用于检测离合器踏板杆(11)所处位置，并通过数据线传动给系统电脑(7)；

所述的系统开关(6)装于中控台上；

所述的系统电脑(7)装于仪表台内，通过导线与离合器控制机构相连接；

所述的离合器控制机构包括：离合器半联动控制电机(8)、推杆(9)和凸轮(10)；

所述的离合器半联动控制电机(8)为步进电机，装于离合器踏板杆(11)侧部的车辆主体结构上，并通过导线与系统电脑(7)相连接；

所述的推杆(9)一端与离合器半联动控制电机(8)的输出轴相连接，另一端装有凸轮(10)；离合器半联动控制电机(8)和推杆(9)可带动凸轮(10)旋转及前进和后退，插入或退出离合器踏板杆(11)的前端。

2.一种手动挡汽车离合器半联动自动控制机构的行程计算方法，其特征在于，所述的手动挡汽车离合器半联动自动控制机构的行程计算方法包括：摩擦片与压盘的转速比计算方法和离合器踏板角度自动控制算法；

所述的摩擦片与压盘的转速比计算方法为：

S21、设压盘转速即发动机转速为V_E，所处变速器档位的速比为n₁,在行车过程中，离合器处于结合状态，设离合器摩擦片转速为V_C，变速器输出轴速度为V_T，则有：

V_E＝V_C＝n₁×V_T

S22、若此时车辆加速升档，踩下离合器踏板，离合器分离，断开动力输出，升档，变速器速比改变为n₂，此时离合器摩擦片的转速应该为：

V'_C＝V_T×n₂

S23、在升档过程中，随着档位增加，速比减小，所以有此时要实现平顺的结合，就要使得发动机转速下降到接近V_C’，离合器结合瞬间，速度越接近，过程越平顺；

S24、减速降档的过程中，随着档位增加，速比减小，所以有此时要实现平顺的结合，就要使得发动机转速提升到接近V_C’，离合器结合瞬间，速度越接近，过程越平顺；

S25、半联动自动控制时，以发动机瞬时转速，离合器摩擦片瞬时转速，档位信号作为基本参考，通过二者的瞬时转速比和不同档位的速比，来自动控制离合器踏板的位置变化，当转速比为1时，实现离合器的完全结合，实现半联动的自动控制；

所述的离合器踏板角度自动控制算法，具体算法如下：

S31、设半联动开始离合器半联动起点(B)与离合器最低点(A)之间角度为θ₁，离合器半联动终点(C)与离合器最低点(A)之间角度为θ₂，控制过程即将离合器踏板角度由θ₁变化到θ₂；

S32、控制输入量即给定初始值θ₁，控制输出目标值θ₂，设偏差为e(t)，控制规律u(t)为：

式中，K_p为比例系数，T_i为积分时间常数，T_d为微分时间常数；K_i＝K_p/T_i，为积分系数；K_d＝K_p×T_d，为微分系数；

对上式进行拉普拉斯变换，得到PID控制器的传递函数为：

S33、通过调整参数K_p、T_i、T_d，在发动机与离合器摩擦片速度变化过程中可实现离合器的半联动位置角度的控制；

S34、K_p为比例系数，起到比例作用，使得控制器的输入输出成比例关系，为了尽量减小偏差，同时也为了加快响应速度，缩短调节时间，就需要增大K_p，当车辆起步时，压盘与摩擦片的转速差大，需要缓慢接合来控制半联动的稳定性，这时相对于车辆行驶中的各个工况K_p的选取就稍小一些，来控制接合完成的时间；

S35、T_i为积分时间常数，起到积分作用，它的引入有利于消除稳态误差，但使系统的稳定性下降；尤其在大偏差阶段的积分往往会使系统产生过大的超调，调节时间变长，在离合器踏板控制中，我们要将调节输出控制在目标值以下，不允许出现超调的现象，所以T_i的选取应从小开始，不宜过大；

S36、T_d为微分时间常数，起到微分作用，它的引入使系统能够根据偏差变化的趋势做出反应，适当的微分作用可加快系统响应，有效地减小超调，与积分作用互补，改善系统的动态特性，增加系统的稳定性。

3.一种手动挡汽车离合器半联动自动控制机构的执行步骤，其特征在于，所述的手动挡汽车离合器半联动自动控制机构的执行步骤为：

S41、开启系统开关：

需要自动控制离合器半联动时，先开启系统开关，检测各传感器工作正常，如果关闭系统开关，离合器踏板恢复到手动控制模式；

S42、踩下离合器踏板：

离合器踏板踩到底，即离合器最低点(A)位置；

S43、数据传送：

曲轴位置传感器(1)、车速传感器(2)、节气门位置传感器(3)、档位信号(4)和离合器位置传感器(5)将各自信号通过数据线传送给系统电脑(7)；

S44、数据运算分析：

将S43步骤中得到的各数据通过计算得出：摩擦片与压盘的转速比和半联动过程离合器踏板角度；

S45、发出指令：

系统电脑向离合器控制机构发出开启指令；开启离合器半联动控制电机(8)，向离合器半联动控制电机(8)发出推进距离、转动速度；

S46、离合器半联动自动控制；

松开离合器踏板，离合器踏板由离合器最低点(A)速移到离合器半联动起点(B)，离合器半联动起点(B)与凸轮(10)相抵触，凸轮(10)转动离合器踏板由离合器半联动起点(B)上移到离合器半联动终点(C)，完成离合器半联动，凸轮(10)由离合器半联动终点(C)处退回，离合器踏板由离合器半联动终点(C)自由升至离合器踏板最高位置(D)。