[发明专利]一种电机驱动的车辆自动离合器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆自动离合器操纵系统。更具体的，本发明涉及一种电机驱动的车辆离合器的自动操纵机构及其控制电路。采用电机-滚珠丝杠传动构成自动操纵机构，基于CAN总线构成操纵机构的控制电路。

背景技术

将手动变速箱离合器的操作自动化，便构成了自动离合器系统ACS(automatic clutch system)，亦称为EKM(Electronic Clutch Management)。自动离合器系统也被称为半自动变速器，它将车辆离合器的操纵自动化，但换档操作仍为驾驶员手动换档。自动离合器系统省却了驾驶员左脚的频繁工作，是一个最基本的车辆传动自动操纵系统。在自动离合器系统的基础上，可以构成电控机械式自动变速器AMT(Automated Manual Transmission)、干式双离合器变速器DCT(Dual Clutch Transmission)。混合动力车辆也广泛采用离合器来实现车辆换挡和模式切换等功能。

自动离合器的执行机构主要分液压和电动两种。液压驱动的自动离合器系统，需要电机泵、油箱、阀体等一套液压系统，系统构成较为复杂。例如宝马公司在1996年生产的M3车型就应用了这种离合器执行机构。国产奇瑞汽车也是通过增加一套电控液压装置实现离合器自动控制。尽管当前批量生产的离合器执行机构多数为液压驱动，随着电机及其驱动技术的发展，已不断涌现出各种电动的离合器执行机构。

电机驱动的离合器执行机构系统结构相对简单，常采用直流电机作为动力源，常用的机械减速机构包括蜗轮蜗杆传动和丝杠螺母。如南京奥联汽车电子电器有限公司申请的AMT执行机构的专利[CN 201827268U]就应用了蜗轮蜗杆。哈尔滨宏泰公司的离合器执行机构[CN2686905Y]采用的是丝杠螺母的结构。这两种传动机构结构简单，成本较低。然而他们共有的缺点是传动效率低，甚至不足50％。效率低影响离合器的响应速度，整车动态性能也因此受到限制。也就是说，虽然自动离合器系统已经产品化，但仍然有一些问题需要解决，主要表现在系统响应速度较慢，例如当前AMT车辆大油门起步和换挡的性能仍然与熟练驾驶员的操作有很大差距。

随着机械传动技术的发展，滚珠丝杠逐渐成为一种高效率、可用于高速重载场合的传动机构[CN 100427802C]，并且噪音水平降到很低。另一方面，汽车电子控制技术发展迅速，新的车型大多采用CAN(Controller Area Network)总线实现车辆内部控制器之间的通信。

发明内容

在这样的背景之下，本发明提供了一种新的汽车离合器的自动操纵系统。该系统采用传动效率高的滚珠丝杠作为减速机构，能够提高系统动态响应速度；基于CAN总线的控制电路实现发动机和驱动轮的数据的共享，降低了系统成本。

本发明的第一方面涉及一种用于车辆自动离合器的离合器操纵机构。与目前广泛采用的蜗轮蜗杆和丝杠螺母的机构不同，本操纵机构采用电机-滚珠丝杠传动机构。滚珠丝杠机械传动效率高，达到95％以上，这使电机功率充分发挥，可以提高离合器动作的响应速度。该操纵机构包含直流电动机，滚珠丝杠，推拉杆，位移传感器等零部件。

直流电动机的旋转运动通过滚珠丝杠转换为直线运动，通过推拉杆推动或拉动离合器，促使其分离或结合。推拉杆的行程由位移传感器检测出来，位移传感器可以采用霍尔式或者导电塑料的种类，保证位移传感器的精度和使用寿命。由于这个机械系统采用的滚珠丝杠机械传动效率高，因此响应很快，并且可以省去当前普遍采用的助力弹簧等复杂机构。

本发明的第二方面涉及一种基于CAN总线的离合器控制电路。离合器控制电路包含一个主控制器芯片MCU、H桥驱动电路、电流检测电路、5V电源稳压电路以及复位模块。离合器控制电路与车辆CAN总线、电动机、离合器位移传感器、换档杆位移传感器相连接。

离合器控制电路中的MCU通过CAN节点与车辆CAN总线联接，可以周期性地读取发动机转速信号、发动机力矩信号、油门踏板位置信号、以及制动信号、车轮轮速信号。MCU还通过换档杆位移传感器读取换档杆的位移信号，并以此判断驾驶员的换档意图和当前的档位信号。此外，离合器位移信号和电动机电流信号也分别通过离合器位移传感器和电流检测电路检测出来，并被返回送至MCU，从而为实现离合器控制提供必要信息。