專利名稱：一種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實用新型屬于車輛自動變速技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，特別是指一種用于汽車動力源傳遞動カ的變速傳動裝置，適用于配置手動變速器產(chǎn)品各種車型，也可應(yīng)用于其他需要以變速方式傳遞動カ的場合。
背景技術(shù)：
手動變速器(MT)產(chǎn)品、液力自動變速器(AT)產(chǎn)品、機(jī)械自動無級變速器(CVT)和機(jī)械自動變速器(AMT)都是汽車廣泛應(yīng)用的變速器。MT產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡単、傳動效率高、エ藝技術(shù)難度小、制造成本低、維修費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，但是MT產(chǎn)品使用存在著駕駛員操縱離合器與變速換擋頻繁、易造成駕駛員的疲勞；同時，對于非熟練的駕駛員，易造成換擋運(yùn)行エ況不穩(wěn)定，使汽車啟動不平順、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化突然、易對傳動系統(tǒng)造成沖擊，難以滿足人們對汽車運(yùn)行舒適性的要求。AT產(chǎn)品和CVT產(chǎn)品實現(xiàn)了汽車自動換擋，但是AT產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動效率低、エ藝技術(shù)難度大、制造成本高、維修費(fèi)用多。CVT產(chǎn)品舒適性較好，具有無級變速功能，但傳動效率相對于MT較低，但是和AT產(chǎn)品ー樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、エ藝技術(shù)難度大、制造成本高、維修費(fèi)用多。AMT保留了原手動變速器總成的絕大部分機(jī)構(gòu)，只是將其手動變速的操縱機(jī)構(gòu)用自動操縱機(jī)構(gòu)所取代，生產(chǎn)繼承性好，改造成本低，見效快，并且通過軟件的優(yōu)化設(shè)計可以全面提高車輛的使用性能。因此，世界各大汽車公司和一些科研院校都在進(jìn)行此項技術(shù)的研究和開發(fā)工作。因AMT具有較高的性價比，汽車市場對AMT的需求不斷増加。早在20世紀(jì)60年代，歐洲的一些汽車公司就開始了 AMT技術(shù)的研究工作，20世紀(jì)80年代開發(fā)出第一代AMT產(chǎn)品，并首先裝配在商用車輛上進(jìn)行嘗試。AMT技術(shù)的日益成熟使車輛在復(fù)雜多變條件下的換擋品質(zhì)和起步性能進(jìn)ー步提高。應(yīng)用AMT技術(shù)的商用汽車越來越受到好評，裝配AMT的車型不斷增多，改裝成本不斷降低，達(dá)到了用戶可以接受的程度，市場對AMT的需求開始增加。從20世紀(jì)90年代開始，美國、德國生產(chǎn)的ー些商用汽車開始使用AMT。目前,AMT在美國和歐洲已實現(xiàn)了商品化,商用汽車上裝配AMT的比例正在逐步增カロ。這些AMT產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上大同小異，都是在原定軸式機(jī)械變速器的基礎(chǔ)上加裝替代人工手動換擋的電子控制操縱機(jī)構(gòu)，但由于設(shè)計理念的不同，其性能有所差異。如BENZ公司的Sprint shift, DANA和TTC公司合作開發(fā)生產(chǎn)的AMT-7，Eaton Fuller機(jī)械式自動變速器Auto Shift, Siemens Electronics 開發(fā)的 AMT 和 ZF 公司的 AMT 等。我國從20世紀(jì)80年代初就開始了 AMT技術(shù)的研究工作，并取得了一系列成果?！鞍?五”期間，“電控機(jī)械式自動變速箱”被列為國家火炬預(yù)備計劃，“九.五”期間，它的研究、開發(fā)和產(chǎn)品化被列為國家“九.五”科技攻關(guān)項目。國內(nèi)開展AMT技術(shù)研究的単位和它們的產(chǎn)品特點(diǎn)。從汽車自動變速技術(shù)的發(fā)展趨勢和市場需求來看，要真正提高國產(chǎn)汽車的擋次和市場競爭力，開發(fā)具有高技術(shù)含量和滿足不同使用要求的換代產(chǎn)品，推廣應(yīng)用AMT技術(shù)是最佳的途徑。我國的AMT技術(shù)經(jīng)過20年的研究已經(jīng)具有我國完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，現(xiàn)以完成產(chǎn)業(yè)花的前期準(zhǔn)備階段，產(chǎn)品成熟，市場發(fā)展前景看好，其經(jīng)濟(jì)利潤空間是不可估量的。因此建議汽車產(chǎn)品上采用AMT變速動カ組合技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有傳統(tǒng)機(jī)械自動變速器在車輛換擋時沖擊較大，且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是，一種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，包括數(shù)據(jù)和信號采集裝置、選換擋裝置、變速器控制單元和機(jī)械變速器本 體，所述的變速器控制單元的信號輸入端連接數(shù)據(jù)和信號采集裝置，變速器控制單元的信號輸出端連接選/換擋裝置，所述的選換擋裝置和變速器控制單元安裝于機(jī)械變速器本體上，所述的機(jī)械變速器本體為手動變速器，還包括磁粉離合器，所述的變速器控制單元的信號輸出端連接磁粉離合器，所述的磁粉離合器安裝于機(jī)械變速器本體上。所述的ー種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，所述的磁粉離合器包括主動部分和被動部分，磁粉離合器的主動部分連接發(fā)動機(jī)的飛輪，磁粉離合器的被動部分連接變速器的輸入軸。所述的ー種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，所述的數(shù)據(jù)和信號采集裝置包括分別與變速器控制單元通信連接的變速器輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、選擋位置傳感器、換擋位置傳感器、以及用于采集選擋器位置信號、加速踏板信號、制動踏板信號和通過CAN總線接收來自發(fā)動機(jī)控制單元和ABS控制單元的信號的電路。本實用新型的技術(shù)效果在于，采用磁粉離合器替代干式離合器和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故簡化了結(jié)構(gòu)，且適應(yīng)性強(qiáng)，可以直接在原手動變速箱上進(jìn)行改進(jìn)，技術(shù)條件成熟，成本低；磁粉離合器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的，由于磁粉離合器具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系、響應(yīng)速度快、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)，較傳統(tǒng)機(jī)械自動變速器控制更加易于控制，最大限度的減少車輛換擋沖擊；使用本裝置，使得汽車變得操縱簡單，易于駕駛，有利于減少汽車排放，提高車輛的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)ー步說明。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的數(shù)據(jù)和信號采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型磁粉離合器的安裝示意圖；圖4為本實用新型磁粉離合器內(nèi)部電流與油門踏板關(guān)系線形圖；其中I為發(fā)動機(jī)飛輪，2為變速器輸入軸，3為磁粉離合器。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括數(shù)據(jù)和信號采集裝置、選換擋裝置、變速器控制單元和機(jī)械變速器本體，變速器控制單元的信號輸入端連接數(shù)據(jù)和信號采集裝置，變速器控制單元的信號輸出端連接選/換擋裝置，選換擋裝置和變速器控制單元安裝于機(jī)械變速器本體上，機(jī)械變速器本體為手動變速器，還包括磁粉離合器，變速器控制單元的信號輸出端連接磁粉離合器，磁粉離合器安裝于機(jī)械變速器本體上。參見圖2，本實用新型的數(shù)據(jù)和信號采集裝置包括分別與變速器控制單元通信連接的變速器輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、選擋位置傳感器、換擋位置傳感器、以及用于采集選擋器位置信號、加速踏板信號、制動踏板信號和通過CAN總線接收來自發(fā)動機(jī)控制單元和ABS控制単元的信號的電路。參見圖3，本實用新型的磁粉離合器3包括主動部分和被動部分，磁粉離合器3的主動部分連接發(fā)動機(jī)飛輪1，有較大的轉(zhuǎn)動慣量，可存儲動能，內(nèi)置激磁線圈，利用滑環(huán)和碳刷，通電后產(chǎn)生連接磁鏈傳動轉(zhuǎn)矩，磁粉離合器3的被動部分連接變速器輸入軸2。兩部分 通過軸承滑動連接，可相對轉(zhuǎn)動，形成空轉(zhuǎn)分離狀態(tài)。磁粉室內(nèi)裝定量的可以磁化的鋼微粒粉末(磁粉)，它的物理性能穩(wěn)定，未通電時，磁粉被離心カ甩貼在磁粉室外側(cè)，離合器為分離狀態(tài)，通電磁化后產(chǎn)生“磁鏈”，連接主動部分和被動部分，用來傳遞發(fā)動轉(zhuǎn)矩，磁粉的粘結(jié)カ特性正比于電流值，電流越大，磁鏈數(shù)目越多，結(jié)合強(qiáng)度越大，傳遞轉(zhuǎn)矩也越大。變速器控制單元通過采集上述信號進(jìn)行磁粉離合器的控制，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制，駕駛意圖判斷，選換擋裝置的電機(jī)控制等，根據(jù)各種エ況的需要，自動調(diào)節(jié)磁粉離合器激磁線圈中的電流大小和導(dǎo)通時間，來控制發(fā)動機(jī)傳遞轉(zhuǎn)矩，同時控制選換擋裝置來進(jìn)行變速器換擋操作。本實用新型在行駛過程中，變速器電控單元(TCU)根據(jù)傳感器實時采集的駕駛員操縱參數(shù)信息(油門踏板、制動踏板、擋位選擇器開關(guān)等)和車輛的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息(通過CAN總線與發(fā)動機(jī)ECU通信，了解油門踏板開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩等信號，與ABS控制単元通信來判定路面信息和車速)，進(jìn)行綜合判斷和處理，按照控制器中存儲的控制規(guī)律，發(fā)出控制指令。借助于相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、磁粉離合器、發(fā)動機(jī)控制單元等)，對車輛的動カ傳動系統(tǒng)(發(fā)動機(jī)、磁粉離合器、變速器換擋裝置)進(jìn)行聯(lián)合操縱，使變速器處在相應(yīng)的最佳擋位，從而達(dá)到車輛的加速或減速的目的。對于磁粉離合器的控制，變速器控制單元提供磁粉離合器的工作電流，直接操控激磁線圈通斷電流的大小，鋼粉室的磁粉，不通電時在離心カ的作用下，松散地貼合于磁粉室外側(cè)，為空轉(zhuǎn)分離狀態(tài)，通電后，在磁場中快速凝固由松散狀態(tài)豎起呈鏈狀，變?yōu)椤肮腆w”狀態(tài)，在磁場中形成“磁鏈”，把主動部分和被動部分連鎖在一起，磁粉的粘結(jié)カ特性正比于電流值，電流越大，磁鏈的數(shù)目越多，接合強(qiáng)度越大，傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。變速器控制單元根據(jù)判斷的エ況，主動調(diào)節(jié)激磁線圈中電流的大小和導(dǎo)通的時間來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。本實用新型為ー種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，其克服了現(xiàn)有的MT、AT、CVT和傳統(tǒng)AMT的不足，將現(xiàn)代電子控制技術(shù)用于機(jī)械變速器和磁粉離合器，使變速器和離合器操縱自動化，以人機(jī)工程學(xué)為基礎(chǔ)，通過電子控制，實現(xiàn)最佳的離合器結(jié)合和變速器換擋，具體工作原理是由變速器控制單元實時采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、車速、擋位、磁粉離合器電流等信號，再根據(jù)這些信號來控制磁粉離合器、選擋/換擋裝置和發(fā)動機(jī)，實現(xiàn)汽車的自動換擋；其應(yīng)用實質(zhì)是為汽車駕駛員配備ー個換擋機(jī)械人，適用于配置MT產(chǎn)品的中小型轎車；其操作簡單，易于駕駛，有利于提高車輛的安全性、舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性。本實用新型適用于配置MT產(chǎn)品各種車型。[0027]由于磁粉離合器具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性，有效的散熱裝置及其負(fù)載特性，控制功率小和快速響應(yīng)特性等優(yōu)點(diǎn)，是ー種多用途、性能優(yōu)越的自動控制元件。通過改變其激磁電流的大小可以任意調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)矩的大小，響應(yīng)速度快，使得變速器控制單元更易于控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的傳遞，較傳統(tǒng)機(jī)械自動變速 器的離合器控制更加簡單，換擋沖擊得到最大限度的降低。與傳統(tǒng)機(jī)械自動變速器相比，該變速器利用磁粉離合器替代了干式離合器和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，減輕了裝備質(zhì)量，傳動效率高，容易實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的平衡增長，無起步發(fā)抖憋病，起步、加速及換擋性能、傳動系過載保護(hù)性能良好；主、被動部件不接觸，無磨損之慮，更無調(diào)整部位；傳統(tǒng)式的摩擦式離合常見故障不再發(fā)生，如分離接合不好、響應(yīng)遲滯，磨損嚴(yán)重等；磁粉離合器具有故障率低、使用壽命長，無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)。參見圖4，本實用新型通過油門踏板開度，轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器等信號，使變速器控制單元有了對道路狀態(tài)及發(fā)動機(jī)エ況的感知能力和邏輯分析能力，了解駕駛員的意圖，實現(xiàn)人腦和電腦的隨機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)變速器換擋的智能控制。下面是幾個エ況的簡單舉例說明I.起動運(yùn)轉(zhuǎn)エ況節(jié)氣門位置傳感器信號=0，車速信號=0，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號< 250r/min，離合器斷電分離空轉(zhuǎn)；2.怠速熱起工況節(jié)氣門位置傳感器信號=0，車速信號=0,600r/min <發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號< 800r/min,離合器斷電分離空轉(zhuǎn)；3.起步加速エ況節(jié)氣門位置傳感器信號> O,車速信號=O,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號> 800r/min,離合器激磁電流從小到大，平穩(wěn)起步加速，直到完全結(jié)合為止；4.減速滑行エ況節(jié)氣門位置傳感器信號=0，車速信號較高，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號反拖較高，離合器適時斷電分離，防止發(fā)動機(jī)熄火；5.傳動系過載保護(hù)エ況節(jié)氣門位置傳感器信號=0，車速信號較高，600r/min <發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號< 800r/min，有制動信號，車速信號明顯下降，離合器斷電分離保護(hù)。
權(quán)利要求1.一種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，包括數(shù)據(jù)和信號采集裝置、選換擋裝置、變速器控制單元和機(jī)械變速器本體，所述的變速器控制單元的信號輸入端連接數(shù)據(jù)和信號采集裝置，變速器控制單元的信號輸出端連接選/換擋裝置，所述的選換擋裝置和變速器控制單元安裝于機(jī)械變速器本體上，所述的機(jī)械變速器本體為手動變速器，其特征在于，還包括磁粉離合器，所述的變速器控制單元的信號輸出端連接磁粉離合器，所述的磁粉離合器安裝于機(jī)械變速器本體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，其特征在于，所述的磁粉離合器包括主動部分和被動部分，磁粉離合器的主動部分連接發(fā)動機(jī)的飛輪，磁粉離合器的被動部分連接變速器的輸入軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)和信號采集裝置包括分別與變速器控制單元通信連接的變速器輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、選擋位置傳感器、換擋位置傳感器、以及用于采集選擋器位置信號、加速踏板信號、制動踏板信號和通過CAN總線接收來自發(fā)動機(jī)控制單元和ABS控制單元的信號的電路。
專利摘要本實用新型公開了一種基于磁粉離合器的全電式機(jī)械自動變速器，包括數(shù)據(jù)和信號采集裝置、選換擋裝置、變速器控制單元、機(jī)械變速器本體和磁粉離合器，本實用新型的技術(shù)效果在于，采用磁粉離合器替代干式離合器和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故簡化了結(jié)構(gòu)，且適應(yīng)性強(qiáng)，可以直接在原手動變速箱上進(jìn)行改進(jìn)，技術(shù)條件成熟，成本低；磁粉離合器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞轉(zhuǎn)矩的，由于磁粉離合器具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線性關(guān)系、響應(yīng)速度快、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)，較傳統(tǒng)機(jī)械自動變速器控制更易于控制，能減少車輛換擋沖擊；使用本裝置，使得汽車變得操縱簡單，易于駕駛，有利于減少汽車排放，提高車輛的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號B60K17/02GK202402614SQ20112053763
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者魏英俊 申請人:長豐集團(tuán)有限責(zé)任公司