李亞東,張兵,陳文廣
(中原工學(xué)院機(jī)電學(xué)院,河南 鄭州 450000)
相對(duì)于自動(dòng)擋汽車來(lái)說(shuō),新手容易誤把油門當(dāng)剎車,而手動(dòng)擋汽車因?yàn)橛须x合的控制因此較少發(fā)生。但手動(dòng)擋汽車油離配合需要技術(shù),比自動(dòng)擋汽車操縱難度大。傳統(tǒng)的手動(dòng)檔汽車在換擋時(shí)都是需要踩離合器踏板,使離合器總成中的壓盤與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪分離而中斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳輸,接著再通過(guò)變速器的操縱檔桿進(jìn)行換擋操作。而自動(dòng)擋汽車采用無(wú)級(jí)變速,發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞不需要離合器踏板的參與就能實(shí)現(xiàn),從而取消了離合器踏板的設(shè)置。自動(dòng)擋汽車行駛時(shí)無(wú)需踩離合,不用像手動(dòng)擋汽車一樣頻繁的換擋。
對(duì)于新手來(lái)說(shuō),自動(dòng)擋汽車相對(duì)于手動(dòng)擋汽車來(lái)說(shuō)更容易上手。而手動(dòng)擋汽車行駛時(shí)需要頻繁踩離合換擋,并且換檔操作不當(dāng)可能會(huì)熄火、“打齒”等。兩者相比較來(lái)說(shuō),手動(dòng)擋汽車更省油、成本低,從駕駛的樂趣上說(shuō)更有“駕駛感”。于是既可以不踩離合踏板又能夠像手動(dòng)擋一樣去駕駛的需求就有了。在這樣的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了自動(dòng)離合器。電控自動(dòng)離合器是在原手動(dòng)變速箱的基礎(chǔ)上加裝的電控離合,由電控離合取代離合器踏板的功用。自動(dòng)離合器通過(guò)多種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車的各工作參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的接合與分離?,F(xiàn)在自動(dòng)離合器的安裝是在不改變?cè)嚱Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將離合器踏板與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的地方改為自動(dòng)離合器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接。
結(jié)合自動(dòng)擋汽車不用換擋的便利和手動(dòng)擋汽車安全性高的優(yōu)點(diǎn),要求能夠簡(jiǎn)化手動(dòng)擋汽車的換擋過(guò)程。自動(dòng)離合器能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)擋汽車行駛中松開油門即自動(dòng)轉(zhuǎn)入滑行狀態(tài),踩下油門則自動(dòng)轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)行駛狀態(tài),達(dá)到“開車不用踩離合”的目的[1]。但自動(dòng)離合器無(wú)法識(shí)別手動(dòng)擋汽車常見的“半離合”狀態(tài),尤其是在低速行駛、倒車時(shí),自動(dòng)離合器只能在摩擦片“全結(jié)合”的情況下通過(guò)踩剎車來(lái)增大拖行阻力達(dá)到減速目的。這增大了摩擦片的負(fù)荷,加劇磨損,使離合器壽命縮短。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在560轉(zhuǎn)上下波動(dòng)時(shí),自動(dòng)離合器會(huì)不斷地分離、接合,頻繁的離、合使摩擦片迅速發(fā)熱,縮短離合器壽命[2]。一旦自動(dòng)離合器失靈,動(dòng)力無(wú)法切斷,換擋時(shí)會(huì)出現(xiàn)“打齒”現(xiàn)象,甚至打壞齒輪箱。裝有自動(dòng)離合器的手動(dòng)擋汽車雖然能夠達(dá)到取消離合器踏板的目的,但加速了對(duì)離合器摩擦片的磨損,縮短了離合器使用壽命。
為了既能夠滿足上述需求又能彌補(bǔ)自動(dòng)離合器存在的不足,筆者在查閱了大量的文獻(xiàn)資料之后,提出了本課題的新型離合器操縱裝置設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)可有效解決既能取消離合器踏板功能、簡(jiǎn)化換擋過(guò)程,又不會(huì)加速離合器摩擦片磨損的問題。此設(shè)計(jì)與自動(dòng)離合器最大的不同就是只采用壓力傳感器,只接受外界壓力信號(hào),將離合器踏板的功能集成在換擋桿上。同時(shí)用手動(dòng)控制代替了原有的離合器踏板腳動(dòng)控制的功能,離合器的分離、接合仍然是人為操作,即不用踩離合也有效彌補(bǔ)了自動(dòng)變速器的不足之處,簡(jiǎn)化換擋過(guò)程。
汽車離合器總成設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間,其主要作用是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞與中斷,對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性有著不小的影響。目前在汽車上廣泛應(yīng)用的是摩擦離合器。摩擦離合器由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)組成,主要依靠主、從動(dòng)部分的摩擦來(lái)傳遞和中斷動(dòng)力[3]。手動(dòng)擋汽車的摩擦離合器操縱機(jī)構(gòu)主要包括分離叉、分離軸承、離合器踏板、傳動(dòng)部件等。傳統(tǒng)的摩擦離合器是完全依靠人力驅(qū)動(dòng)的,為了方便操縱,在操作方式上又出現(xiàn)了電磁離合器、液壓離合器以及用于自動(dòng)擋汽車的液力耦合器等。
1.2.1 汽車離合器應(yīng)用分類
離合器的工作原理主要是主動(dòng)部分和從動(dòng)部分之間借助摩擦面的摩擦作用,或用液體作為傳動(dòng)介質(zhì)(如液力耦合器),或依靠磁力傳動(dòng)傳遞轉(zhuǎn)矩[4]。離合器應(yīng)能滿足主從動(dòng)部分之間既能分離又能接合,且在傳動(dòng)過(guò)程中允許兩部分相互轉(zhuǎn)動(dòng)。
(1)電磁離合器
電磁離合器控制離合器的接合與分離是依靠線圈的通斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電磁離合器可分為干式單片電磁離合器、干式多片電磁離合器、磁粉離合器、濕式單片摩擦離合器、濕式多片電磁離合器等。
電磁離合器的工作方式又分為:通電結(jié)合與斷電結(jié)合。
對(duì)于干式單片電磁離合器,離合器處于接合狀態(tài)時(shí)線圈通電產(chǎn)生磁力吸引“銜鐵”片;離合器處于分離狀態(tài)時(shí),線圈斷電“銜鐵”因自身彈力彈回。
干式多片電磁離合器與濕式多片電磁離合器工作原理大致相同,主要區(qū)別在于濕式多片電磁離合器工作時(shí)必須有冷卻液冷卻,且摩擦副增多,同等體積下轉(zhuǎn)矩比干式單片電磁離合器大。
(2)摩擦離合器
目前應(yīng)用比較廣泛的是應(yīng)用壓緊彈簧的摩擦離合器,而手動(dòng)擋汽車中應(yīng)用的摩擦離合器大部分屬于干式摩擦離合器。摩擦離合器按從動(dòng)盤數(shù)目分為單盤式、雙盤式、多盤式。與干式摩擦離合器相區(qū)別的是濕式摩擦離合器,濕式摩擦離合器需要浸在冷卻液中以便于散熱,濕式摩擦離合器一般采用多盤式。采用多個(gè)螺旋彈簧作為壓緊裝置,將彈簧沿壓盤圓周分布的離合器稱為周布彈簧離合器,而采用斜置彈簧作為壓緊裝置的稱為斜置彈簧離合器,以膜片彈簧作為壓緊機(jī)構(gòu)的摩擦離合器稱為膜片彈簧離合器。
(3)液力耦合器
液力耦合器由泵輪和渦輪組合而成,通過(guò)油液傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩,其外殼與泵輪連為一體,屬于主動(dòng)件;渦輪屬于從動(dòng)件[5]。當(dāng)主動(dòng)件泵輪轉(zhuǎn)速較低時(shí),渦輪不能被帶動(dòng),主動(dòng)件與從動(dòng)件處于分離狀態(tài);當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速足夠高時(shí),渦輪會(huì)被帶動(dòng),此時(shí)主動(dòng)件與從動(dòng)件之間處于接合狀態(tài)。手自一體的汽車可采用液力耦合器與變速箱的組合,能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。
如上所述,目前廣泛使用的離合器主要包括摩擦離合器、液壓離合器、電磁離合器、液力變矩器、自動(dòng)變速器等,而自動(dòng)離合器雖然是一種比較新的離合器操縱裝置,但在摩擦片使用壽命上尚需完善。筆者在查閱了大量的離合器相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)多種類型的離合器特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上,設(shè)計(jì)新型的離合器操縱裝置,為今后的研究提供參考。
汽車離合器總成設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間,其主要作用是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞與中斷。目前在汽車上廣泛應(yīng)用的是摩擦離合器。離合器總成如圖1所示。
傳統(tǒng)的離合器以人力驅(qū)動(dòng),為了方便操縱又出現(xiàn)了電磁離合器、液壓離合器等,通過(guò)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制離合器的接合與分離。筆者主要在這一操縱過(guò)程中設(shè)計(jì)出一種使用方便、安全可靠、實(shí)用的新型離合器操縱裝置,使其更滿足人們的需求。
圖1 摩擦離合器結(jié)構(gòu)圖
實(shí)際駕駛中,相對(duì)于自動(dòng)擋汽車來(lái)說(shuō),新手容易誤把油門當(dāng)剎車,而手動(dòng)擋汽車因?yàn)橛须x合的控制因此較少發(fā)生。這也是在人機(jī)工程學(xué)中的操縱裝置設(shè)計(jì)要考慮的因素,提高了汽車行駛安全性。但手動(dòng)擋汽車油離配合需要技術(shù),相比自動(dòng)擋汽車操縱難度大。傳統(tǒng)的手動(dòng)檔汽車在換擋時(shí)都是通過(guò)踩離合器踏板,使離合器總成中的壓盤與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪分離而中斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳輸,接著再通過(guò)變速器的操縱檔桿進(jìn)行換擋操作。自動(dòng)擋汽車采用無(wú)級(jí)變速,發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞不需要離合器踏板的參與就能實(shí)現(xiàn),從而取消了離合器踏板的設(shè)置。自動(dòng)擋汽車行駛時(shí)無(wú)需踩離合,不用像手動(dòng)擋汽車一樣頻繁的換擋。
就目前來(lái)說(shuō),離合器作為傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的媒介,其相關(guān)技術(shù)基本趨于成熟。但對(duì)于自動(dòng)擋汽車與手動(dòng)擋汽車在操縱裝置方面的結(jié)合仍有很大的發(fā)展空間。自動(dòng)離合器作為在這一領(lǐng)域的突破,雖然同時(shí)結(jié)合了自動(dòng)擋的便利與手動(dòng)擋的穩(wěn)定,但摩擦片易磨損,尚有不足之處。對(duì)于手動(dòng)擋汽車在不改變?cè)嚱Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,既能簡(jiǎn)化換擋步驟,又不會(huì)有自動(dòng)離合器的一些缺點(diǎn)才是理想狀態(tài)。
結(jié)合這些特點(diǎn),設(shè)計(jì)一種集離合器操縱與變速器操縱與一體的新型離合器操縱裝置,主要是在汽車換擋桿這一部分,一個(gè)壓力傳感器布置在檔桿正上方,另外四個(gè)壓力傳感器均勻布置在檔桿四周,這樣可以保證駕駛員的手完全接觸到壓力傳感器,使壓力信號(hào)更易被接收。為了實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的接收與傳遞,選用集信號(hào)接收、編碼、發(fā)射模塊于一體的微控制器[6]。微控制器內(nèi)置于換擋桿內(nèi)部,以鋰電池作為供電電源。換擋桿正上方設(shè)計(jì)成可拆卸式,便于拆卸檢測(cè)。設(shè)計(jì)了該離合器操縱裝置,并驗(yàn)證這種新型離合器操縱裝置的可行性、可靠性與穩(wěn)定性,為今后手動(dòng)擋汽車在離合器操縱與變速器操縱結(jié)合方面提供一種可行性。
結(jié)合自動(dòng)擋汽車不用換擋的便利和手動(dòng)擋汽車安全性高的優(yōu)點(diǎn),要求能夠簡(jiǎn)化手動(dòng)擋汽車的換擋過(guò)程,使這一裝置滿足使用方便、安全可靠、更加實(shí)用的要求。
手動(dòng)擋汽車換擋時(shí)一定會(huì)接觸到換擋桿,而在換擋之前需要保證離合器主從動(dòng)部分的接合與分離。決定離合器主從動(dòng)部分接合與分離的操縱裝置是離合器踏板,因此可以把離合器踏板的功能集成在換擋桿上,實(shí)現(xiàn)離合器、變速器同時(shí)手動(dòng)操作,對(duì)離合器的控制由腳動(dòng)變?yōu)槭謩?dòng),簡(jiǎn)化換擋步驟,便于操作控制,且該設(shè)計(jì)成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、對(duì)原車結(jié)構(gòu)改動(dòng)較少??梢圆捎脡毫鞲衅鹘邮振{駛員手施加在換擋桿上的壓力這一物理量,通過(guò)電阻-電壓轉(zhuǎn)換模塊,將壓力信號(hào)裝換為相應(yīng)的電壓值,再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸給微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最后將處理的數(shù)字量經(jīng)微控制器傳輸給汽車離合器控制單元,由其控制離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu),最終完成整個(gè)換擋操縱過(guò)程。
如上所述,壓力傳感器可選用壓阻式力傳感器,再配以相應(yīng)的模塊與微控制器,理論上就能滿足其設(shè)計(jì)需求。
該離合器操縱裝置采用的半導(dǎo)體壓阻式力傳感器,其半導(dǎo)體材料具有良好的壓阻效應(yīng)和彈性,同時(shí)具有體積小、質(zhì)量小、測(cè)量靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),得以廣泛應(yīng)用[7]。但半導(dǎo)體材料制成的壓力傳感器溫度特性較差,壓阻效應(yīng)易受溫度環(huán)境的影響。
一般情況下,半導(dǎo)體壓阻式力傳感器是由四只可變電阻橋接成惠斯頓電橋。當(dāng)受到外力作用時(shí),可變電阻阻值會(huì)發(fā)生變化,輸出電壓;在不受外力作用時(shí)輸出電壓為零,稱為零位輸出電壓[8]。但如果傳感器周圍的溫度發(fā)生變化,即使沒有外力作用,零位輸出也將隨之變化。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到溫度漂移這一因素的影響。
本章先介紹了與離合器相關(guān)的背景技術(shù),在目前已知的離合器優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析該設(shè)計(jì)的可行性和優(yōu)越性,并對(duì)壓阻式力傳感器存在的若干問題進(jìn)行討論。該設(shè)計(jì)在一定程度上提高了汽車的操縱性和簡(jiǎn)便性,因此設(shè)計(jì)一套新型離合器操縱裝置對(duì)自動(dòng)擋汽車與手動(dòng)擋汽車的結(jié)合是十分有意義的。
本文旨在設(shè)計(jì)一套能夠簡(jiǎn)化換擋步驟、提高操作性、解放體力的離合器操縱裝置,主要涉及內(nèi)容如下:首先選擇傳感器與微控制器;設(shè)計(jì)新型離合器操縱裝置的總體布局結(jié)構(gòu);對(duì)新型離合器操縱裝置的防誤觸功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算;對(duì)裝置可能存在的問題提出解決方案。
該離合器操縱裝置各功能部件的選型主要包括壓力傳感器、微控制器及相關(guān)模塊。壓力傳感器種類繁多,又要求所需壓力傳感器體積要小。根據(jù)工作原理,一般可選的壓力傳感器包括:應(yīng)變式力敏傳感器、壓阻式力敏傳感器、電容式力敏傳感器[9]。對(duì)微控制器的選型一般選擇性價(jià)比高的微控制器,為方便功能擴(kuò)展和調(diào)試,微控制器的I/O口數(shù)應(yīng)該略多于系統(tǒng)功能所需的個(gè)數(shù)。以下分別進(jìn)行討論說(shuō)明。
3.1.1 壓力傳感器的選用
(1)應(yīng)變式力敏傳感器
應(yīng)變式力敏傳感器是以電阻應(yīng)變片為傳感元件的一種傳感器。電阻應(yīng)變片作為一種傳感元件,可以將應(yīng)變發(fā)生的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。當(dāng)受到外力時(shí),應(yīng)變材料的外形會(huì)發(fā)生改變。測(cè)試時(shí)可將應(yīng)變片粘貼在被測(cè)元件的表面上,隨著元件受力發(fā)生形變,應(yīng)變片也產(chǎn)生同樣的變形,從而使其電阻值發(fā)生變化。
(2)壓阻式力敏傳感器
(3)電容式力敏傳感器
電容式力敏傳感器采用電容敏感元件制成,其工作原理是利用電容變化將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電量輸出,通過(guò)測(cè)量電路即可輸出與壓力呈一定關(guān)系的電信號(hào)。這種壓力傳感器具有較高動(dòng)態(tài)響應(yīng),不易受環(huán)境因素影響。
圖2 RFP-611薄膜壓力傳感器
應(yīng)變式力敏傳感器是通過(guò)彈性元件發(fā)生的形變和位移來(lái)測(cè)量的,但這種傳感器一般體積較大、具有非線性輸出,且因本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)問題,不適合該裝置中壓力傳感器的選用。半導(dǎo)體壓力傳感器利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)和彈性特性,具有體積小、靈敏度高、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用廣泛,更適用于該設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)選用的壓力傳感器是由宇博智能科技有限公司開發(fā)研制的RFP-611薄膜壓力傳感器,見圖2。RFP薄膜壓力傳感器由兩片很薄的聚酯薄膜組成,兩片薄膜內(nèi)表鋪設(shè)導(dǎo)體及半導(dǎo)體。當(dāng)外力作用在傳感點(diǎn)上時(shí),其阻值會(huì)隨著外界壓力呈規(guī)律變化:壓力為零時(shí)阻值最大,壓力越大阻值越小。RFP薄膜壓力傳感器可對(duì)任何接觸面的壓力進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量,薄膜壓力傳感器將施加在傳感器感應(yīng)區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào),然后根據(jù)壓力-電阻的標(biāo)定關(guān)系曲線獲得外界所施加壓力的變化信息。在不同的地方放置傳感器點(diǎn),可以滿足不同的測(cè)量要求。同時(shí)由于該設(shè)計(jì)壓力傳感器的信號(hào)傳輸受溫度影響因素較小,因此只要設(shè)定壓力數(shù)值合理,可以忽略溫度漂移對(duì)傳感器信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?/p>
3.1.2 MCU的選擇
STM32是一個(gè)微控制器產(chǎn)品的總稱。文章中的微控制器選擇STM32F103ZET6,該MCU屬于STM32大容量產(chǎn)品,引腳數(shù)為144腳,具有512K字節(jié)的閃存存儲(chǔ)器。該設(shè)計(jì)中可在該微控制器的基礎(chǔ)上,增設(shè)外圍功能,以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在選擇MCU時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):
(1)在滿足設(shè)計(jì)中所需要的基本功能外,應(yīng)盡可能保證內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的空間要大,有利于軟件功能更好的實(shí)現(xiàn);
(2)I/O口應(yīng)略多于實(shí)際需要的數(shù)目,以便于增設(shè)其他的外設(shè);
(3)在產(chǎn)品成本可以接受的情況下,內(nèi)部RAM應(yīng)足夠大,以提高運(yùn)行效率。
含氟制劑的應(yīng)用對(duì)防止釉質(zhì)脫礦及促進(jìn)再礦化具有積極作用;有研究證實(shí),唾液中的礦物質(zhì)離子也可促進(jìn)釉質(zhì)的早期再礦化[1]。奧威爾脫敏劑含有生物活性成分,已被證實(shí)其具有再礦化及抑制釉質(zhì)脫礦的作用[2];綠茶也具有防齲的作用[3],且方便安全;碳酸氫鈉溶液可促進(jìn)早期齲的再礦化[4]。本研究旨在尋求日常生活中防止釉質(zhì)脫礦及再礦化更方便、經(jīng)濟(jì)、有效的方法,采用體外模擬口腔環(huán)境,探討綠茶浸提液、碳酸氫鈉液、多樂氟、奧威爾牙膏對(duì)釉質(zhì)再礦化的作用及脫礦抑制效果,以期為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。
本設(shè)計(jì)為了更好的實(shí)現(xiàn)其功能,故采用STM32F103ZET 6型號(hào)的微控制器。
本章主要對(duì)該設(shè)計(jì)所涉及的主要零部件的特點(diǎn)進(jìn)行分析并選擇合適的零部件,為設(shè)計(jì)做鋪墊。
筆者設(shè)計(jì)了一種新型離合器操縱裝置。在不取消原有離合器踏板,不改變汽車整體結(jié)構(gòu)的情況下該裝置將離合器踏板的功能集成在換擋桿上,如圖3所示。
圖3 新型離合器操縱裝置設(shè)計(jì)思路圖
如圖4是工作原理簡(jiǎn)圖,通過(guò)半導(dǎo)體壓阻式力傳感器、微控制器、電源、充電口實(shí)現(xiàn),汽車控制單元能夠根據(jù)壓力傳感器輸出的信號(hào)控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)離合器主、從動(dòng)部分的接合與分離。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)擋汽車不用踩離合器直接換擋,達(dá)到簡(jiǎn)化換擋步驟的目的。同時(shí)用手動(dòng)控制代替了離合器踏板的功能,彌補(bǔ)了自動(dòng)離合器的不足之處。
圖4 工作原理簡(jiǎn)圖
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處,為了既能夠簡(jiǎn)化手動(dòng)擋汽車換擋過(guò)程,又能彌補(bǔ)自動(dòng)離合器造成的離合器摩擦片過(guò)度磨損,結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題,本新型離合器操縱裝置應(yīng)用壓阻式力傳感器(見圖5、6)直接接收來(lái)自于駕駛員手上的壓力信號(hào),并通過(guò)微控制器將此信號(hào)傳遞給汽車控制單元,由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制離合器主從動(dòng)部分的接合與分離、實(shí)現(xiàn)手動(dòng)擋汽車不用踩離合直接換擋。這樣就能在保證安全的情況下簡(jiǎn)化換檔過(guò)程,解放人體勞動(dòng),使人機(jī)系統(tǒng)更加人性化。
圖5 壓阻式力傳感器
圖6 壓力傳感器內(nèi)部構(gòu)造圖
本新型離合器操縱裝置技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:在換擋桿殼體頂部布設(shè)第一壓力傳感器,在換擋桿殼體上部環(huán)向均勻布設(shè)第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器;在換擋桿殼體內(nèi)部安裝有微控制器,第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器均通過(guò)導(dǎo)線與微控制器連接,微控制器下方通過(guò)導(dǎo)線連接有電源,在電源對(duì)應(yīng)的換擋桿殼體的側(cè)壁上開設(shè)有槽口,槽口內(nèi)安裝有充電插口,充電插口與電源通過(guò)導(dǎo)線連接,其中1第一壓力傳感器,2第二壓力傳感器,3第三壓力傳感器,4第四壓力傳感器,5第五壓力傳感器,6微控制器,7電源,8充電插口,21換擋桿殼體。見圖7、圖8為該裝置主體結(jié)構(gòu)圖和側(cè)視圖。
圖7 新型離合器操縱裝置主體結(jié)構(gòu)圖
圖8 新型離合器操縱裝置側(cè)視圖
所述換擋桿殼體的下部殼體與換擋桿殼體的頂部殼體為分離式,換擋桿殼體的頂部殼體與換擋桿殼體的下部殼體之間通過(guò)螺絲固定連接。
相比于現(xiàn)有技術(shù),本新型離合器操縱裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):
該裝置能夠簡(jiǎn)化手動(dòng)擋汽車換擋步驟且造價(jià)低、易實(shí)現(xiàn)、操作穩(wěn)定??紤]到換擋時(shí)人手一定會(huì)接觸檔桿,直接通過(guò)壓阻式力傳感器把離合器踏板的功能集成到換檔桿上,簡(jiǎn)化換擋過(guò)程。通過(guò)把五個(gè)壓力傳感器分別布置在檔桿四周和上方的設(shè)計(jì),并且使換擋操作時(shí)只有駕駛員的手同時(shí)觸碰檔桿正上方的第一壓力傳感器和檔桿周圍的第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器中的任意一個(gè)時(shí),壓力信號(hào)才會(huì)傳遞給微控制器,然后經(jīng)微控制器輸出相應(yīng)的信號(hào)給離合器控制單元,再由離合器控制單元控制離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行離合器主從動(dòng)部分的接合與分離,從而簡(jiǎn)化了換擋操作,避免了誤觸檔桿造成的動(dòng)力中斷,壓力傳感器的布置形式見9。
圖9 壓力傳感器布置圖
筆者在參考了自動(dòng)擋汽車構(gòu)造與手動(dòng)擋汽車離合器的相關(guān)資料后,設(shè)計(jì)了一種在不影響駕駛體驗(yàn)與行駛安全性等各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)下可以有效簡(jiǎn)化手動(dòng)擋汽車換擋過(guò)程的一種新型離合器操縱裝置。在該設(shè)計(jì)中,將離合器操縱機(jī)構(gòu)集成在汽車變速器的換檔桿上。采用半導(dǎo)體壓阻式力傳感器取代離合器踏板的功能,實(shí)現(xiàn)傳感器—微處理器-汽車控制單元—執(zhí)行器的流程控制??紤]到汽車行駛時(shí)可能會(huì)誤觸檔桿上面的傳感器,故壓力傳感器的布置形式采用周布式。只有在同時(shí)觸碰兩個(gè)及兩個(gè)以上的傳感器時(shí),離合器主從動(dòng)部分分離的信號(hào)才會(huì)傳輸給控制單元。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是防止誤觸。該設(shè)計(jì)在不改變?cè)嚱Y(jié)構(gòu)、不影響摩擦片使用壽命、構(gòu)造簡(jiǎn)單緊湊的基礎(chǔ)上,最終達(dá)到了在手動(dòng)擋汽車中不用踩離合器踏板就能實(shí)現(xiàn)換擋操縱的目的,為以后的汽車離合器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
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