王愛國(guó)

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009)

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一種手動(dòng)檔汽車安全起動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

王愛國(guó)1,2

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009)

根據(jù)汽車變速桿在選檔和掛檔時(shí)，操縱機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞路線，設(shè)置行程開關(guān)，通過行程開關(guān)的通、斷來反映變速桿所在位置；將換檔擺臂的行程開關(guān)和離合器踏板的行程開關(guān)接入起動(dòng)電路中，可以有效地防止起動(dòng)“竄車”問題。

手動(dòng)檔；行程開關(guān)；安全起動(dòng)

目前，手動(dòng)檔汽車無論換檔桿處于何種檔位，只要將點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)到起動(dòng)檔位，都能接通起動(dòng)電路使起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果此時(shí)汽車變速器處在前進(jìn)檔或倒檔位置的時(shí)候，將造成車輛竄動(dòng)現(xiàn)象，在現(xiàn)在停車位緊張和交通擁擠的情況下，前后車停車距離非常近，極易對(duì)本車、其他車輛或人員的安全造成危害，該現(xiàn)象在新手開車時(shí)更易發(fā)生。為了解決安全起動(dòng)問題，部分科技人員在換檔桿下方設(shè)計(jì)了檔位面板，然后在檔位面板槽中安裝傳感器，傳感器將檔位信號(hào)傳送到ECU，ECU結(jié)合離合器踏板位置開關(guān)，判斷是否給起動(dòng)機(jī)控制電路發(fā)出信號(hào)，從而避免起動(dòng)時(shí)“竄車”現(xiàn)象，從理論上較好地解決了起動(dòng)。但是這些設(shè)計(jì)都存在三個(gè)共同問題，第一個(gè)問題是設(shè)計(jì)的面板和位置傳感器較為復(fù)雜，需要添加較多的設(shè)備，不具有簡(jiǎn)潔性；第二個(gè)問題是需要在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元里面修改程序；第三個(gè)問題是當(dāng)設(shè)計(jì)的傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，即使離合器踏板已經(jīng)踩下或變速器處在空檔位置時(shí)，ECU沒有收到檔位傳感器信號(hào)，將造成起動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)現(xiàn)象。

1 手動(dòng)檔汽車換檔過程控制

手動(dòng)檔汽車換檔操縱過程基本相似，有選檔和換檔兩個(gè)步驟，具體見圖1和圖2。

圖1 手動(dòng)檔變速器操縱機(jī)構(gòu)示意圖(選檔)1-變速桿；2-機(jī)架；3-選檔換檔拉桿；4-選檔擺臂；5-拉桿；6-擺臂；7-選檔拉桿；8-選檔換檔軸；9-自鎖裝置；10-五檔撥叉；11-壓力彈簧；12-撥叉軸。Fig.1 Manual transmission operation schematicdiagram(optional)

圖2 手動(dòng)檔變速器操縱機(jī)構(gòu)示意圖(換檔)1-變速桿；2-選檔換檔拉桿；3-機(jī)架；4-銷軸；5-換檔擺臂；6-換檔拉桿；7-換檔選檔臂；8-選檔換檔軸；9-自鎖裝置；10-壓力彈簧；11-撥叉軸；12-五檔撥叉；13-擺臂Fig.2 Manual transmission operation schematicdiagram(shift)

當(dāng)汽車變速桿1在選檔時(shí)，操縱機(jī)構(gòu)最終帶動(dòng)選檔拉桿7作直線運(yùn)動(dòng)(如圖1所示)，當(dāng)汽車變速桿1進(jìn)入檔位的時(shí)候，操縱機(jī)構(gòu)最終帶動(dòng)換檔擺臂5和換檔選檔臂7作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(如圖2所示)，當(dāng)汽車變速桿在選檔(空檔位置)的時(shí)候，換檔擺臂5和換檔選檔臂7是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，只有變速桿進(jìn)入前進(jìn)檔或倒檔的時(shí)候，換檔擺臂5和換檔選檔臂7才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

選檔過程(圖1)：當(dāng)變速桿1在空檔晃動(dòng)時(shí)，也就是在選檔時(shí)，動(dòng)力傳遞路線是：變速桿1選檔→選檔換檔拉桿3轉(zhuǎn)動(dòng)→選檔擺臂4轉(zhuǎn)動(dòng)→拉桿5轉(zhuǎn)動(dòng)→選檔拉桿7直動(dòng)。

換檔過程(圖2)：當(dāng)變速桿1進(jìn)入前進(jìn)檔或倒檔的時(shí)候，動(dòng)力傳遞路線是：變速桿1換檔→選檔換檔拉桿3直動(dòng)→銷軸4轉(zhuǎn)動(dòng)→換檔擺臂5轉(zhuǎn)動(dòng)→換檔拉桿6直動(dòng)→換檔選檔臂7轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 手動(dòng)檔汽車安全起動(dòng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代的手動(dòng)檔變速器選檔操縱機(jī)構(gòu)基本上和圖1相似，而換檔操縱機(jī)構(gòu)基本上和圖2相似，在具體選檔的時(shí)候，圖2中的換檔擺臂5和換檔選檔臂7是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，而在變速桿1進(jìn)入前進(jìn)檔或倒檔的時(shí)候，圖2中的換檔擺臂5和換檔選檔臂7是左右轉(zhuǎn)動(dòng)的，綜上所述，可以在圖2的換檔擺臂5或者換檔選檔臂7的左右兩邊各設(shè)置一個(gè)行程開關(guān)，就能夠準(zhǔn)確反應(yīng)出變速桿是在檔位中，還是在空檔中。

另外，在離合器踏板下面再設(shè)置一個(gè)行程開關(guān)，根據(jù)行程開關(guān)的接通或斷開，反應(yīng)離合器踏板是否踩下，離合器是否處于分離狀態(tài)。

將以上反應(yīng)變速桿是否在檔位中的行程開關(guān)和離合器踏板行程開關(guān)接入起動(dòng)電路中，就能有效地防止起動(dòng)時(shí)“竄車”現(xiàn)象。

在進(jìn)行手動(dòng)檔汽車起動(dòng)防“竄車”設(shè)計(jì)之前，先分析一下汽車手動(dòng)檔的起動(dòng)過程，如圖3所示。

圖3 手動(dòng)檔汽車起動(dòng)控制電路1-電源；2-起動(dòng)機(jī)；3-搭鐵；4-起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)；5-搭鐵；6-起動(dòng)繼電器；7-搭鐵；8-控制單元；9-防盜繼電器；10-起動(dòng)開關(guān)Fig.3 Manual control circuit manual bus stop

當(dāng)起動(dòng)開關(guān)10閉合時(shí)，電源1經(jīng)起動(dòng)開關(guān)10、防盜繼電器9的線圈，將電送入到控制單元8，如果此時(shí)防盜系統(tǒng)正常，則控制單元8內(nèi)部形成斷路，不讓該電路搭鐵，形成不了回路，則防盜繼電器9的線圈沒有電流流過，防盜繼電器9的常閉觸點(diǎn)閉合，則電源1→起動(dòng)開關(guān)10→防盜繼電器9的常閉觸點(diǎn)→起動(dòng)繼電器6的線圈→搭鐵5，形成回路，由于起動(dòng)繼電器6的線圈有電流流過，則該繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，則電源1→起動(dòng)繼電器6的常開觸點(diǎn)(此時(shí)閉合)→起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的控制電路→起動(dòng)機(jī)2的內(nèi)部電路→搭鐵3，此時(shí)起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪伸出并和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪嚙合，并閉合控制機(jī)構(gòu)4內(nèi)部開關(guān)，則電源1→起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的控制電路→起動(dòng)機(jī)2的內(nèi)部電路→搭鐵3，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

為防止起動(dòng)時(shí)“竄車”現(xiàn)象，在圖3中的起動(dòng)繼電器6的常開觸點(diǎn)下面，加入了換檔左行程開關(guān)6、換檔右行程開關(guān)7、離合器行程開關(guān)8和應(yīng)急起動(dòng)開關(guān)5(如圖4所示)。

圖4 手動(dòng)檔汽車起動(dòng)防“竄車”控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1-電源；2-起動(dòng)機(jī)；3-搭鐵；4-起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)；5-應(yīng)急起動(dòng)開關(guān)；6-換檔左行程開關(guān)；7-換檔右行程開關(guān)；8-離合器行程開關(guān)； 9-搭鐵；10-起動(dòng)繼電器；11-搭鐵；12-控制單元；13-防盜繼電器；14-起動(dòng)開關(guān)Fig.4 Manual car starter“channe ling”preventioncontrol system design

圖4是手動(dòng)檔汽車起動(dòng)防“竄車”控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)變速器處于空檔位置時(shí)，換檔左行程開關(guān)6和換檔右行程開關(guān)7都是閉合的，當(dāng)閉合起動(dòng)開關(guān)14時(shí)，防盜系統(tǒng)正常時(shí)，防盜繼電器13沒有電流流過，則電源1→起動(dòng)開關(guān)14→防盜繼電器13的常閉觸點(diǎn)→起動(dòng)繼電器10的線圈→搭鐵9，形成回路，由于起動(dòng)繼電器10的線圈有電流流過，則該繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，則電源1→起動(dòng)繼電器10的常開觸點(diǎn)(此時(shí)閉合)→換檔左行程開關(guān)6(閉合)→換檔右行程開關(guān)7(閉合)→起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的控制電路→起動(dòng)機(jī)2的內(nèi)部電路→搭鐵3，此

時(shí)起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪伸出并和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪嚙合，并閉合控制機(jī)構(gòu)4內(nèi)部開關(guān)，則電源1→起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的控制電路→起動(dòng)機(jī)2的內(nèi)部電路→搭鐵3，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果變速器處于檔位中(前進(jìn)檔或倒檔)，則換檔左行程開關(guān)6和換檔右行程開關(guān)7中有一個(gè)將斷開，因而切斷了起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的電路，起動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)；此時(shí)，即使變速器處于檔位中，只要駕駛員踩下離合器踏板，則離合器行程開關(guān)8閉合，閉合起動(dòng)開關(guān)14，則電源1→起動(dòng)繼電器10的常開觸點(diǎn)(此時(shí)閉合)→離合器行程開關(guān)8(此時(shí)閉合)→起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的控制電路→起動(dòng)機(jī)2的內(nèi)部電路→搭鐵3，所以起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4有電流流過，起動(dòng)機(jī)也能起動(dòng)。通過在控制電路中加入換檔左行程開關(guān)6、換檔右行程開關(guān)7和離合器行程開關(guān)8，就可以有效地防止手動(dòng)檔汽車在起動(dòng)時(shí)“竄車”現(xiàn)象。

如果換檔左行程開關(guān)6、換檔右行程開關(guān)7和離合器行程開關(guān)8出現(xiàn)故障，造成汽車無法起動(dòng)的時(shí)候，在確保離合器踏板踩下或變速器在空檔時(shí)，可以將應(yīng)急起動(dòng)開關(guān)5人工閉合，當(dāng)閉合起動(dòng)開關(guān)14時(shí)，則電源1→起動(dòng)繼電器10的常開觸點(diǎn)(此時(shí)閉合)→應(yīng)急起動(dòng)開關(guān)5(此時(shí)閉合)→起動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)4的控制電路→起動(dòng)機(jī)2的內(nèi)部電路→搭鐵3，讓起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

3 總結(jié)

(1)從實(shí)際角度出發(fā)，深入理解汽車變速桿在選檔和掛檔時(shí)，操縱機(jī)構(gòu)的工作情況，然后根據(jù)換檔擺臂的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)置行程開關(guān)，通過行程開關(guān)的通、斷來反映變速桿所在位置；

(2) 將換檔擺臂的行程開關(guān)和離合器踏板的行程開關(guān)接入起動(dòng)電路中，可以簡(jiǎn)單而有效地防止起動(dòng)“竄車”問題；

(3)與3個(gè)行程開關(guān)并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)開關(guān)，確保在行程開關(guān)故障的時(shí)候，也能讓汽車起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

[1]王愛國(guó)，等.手動(dòng)擋汽車安全起動(dòng)系統(tǒng)[P]：中國(guó). ZL201520175654.8，2015-03-26.

[2]孟睿靈，等.解決手動(dòng)檔輕型汽車滑行高怠速的方法研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2014(2).

[3]時(shí)召喜.轎車手動(dòng)變速器換擋舒適性優(yōu)化研究[D]. 上海：上海工程技術(shù)大學(xué),2015.

Design of a manual vehicle safety starting system

WANG Ai-guo1,2

(1.Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu 241000，China；2.Hefei University of Technology, Hefei 230009，China)

According to the transmission route of the steering gear when the gear shift lever is selected and hung, the travel switches are Set. Through the travel switch on and off to reflect the location of the gear lever. The travel switch of the shift swing arm and the travel switch of the clutch pedal are connected in the starting circuit, the "Channeling car" problem can be effectively prevent.

Manual transmission；travel switch；safety starting

2016-01-08

安徽省優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目資助。

王愛國(guó)(1976-)，男，安徽合肥人，副教授、碩士。主要研究方向：車輛技術(shù)。

U461

A

1673-6125(2016)01-0014-03