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技术领域

本发明属于车辆控制技术领域,具体涉及一种汽车无动力滑行控制装置及其控制系统和 控制方法。

背景技术

汽车在无动力滑行时，司机不能控制离合器的离合状态，所以通常的做法是将变速箱的 档位换到空档，松掉油门，使汽车在无动力状态下滑行。在滑行过程中，驱动轮会带动传动 系统中的旋转部件旋转，变速箱、差速器高速旋转搅油时会消耗较大能量，发动机的低速旋 转也会损耗能量，汽车车辆的滑行距离会明显缩短，节油效果较差。

申请人曾申请名称为“一种双向可控式超越离合器”(申请号：201520054286.1)，该专 利申请的技术方案基于传统的滚柱式超越离合器进行设计，可实现正向单向超越、逆向单向 超越、双向超越以及双向楔合四种工作模式，实现动力从原动机到工作机的单向或双向传递。 其中，动力的单向传递模式下，能够使驱动轮与驱动轴脱连。

本发明不仅可用在传统的汽车上，还可以用在混合动力汽车，电动车等使用其它能源的 汽车上。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽车无动力滑行控制装置及其控制系统和控 制方法，对车辆无动力状态下滑行进行控制，进而实现减少对变速箱的损害以及节油等。本 发明技术方案如下：

一种汽车无动力滑行控制装置，包括传感器组件、控制器和执行机构，其中执行机构由 发动机启停装置和轮边可控式超越离合器组成，所述轮边可控式超越离合器主要由内圈8、 外圈1、电磁线圈13和控制机构10组成，所述内圈8上套置有保持架2，控制机构10外沿 端面上的楔爪9穿过保持架2端板上对应的开孔滑动安装在内圈8一侧；所述外圈1的内侧 面与内圈8外侧面形成楔形槽，其内依次安装有滚柱复位弹簧6、滚柱7和楔块3，所述滚 柱复位弹簧6顶靠在保持架2侧向间隔板上，楔块3与楔爪9接触连接，当控制机构10沿 轴向滑动时，通过楔爪9控制滚柱7和楔块2沿圆周方向运动，滚柱7在楔形槽内活动或锁 止。

所述传感器组件由发动机转速传感器、驱动轮转速传感器、加速踏板位置传感器以及变 速器挡位传感器组成，所述传感器分别与控制器相连接，控制器另一端分别与发动机启停装 置、变速箱以及轮边可控式超越离合器相连。

进一步，所述内圈1外侧和控制机构10内侧之间通过花键安装有铝圈12，所述控制机 构10内沿凹槽与铝圈12上对应的凹槽之间装有控制机构复位弹簧11，控制机构10与铝圈 12同步转动并沿轴向相对滑动。

进一步，所述电磁线圈13套置在轭铁14内，进而套置在控制机构10上，并通过通断 电控制控制机构10沿轴向滑动。

更进一步，所述传感器组件还包括还包括坡度传感器，所述坡度传感器与控制器相连。

一种档汽车无动力滑行控制装置的控制系统，包括传感器模块，控制模块以及执行模块。

所述传感器模块包括发动机转速传感器、驱动轮转速传感器、加速踏板位置传感器和变 速器挡位传感器，用于检测发动机转速、驱动轮转速、加速踏板位置以及变速器挡位；

所述控制模块包括控制器，用于接收传感器模块检测到的信号，并进行分析处理，进而 向发动机启停装置、变速箱以及轮边可控式超越离合器下达执行命令；

所述执行模块包括发动机启停装置和轮边可控式超越离合器，用于接收并执行控制模块 下达的执行命令。

进一步，所述传感器模块还包括坡度传感器，用以检测路面坡度。

一种汽车无动力滑行控制装置的控制方法，该方法通过松开和踩动加速踏板来实现无动 力滑行控制，具体方法如下：

当松开加速踏板时：

加速踏板位置传感器将检测到的信号发送至控制器，控制器处理信号，做出车辆不需要 动力驱动的判断，进而分别下达断油命令和通电命令给发动机启停装置和轮边可控式超越离 合器，使发动机将断油，可控式超越离合器分离，进而车轮与驱动轴分离，车辆开始无动力 滑行；

当踩动加速踏板时：

加速踏板位置传感器将检测到信号发送至控制器，控制器处理信号，做出车辆需要动力 驱动的判断，控制器向发动机启停装置下达启动命令，发动机启动，在控制器给轮边离合器 下达断电命令前，控制器将在驱动轮转速传感器、发动机转速传感器和变速器挡位传感器的 监测配合下控制发动机转速以及变速箱的档位，当驱动轴的转速达到驱动轮转速后，控制器 下达断电命令给轮边可控式超越离合器，离合器结合，驱动轴带动驱动轮，车辆正常行驶。

进一步，在所述当松开加速踏板时，在控制器下达断油命令和通电命令给发动机启停装 置和轮边可控式超越离合器之前，坡度传感器将检测到的信号发送至控制器，如检测到坡度 不小于安全界限值时，控制器无法下达进入无动力滑行状态的指令；如检测到坡度小于安全 界限值时，驱动轮转速传感器将检测到的车速信号发送至控制器，如检测到的车速不小于安 全界限值，控制器无法下达进入无动力滑行状态的指令，如检测到的车速小于安全界限值， 控制器继续分别下达断油命令和通电命令给发动机启停装置和轮边可控式超越离合器，进而 使车辆进入无动力滑行状态。

进一步，在车辆无动力滑行过程中，当控制器接收到驱动轮转速传感器检测到的车速不 小于安全界限值的信号时，控制器向发动机启停装置下达启动命令，发动机启动，在控制器 给轮边离合器下达断电命令前，控制器将在驱动轮转速传感器、发动机转速传感器和变速器 挡位传感器的监测配合下控制发动机转速以及变速箱的档位，当驱动轴的转速达到驱动轮转 速后，控制器下达断电命令给轮边可控式超越离合器，离合器结合，驱动轴带动驱动轮，车 辆正常行驶。

本发明不仅可用在传统的汽车上，还可以用在混合动力汽车，电动车等使用其它能源的 汽车上。

轮边可控式超越离合器的工作原理：

轮边可控式超越离合器通过电磁线圈的通、断电，实现控制机构的轴向滑动，进而控制 滚柱在楔形槽内的位置状态，当滚柱未处于楔紧状态时，内、外圈可相对自由旋转，此时无 动力传递；当滚柱处于被楔紧状态时，内、外圈被滚柱锁止而相对静止，外圈在内圈的带动 下旋转，实现动力的传递。

本发明的有益效果在于：

防止汽车滑行时损伤到变速箱，更重要的是能达到很好的省油效果。节约的能源主要来 自于发动机摩擦损耗的能量和变速箱、差速器高速旋转时的搅油损耗。

附图说明

图1：本发明工作原理框图；

图2：本发明安全滑行控制流程图；

图3：本发明各部件连接示意图；

图4：本发明在汽车无动力滑行时控制流程图；

图5：本发明在汽车有动力驱动时控制流程图；

图6：轮边可控式超越离合器的爆炸分解图；

图7：轮边可控式超越离合器正向轴向视图；

图8：轮边可控式超越离合器反向轴向视图；

图9：轮边可控式超越离合器电磁线圈断电时侧视图；

图10：轮边可控式超越离合器电磁线圈断电时径向剖视图；

图11：轮边可控式超越离合器电磁线圈通电时侧视图；

图12：轮边可控式超越离合器电磁线圈通电时径向剖视图

图13：轮边可控式超越离合器断电时控制机构控制滚柱示意图；

图14：轮边可控式超越离合器通电时控制机构控制滚柱示意图；

图15：轮边可控式超越离合器的保持架结构示意图；

图16：轮边可控式超越离合器与驱动轴和车轮的连接方式示意图。

1-外圈、2-保持架、3-楔块、4-滚柱、5-滚柱复位弹簧、6-滚柱复位弹簧、7-滚柱、8-内 圈、9-楔爪、10-控制机构、11-控制机构复位弹簧、12-铝圈、13-电磁线圈、14-轭铁、15-驱 动轴、16-车轮。

具体实施方式

如图1所示，一种汽车无动力滑行控制装置，包括传感器组件、控制器和执行机构，其 中，执行机构由发动机启停装置和轮边可控式超越离合器组成，传感器组件由发动机转速传 感器、驱动轮转速传感器、加速踏板位置传感器以及变速器挡位传感器组成，所述传感器分 别与控制器相连接，控制器另一端分别与发动机启停装置、变速箱以及轮边可控式超越离合 器相连。

下面将具体阐述轮边可控式超越离合器的结构及工作过程。

如图6、图7和图8所示，该轮边可控式超越离合器由外圈1、内圈8、保持架2、控制 机构10、四个控制机构复位弹簧11、铝圈12、线圈13、滚柱4和7、楔块3以及滚柱复位 弹簧5和6组成。

如图6-8所示，保持架2固定套置在内圈8上，使保持架2和内圈8以相同的速度旋转， 外圈1套置在保持架2上，能够相对于保持架2旋转，控制机构10、控制机构复位弹簧11 以及铝圈12安装在内圈8的一侧。

如图6所示，内圈8的外侧面为对称分布的平斜面，外圈1内侧面与内圈8外侧面之间 最近距离小于滚柱4、7直径，最远距离大于滚柱4、7直径，进而形成楔形槽，当滚柱4、 7位于该楔形槽空间空隙较大(外圈1内侧面与内圈8外侧面之间距离较远)位置时，滚柱 4、7不会被内外圈的相对运动楔紧；当滚柱4、7位于该楔形槽空间空隙较小(外圈1内侧 面与内圈8外侧面之间距离较近)位置时，柱4、7会被内外圈的相对运动楔紧。

如图6所示，控制结构10主体为圆形套筒，一端设有内沿和外沿，在其外沿的端面上， 平行于其轴线均匀地分布有相同的楔爪9，如图13和图14所示，楔爪9的爪头宽于爪根。 此外，在控制机构10的内圆周侧面壁上设有花键，内侧内沿上设有控制机构复位弹簧11的 安装凹槽。

如图15所示，保持架2为镂空的框架结构，其由两个端板和侧向的间隔板组成，在一 侧端板上分别开有方孔，该方孔的形状与楔爪9端面形状相匹配，控制机构10的楔爪9穿 过保持架2端板上的方孔，控制机构10外沿端面顶靠在保持架2的端板外侧。

如图6所示，控制机构复位弹簧11一端顶靠在控制机构10内沿的凹槽内，另一端顶靠 在铝圈12上对应的凹槽内，铝圈12内侧设有花键槽，外侧设有花键。而内圈8的一端外圆 周面上开有花键。铝圈12通过花键分别与内圈8以及控制机构10连接，且铝圈12与内圈 8之间为过盈配合，控制机构10套在铝圈12上，能相对于铝圈轴向移动，并随铝圈同速转 动。电磁线圈13套在轭铁14内，电磁线圈13和轭铁14固定在一起，轭铁14套置在内圈 12的外端沿上，轭铁14能够相对于内圈12旋转，但不能轴向运动。控制机构10能够相对 于电磁线圈13轴向运动和自由旋转，轭铁14固定在使用该单向可控离合器的机体上。对电 磁线圈13进行通、断电，控制机构10在电磁力的作用下，能够克服控制机构复位弹簧11 因弹性形变而产生的弹力，沿轴线方向滑动。

如图9-14所示，电磁线圈是按如下方式使控制机构做轴向运动：当电磁线圈13通电时， 控制机构10在电磁力的作用下向右运动，由于控制机构复位弹簧11一端顶靠在控制机构 10内测的凹槽内，另一端顶靠在铝圈12上对应的凹槽内，在控制机构10的带动下，控制 机构复位弹簧11由于受到压缩(向右压缩)而产生形变；当电磁线圈13断电时，此时电磁 力消失，控制机构复位弹簧11由于要恢复原状，其向左伸展，进而反过来带动控制机构10 向左运动，回到原来的位置。

如图10和图12所示，与上述保持架2及控制机构10相对应，有滚柱复位弹簧5、6， 滚柱4、7以及楔块3依次安装在保持架2内，由于该单向可控式离合器能够实现一个旋转 方向可控，另一个旋转方向不可控，所以在保持架2对称分布的凹槽内，复位弹簧5、6， 滚柱4、7，楔块3虽然对称分布，但不受控制机构10控制的那一组滚柱7不安装楔块3， 受控制机构10控制的滚柱4相对应的安装楔块3。其安装方式如下：

滚柱复位弹簧5一端顶靠在保持架2的间隔板上，另一端与滚柱4接触连接，滚柱4另 一侧与楔块3接触连接。另外一组滚柱7对称分布在隔板的另一侧，但不安装楔块3。

控制机构10对滚柱4的控制过程：

如图13所示，控制机构10的楔爪9爪头尺寸大于爪根，与之对应的楔块也是一头宽， 一头窄，其与楔块3的接触侧面为斜面，楔块3与楔爪9两斜面贴合接触；

如图11和图14所示，当控制机构10向右侧滑动时，楔爪9的爪头逐渐向楔块3较宽 端移动，楔爪9与楔块3在圆周方向上的尺寸之和变大，由于既有空间固定，楔块3轴向固 定在保持架2内，不会发生轴向移动，只能沿径向移动，即克服滚柱复位弹簧5的弹力作用 推动滚柱4移动，滚柱4向楔形槽空间较大处移动；

如图9和图13所示，当控制机构10向左运动恢复初始状态，楔块3、滚柱4在滚柱复 位弹簧5的弹力作用下向楔形槽空间较小处移动；

轮边可控式超越离合器工作过程如下：

1、离合器分离状态

此时车辆处于无动力滑行状态，滑行时车轮转速高于驱动轴(外圈转速高于内圈)。

电磁线圈14通电。如图11所示，控制机构10在电磁力的作用下克服控制机构复位弹 簧11的弹力向右侧移动，如图12和图14所示，控制机构10上的楔爪9相对于楔块3向右 运动，楔块3和滚柱4克服复位弹簧5的作用移动到楔形槽空间空隙大的一端。

如图12所示，外圈1逆时针旋转，滚柱4处于楔形槽空间空隙大的一端，即滚柱4不 会被楔紧。不受控制机构10控制的滚柱7会克服滚柱复位弹簧6的弹力滚动到楔形槽空间 大的一端，也不会被楔紧。即外圈1逆时针旋转时滚柱4、7将不会锁止内外圈的相对运动， 内圈8将不会旋转，无法传递动力。所以，此工作状态下外圈1逆时旋转不能传递动力到内 圈8。

2、离合器结合状态

此时驱动轴与车轮连接，车辆处于正常驱动状态。

电磁线圈14断电。如图9所示，控制机构10不受电磁力作用，在控制机构复位弹簧11 的作用下紧靠在保持架2上，如图10和13所示，楔爪9和楔块3对齐的处于楔形槽空间空 隙小的一端，此时楔爪9不会推动楔块3，滚柱4在滚柱复位弹簧5的作用下处于楔形槽空 间空隙小的一端。滚柱7在滚柱复位弹簧6的作用下处于楔形槽空间空隙小的一端。

如图10所示，当内圈8顺时针旋转时，受控制机构10控制的滚柱4受摩擦力的作用被 楔紧于楔形槽空间小的一端。即内圈8顺时针旋转时滚柱4会将内外圈的相对运动锁止，从 而带动外圈1顺时针旋转，传递动力。同理，当内圈8逆时针旋转时，不受控制机构10控 制的滚柱7受摩擦力的作用会被楔紧于楔形槽空间小的一端。即内圈8逆时针旋转时滚柱7 会将内外圈的相对运动锁止，从而带动外圈1逆时针旋转，传递动力。

外圈1顺时针旋转时，不受控制机构10控制的滚柱7受摩擦力的作用会被楔紧于楔形 槽空间小的一端。即外圈1顺时针旋转时滚柱7会将内外圈的相对运动锁止，从而带动内圈 8顺时针旋转，传递动力。当外圈1逆时针旋转时，受控制机构10控制的滚柱4受摩擦力 的作用会被楔紧于楔形槽空间小的一端。即外圈1逆时针旋转时滚柱4会将内外圈的相对运 动锁止，从而带动内圈8逆时针旋转，传递动力。即这种工作模式下，内外圈无法相对旋转。

如图16所示，上述轮边可控式超越离合器安装在驱动轴与车轮之间，驱动轴15与内圈 8固定连接，车轮16与外圈1固定连接，基于如上工作模式，控制驱动轴与车轮的离合。

如图1所示，上述一种汽车无动力滑行控制装置的控制系统构成如下：

主要包括传感器模块，控制模块以及执行模块，

所述传感器模块包括发动机转速传感器、驱动轮转速传感器、加速踏板位置传感器和变 速器挡位传感器，用于检测发动机转速、驱动轮转速、加速踏板位置以及变速器挡位；

所述控制模块包括控制器，用于接收传感器模块检测到的信号，并进行分析处理，进而 向发动机启停装置、变速箱以及轮边可控式超越离合器下达执行命令；

所述执行模块包括发动机启停装置和轮边可控式超越离合器，用于接收并执行控制模块 下达的执行命令。

此外，所述传感器模块还包括坡度传感器，用以检测路面坡度。

上述一种汽车无动力滑行控制装置的控制方法如下：

该方法通过松开和踩动加速踏板来实现无动力滑行控制，具体过程如下：

如图4所示，当松开加速踏板时：

当行进中的汽车不需要驱动力时，驾驶员松开加速踏板，此时加速踏板位置传感器检测 到此信号，并将该信号传给控制器，控制器处理信号，做出车辆不需要动力驱动的判断，分 别下达断油命令和通电命令给发动机启停装置和轮边可控式超越离合器，此时，发动机将断 油，驱动轴转速下降，驱动轴转速低于驱动轮转速；可控式超越离合器分离，车轮与驱动轴 分离，车辆开始无动力滑行。

如图5所示，当踩动加速踏板时：

驾驶员踩下加速踏板，加速踏板位置传感器检测到信号，传递给控制器，控制器处理信 号，做出车辆需要动力驱动的判断，控制器给发动机下达启动命令，发动机启动。由于滑行 过程中驱动轴转速下降甚至停止，在控制器给轮边离合器下达结合命令前，控制器将在驱动 轮转速传感器、发动机转速传感器和变速器挡位传感器的监测配合下控制发动机转速以及变 速箱的档位来匹配当前车速，当驱动轴的转速达到驱动轮转速后，控制器下达断电命令给轮 边可控式超越离合器，离合器结合，驱动轴带动驱动轮，车辆正常行驶。

此外，如图2所示，本控制方法还包含车辆滑行时的安全保障措施：

坡度检测：坡度传感器实时的监测道路的坡度，当道路坡度大于安全滑行坡度时，无动 力滑行系统将无法启动。具体过程为：在所述当松开加速踏板时，在控制器下达断油命令和 通电命令给发动机启停装置和轮边可控式超越离合器之前，坡度传感器将检测到的信号发送 至控制器，如检测到坡度不小于安全界限值I时，控制器无法下达进入无动力滑行状态的指 令；如检测到坡度小于安全界限值I时，驱动轮转速传感器将检测到的车速信号发送至控制 器，如检测到的车速不小于安全界限值V，控制器无法下达进入无动力滑行状态的指令，如 检测到的车速小于安全界限值V，控制器继续分别下达断油命令和通电命令给发动机启停装 置和轮边可控式超越离合器，进而使车辆进入无动力滑行状态。

速度检测：当加速滑行时，滑行速度加速到安全滑行速度上限，系统将强行启动发动机， 并将轮边离合器结合；滑行速度限制，车辆滑行前的速度超过安全滑行速度时，车辆将无法 无动力滑行。具体过程为：在车辆无动力滑行过程中，当控制器接收到驱动轮转速传感器检 测到的车速不小于安全界限值V的信号时，控制器向发动机启停装置下达启动命令，发动 机启动，在控制器给轮边离合器下达断电命令前，控制器将在驱动轮转速传感器、发动机转 速传感器和变速器挡位传感器的监测配合下控制发动机转速以及变速箱的档位，当驱动轴的 转速达到驱动轮转速后，控制器下达断电命令给轮边可控式超越离合器，离合器结合，驱动 轴带动驱动轮，车辆正常行驶。