自動離合器

自動離合器系統，也叫自動離合器控制系統，是為手動擋車輛開發的獨立系統，通過機械、電子、液壓自動控制離合器的分離和結合。在不改變原車變速器和離合器結構的基礎上，加裝獨立的微電腦控制離合器分離組合系統，達到“手動擋車輛不用踩離合器踏板”的效果。

1886年，世界上第一輛汽車在發動機和傳動系統之間采用皮帶傳動，通過張緊器將皮帶放松或收緊，實現動力傳遞的中斷或接通。這是最早的離合器。20世紀30年代出現了最簡單的自動離合器——真空自動離合器，由與油門踏板聯動的控制閥和作用在真空伺服機構上的進氣管負壓來操縱，如1932年加載的普利茅斯自動離合器。

離心式離合器是20世紀40年代提出的，即當發動機超過一定轉速時，離合器接合，汽車自動啟動，1957年在歐洲投入實際使用。五六十年代出現了電磁粉末自動離合器，利用交流發動機與發動機轉速成正比的電壓特性，逐漸增大傳遞扭矩，平穩起步。20世紀80年代以來，隨著電子技術的飛速發展，微型計算機產品不斷更新，性能價格比不斷提高，為汽車自動化提供了堅實的物質基礎。一種新型的自動離合器系統進入汽車領域:由ECU控制的離合器已應用于部分汽車上，使手動變速器換擋的重要步驟離合器自動、及時地完成，簡化了駕駛員的操縱。

根據執行機構動力源的不同，自動離合器可分為電控-氣動、電控-液壓和電控-電動三種。根據操縱機構的不同，自動離合器可分為機械馬達自動離合器和液壓自動離合器兩種。自動離合器主要由傳感器、ECU、執行器三部分組成。其工作原理是控制計算機根據車輛的行駛狀態，包括車速、轉速、油門開度、制動、換擋等信息，結合駕駛員的意圖，以最佳的時間和速度控制離合器驅動機構，使離合器快速分離和平穩結合，達到平穩舒適的起步和換擋，同時可以避免空油和熄火。自動離合器可以減輕駕駛疲勞，降低駕駛難度，減少離合器摩擦片磨損，節省燃油，但同時也存在換擋時不如自動變速器柔和，起步時沖擊明顯等缺點。

自動離合器是通過機械、電子和液壓系統自動控制離合器分離和結合的獨立系統。該系統的工作原理是:控制計算機根據車輛的行駛狀態，包括車速、轉速、油門開度、制動、換擋等信息，結合駕駛員的意圖，以最佳的時間和速度控制離合器驅動機構，使離合器快速分離和平穩結合，從而實現平穩舒適的起步和換擋，同時可以避免空油和熄火。

強函數

在檔位顯示方面，自動離合器用數字或字母顯示檔位或故障碼；

換擋離合器方面，換擋時離合器自動離合；在起步爬行方面，起步時不用踩油門就能自動慢慢行駛；

制動離合器方面，制動時根據發動機的運轉情況自動分離和結合離合器；

熄火保護方面，當發動機轉速過低時，離合器會自動分離，之后會根據工況進行組合，保證在任何檔位停車都不會熄火；

在誤操作保護方面，換擋錯誤時檔位閃爍，離合器間歇接合或分離；

在自動調節方面，離合器控制裝置自動補償摩擦片或機械部件的磨損；

在智能控制方面，電控單元運行狀態自動優化調整運行參數；

故障檢測時，自動離合器能自動識別故障并存儲故障代碼；

模式選擇方面，自動離合器有標準模式、舒適模式、運動模式等八種模式可供選擇，并且可以自由調節一檔起步速度。

自動離合器主要由傳感器、ECU和執行器組成。

傳感器：自動離合器的傳感器主要用于測量與離合器有關的實時狀況，如主動盤的轉速、從動盤的轉速、離合器的位置等，車輛的狀態信息，如車速、發動機轉速等，以及人的駕駛要求(如啟停的信息)，從而為控制單元提供各種信號做出正確的判斷。自動離合器的信號采集傳感器包括點火開關傳感器、制動踏板位置傳感器、變速器轉速傳感器、離合器位置傳感器、檔位傳感器、節氣門位置傳感器和發動機轉速傳感器。

電子控制單元ECU：自動離合器控制系統的控制元件ECU根據傳感器實時反饋的當前行駛狀態信息計算出最佳的離合器接合速度，通過控制線性電磁閥的輸入電流來控制離合器分離缸(CRC)的行程，并進行換擋。ECU的硬件結構主要由微控制器、脈沖、模擬和開關量輸入電路、電機驅動電路、顯示驅動電路、通信接口和調試接口組成。

執行機構：離合器執行器是離合器動作的執行器。作為下層控制器，執行器的作用是跟蹤離合器接合規律，其控制性能對車輛舒適性、燃油經濟性和車輛壽命有重要影響。

自動離合器的執行機構采用電液油泵、線性電磁閥和離合器分離缸。電動液壓油泵產生的高壓油通過線性電磁閥輸送到離合器分離油缸。控制系統通過控制電流來控制電磁閥閥芯的位置，從而實現線性電磁閥的流量控制。最后，自動啟動和換檔過程中的離合器操作是通過離合器分離缸來完成的。在控制過程中，根據目標行程的PD控制效果和離合器分離缸的實際行程偏差來確定離合器分離缸的行程速度，以實現最佳的接合規律。線性電磁閥通過通道變化實現離合器分離缸的運動方向，即決定離合器的分離和接合動作。

執行機構的驅動系統大多采用三種類型:電機驅動機構、氣動驅動機構和液壓缸驅動機構。電機驅動機構結構簡單，價格低廉，精度高，但負載對電機轉速影響較大，難以控制。氣動驅動機構無污染，價格便宜，但精度低，響應慢。液壓缸驅動機構具有響應快、精度高、功率重量比大等優點，但價格昂貴、結構復雜、體積大、易泄漏。

視執行機構

根據執行機構動力源的不同，自動離合器可分為電控-氣動、電控-液壓和電控-電動三種。

電動氣動離合器：電空離合器的執行機構以壓縮空氣為動力源，通過氣缸推動離合器分離叉推動分離軸承實現離合器的分離和接合。電空離合器具有成本低、無污染等優點，但控制精度低、響應速度慢，因此在裝有空氣壓縮機泵的大型商用車上得到廣泛應用。

電動液壓離合器：本發明具有結構簡單、響應速度快、吸收沖擊能力強、占用空間小的優點。但在帶有高速開關閥的離合器控制系統中，離合器執行機構中液壓油的粘度會隨著溫度的變化而變化，隨著溫度的降低，油的粘度會增大，離合器的接合速度會變慢，導致汽車起步時換擋品質差，對液壓元件的加工精度要求較高。

電控-電動離合器：隨著電子技術的發展，電機控制技術的應用越來越廣泛。電控-電動離合執行機構以DC伺服電機為動力源，通過蝸輪蝸桿、螺母等將旋轉運動轉化為直線往復運動，實現離合控制。自動變速器控制系統中要控制的油門、離合器和選擋桿都可以使用電機作為執行機構。

但是，電機的響應速度較慢。國際上采用電子-電氣自動離合器時，一般采用增加彈簧助力裝置的方法來提高執行機構的響應速度。在離合器自動控制系統中，人們開始采用控制容易、精度較高的電機，使得系統的結構更加簡單，控制精度進一步提高，對環境的適應性更好。近年來，電子電氣自動離合器的研究和應用越來越廣泛。

根據操作機制

自動離合器按操縱機構可分為機械馬達自動離合器和液壓自動離合器兩種。自動離合器的兩種電控系統都由傳感器、電控單元(ECU)和執行器組成。電控系統的原理也差不多，就是ECU根據傳感器的信號來控制執行機構。

機械馬達式自動離合器：機械馬達自動離合器由電子控制單元(ECU)、線束和連接器、傳感器、離合器操縱機構、拉桿機構等組成。離合器操縱機構安裝在變速器殼體的上部，主要由電機、螺旋傳動裝置、助力彈簧、電纜連桿、殼體、位移傳感器、溫度傳感器等部件組成。傳感器包括制動傳感器、節氣門位置傳感器、發動機轉速傳感器、車速傳感器、制動燈開關和安裝在變速器殼體和檔位選擇器軸連接處的檔位傳感器。當駕駛員撥動變速桿時，電控單元控制電機帶動螺母轉動，螺母驅動螺桿借助助力彈簧拉動拉索連桿實現離合器分離。換擋后，只需踩下油門踏板，電控單元(ECU)根據新的檔位信號和油門開度信號發出離合器接合指令，電機反轉實現離合器接合。

液壓自動離合器：在液壓自動離合器中，踏板控制離合器液壓缸的活塞，開關裝置控制電動液壓泵控制離合器液壓缸的活塞。變速器ECU和發動機ECU根據油門踏板、變速器檔位、變速器輸入/輸出軸轉速、發動機轉速、節氣門開度等傳感器信號計算出最佳的離合器接合時間和轉速。當ECU發出指令驅動電動油泵時，電動油泵產生的高壓油通過電磁閥輸送到離合器液壓缸。ECU控制電磁閥的電流來控制油流和油路轉換，從而實現離合器液壓缸的運動，從而完成汽車起步和換擋時的離合器動作。

自動離合器的性能好壞是通過沖擊度和滑動功兩個指標來評價的。一方面，離合器接合時，由于轉速不同，主從盤會產生一定的沖擊，表現出一定的頓挫感，從而影響車輛的乘坐舒適性，使乘客感到不適。而且沖擊力過大，增加了零件之間的沖擊力，加速了零件的損壞，縮短了零件的壽命。同時可能會因為控制時機不好導致自動啟動熄火。

另一方面，離合器的主、從動盤從分離到嚙合的過程，就是從它們之間的轉速差到轉速的一致。當兩個圓盤轉速不一致時，通過摩擦達到轉速的一致。這個過程是依靠摩擦來傳遞動力的，所以離合器的接合過程實際上就是主、從動盤之間摩擦扭矩傳遞的過程。如果有摩擦，必然會產生熱量，熱量會在這個過程中散失，摩擦會產生磨損。摩擦時間越長，轉速差越大。摩擦功反映了離合器接合過程中機械能轉化為摩擦熱時損失了多少能量。摩擦功值越大，機械能轉化為熱能時損失越大，產生的熱量越多，摩擦副磨損越嚴重，其使用壽命越短。

優勢

減少駕駛疲勞：城市堵車越來越嚴重，開手動擋車的司機需要頻繁的分油配合，容易導致疲勞和緊張，同時精神緊張，不利于安全駕駛。自動離合器不需要駕駛員踩離合踏板，可以大大節省駕駛員的體力。

降低駕駛難度：對于新手司機來說，分油協調需要技術。很多新手司機容易因為分油配合不好而熄火，而自動離合器無論剎車還是停車，在任何檔位都不會熄火，并且檔位出錯時有語音提示，保證安全起步和停車。

減少離合器摩擦片的磨損：當需要踩離合踏板時，機械裝置幫助駕駛員踩離合踏板，踩多少、放多少由控制單元根據車輛行駛狀況自動控制。自動離合器最快釋放時間0.02s，控制精度達到0.02mm，這是一般駕駛員無法企及的。離合器摩擦片的磨損主要來源于半離合狀態，而自動離合器可以減少半離合狀態的時間，減少離合器摩擦片的磨損。

省油：發動機通過離合器傳遞動力。離合器分離時間越長，傳遞的動力越少，而自動離合器的分離時間為0.02s，通過減少離合器的分離時間，可以達到節油的目的。

劣勢

1.起步或換擋時，離合器操作滯后。當駕駛員已經踩下油門，檔位已經接合時，離合器延遲接合，或者當檔位已經拆下時，離合器延遲分離。而且換擋的時候沒有自動擋軟，但也不遜于普通手動擋車。

2.啟動時有明顯沖擊，乘客感覺不舒服。

3.當在低油門、高速檔或坡道上運行時，發動機失速，導致起動或換檔失敗。

4.接合時間過長，使摩擦片滑動功增加，發動機熄火。

汽車領域：隨著電子技術在汽車上的應用，自動離合器系統也進入了汽車領域。這種由ECU控制的離合器已經在一些汽車上得到應用，使手動變速器換擋的重要步驟離合器能夠自動及時地分離和接合，簡化了駕駛員的操縱。配備自動離合裝置的汽車相比自動變速器(AT)和無級變速器(CVT)在行駛經濟性上更有優勢，因為變速器還是手動變速器，所以油耗更低，制造成本也比AT和CVT低。因為配備的是手動擋，所以還是需要手動換擋，汽車操控的便利性略遜于AT和CVT。

如今，隨著人們對車輛燃油經濟性和排放要求的不斷提高，自動離合器控制技術已成為實現機械變速器自動控制的關鍵技術，AMT也成為世界各國汽車企業開發的熱點。與液力自動變速器(AT)相比，電控機械式自動變速器(AMT)具有傳動效率高、制造成本低、動力性能好等優點，特別是AMT可以滿足大型牽引機、城市公交車、重型車輛的動力傳動要求，減輕駕駛員的勞動強度。

自動離合器

而拖拉機等重型車輛的動力特性非常復雜，離合器工作過程中負載條件、路況、氣候條件、磨損情況多變，離合器接合過程中存在著既要平穩又要減少磨損的矛盾評價指標，這些都使得離合器的控制系統變得復雜，自動離合器還存在換擋沖擊、響應延遲、控制系統差等缺陷。

因此，在自動離合器控制系統中，離合器接合正時、接合質量以及在復雜工況下行駛時的適應性的性能需要進一步提高。綜合研究人-車-環境、動力系統集成控制、控制策略和執行器響應特性等問題，提高系統的響應速度和精度，設計出接合品質好、適應性強、易于維護的控制機構，仍是自動離合器未來的發展方向。