本发明涉及大学生方程式赛车换挡研究技术领域，特别是涉及到一种大学生方程式赛车自动换挡系统。
技术背景
formulasae(fsae)由国际汽车工程师学会(saeinternational)于1978年开办，其概念源于一家虚拟制作工厂，向所有大学生设计团队征集设计制造一辆小型的类似于标准方程式的赛车，要求赛车在加速、制动、操控性方面都有优异的表现并且足够稳定耐久。
75米加速作为大学生方程式赛车比赛项目中一项重要项目，检验了fsae赛车的动力性能，而换挡系统的优劣对赛车动力性能的影响尤为重要。通常由于fsae赛车车手并非专业选手以及高度紧张情况下对赛车手的驾驶能力都造成了很大干扰。因此设计制作一套稳定的自动换挡系统就显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中的问题，提出一种方程式赛车自动换挡系统，能够使赛车在直线加速时获得连贯的换挡，保证换挡时机的准确性，使发动机扭矩正确输出，一方面为赛车提供强劲的动力支持，同时也能减轻赛车手的操作难度，减小了人为操作失误对赛车性能表现的负面影响。
一种大学生方程式赛车自动换挡系统，包括控制装置和执行装置，控制装置包括ecu、控制器和传感器，执行装置包括换挡舵机、离合舵机和传动机构，传动机构包括换挡传动机构和离合传动机构，换挡传动机构包括l形从动杆、中间连杆、舵机摇臂，离合传动机构包括舵盘和钢丝绳；所述换挡舵机与离合舵机通过电路与控制器连接，所述换挡舵机与舵机摇臂之间通过花键连接，所述l形从动杆与舵机摇臂之间通过一个中间连杆连接，中间连杆分别与l形从动杆和舵机摇臂通过螺栓螺母形成铰接，l形从动杆与换挡轴之间通过内外花键的形式连接，所述舵盘与离合舵机之间通过内外花键连接，所述ecu与传感器之间通过电路连接，所述控制器读取ecu对传感器信号处理后的数据，控制器处理数据并且控制换挡舵机和离合舵机转动以实现对发动机变速器的控制。
所述换挡传动机构为四连杆机构。
所述换挡舵机和离合舵机为数字式高扭矩舵机。
所述控制器读取转速、加速度和档位数据，并对执行装置进行控制。
本发明的优点在于：相比与目前国内绝大多数fsae车队采用的手控气动（电动）式换挡系统或手控半气动（电动），该自动换挡系统可通过优化四连杆机构，提高了机械结构的传动效率。可采用高速大扭矩舵机，使换挡控制电动相对气瓶气动和直流电机驱动在响应时间、轻量化和集成度上具有明显优势。舵机相对于气瓶减压阀，重量上减少约2kg，体积缩小为十分之一。这对追求极限加速度与结构布置的合理与简化的fsae赛车来说是巨大改进。车手在75米加速项目中无需再判断合适换挡的时机，仅需控制油门，并保持直线行驶即可。既减轻了车手压力也在一定程度上保证了直线加速的成绩。
附图说明
下面结合附图与实施方法对本发明作进一步说明。
图1为本发明的换挡执行装置示意图；
图2为本发明的换挡舵机安装位置示意图；
图3为本发明的换挡执行机构与发动机换挡轴上的花键安装位置示意图；
图4为本发明的离合执行机构示意图；
图5为赛车直线加速时，加速度倒数与车速的曲线图；
图6为本发明的控制原理图；
附图标记说明：1-换挡舵机、2-舵机摇臂、3-中间连杆、4-l形从动杆、5-吊耳、6-车架、7-换挡轴、8-支座、9-舵盘、10-离合舵机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。
如图1-4所示，一种方程式赛车自动换挡系统包括：换挡舵机1、舵机摇臂2、中间连杆3、l形从动杆4、吊耳5、车架6、换挡轴7、支座8、舵盘9、离合舵机10。自动换挡系统包括控制装置和执行装置。控制装置包括ecu、控制器和传感器，执行装置包括换挡舵机1、离合舵机10和传动机构，传动机构包括换挡传动机构和离合传动机构，换挡传动机构包括l形从动杆4、中间连杆3、舵机摇臂2，离合传动机构包括舵盘9和钢丝绳。
l形从动杆4和舵机摇臂2可采用铝合金材料，中间连杆3可采用碳纤维材料，吊耳5、车架6、换挡轴7、支座8和舵盘9采用钢材料。
如图1所示，初始状态时，所述l形从动杆4与舵机摇臂2之间通过一个中间连杆3连接，中间连杆3与l形从动杆4和舵机摇臂2通过螺栓螺母形成铰接。l形从动杆4与舵机摇臂2平行，中间连杆3与l形从动杆4垂直布置。所述舵机摇臂2与换挡舵机1之间通过花键连接，两者之间通过轴向的螺栓进行轴向固定。所述换挡传动机构为四连杆机构。所述舵机摇臂2与l形从动杆4之间的杠杆比可由换挡舵机扭力参数和发动机换挡轴的扭力参数确定。
如图2所示，换挡舵机1通过四对螺栓螺母与吊耳5之间形成硬连接，吊耳5通过焊接固定在车架6上。
如图3所示，l形从动杆4与换挡轴7之间通过内外花键的形式连接。换挡舵机1可驱动舵机摇臂2进行绕轴转动，通过中间连杆3进行力的传递，从而驱动l形从动杆4进行绕轴转动。所述中间连杆3可由车架6、换挡轴7之间的相对位置来确定。
如图4所示，所述舵盘9与离合舵机10之间通过内外花键连接，两者之间通过轴向的螺栓进行轴向固定。所述离合舵机10通过四对螺栓螺母与支座8之间形成硬连接，支座8通过焊接固定在车架6上。所述钢丝绳穿过舵盘9上的圆孔后通过压接使钢丝绳不会从舵盘上脱出，从而使舵盘9转动能够带动钢丝绳。初始状态时，离合舵机10转动将离合的空行程完全消除，当接收到指令时继续转动，使离合脱开。
所述换挡舵机1与离合舵机10通过电路与控制器连接。
所述换挡舵机1与离合舵机10可采用数字式高扭矩舵机，提高舵机的控制简便性与可靠性。
如图5所示，基于赛车的基本参数，分析计算并绘制赛车的加速度与车速关系图，从而得知赛车理论最佳换挡时机。
如图6所示，所述控制器通过can通讯从ecu读取转速、加速度和档位数据，并对执行装置进行控制。所述ecu通过读取安装在发动机变速器输入输出轴上的传感器信号计算得知发动机当前档位，读取安装在赛车上的传感器信号计算得到当前车速与整车的加速度。
换挡的控制原理分为以下三种情况进行说明：
（1）当档位为空挡时，车手拨动换挡拨片给控制器发送换挡信号，此时控制器将控制离合舵机转动，带动离合舵盘转动，拉动钢丝绳，从而使离合器脱开，然后控制器控制换挡舵机转动，使变速器改变齿比，然后控制器控制离合舵机转动，使离合器接合。
（2）当档位非空挡且赛车处于加速状态时，若实际车速大于等于理论升挡车速时，进入升挡预备状态，当转速达到最佳时刻对应的转速时控制器发出信号至ecu控制发动机切断点火，同时控制器控制换挡舵机通过四连杆机构转动换挡轴7改变变速器齿比，实现升挡。
（3）当档位非空挡且赛车处于减速状态时，由控制器根据赛车实际车速对应合适的档位控制离合舵机转动，带动离合舵盘转动，拉动钢丝绳，从而使离合器脱开，然后控制器控制换挡舵机转动，使变速器改变齿比，然后控制器控制离合舵机转动，使离合器接合。