專利名稱：一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛傳動(dòng)操縱裝置，更具體地說(shuō)，是一種適用于機(jī)械變
速器(MT)的車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，其采用慣性儲(chǔ)能原理。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的汽車傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域主要的變速器種類中，軸線固定式手動(dòng)變速 器(MT)傳動(dòng)效率高，制造加工方便，成本低、可靠性高，因此一直是國(guó)內(nèi) 車用變速器市場(chǎng)上的主流技術(shù)。但是MT在車輛操作使用過(guò)程中存在一些問(wèn)題， l)在城市擁擠路況、坡道起步等特殊行駛工況下會(huì)頻繁的起步、換擋，駕駛 員開(kāi)車時(shí)操作強(qiáng)度非常大；起步離合器的控制對(duì)駕駛技巧要求比較高，在緊 急情況或不熟練操作情況下會(huì)造成起步熄火；2)換擋過(guò)程中，如果換檔時(shí)機(jī) 掌握不好會(huì)增加燃料消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，離合器和換擋手柄之間的配合不 當(dāng)會(huì)造成"打齒輪"從而引起變速器的早期失效。
已知技術(shù)中有提出用自動(dòng)操縱換檔機(jī)構(gòu)來(lái)替代完成手動(dòng)換檔操縱，即所 謂的自動(dòng)機(jī)械變速器(AMT )。該技術(shù)是在MT基礎(chǔ)上增加自動(dòng)操縱裝置，代替 駕駛員完成離合器和選換檔的操縱，因其成本較低，維護(hù)和保養(yǎng)容易，效率 高，利于節(jié)能減排，因此占有了一部分變速器市場(chǎng)。
當(dāng)前市場(chǎng)上的AMT揭:縱機(jī)構(gòu)樣式4艮多，尤以液壓才喿縱才幾構(gòu)為主。近年來(lái) 以電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱裝置因?yàn)槌杀镜?，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越得到重視。 但對(duì)于離合器操縱機(jī)構(gòu)，為滿足離合器快速分離的功能要求，所需的執(zhí)行電 機(jī)功率較大，在體積、重量和空間布置上劣勢(shì)明顯。具體地說(shuō)，離合器操作 的特點(diǎn)是必須保證快速分離的分離速度，否則會(huì)增加離合器的磨損；而在離合器結(jié)合時(shí)速度要慢得多，以此保證離合器接合平穩(wěn)。若同時(shí)考慮到離合器 膜片彈簧的作用機(jī)理，離合器分離所需電機(jī)功率遠(yuǎn)大于結(jié)合所需電機(jī)功率，
采用直接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，必須選用較大的電機(jī)容量。
鑒于此，目前有關(guān)發(fā)明公開(kāi)了采用彈簧儲(chǔ)能等方式，輔助電機(jī)完成離合 器分離和結(jié)合操縱，但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出 一種車用膜片彈簧離合器電 控操縱裝置，其利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性儲(chǔ)能，確保僅采用小容量的電機(jī)就可完 成離合器操縱，簡(jiǎn)單實(shí)用。
本發(fā)明具體通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，包括依次相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速
機(jī)構(gòu)、非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和離合器分離杠桿。所述非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出過(guò)程
分為慣性儲(chǔ)能行程和工作行程；在離合器分離操作過(guò)程中，在慣性儲(chǔ)能行程
可以先啟動(dòng)電機(jī)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行慣性儲(chǔ)能，所儲(chǔ)動(dòng)能在隨后的工作行程
釋放出來(lái)，輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)離合器分離操縱；其中慣性儲(chǔ)能行程中輸入輸
出之傳動(dòng)比遠(yuǎn)大于工作行程。
本發(fā)明所述非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)之間。
本發(fā)明中如果慣性儲(chǔ)能不能滿足后續(xù)工作行程需要，必要時(shí)也可以在驅(qū)
動(dòng)電機(jī)上附加額外的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，增加慣性儲(chǔ)能容量。
本發(fā)明中所述非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以用凸輪、連桿機(jī)構(gòu)、帶有空行程的等
比傳動(dòng)一幾構(gòu)構(gòu)成。
由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明利用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性儲(chǔ)能，在離合器分離操作過(guò)程中，在慣性儲(chǔ)能行程可以先啟動(dòng)電機(jī)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行慣性儲(chǔ) 能，所儲(chǔ)動(dòng)能在隨后的工作行程釋放出來(lái)，輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)離合器分離操 縱，即能確保本發(fā)明僅釆用小容量的電機(jī)就可完成離合器操縱，簡(jiǎn)單實(shí)用。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明 圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖中 1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2、減速機(jī)構(gòu)；3、非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；4、離合器分離杠桿；5、 離合器膜片彈簧。
圖2是非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入輸出傳動(dòng)特性圖。圖中 S表示該非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出； e表示該非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入； tp段對(duì)應(yīng)慣性儲(chǔ)能行程；
△ t段對(duì)應(yīng)工作行程；
△ S為工作行程對(duì)應(yīng)輸出。
圖3a是離合器膜片彈簧的特性曲線，圖3b是離合器膜片彈簧的儲(chǔ)能曲 線。圖中 F彈簧的彈性力； S彈簧的壓縮行程；
V為完全分離離合器所需要克服的膜片彈簧彈性勢(shì)能； T為電機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速后具有的慣性儲(chǔ)能； Vm為快速分離時(shí)需要電機(jī)補(bǔ)償所做的功。 圖4是電機(jī)額定點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)曲線。圖中
v。為工作行程離合器分離平均速度；
^;為電機(jī)的平均輸出功率；
5&為電機(jī)慣性儲(chǔ)能行程平均輸出功率；
(P附'，v"分別為電機(jī)額定功率和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能行程終了時(shí)刻輸出速度。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示， 一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，包括依次相連的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)l、減速機(jī)構(gòu)2、非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3和離合器分離杠桿4。非線性傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)3輸入6和輸出S具有類似圖2的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，其輸出S分為慣性 儲(chǔ)能行程tp和工作行程At，在離合器分離操作過(guò)程中，在慣性儲(chǔ)能行程tp 可以先啟動(dòng)電機(jī)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行慣性儲(chǔ)能，所儲(chǔ)動(dòng)能在隨后的工作行程 △ t釋放出來(lái)，輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)離合器分離搡縱，其中慣性儲(chǔ)能行程tp中輸
入e和輸出s之傳動(dòng)比遠(yuǎn)大于工作行程At,極端情況下，慣性儲(chǔ)能行程tp 中輸入e和輸出s之傳動(dòng)比甚至可以是無(wú)窮大，此時(shí)輸入側(cè)的運(yùn)動(dòng)輸入不能 傳遞到輸出側(cè)。
利用上述特性，可以做到在慣性儲(chǔ)能行程tp中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)i的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
經(jīng)過(guò)非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3引起的離合器分離杠桿4的運(yùn)動(dòng)被限制在離合器的空 行程內(nèi)，即不引起離合器膜片彈簧5的壓縮，因此在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出側(cè)沒(méi)有
阻力。這樣，驅(qū)動(dòng)電機(jī)l可以利用該空載行程區(qū)間將轉(zhuǎn)速提高到足夠高，從
而儲(chǔ)存旋轉(zhuǎn)動(dòng)能T,并且7^^2/2,即和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J、旋轉(zhuǎn)角速度co的平 方成正比。
在工作行程開(kāi)始時(shí)刻后，非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入輸出之間的傳動(dòng)比顯著減 小，其輸出引起離合器膜片彈簧5壓縮，并逐漸分離。在離合器膜片彈簧5 受壓縮變形引起的阻力作用下，慣性儲(chǔ)能行程tp中儲(chǔ)存在驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)的動(dòng)能 T釋放出來(lái)并轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能V，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)也持續(xù)工作輸出功率為Pm。這樣彈性勢(shì)能的增加同時(shí)由動(dòng)能T釋放和電機(jī)功率Pm構(gòu)成，在工作行程 終了時(shí)刻(tp+A t)滿足如下關(guān)系式
r = r《=r+f w。
如
根據(jù)上述基本能量轉(zhuǎn)化情況，進(jìn)一步參照?qǐng)D3a膜片彈簧的特性曲線和圖 3b儲(chǔ)能曲線，其中F為彈簧的彈性力，S為彈簧的壓縮行程，可以得到如下 系列方程
電機(jī)工作行程輸出能量為！^ = r-r = ^>Az;工作行程中位移與時(shí)間的
關(guān)系為A5 = M;。其中v。為工作行程離合器分離平均速度，電機(jī)的平均輸 出功率5進(jìn)一步表述為
—丄^2 一
同時(shí)，由圖2和前面分析可得在慣性儲(chǔ)能階段，電機(jī)平均輸出功率為 。
分別作出P 和^的曲線如圖4中電機(jī)額定點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)曲線所示，兩條曲 線的交點(diǎn)(^附'，v:)即設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重要參數(shù)電機(jī)額定功率
和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能行程終了時(shí)刻輸出速度。根據(jù)該設(shè)計(jì)原則選取的(尸附'，《) 可以保證電機(jī)功率最優(yōu)化。
非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1應(yīng)置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)1之后，離合器分離杠桿4之前，其 與驅(qū)動(dòng)電機(jī)1和離合器分離杠桿4的連接可根據(jù)需要增加減速機(jī)構(gòu)2實(shí)現(xiàn)減 速增扭，非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1可置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)之間。
如果慣性儲(chǔ)能不能滿足后續(xù)工作行程需要，必要時(shí)也可以在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上 附加額外的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，增加慣性儲(chǔ)能容量。
7原理上講，能提供如圖2所示的運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)的非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如具
有特定輪廓曲線的凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等均可以實(shí)現(xiàn)本方明的功能要求。
特定情況下，帶有空行程的等比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)本方明的功能要求。 比如對(duì)于采用柔性拉鎖的離合器分離裝置，合理設(shè)置電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，使離 合器在自然狀態(tài)下，拉索處于松弛狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)工作在慣性儲(chǔ)能階段，拉索
由松弛到張緊，但始終保持離合器完全分離；直到拉索張緊，儲(chǔ)能階段結(jié)束
進(jìn)入工作行程。這也是一種可行的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。
按照汽車設(shè)計(jì)要求，在規(guī)定的踏板力和行程的允許范圍內(nèi)，司機(jī)分離離
合器所作的功V —般不大于30焦，而且對(duì)于離合器分離要求應(yīng)該迅速、徹底，
一般分離時(shí)間設(shè)計(jì)為0. ls左右。在如此短的時(shí)間內(nèi)爆發(fā)如此大的能量對(duì)電機(jī)
來(lái)說(shuō)要求比較高。但是假設(shè)電機(jī)儲(chǔ)能轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分(co=157rad/s)，轉(zhuǎn)
動(dòng)'If量J二2xlO-3ytg'm2,貝'J
71 =丄/w2 0.5 xx (， x 2;r)2 = 25焦耳 2 、60
總共30焦的分離功中如果由電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的慣性儲(chǔ)能T可以提供25焦， 那在分離過(guò)程中電機(jī)補(bǔ)償所做的功為5焦。那么，
即僅需要選擇一個(gè)50w的小容量電機(jī)就可以滿足要求。顯見(jiàn)，工作行程 離合器分離過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的功率因?yàn)閼T性儲(chǔ)能T的引入可以減小，如 果設(shè)計(jì)合理，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率可以明顯降低。
本發(fā)明中的實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限 制，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)質(zhì)上的替代，均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，其特征在于包括依次相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和離合器分離杠桿；所述非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出過(guò)程分為慣性儲(chǔ)能行程和工作行程；在離合器分離操作過(guò)程中，在慣性儲(chǔ)能行程可以先啟動(dòng)電機(jī)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行慣性儲(chǔ)能，所儲(chǔ)動(dòng)能在隨后的工作行程釋放出來(lái)，輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)離合器分離操縱；其中慣性儲(chǔ)能行程中輸入輸出之傳動(dòng)比遠(yuǎn)大于工作行程。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，其特征在 于所述非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可置于驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，其特 征在于在驅(qū)動(dòng)電^L上可附加旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，其特征在 于所述非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以用凸輪、連桿機(jī)構(gòu)、帶有空行程的等比傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種車用膜片彈簧離合器電控操縱裝置，包括依次相連的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和離合器分離杠桿，非線性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出過(guò)程分為慣性儲(chǔ)能行程和工作行程，其中慣性儲(chǔ)能行程中輸入輸出之傳動(dòng)比遠(yuǎn)大于工作行程。因?yàn)榉蔷€性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的采用，在需要離合器快速分離的情況下，可以先啟動(dòng)電機(jī)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，依靠其慣性儲(chǔ)能快速分離離合器，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其僅采用一個(gè)小容量電機(jī)就可滿足離合器快速分離操縱的需要。
文檔編號(hào)F16D48/00GK101508242SQ200910047529
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者余卓平, 霄 林, 王陽(yáng)陽(yáng), 許一久, 鐘再敏, 陳辛波, 勇 馬 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)