離合踏板扭轉(zhuǎn)及螺旋彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車零部件設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種離合踏板扭轉(zhuǎn)及螺旋彈簧助力 系統(tǒng)的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前離合踏板助力彈簧已經(jīng)被廣泛使用，但是多數(shù)的設(shè)計過程僅僅是將不同的彈 簧安裝到踏板上，通過測試人員的踩踏或測量踏板力來感覺助力效果的好壞，從而確定離 合踏板助力彈簧的設(shè)計方案，這樣任何一個參數(shù)的改變都需要重新進(jìn)行試驗來驗證助力效 果，過程比較繁瑣，而且這樣離散的測量也無法達(dá)到助力效果的最優(yōu)化。
[0003] 隨著計算機(jī)輔助設(shè)計在汽車設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，在進(jìn)行離合踏板助力彈簧設(shè)計 時，可考慮建立離合踏板彈簧助力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即構(gòu)造踏板面受助力彈簧作用力的表 達(dá)式，以便尋找彈簧設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，并進(jìn)行定量的優(yōu)化設(shè)計。
[0004] 一般來說，離合踏板彈簧助力系統(tǒng)主要包括踏板、踏板支架和助力彈簧，助力彈簧 可以是圓柱螺旋彈簧或扭轉(zhuǎn)彈簧。離合踏板彈簧助力系統(tǒng)的原理是由踏板轉(zhuǎn)動壓縮助力彈 簧使之產(chǎn)生形變，從而對踏板產(chǎn)生反作用力，為踏板提供支撐力或助力。
[0005] 例如授權(quán)公告號為CN101397977B的中國專利公開了一種彈簧助力系統(tǒng)的設(shè) 計方法，在該設(shè)計方法中建立了扭轉(zhuǎn)彈簧(助力彈簧）對踏板作用力的數(shù)學(xué)模型。參見 CN101397977B中的圖3至圖5,在該設(shè)計方法中將彈簧對踏板的作用力FnS義為與扭轉(zhuǎn)彈 簧一支撐臂垂直的方向。
[0006] 但是經(jīng)過本申請的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，如圖1所示，根據(jù)二力平衡條件可以得 知，方向應(yīng)該沿著扭轉(zhuǎn)彈簧兩個安裝點（安裝點B和安裝點C)的連線方向，因此，在 CN101397977B中，相當(dāng)于利用了一個錯誤的Fn來得到扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，依據(jù)該 數(shù)學(xué)模型設(shè)計的扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)將會產(chǎn)生較大的誤差，扭轉(zhuǎn)彈簧助力效果將大打折扣， 從而影響了離合踏板踩踏的舒適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有的離合踏板彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法得 到的扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)誤差較大的缺陷，提供一種離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方 法。
[0008] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，提供一種離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力 系統(tǒng)的設(shè)計方法，所述方法包括：
[0009] 根據(jù)幾何原理確定扭轉(zhuǎn)彈簧變形量P的表達(dá)式1為：
[0010]
[0011] 其中，Θ為踏板轉(zhuǎn)角、Btl為踏板初始角度、L1為扭轉(zhuǎn)彈簧在踏板支架上的安裝點C 到踏板旋轉(zhuǎn)點O的距離、L2為扭轉(zhuǎn)彈簧在踏板上的安裝點B到踏板旋轉(zhuǎn)點O的距離、(Itl為 扭轉(zhuǎn)彈簧自由狀態(tài)夾角、r為扭轉(zhuǎn)彈簧的半徑、1為扭轉(zhuǎn)彈簧臂長，在所述表達(dá)式1中忽略扭 轉(zhuǎn)彈簧的自重，忽略扭轉(zhuǎn)彈簧的半徑r因壓縮或拉升所產(chǎn)生的半徑變化及扭轉(zhuǎn)彈簧支撐臂 的撓曲變形；
[0012] 根據(jù)扭轉(zhuǎn)彈簧受力分析建立扭轉(zhuǎn)彈簧對其在踏板上的安裝點B的作用力Fn的表 達(dá)式2為：
[0013]
[0014] 其中，K2為扭轉(zhuǎn)彈簧剛度；
[0015] 根據(jù)幾何原理建立扭轉(zhuǎn)彈簧對其在踏板上的安裝點B的作用力Fn對踏板旋轉(zhuǎn)點0 的力臂Ln的表達(dá)式3為：
[0017] 根據(jù)表達(dá)式1、表達(dá)式2、表達(dá)式3及基于力矩平衡原理確定的等式1，建立扭轉(zhuǎn)彈 簧助力模型表達(dá)式4為：
[0019] 其中，等式1為：TX Lp = FnX Ln，Lp為扭轉(zhuǎn)彈簧對踏板的踏板面A點的作用力T對 踏板旋轉(zhuǎn)點〇的力臂；
[0020] 根據(jù)扭轉(zhuǎn)彈簧助力模型表達(dá)式4設(shè)計離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)。
[0021] 進(jìn)一步地，所述踏板面上A點為踏板面的中心。
[0022] 進(jìn)一步地,所述方法還包括：
[0023] 獲得表示離合器分離力與Θ對應(yīng)關(guān)系的離合器分離力-離合踏板轉(zhuǎn)角曲線；
[0024] 確定 a。、L^LpLp 及 K2 的值；
[0025] 分別設(shè)定dQ、r及1的初始值；
[0026] 選定Θ的取值范圍，根據(jù)建立的扭轉(zhuǎn)彈簧助力模型，得到表示T與Θ對應(yīng)關(guān)系的 扭轉(zhuǎn)彈簧助力曲線；
[0027] 調(diào)整屯、1·及1的初始值中的至少一個，使得所述扭轉(zhuǎn)彈簧助力曲線中T的峰值所 對應(yīng)的踏板轉(zhuǎn)角與所述離合器分離力-離合踏板轉(zhuǎn)角曲線中所述離合器分離力的峰值所 對應(yīng)的踏板轉(zhuǎn)角相同，從而確定出屯、r及1的最終值，完成離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的 設(shè)計。
[0028] 進(jìn)一步地，a。的確定值為1. 8°，L1的確定值為64mm，L2的確定值為50mm，Lp的確 定值為323mm，Θ的取值范圍選定為〇~25°，K 2的確定值為200N/mm。
[0029] 進(jìn)一步地，1的初始值設(shè)定為24mm，r的初始值設(shè)定為10mm，Cltl的初始值設(shè)定為 70。。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法，糾正了現(xiàn)有的方法中扭轉(zhuǎn) 彈簧對踏板的作用力方向定義錯誤的問題，因而，得到的扭轉(zhuǎn)彈簧助力模型更為準(zhǔn)確，避免 了離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)較大的設(shè)計誤差。
[0031] 另外，本發(fā)明還提供了一種離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法，所述方法包 括：
[0032] 根據(jù)幾何原理確定螺旋彈簧變形量Lx的表達(dá)式5為：
[0034] 其中，Θ為踏板轉(zhuǎn)角、a(1為踏板初始角度、L1為扭轉(zhuǎn)彈簧在踏板支架上的安裝點C 到踏板旋轉(zhuǎn)點〇的距離、L2為扭轉(zhuǎn)彈簧在踏板上的安裝點B到踏板旋轉(zhuǎn)點0的距離、Ltl為 螺旋彈簧自由長度，在所述表達(dá)式5中忽略螺旋彈簧的自重；
[0035] 根據(jù)螺旋彈簧受力分析建立螺旋彈簧對其在踏板上的安裝點B的作用力Fn的表 達(dá)式6為：
[0036] Fn = K1X Lx ；
[0037] 其中，K1為螺旋彈簧剛度；
[0038] 根據(jù)幾何原理建立螺旋彈簧對其在踏板上的安裝點B的作用力Fn對踏板旋轉(zhuǎn)點0 的力臂Ln的表達(dá)式7為：
[0040] 根據(jù)表達(dá)式5、表達(dá)式6及表達(dá)式7及基于力矩平衡原理確定的等式2,建立螺旋 彈簧助力模型表達(dá)式8為：
[0042] 其中等式2表示為：TXLp = FnXLn，Lp為螺旋彈簧對踏板的踏板面A點的作用力 T對踏板旋轉(zhuǎn)點0的力臂；
[0043] 根據(jù)螺旋彈簧助力模型表達(dá)式8設(shè)計離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)。
[0044] 進(jìn)一步地,所述踏板面上A點為踏板面的中心。
[0045] 進(jìn)一步地，所述方法還包括：
[0046] 獲得表示離合器分離力與Θ對應(yīng)關(guān)系的離合器分離力-離合踏板轉(zhuǎn)角曲線；
[0047] 確定 a。、1^、L2、Lp 及 K1 的值；
[0048] 設(shè)定Ltl的初始值；
[0049] 選定Θ的取值范圍，根據(jù)建立的螺旋彈簧助力模型，得到表示T與Θ對應(yīng)關(guān)系的 螺旋彈簧助力曲線；
[0050] 調(diào)整Ltl的初始值，使得所述螺旋彈簧助力曲線中T的峰值所對應(yīng)的踏板轉(zhuǎn)角與所 述離合器分離力-離合踏板轉(zhuǎn)角曲線中所述離合器分離力的峰值所對應(yīng)的踏板轉(zhuǎn)角相同， 從而確定出L tl的最終值，完成離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計。
[0051] 進(jìn)一步地，a。的確定值為1. 8°，L1的確定值為64mm，L2的確定值為50mm，Lp的確 定值為323_，Θ的取值范圍選定為〇~25°，K 1的確定值為10N/mm。
[0052] 進(jìn)一步地，Ltl的初始值設(shè)定為40mm。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明的離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法，糾正了現(xiàn)有的方法中扭轉(zhuǎn) 彈簧對踏板的作用力方向定義錯誤的問題，因而，得到的螺旋彈簧助力模型更為準(zhǔn)確，避免 了離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)較大的設(shè)計誤差。
【附圖說明】
[0054] 圖1為離合踏板的受力平衡圖；
[0055] 圖2為依照本發(fā)明一實施例提供的離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法所得 到的離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的簡化圖；
[0056] 圖3為本發(fā)明一實施例所獲得的離合器分離力-離合踏板轉(zhuǎn)角曲線；
[0057] 圖4為依照本發(fā)明一實施例提供的離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法所得 到的扭轉(zhuǎn)彈簧助力曲線；
[0058] 圖5為依照本發(fā)明一實施例提供的離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法所得 到的離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)的簡化圖；
[0059] 圖6為依照本發(fā)明一實施例提供的離合踏板螺旋彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法所得 到的螺旋彈簧助力曲線。
[0060] 說明書附圖中的附圖標(biāo)記如下：
[0061] 1、踏板；2、扭轉(zhuǎn)彈簧；21、扭轉(zhuǎn)彈簧支撐臂；3、螺旋彈簧。
【具體實施方式】
[0062] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅 用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0063] 本發(fā)明一實施例提供的離合踏板扭轉(zhuǎn)彈簧助力系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括如下步驟：
[0064] 101、根據(jù)幾何原理確定扭轉(zhuǎn)彈簧變形量爐的表達(dá)式1為：
[0065]
[0066] 其中，Θ為踏板轉(zhuǎn)角、a(|為踏板初始角度、L1為扭轉(zhuǎn)彈簧在踏板支架上的安裝點C 到踏板旋轉(zhuǎn)點〇的距離、L2為扭轉(zhuǎn)彈簧在踏板上的安裝點B到踏板旋轉(zhuǎn)點0的距離、(Itl為 扭轉(zhuǎn)彈簧自由狀態(tài)夾角、r為扭轉(zhuǎn)彈簧的半徑、1為扭轉(zhuǎn)彈簧臂長，在所述表達(dá)式1中忽略扭 轉(zhuǎn)彈簧的自重，忽略扭轉(zhuǎn)彈簧的半徑r因壓縮或拉升所產(chǎn)生的半徑變化及扭轉(zhuǎn)彈簧支撐臂 的撓曲變形；在圖1及圖2所示的實施例中，同時忽略踏板1的形狀