專(zhuān)利名稱(chēng)：一種串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元用自動(dòng)離合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元(APU)自動(dòng)離合器，涉及串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的離合器及連接，屬于汽車(chē)用離合器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力技術(shù)作為汽車(chē)領(lǐng)域一種新興技術(shù)，已經(jīng)越來(lái)越多地被運(yùn)用到實(shí)際車(chē)輛中，其中串聯(lián)式混合動(dòng)力技術(shù)由于其適合于走走停停的城市工況而被廣泛運(yùn)用到城市客車(chē)的設(shè)計(jì)中。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的核心是輔助動(dòng)力單元(APU)，一般由一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)發(fā)電機(jī)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出交流電，經(jīng)過(guò)整流之后和蓄電池一起為電動(dòng)機(jī)提供能量，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。
目前普遍采用的做法是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸和發(fā)電機(jī)的輸入軸剛性連接，這樣的布置最簡(jiǎn)單，但也帶來(lái)了很大的問(wèn)題。當(dāng)車(chē)輛在城區(qū)擁堵道路上行走時(shí)，出于改善燃油經(jīng)濟(jì)性目的，APU系統(tǒng)可能會(huì)經(jīng)常停機(jī)以節(jié)省燃油。若發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)剛性連接，發(fā)動(dòng)機(jī)將帶著發(fā)電機(jī)起動(dòng)，由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大(大約是發(fā)動(dòng)機(jī)自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的10倍)，因此會(huì)造成起動(dòng)困難，并可能損壞起動(dòng)機(jī)。
為此，申請(qǐng)人提出在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間加裝自動(dòng)離合器的方案構(gòu)型，每次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)都先脫開(kāi)負(fù)載，可以有效地保護(hù)起動(dòng)電機(jī)。在上述思想試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作和測(cè)試，提出了一種串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元用自動(dòng)離合器，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)接合與脫開(kāi)的自動(dòng)離合器，且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元用自動(dòng)離合器，該自動(dòng)離合器含有電動(dòng)壓氣機(jī)、高壓氣罐、減壓閥、常閉閥A、常開(kāi)閥B、排氣閥C、電子控制單元、離合器驅(qū)動(dòng)活塞、預(yù)緊彈簧、推桿、撥叉、撥叉桿、分離軸承、膜片彈簧、摩擦片；電動(dòng)壓氣機(jī)與儲(chǔ)氣罐一起提供高壓氣源，儲(chǔ)氣罐的出口連接到減壓閥上；常閉閥A，常開(kāi)閥B，排氣閥C依次相連；從減壓閥出來(lái)的高壓氣體經(jīng)過(guò)常閉閥A、常開(kāi)閥B、排氣閥C輸入到離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中；常閉閥A，常開(kāi)閥B，排氣閥C與電子控制單元相連；
離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中有預(yù)緊彈簧和一進(jìn)氣口與氣路相連；當(dāng)氣路連通時(shí)，高壓氣體進(jìn)入氣缸，活塞帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，離合器脫開(kāi)；當(dāng)氣路被切斷，排氣閥打開(kāi)時(shí)，高壓氣體被排出，預(yù)緊彈簧使活塞回到初始位置，離合器接合；傳動(dòng)裝置推桿、撥叉、撥叉桿、分離軸承、膜片彈簧、摩擦片依次相連離合器蓋將摩擦片和膜片彈簧固定在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，分離軸承頂在膜片彈簧分離指上，撥叉桿中間與分離軸承通過(guò)推桿相連，桿的一端為撥叉，與離合器驅(qū)動(dòng)活塞的推桿鉸連。
本實(shí)用新型在電子控制單元(ECU)控制下實(shí)現(xiàn)打開(kāi)常閉閥A，氣路連通，離合器快速脫開(kāi)；關(guān)閉常開(kāi)閥B，氣路被切斷；用兩種不同頻率和占空比的PWM波控制排氣閥C開(kāi)閉，使驅(qū)動(dòng)活塞氣缸緩慢放氣，離合器緩慢接合。放氣過(guò)程中，短暫打開(kāi)常開(kāi)閥B向氣缸充入少量氣體，進(jìn)一步減緩摩擦片與飛輪接合速度。
原理高壓氣源經(jīng)過(guò)減壓閥、常閉電磁閥A、常開(kāi)電磁閥B、排氣電磁閥C與離合器驅(qū)動(dòng)活塞相連，離合器驅(qū)動(dòng)活塞的推桿通過(guò)撥叉、撥叉桿將力傳遞到分離軸承上，分離軸承通過(guò)前進(jìn)與后退改變膜片彈簧的形變，使摩擦片與飛輪接合或脫開(kāi)。通過(guò)三個(gè)電磁閥的開(kāi)閉，控制離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸的充氣和放氣，實(shí)現(xiàn)離合器的快速脫開(kāi)與緩慢接合。常閉閥A最先打開(kāi)使氣缸快速充氣；常開(kāi)閥B關(guān)閉后，用兩種不同頻率和占空比的PWM波控制排氣閥C開(kāi)閉，使氣缸緩慢放氣；放氣過(guò)程中，短暫打開(kāi)常開(kāi)閥B向氣缸充入少量氣體，減緩摩擦片與飛輪接合速度。
本實(shí)用新型的有益效果為1)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，無(wú)需復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)造即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)離合功能。
2)通過(guò)控制三個(gè)電磁閥的動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)離合器快速脫開(kāi)和緩慢接合。
3)為APU的起?？刂铺峁┝丝煽科脚_(tái)，基本實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的按需起停要求。


圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)電路布置示意圖。
圖3為本實(shí)用新型控制信號(hào)時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程。
圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1，整個(gè)自動(dòng)離合器系統(tǒng)包括機(jī)械連接和氣路連接兩部分。
當(dāng)系統(tǒng)不工作時(shí)，離合器驅(qū)動(dòng)活塞推桿在預(yù)緊彈簧的作用下，頂住撥叉并通過(guò)撥叉桿將分離軸承頂?shù)侥て瑥椈煞蛛x指上，由于預(yù)緊彈簧的作用力不大，因此分離軸承只是與分離指緊密接合而不會(huì)使膜片彈簧變形。摩擦片在膜片彈簧的壓緊力作用下與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪緊密接合，與摩擦片相連的發(fā)電機(jī)輸入軸因此與飛輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)處于接合狀態(tài)。
當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，常閉閥A在驅(qū)動(dòng)電路的作用下打開(kāi)，高壓氣體從高壓氣罐經(jīng)過(guò)減壓閥、常閉閥A和常開(kāi)閥B進(jìn)入離合器驅(qū)動(dòng)活塞的氣缸，活塞在氣體作用力下向外運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)推桿一起運(yùn)動(dòng)，推桿又通過(guò)撥叉、撥叉桿把力傳給分離軸承，由于力非常大，超過(guò)了膜片彈簧的最大彈簧力，因此分離軸承可以推動(dòng)膜片彈簧分離指，使得膜片彈簧變形。膜片彈簧將摩擦片拉離飛輪，使兩者之間產(chǎn)生一定空隙，飛輪就不能帶動(dòng)后面的發(fā)電機(jī)輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)脫離，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以空載起動(dòng)。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)以后，在保持常閉閥A打開(kāi)的情況下，給常開(kāi)閥B通電，使之關(guān)閉，則其前后管路中的氣體被分隔開(kāi)。此時(shí)給排氣閥C一個(gè)PWM波控制信號(hào)，控制其通斷的頻率和每次打開(kāi)的時(shí)間，就可以將離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中的氣體緩慢排出。推桿緩慢后退，帶動(dòng)分離軸承緩慢后退，膜片彈簧緩慢恢復(fù)形變，摩擦片也就與飛輪緩慢接合上。當(dāng)氣缸中氣體排盡的時(shí)候，推桿、分離軸承和摩擦片都回到初始位置，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)再次處于接合狀態(tài)。之后將常閉閥A和常開(kāi)閥B斷電，系統(tǒng)回到不工作狀態(tài)。
圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)電路布置示意圖。如圖2，常閉閥A、常開(kāi)閥B和排氣閥C都是開(kāi)關(guān)閥，需要用24V直流電源驅(qū)動(dòng)。從ECU出來(lái)的控制信號(hào)為12V，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)這三個(gè)閥，又由于排氣閥C通斷頻率會(huì)很高，不能采用傳統(tǒng)繼電器驅(qū)動(dòng)，因此統(tǒng)一采用低邊驅(qū)動(dòng)電路控制這三個(gè)電磁閥。
圖3為本實(shí)用新型控制信號(hào)時(shí)序圖，系統(tǒng)工作時(shí)電磁閥的通斷情況如該時(shí)序圖所示。
T0時(shí)刻，發(fā)動(dòng)機(jī)將要起動(dòng)，控制信號(hào)1#變高，常閉閥A打開(kāi)，氣缸充氣，離合器迅速脫開(kāi)。
T1時(shí)刻，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速工況，控制信號(hào)2#變高，常開(kāi)閥B關(guān)閉，前后氣路斷開(kāi)。
T2時(shí)刻，控制信號(hào)3#輸出一個(gè)占空比較大的信號(hào)，排氣閥C不斷打開(kāi)，氣缸快速放氣，氣壓降低，分離軸承上的推力減小到小于膜片彈簧當(dāng)前位置的彈簧力，并在膜片彈簧的作用下開(kāi)始往回運(yùn)動(dòng)，摩擦片開(kāi)始與飛輪接合。
T3時(shí)刻，控制信號(hào)3#變低；控制信號(hào)2#變低，常開(kāi)閥B再次打開(kāi)，向氣缸內(nèi)充入少量高壓氣，使分離軸承上的推力與膜片彈簧的最大彈簧力相當(dāng)，減緩摩擦片與飛輪接合的速度。
T4時(shí)刻，控制信號(hào)2#變高，常開(kāi)閥B關(guān)閉；控制信號(hào)3#輸出一個(gè)占空比很小的信號(hào)，排氣閥不斷打開(kāi)，氣缸緩慢放氣，氣壓降低，分離軸承上的推力緩慢減小，分離軸承在彈簧力的作用下緩慢后退，摩擦片與飛輪緩慢接合。
T5時(shí)刻，離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中氣壓減小到常壓，摩擦片與飛輪完全接合，控制信號(hào)3#變低；控制信號(hào)1#變低，常閉閥A關(guān)閉，高壓氣源與后面管道的連接被切斷。
T6時(shí)刻，控制信號(hào)2#變低，常開(kāi)閥B打開(kāi)，系統(tǒng)恢復(fù)到T0時(shí)刻前狀態(tài)。
權(quán)利要求1.串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元用自動(dòng)離合器，其特征在于，該自動(dòng)離合器含有電動(dòng)壓氣機(jī)、高壓氣罐、減壓閥、常閉閥A、常開(kāi)閥B、排氣閥C、電子控制單元、離合器驅(qū)動(dòng)活塞、預(yù)緊彈簧、推桿、撥叉、撥叉桿、分離軸承、膜片彈簧、摩擦片；電動(dòng)壓氣機(jī)與高壓氣罐一起提供高壓氣源，高壓氣罐的出口連接到減壓閥上；常閉閥A，常開(kāi)閥B，排氣閥C依次相連；從減壓閥出來(lái)的高壓氣體經(jīng)過(guò)常閉閥A、常開(kāi)閥B、排氣閥C輸入到離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中；常閉閥A，常開(kāi)閥B，排氣閥C與電子控制單元相連；離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中有預(yù)緊彈簧和一進(jìn)氣口與氣路相連；離合器驅(qū)動(dòng)活塞連接推桿，帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)；推桿、撥叉、撥叉桿、分離軸承、膜片彈簧、摩擦片依次相連。
專(zhuān)利摘要一種串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元(APU)自動(dòng)離合器，屬于汽車(chē)用離合器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。自動(dòng)離合器高壓氣罐出口連接減壓閥；常閉閥A，常開(kāi)閥B，排氣閥C依次相連；從減壓閥出來(lái)的高壓氣體經(jīng)過(guò)常閉閥A、常開(kāi)閥B、排氣閥C輸入到離合器驅(qū)動(dòng)活塞氣缸中；推桿、撥叉、撥叉桿、分離軸承、膜片彈簧、摩擦片依次相連。高壓氣源經(jīng)過(guò)減壓閥、常閉電磁閥A、常開(kāi)電磁閥B、排氣電磁閥C驅(qū)動(dòng)離合器驅(qū)動(dòng)活塞，推桿通過(guò)撥叉、撥叉桿將力傳遞到分離軸承上，分離軸承通過(guò)前進(jìn)與后退改變膜片彈簧的形變，實(shí)現(xiàn)離合器的快速脫開(kāi)與緩慢接合。本實(shí)用新型機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可實(shí)現(xiàn)離合器快速脫開(kāi)和緩慢接合，為APU的起?？刂铺峁┝丝煽科脚_(tái)。
文檔編號(hào)F16D48/06GK2906199SQ20062002302
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者楊福源, 歐陽(yáng)明高, 韓強(qiáng), 楊雨平, 何樺, 楊學(xué)青 申請(qǐng)人:清華大學(xué)