專利名稱:氣動液控式離合器自動操縱裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種應用于車輛傳動自動化操縱技術領域的離合器操縱系統(tǒng), 更具體地說,本發(fā)明涉及的是一種氣動液控式離合器操縱系統(tǒng)。
背景技術:
將由離合器和平行軸式齒輪變速箱組成的汽車傳動裝置自動化的過程是繼 續(xù)發(fā)揮該裝置成本低、效率高、結構簡單等優(yōu)勢的必經之路,隨著電子技術、 制造技術和市場的需求,這一過程經歷了半自動化、線控和全自動化三個階段。 半自動化階段包括自動換擋操縱和自動離合器操縱兩種形式。
離合器自動操縱無論作為獨立使用的系統(tǒng)還是自動換擋操縱的子系統(tǒng),在 傳動系統(tǒng)自動化操縱技術領域都占有核心地位,特別是離合器執(zhí)行機構設計和 控制算法更是該領域的難點和關鍵。
離合器自動操縱系統(tǒng)基本要求是分離和接合過程均可控,且響應迅速、動 作精確。在結構方面,由于各項技術在車輛上的廣泛應用,使得車上空間曰趨 緊張,對各部件總成提出結構緊湊小型化的要求,同時燃油經濟性對輕量化提 出要求,考慮批量生產工藝性和便于維修,要求系統(tǒng)集成度要高,此外執(zhí)行機
構的效率對于節(jié)能和提高響應速度有直接影響;控制方面既要考慮起步、換擋 的平順性又要考慮干式離合器摩擦片的磨損,二者相互矛盾,因為平順性要求 離合器緩慢接合,這樣將增大離合器滑磨功,影響使用壽命,反之亦然。另外 由于市場竟爭越來越激烈,要求低成本系統(tǒng)。總之,離合器自動操縱系統(tǒng)設計 是一項多目標、多學科優(yōu)化技術。
目前,執(zhí)行機構操縱形式在向多樣化發(fā)展,主要有以電機為動力源的電動 電控式、以液壓為動力的電控液動式、電控氣動式和氣動液控式等形式,其中 氣動式以其成本低、結構簡單、環(huán)保等優(yōu)點得到越來越多的應用,特別是在本 身帶有氣源(氣制動)的中、重型商用車和大型乘用客車上的應用前景廣闊。 但氣體自身的壓縮性嚴重影響了離合器的控制精度和響應特性,由于車上氣源 氣壓壓力一般相對較低(6bar - 12bar ),這也會影響機構的效率和結構的緊湊 性,另外純氣動離合器操縱系統(tǒng)存在著體積大、響應慢、控制精度低的技術問 題。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術存在的問題,提供一種有效地 提高接合過程中位置、速度控制精度和響應速度的結構緊湊的氣動液控式離合 器自動操縱裝置。
為解決上述技術問題,本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)。即在氣動缸、 組合活塞、過渡液壓缸、執(zhí)行液壓缸與活塞等現(xiàn)有技術的基礎上,加裝了一個 自動控制系統(tǒng),該系統(tǒng)包括液壓控制回路、氣壓控制回路、位移傳感器與電控 單元。
液壓控制回^各一端的兩個接口分別與過渡液壓缸缸底和缸壁上的通孔管^各 連接,另 一端的接口與執(zhí)行液壓缸缸壁上的進油通孔管路連接。 氣壓控制回路與氣動缸左端缸壁上的通孔管路連接。
位移傳感器的芯桿與活塞左端的活塞桿固定連接,位移傳感器的外殼與執(zhí) 4亍液壓缸的缸底固定連才妄。
電控單元的相應接線端分別與兩位三通比例流量閥的電》茲鐵接線端、兩位 三通氣動鬧的電磁鐵接線端和位移傳感器的接線端電線連接。
技術方案中所述的液壓控制回^各是由單向閥、兩位三通比例流量閥與油杯 組成,單向閥的①端與過渡液壓缸缸底上的通孔管路連接,單向閥的②端與油 杯管路連接,兩位三通比例流量閥的P接口與過渡液壓缸缸壁上的通孔管路連
接,兩位三通比例流量閥的T接口與油杯管路連接,兩位三通比例流量閥的A 接口與執(zhí)行液壓缸左端缸壁上的進油通孔管路連接;所述的氣壓控制回路是由 兩位三通氣動閥與氣動源組成,兩位三通氣動閥的A 4妄口與氣動缸左端缸壁上 的通孔管路連接,兩位三通氣動閥的P接口與氣動源的輸出接口管路連接,兩位 三通氣動閥的T接口與大氣接通;技術方案中在氣動缸右端缸壁的通孔上安裝 兩個使氣動缸內安置有回位彈簧的活塞桿腔始終與大氣連通的排氣塞;技術方 案中在執(zhí)行液壓缸左端缸壁的排氣通孔上安裝一個使執(zhí)行液壓缸的進油腔排除 腔內空氣的1號排氣閥;技術方案中在過渡液壓缸右端缸壁的排氣通孔上安裝 一個使過渡液壓缸的壓力油腔排除腔內空氣的2號排氣閥;所述的管路連接可 用加工在缸體上的通道連接代替;技術方案中在電控單元中具有信息處理能力 的硬件內裝有處理來自位移傳感器的信息并實時地向兩位三通比例流量閥和兩 位三通氣動閥發(fā)出指令的計算機程序裝置。 本發(fā)明的有益效果是
1. 氣動液控式離合器自動操縱裝置很好地克服了純氣動機構由于氣體可壓 縮性對控制精度造成的影響,將離合器的分離和結合作為兩個過程分別控制;
2. 氣動液控式離合器自動操縱裝置中采用了單向閥可以實時地向過渡液壓 缸補油,提高了響應速度;
3. 氣動液控式離合器自動操縱裝置中電控單元根據(jù)傳感器位移信號控制兩 位三通比例流量閥和兩位三通氣動閥的動作,從而精確控制離合器分離和結合 時的位移和速度;
4. 氣動液控式離合器自動操縱裝置具有結構簡單、加工工藝性好、響應速
度快與控制精度高的優(yōu)點,本方法更適合于原本帶有壓縮氣源的車輛。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明圖l是氣動液控式離合器自動操縱裝置的工作原理圖; 圖2是氣動液控式離合器自動操縱裝置的結構三維外形圖; 圖3是氣動液控式離合器自動操縱裝置的主視圖上全剖結構圖; 圖4是氣動液控式離合器自動操縱裝置的控制過程框圖; 圖中1.氣動缸,2.回位彈簧,3.組合活塞,4.過渡液壓缸,5.單向閥,6.兩位 三通比例流量閥,7.油杯,8.兩位三通氣動閥,9.氣動源,10.電控單元,11.位移 傳感器,12.執(zhí)行液壓缸,13.活塞,14.分離挺桿,15.磨擦片,16.排氣塞,17. 1號 排氣閥,18.分離撥叉,19. 2號排氣閥。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作詳細的描述參閱圖1至圖3,本發(fā)明提供了一種氣動液控式離合器自動操縱裝置。主 要解決純氣動離合器操縱裝置體積大、響應慢、控制精度低的技術問題,同時 解決了離合器傳感器的安裝和系統(tǒng)補油等局部設計問題,并將離合器分離和接 合分解為兩個獨立的過程,規(guī)避了氣動元件阻尼對液控精度的影響,有效提高 了接合過程位置、速度控制精度和響應速度。該裝置具有結構簡單、結構緊湊、 加工工藝性好與響應速度快的特點。本裝置更適合于自帶有壓縮氣源的車輛。氣動液控式離合器自動操縱裝置是由執(zhí)行機構和自動控制系統(tǒng)兩大部分組 成。執(zhí)行機構部分包括氣動缸1、回位彈簧2、組合活塞3、過渡液壓缸4、執(zhí) 行液壓缸12、活塞13、分離挺桿14、磨擦片15與分離撥叉18。為了使本裝置 結構緊湊,空間體積小,采用在一鑄鐵或鋁合金塊上加工氣動缸1、過渡液壓 缸4與執(zhí)行液壓缸12,并根據(jù)需要在其上加工出通道代替專用油管與氣管,將 執(zhí)行才幾構和自動控制系統(tǒng)兩大部分有序地連4妻起來。氣動缸1與過渡液壓缸4 的回轉軸線共線,且兩缸相通(串接)。由大活塞頭、小活塞頭和活塞桿組成的 并在活塞桿上套裝有回位彈簧2的組合活塞3裝入兩缸之中成滑動配合。氣動 缸1的缸口用缸蓋和螺釘固定封閉,執(zhí)行液壓缸12的回轉軸線與氣動缸1和過 渡液壓缸4的回轉軸線平行,其缸底加工一個長通孔,左端帶有細長桿(活塞 桿或叫傳動桿)的活塞13裝入執(zhí)行液壓缸12與缸底的長通孔中成滑動配合, 活塞13另一端(右側)與分離挺桿14鉸接,執(zhí)行液壓缸12的缸口用徑向帶有 通孔的護套封住,護套上帶有的徑向通孔佳j丸行液壓缸12中分離:l廷桿14所處 的缸腔始終保持與大氣連通,活塞13與分離挺桿14可在執(zhí)行液壓缸12內自由 滑動。分離挺桿14與分離撥叉18鉸接,壓力油可使分離撥叉18擺動而離合器 分離,磨擦片15和發(fā)動機輸出軸上的飛輪脫開。壓力油卸壓后,離合器在裝在
離合器上的復位彈簧的作用下進入結合狀態(tài),磨擦片15和發(fā)動機輸出軸上的飛 輪緊密結合傳遞扭矩。自動控制系統(tǒng)部分包括液壓控制回路、氣壓控制回路、位移傳感器ll、電控單元10、排氣塞16、 1號排氣閥17與2號排氣閥19。所述的液壓控制回^各是由單向閥5、兩位三通比例流量閥6與油杯7組成。 單向閥5的①端與過渡液壓缸4缸底上的通孔是通道連"t妄,單向閥5的②端與 油杯7用軟管連接,單向閥5的作用是當(組合活塞3向左運動時)單向閥5 的兩端形成使單向閥5打開的壓差時向過渡液壓缸4內補油。兩位三通比例流 量閥6的P接口與過渡液壓缸4缸壁上的通孔是通道連接,兩位三通比例流量 閥6的T接口與油杯7用軟管連接,兩位三通比例流量閥6的A ^妄口與扭J亍液 壓缸12缸壁上的進油通孔是通道連接。過渡液壓缸4與執(zhí)行液壓釭12之間通 過兩位三通比例流量閥6相連^妻,通過兩位三通比例流量閥6工作位置的變換, 改變液壓油的油流方向,即改變活塞13的移動方向,當兩^f立三通比例流量閥6 的P接口與A接口接通時,執(zhí)行液壓缸12壓力油腔與過渡液壓缸4的壓力油腔 4妄通,壓力油推動活塞13向右移動,控制兩位三通比例流量閥6閥芯的開口大 小來控制供油的流量,達到控制離合器分離的速度。當兩位三通比例流量閥6 的A接口與T接口接通時,即執(zhí)行液壓缸12壓力油腔與油杯7接通時,控制兩 位三通比例流量閥6閥芯的開口大小來控制泄油(流量)的速度,達到控制離 合器結合時的位置和速度的目的。所述的氣壓控制回路是由兩位三通氣動閥8與氣動源9組成。兩位三通氣 動閥8的A接口與氣動缸1左端缸壁上的通孔是通道連接,兩位三通氣動閥8的 P接口與氣動源9的輸出接口管路連接,兩位三通氣動閥8的T接口與大氣連通。 當氣車上帶有氣泵與儲氣罐時,兩位三通氣動閥8的P接口即與氣車上儲氣罐 的輸出接口管路連接,本具體實施方式
中所考慮的是氣車上沒有氣泵與儲氣罐 而是外配氣動源9的情況。從氣動缸1到過渡液壓缸4,通過兩位三通比例流量閥6再到執(zhí)行液壓缸 12是一個力量放大過程。假設組合活塞3的大活塞頭的左側面的面積為Sl,組 合活塞3的小活塞頭右側面的面積為S2,活塞13的左側面的環(huán)形面積為S3。 當Sl要大于S2時,由帕斯卡原理,在組合活塞3的大活塞頭的左側面上作用 一個較小的力,在組合活塞3的小活塞頭右側面將產生一個較大的油壓。這個 較大的油壓和活塞13的左側面的環(huán)形面積為S3的積,就使執(zhí)行液壓缸12的進 油腔產生一個經過放大(幾倍至幾拾倍)的力去推動活塞13、分離挺桿14與 分離撥叉18移動或轉動,進而實現(xiàn)離合器的分離。在氣動源9輸出壓力一定時 (6bar - 12bar ),本具體實施方式
中選4奪6bar作為i殳計的基礎,^艮好地選擇 S1 、 S 2與S 3之間的面積比例關系,就可以在扭j亍液壓缸12的的活塞13上得 到一個我們所希望大小的分離力。所述的位移傳感器11是由處于中間位置的芯桿和扣裝在芯桿周圍的外殼 組成。位移傳感器11的芯桿與活塞13左端的活塞桿固定連接,兩者的回轉軸線共線,位移傳感器11的外殼與執(zhí)行液壓缸12的缸底固定連接,將位移傳感 器11的芯桿扣在里面。即位移傳感器11的芯桿隨著活塞13的移動而移動,位 移傳感器11的作用是用來檢測離合器的位置,或者更具體地說是用來檢測分離 挺桿14的位移,并將其位移信號轉變成電信號傳送給電控單元10。所述的電控單元IO是由軟、硬件兩部分組成,自編計算機程序裝入具有信 息處理能力的程序存儲器內。電控單元10的相應接線端分別與兩位三通比例流 量閥6的電^茲鐵接線端、兩位三通氣動閥8的電》茲鐵接線端和位移傳感器11的 接線端電線連接。通過執(zhí)行計算機程序電控單元10能夠處理來自位移傳感器 11的已轉變成電信號的位移信息,并實時地向兩位三通比例流量閥6和兩位三 通氣動閥8的電磁鐵發(fā)出指令,從而實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。為了使氣動液控式離合器自動操縱裝置能夠自始至終的正常工作,在氣動 缸1右端缸壁的排氣通孔上安裝一個使氣動缸1內安置有回位彈簧2的活塞桿 腔始終與大氣連通的兩個相同的排氣塞16,即使活塞桿腔處于非封閉狀態(tài),否 則活塞桿腔阻力增加而影響自動控制系統(tǒng)靈敏度;在執(zhí)行液壓缸12左端缸壁的 排氣通孔上安裝一個使執(zhí)行液壓缸12的進油腔排除腔內空氣的1號排氣閥17, 正常工作前應使4丸行液壓缸12的進油腔排空一切空氣,否則將影響油液的剛 度,降低系統(tǒng)的控制精度;在過渡液壓缸4右端缸壁的排氣通孔上安裝一個使 過渡液壓缸4的壓力油腔排除腔內空氣的2號排氣閥19,同樣過渡液壓缸4的 壓力油腔也是不允許殘留空氣,正常工作前必須排凈腔內空氣。前面已經闡述過為了使氣動液控式離合器自動操縱裝置結構緊湊,空間體 積小,采用在一鑄鐵或鋁合金塊上加工氣動缸1、過渡液壓缸4與執(zhí)行液壓缸 12,并根據(jù)需要在其上加工出通道代替專用油管與氣管,并將單向閥5、兩位 三通比例流量閥6、兩位三通氣動閥8、排氣塞16、 1號排氣閥17與2號排氣 閥19都裝在它的上面,可以說是高度的集成化,這是受安裝空間限制所決定的。 如果安裝空間不受限制,工氣動缸1、過渡液壓缸4與執(zhí)行液壓缸12,都可做 成單體式的,各種缸體與各種閥之間可用專用油管和氣管進行連接,代替了通 道連接。氣動液控式離合器自動操縱裝置解決了純氣動離合器操縱系統(tǒng)體積大、響 應慢、控制精度低的技術問題,同時解決了離合器傳感器的安裝和系統(tǒng)補油等 局部設計問題,并將離合器分離和接合分解為兩個獨立的過程,規(guī)避了氣動元 件阻尼對液控精度的影響,有效提高了接合過程中位置、速度控制精度和響應 速度。
氣動液控式離合器自動操縱裝置的工作原理參閱圖1與圖4,組合活塞3的大活塞頭的左側面作用的是有一定壓力的 空氣(6bar ),組合活塞3的小活塞頭的右側面的油腔產生的是具有一定壓力的 液壓油(6bar xSl/S2)。組合活塞3的小活塞頭右側壓力油腔的壓力油和活塞 13左側面環(huán)形油腔的壓力油是通過一個電控兩位三通比例流量閥6接通的。由 壓力空氣在氣動缸1內推壓組合活塞3的大活塞頭的左側面,過渡液壓缸4內 組合活塞3小活塞頭的右側面的油腔產生壓力油(6barxSl/S2),在不考慮兩 位三通比例流量閥和油道壓降的情況下,扭"行液壓缸12的活塞13 (在力S3x 6barxSl/S2的作用下)直接驅動分離挺桿14,分離挺桿14再推動分離撥叉 18,當分離挺桿14向右運動時,離合器分離,當分離挺桿14向左運動時離合 器結合。工作過程中氣動缸l內活塞桿腔的空氣由排氣塞16排出或進入,保持 該腔內始終是大氣壓力。離合器的分離過程離合器分離過程是以氣動源9壓力為6bar的壓力氣體為動力。電控單元 (TCU) IO發(fā)指令給兩位三通氣動閥8, P接口與A接口接通,氣動源9中的壓 力氣體,進入氣動缸1內大活塞頭左側面的壓力腔,推動組合活塞3向右運動 并在過渡液壓缸4內組合活塞3小活塞頭的右側面的油腔建立了油壓(6barx Sl/S2),電控單元10發(fā)指令給兩位三通比例流量閥6,兩位三通比例流量閥6 的P接口與A接口接通,過渡液壓缸4內的壓力油經兩位三通比例流量閥6進 入到執(zhí)行液壓缸12的壓力油腔,在活塞13左側環(huán)形面上形成一個大小為S3 x 6barxSl/S2的推動力,經分離挺桿14作用到分離撥叉18上,分離挺桿14向 右運動,分離撥叉18向右擺動使離合器分離。這一過程中,分離4廷桿14向右 運動時位移傳感器11中的芯桿也一同向右運動,根據(jù)位移傳感器11反饋的位 置信號,形成離合器分離的閉環(huán)控制系統(tǒng),通過控制兩位三通比例閥6的流量, 可以使活塞13停在任意一個位置,即使離合器停在任意一個位置上,從而控制 離合器的分離速度和位置。離合器的分離過程結束后,電控單元IO發(fā)指令使兩位三通氣動閥8斷電, P接口與A接口不通,A接口與T接口接通,汽動缸1內大活塞頭左側的壓力腔 與大氣接通,其腔內的壓力和大氣壓相同,此時組合活塞3在回位彈簧2的作 用向左移動,過渡液壓缸4內與大氣間形成一定壓差,此時單向閥5打開,油 杯7內的液壓油流入到過渡液壓缸4里完成補油,為下一個工作過程j故準備。離合器的接合過程離合器的接合過程是以安裝在離合器上的回位彈簧的回位力為動力,電控 單元IO發(fā)指令使兩位三通比例流量閥6斷電,兩位三通比例流量閥6的A接口 與T接口接通,即執(zhí)行液壓缸12壓力油腔與油杯7接通,離合器上的回位彈簧 的回位力反作用到分離撥叉18上,通過分離撥叉18反作用到分離挺桿14上, 通過分離挺桿14反作用到活塞13上,活塞13向左運動將液壓油經兩位三通比 例流量閥6排回到油杯,離合器接合。根據(jù)位移傳感器ll反饋的位置信號,形 成離合器接合的閉環(huán)控制系統(tǒng),控制兩位三通比例流量閥6的流量來控制離合 器位置和離合器接合速度。
權利要求
1.一種氣動液控式離合器自動操縱裝置,包括氣動源、氣動缸、組合活塞、過渡液壓缸、執(zhí)行液壓缸與活塞,其特征在于,它加裝了一個自動控制系統(tǒng),該系統(tǒng)包括液壓控制回路、氣壓控制回路、位移傳感器(11)與電控單元(10);液壓控制回路一端的兩個接口分別與過渡液壓缸(4)缸底和缸壁上的通孔管路連接,另一端的接口與執(zhí)行液壓缸(12)缸壁上的進油通孔管路連接;氣壓控制回路與氣動缸(1)左端缸壁上的通孔管路連接;位移傳感器(11)的芯桿與活塞(13)左端的活塞桿固定連接,位移傳感器(11)的外殼與執(zhí)行液壓缸(12)的缸底固定連接;電控單元(10)的相應接線端分別與兩位三通比例流量閥(6)的電磁鐵接線端、兩位三通氣動閥(8)的電磁鐵接線端和位移傳感器(11)的接線端電線連接。
2. 按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于, 所述的液壓控制回^各是由單向閥(5)、兩位三通比例流量閥(6)與油杯(7) 組成;單向閥(5 )的①端與過渡液壓缸(4 )缸底上的通孔管路連接,單向閥(5 ) 的②端與油杯(7)軟管連接,兩位三通比例流量閥(6)的P接口與過渡液壓 缸(4 )缸壁上的通孔管路連接,兩位三通比例流量閥(6 )的T接口與油杯(7 ) 管^各連接,兩位三通比例流量閥(6 )的A接口與執(zhí)行液壓缸(12 )左端缸壁上 的進油通孔管路連接。
3. 按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于, 所述的氣壓控制回路是由兩位三通氣動閥(8)與氣動源(9)組成;兩位三通氣動閥(8 )的A接口與氣動缸(1 )左端缸壁上的通孔管路連接, 兩位三通氣動閥(8)的P接口與氣動源(9)的輸出接口管路連接,兩位三通氣動 閥(8)的T接口與大氣連通。
4. 按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于, 在氣動缸(1 )右端缸壁的通孔上安裝兩個使氣動缸(1 )內安置有回位彈簧(2 ) 的活塞桿腔始終與大氣連通的排氣塞(16)。
5. 按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于, 在執(zhí)行液壓缸(12)左端缸壁的排氣通孔上安裝一個使執(zhí)行液壓缸(12)的進 油腔排除腔內空氣的1號排氣閥(17 )。
6. 按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于, 在過渡液壓缸(4)右端缸壁的排氣通孔上安裝一個使過渡液壓缸(4)的壓力 油腔排除腔內空氣的2號排氣閥(19 )。
7. 按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于,所述的管路連接可用加工在缸體上的通道連接代替。
8.按照權利要求1所述的氣動液控式離合器自動操縱裝置,其特征在于, 在電控單元(10)中具有信息處理能力的硬件內裝有處理來自位移傳感器(11) 的信息并實時地向兩位三通比例流量閥(6)和兩位三通氣動閥(8)發(fā)出指令 的計算機程序裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于車輛上的氣動液控式離合器自動操縱裝置。旨在克服現(xiàn)有技術存在的體積大、響應慢、控制精度低等問題。該裝置具有一個由液壓控制回路、氣壓控制回路、位移傳感器(11)與電控單元(10)組成的自動控制系統(tǒng)。液壓控制回路一端的兩個接口分別與過渡液壓缸(4)缸底和缸壁上的通孔管路連接,另一端的接口與執(zhí)行液壓缸(12)缸壁上的通孔管路連接。氣壓控制回路與氣動缸(1)左端缸壁上的通孔管路連接。位移傳感器(11)的芯桿與活塞(13)左端的活塞桿固接。電控單元(10)相應的接線端分別與兩位三通比例流量閥(6)的電磁鐵接線端、兩位三通氣動閥(8)的電磁鐵接線端和位移傳感器(11)的接線端電線連接。
文檔編號F16D48/00GK101158377SQ20071005633
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權日2007年11月22日
發(fā)明者宋傳學, 張建國, 俊 楊, 健 王, 王順利, 葛均師, 雷雨龍 申請人:吉林大學