CN100510455C - 气动液控式离合器自动操纵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于车辆上的气动液控式离合器自动操纵装置。旨在克服现有技术存在的体积大、响应慢、控制精度低等问题。该装置具有一个由液压控制回路、气压控制回路、位移传感器(11)与电控单元(10)组成的自动控制***。液压控制回路一端的两个接口分别与过渡液压缸(4)缸底和缸壁上的通孔管路连接，另一端的接口与执行液压缸(12)缸壁上的通孔管路连接。气压控制回路与气动缸(1)左端缸壁上的通孔管路连接。位移传感器(11)的芯杆与活塞(13)左端的活塞杆固接。电控单元(10)相应的接线端分别与两位三通比例流量阀(6)的电磁铁接线端、两位三通气动阀(8)的电磁铁接线端和位移传感器(11)的接线端电线连接。

Description

气动液控式离合器自动操纵装置

技术领域

本发明涉及一种应用于车辆传动自动化操纵技术领域的离合器操纵***，更具体地说，本发明涉及的是一种气动液控式离合器操纵***。

背景技术

将由离合器和平行轴式齿轮变速箱组成的汽车传动装置自动化的过程是继续发挥该装置成本低、效率高、结构简单等优势的必经之路，随着电子技术、制造技术和市场的需求，这一过程经历了半自动化、线控和全自动化三个阶段。半自动化阶段包括自动换挡操纵和自动离合器操纵两种形式。

离合器自动操纵无论作为独立使用的***还是自动换挡操纵的子***，在传动***自动化操纵技术领域都占有核心地位，特别是离合器执行机构设计和控制算法更是该领域的难点和关键。

离合器自动操纵***基本要求是分离和接合过程均可控，且响应迅速、动作精确。在结构方面，由于各项技术在车辆上的广泛应用，使得车上空间日趋紧张，对各部件总成提出结构紧凑小型化的要求，同时燃油经济性对轻量化提出要求，考虑批量生产工艺性和便于维修，要求***集成度要高，此外执行机构的效率对于节能和提高响应速度有直接影响；控制方面既要考虑起步、换挡的平顺性又要考虑干式离合器摩擦片的磨损，二者相互矛盾，因为平顺性要求离合器缓慢接合，这样将增大离合器滑磨功，影响使用寿命，反之亦然。另外由于市场竞争越来越激烈，要求低成本***。总之，离合器自动操纵***设计是一项多目标、多学科优化技术。

目前，执行机构操纵形式在向多样化发展，主要有以电机为动力源的电动电控式、以液压为动力的电控液动式、电控气动式和气动液控式等形式，其中气动式以其成本低、结构简单、环保等优点得到越来越多的应用，特别是在本身带有气源(气制动)的中、重型商用车和大型乘用客车上的应用前景广阔。但气体自身的压缩性严重影响了离合器的控制精度和响应特性，由于车上气源气压压力一般相对较低(6bar-12bar)，这也会影响机构的效率和结构的紧凑性，另外纯气动离合器操纵***存在着体积大、响应慢、控制精度低的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，提供一种有效地提高接合过程中位置、速度控制精度和响应速度的结构紧凑的气动液控式离合器自动操纵装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现。即在气动缸、组合活塞、过渡液压缸、执行液压缸与活塞等现有技术的基础上，加装了一个自动控制***，该***包括液压控制回路、气压控制回路、位移传感器与电控单元。

液压控制回路一端的两个接口分别与过渡液压缸缸底和缸壁上的通孔管路连接，另一端的接口与执行液压缸缸壁上的进油通孔管路连接。

气压控制回路与气动缸左端缸壁上的通孔管路连接。

位移传感器的芯杆与活塞左端的活塞杆固定连接，位移传感器的外壳与执行液压缸的缸底固定连接。

电控单元的相应接线端分别与两位三通比例流量阀的电磁铁接线端、两位三通气动阀的电磁铁接线端和位移传感器的接线端电线连接。

技术方案中所述的液压控制回路是由单向阀、两位三通比例流量阀与油杯组成，单向阀的出油口与过渡液压缸缸底上的通孔管路连接，单向阀的进油口与油杯管路连接，两位三通比例流量阀的P接口与过渡液压缸缸壁上的通孔管路连接，两位三通比例流量阀的T接口与油杯管路连接，两位三通比例流量阀的A接口与执行液压缸左端缸壁上的进油通孔管路连接；所述的气压控制回路是由两位三通气动阀与气动源组成，两位三通气动阀的A接口与气动缸左端缸壁上的通孔管路连接，两位三通气动阀的P接口与气动源的输出接口管路连接，两位三通气动阀的T接口与大气接通；技术方案中在气动缸右端缸壁的通孔上安装两个使气动缸内安置有回位弹簧的活塞杆腔始终与大气连通的排气塞；技术方案中在执行液压缸左端缸壁的排气通孔上安装一个使执行液压缸的进油腔排除腔内空气的1号排气阀；技术方案中在过渡液压缸右端缸壁的排气通孔上安装一个使过渡液压缸的压力油腔排除腔内空气的2号排气阀；所述的管路连接可用加工在缸体上的通道连接代替；技术方案中在电控单元中具有信息处理能力的硬件内装有处理来自位移传感器的信息并实时地向两位三通比例流量阀和两位三通气动阀发出指令的计算机程序装置。

本发明的有益效果是：

1.气动液控式离合器自动操纵装置很好地克服了纯气动机构由于气体可压缩性对控制精度造成的影响，将离合器的分离和结合作为两个过程分别控制；

2.气动液控式离合器自动操纵装置中采用了单向阀可以实时地向过渡液压缸补油，提高了响应速度；

3.气动液控式离合器自动操纵装置中电控单元根据传感器位移信号控制两位三通比例流量阀和两位三通气动阀的动作，从而精确控制离合器分离和结合时的位移和速度；

4.气动液控式离合器自动操纵装置具有结构简单、加工工艺性好、响应速度快与控制精度高的优点，本方法更适合于原本带有压缩气源的车辆。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是气动液控式离合器自动操纵装置的工作原理图；

图2是气动液控式离合器自动操纵装置的结构三维外形图；

图3是气动液控式离合器自动操纵装置的主视图上全剖结构图；

图4是气动液控式离合器自动操纵装置的控制过程框图；

图中：1.气动缸，2.回位弹簧，3.组合活塞，4.过渡液压缸，5.单向阀，6.两位三通比例流量阀，7.油杯，8.两位三通气动阀，9.气动源，10.电控单元，11.位移传感器，12.执行液压缸，13.活塞，14.分离挺杆，15.磨擦片，16.排气塞，17.1号排气阀，18.分离拨叉，19.2号排气阀，①.出油口，②.进油口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1至图3，本发明提供了一种气动液控式离合器自动操纵装置。主要解决纯气动离合器操纵装置体积大、响应慢、控制精度低的技术问题，同时解决了离合器传感器的安装和***补油等局部设计问题，并将离合器分离和接合分解为两个独立的过程，规避了气动元件阻尼对液控精度的影响，有效提高了接合过程位置、速度控制精度和响应速度。该装置具有结构简单、结构紧凑、加工工艺性好与响应速度快的特点。本装置更适合于自带有压缩气源的车辆。

气动液控式离合器自动操纵装置是由执行机构和自动控制***两大部分组成。执行机构部分包括气动缸1、回位弹簧2、组合活塞3、过渡液压缸4、执行液压缸12、活塞13、分离挺杆14、磨擦片15与分离拨叉18。为了使本装置结构紧凑，空间体积小，采用在一铸铁或铝合金块上加工气动缸1、过渡液压缸4与执行液压缸12，并根据需要在其上加工出通道代替专用油管与气管，将执行机构和自动控制***两大部分有序地连接起来。气动缸1与过渡液压缸4的回转轴线共线，且两缸相通(串接)。由大活塞头、小活塞头和活塞杆组成的并在活塞杆上套装有回位弹簧2的组合活塞3装入两缸之中成滑动配合。气动缸1的缸口用缸盖和螺钉固定封闭，执行液压缸12的回转轴线与气动缸1和过渡液压缸4的回转轴线平行，其缸底加工一个长通孔，左端带有细长杆(活塞杆或叫传动杆)的活塞13装入执行液压缸12与缸底的长通孔中成滑动配合，活塞13另一端(右侧)与分离挺杆14铰接，执行液压缸12的缸口用径向带有通孔的护套封住，护套上带有的径向通孔使执行液压缸12中分离挺杆14所处的缸腔始终保持与大气连通，活塞13与分离挺杆14可在执行液压缸12内自由滑动。分离挺杆14与分离拨叉18铰接，压力油可使分离拨叉18摆动而离合器分离，磨擦片15和发动机输出轴上的飞轮脱开。压力油卸压后，离合器在装在离合器上的复位弹簧的作用下进入结合状态，磨擦片15和发动机输出轴上的飞轮紧密结合传递扭矩。

自动控制***部分包括液压控制回路、气压控制回路、位移传感器11、电控单元10、排气塞16、1号排气阀17与2号排气阀19。

所述的液压控制回路是由单向阀5、两位三通比例流量阀6与油杯7组成。单向阀5的出油口①与过渡液压缸4缸底上的通孔是通道连接，单向阀5的进油口②与油杯7用软管连接，单向阀5的作用是当(组合活塞3向左运动时)单向阀5的两端形成使单向阀5打开的压差时向过渡液压缸4内补油。两位三通比例流量阀6的P接口与过渡液压缸4缸壁上的通孔是通道连接，两位三通比例流量阀6的T接口与油杯7用软管连接，两位三通比例流量阀6的A接口与执行液压缸12缸壁上的进油通孔是通道连接。过渡液压缸4与执行液压缸12之间通过两位三通比例流量阀6相连接，通过两位三通比例流量阀6工作位置的变换，改变液压油的油流方向，即改变活塞13的移动方向，当两位三通比例流量阀6的P接口与A接口接通时，执行液压缸12压力油腔与过渡液压缸4的压力油腔接通，压力油推动活塞13向右移动，控制两位三通比例流量阀6阀芯的开口大小来控制供油的流量，达到控制离合器分离的速度。当两位三通比例流量阀6的A接口与T接口接通时，即执行液压缸12压力油腔与油杯7接通时，控制两位三通比例流量阀6阀芯的开口大小来控制泄油(流量)的速度，达到控制离合器结合时的位置和速度的目的。

所述的气压控制回路是由两位三通气动阀8与气动源9组成。两位三通气动阀8的A接口与气动缸1左端缸壁上的通孔是通道连接，两位三通气动阀8的P接口与气动源9的输出接口管路连接，两位三通气动阀8的T接口与大气连通。当气车上带有气泵与储气罐时，两位三通气动阀8的P接口即与气车上储气罐的输出接口管路连接，本具体实施方式中所考虑的是气车上没有气泵与储气罐而是外配气动源9的情况。

从气动缸1到过渡液压缸4，通过两位三通比例流量阀6再到执行液压缸12是一个力量放大过程。假设组合活塞3的大活塞头的左侧面的面积为S1，组合活塞3的小活塞头右侧面的面积为S2，活塞13的左侧面的环形面积为S3。当S1要大于S2时，由帕斯卡原理，在组合活塞3的大活塞头的左侧面上作用一个较小的力，在组合活塞3的小活塞头右侧面将产生一个较大的油压。这个较大的油压和活塞13的左侧面的环形面积为S3的积，就使执行液压缸12的进油腔产生一个经过放大(几倍至几拾倍)的力去推动活塞13、分离挺杆14与分离拨叉18移动或转动，进而实现离合器的分离。在气动源9输出压力一定时(6bar-12bar)，本具体实施方式中选择6bar作为设计的基础，很好地选择S1、S2与S3之间的面积比例关系，就可以在执行液压缸12的的活塞13上得到一个我们所希望大小的分离力。

所述的位移传感器11是由处于中间位置的芯杆和扣装在芯杆周围的外壳组成。位移传感器11的芯杆与活塞13左端的活塞杆固定连接，两者的回转轴线共线，位移传感器11的外壳与执行液压缸12的缸底固定连接，将位移传感器11的芯杆扣在里面。即位移传感器11的芯杆随着活塞13的移动而移动，位移传感器11的作用是用来检测离合器的位置，或者更具体地说是用来检测分离挺杆14的位移，并将其位移信号转变成电信号传送给电控单元10。

所述的电控单元10是由软、硬件两部分组成，自编计算机程序装入具有信息处理能力的程序存储器内。电控单元10的相应接线端分别与两位三通比例流量阀6的电磁铁接线端、两位三通气动阀8的电磁铁接线端和位移传感器11的接线端电线连接。通过执行计算机程序电控单元10能够处理来自位移传感器11的已转变成电信号的位移信息，并实时地向两位三通比例流量阀6和两位三通气动阀8的电磁铁发出指令，从而实现闭环自动控制。

为了使气动液控式离合器自动操纵装置能够自始至终的正常工作，在气动缸1右端缸壁的排气通孔上安装一个使气动缸1内安置有回位弹簧2的活塞杆腔始终与大气连通的两个相同的排气塞16，即使活塞杆腔处于非封闭状态，否则活塞杆腔阻力增加而影响自动控制***灵敏度；在执行液压缸12左端缸壁的排气通孔上安装一个使执行液压缸12的进油腔排除腔内空气的1号排气阀17，正常工作前应使执行液压缸12的进油腔排空一切空气，否则将影响油液的刚度，降低***的控制精度；在过渡液压缸4右端缸壁的排气通孔上安装一个使过渡液压缸4的压力油腔排除腔内空气的2号排气阀19，同样过渡液压缸4的压力油腔也是不允许残留空气，正常工作前必须排净腔内空气。

前面已经阐述过为了使气动液控式离合器自动操纵装置结构紧凑，空间体积小，采用在一铸铁或铝合金块上加工气动缸1、过渡液压缸4与执行液压缸12，并根据需要在其上加工出通道代替专用油管与气管，并将单向阀5、两位三通比例流量阀6、两位三通气动阀8、排气塞16、1号排气阀17与2号排气阀19都装在它的上面，可以说是高度的集成化，这是受安装空间限制所决定的。如果安装空间不受限制，工气动缸1、过渡液压缸4与执行液压缸12，都可做成单体式的，各种缸体与各种阀之间可用专用油管和气管进行连接，代替了通道连接。

气动液控式离合器自动操纵装置解决了纯气动离合器操纵***体积大、响应慢、控制精度低的技术问题，同时解决了离合器传感器的安装和***补油等局部设计问题，并将离合器分离和接合分解为两个独立的过程，规避了气动元件阻尼对液控精度的影响，有效提高了接合过程中位置、速度控制精度和响应速度。

气动液控式离合器自动操纵装置的工作原理：

参阅图1与图4，组合活塞3的大活塞头的左侧面作用的是有一定压力的空气(6bar)，组合活塞3的小活塞头的右侧面的油腔产生的是具有一定压力的液压油(6bar×S1/S2)。组合活塞3的小活塞头右侧压力油腔的压力油和活塞13左侧面环形油腔的压力油是通过一个电控两位三通比例流量阀6接通的。由压力空气在气动缸1内推压组合活塞3的大活塞头的左侧面，过渡液压缸4内组合活塞3小活塞头的右侧面的油腔产生压力油(6bar×S1/S2)，在不考虑两位三通比例流量阀和油道压降的情况下，执行液压缸12的活塞13(在力S3×6bar×S1/S2的作用下)直接驱动分离挺杆14，分离挺杆14再推动分离拨叉18，当分离挺杆14向右运动时，离合器分离，当分离挺杆14向左运动时离合器结合。工作过程中气动缸1内活塞杆腔的空气由排气塞16排出或进入，保持该腔内始终是大气压力。

离合器的分离过程

离合器分离过程是以气动源9压力为6bar的压力气体为动力。电控单元(TCU)10发指令给两位三通气动阀8，P接口与A接口接通，气动源9中的压力气体，进入气动缸1内大活塞头左侧面的压力腔，推动组合活塞3向右运动并在过渡液压缸4内组合活塞3小活塞头的右侧面的油腔建立了油压(6bar×S1/S2)，电控单元10发指令给两位三通比例流量阀6，两位三通比例流量阀6的P接口与A接口接通，过渡液压缸4内的压力油经两位三通比例流量阀6进入到执行液压缸12的压力油腔，在活塞13左侧环形面上形成一个大小为S3×6bar×S1/S2的推动力，经分离挺杆14作用到分离拨叉18上，分离挺杆14向右运动，分离拨叉18向右摆动使离合器分离。这一过程中，分离挺杆14向右运动时位移传感器11中的芯杆也一同向右运动，根据位移传感器11反馈的位置信号，形成离合器分离的闭环控制***，通过控制两位三通比例阀6的流量，可以使活塞13停在任意一个位置，即使离合器停在任意一个位置上，从而控制离合器的分离速度和位置。

离合器的分离过程结束后，电控单元10发指令使两位三通气动阀8断电，P接口与A接口不通，A接口与T接口接通，汽动缸1内大活塞头左侧的压力腔与大气接通，其腔内的压力和大气压相同，此时组合活塞3在回位弹簧2的作用向左移动，过渡液压缸4内与大气间形成一定压差，此时单向阀5打开，油杯7内的液压油流入到过渡液压缸4里完成补油，为下一个工作过程做准备。

离合器的接合过程

离合器的接合过程是以安装在离合器上的回位弹簧的回位力为动力，电控单元10发指令使两位三通比例流量阀6断电，两位三通比例流量阀6的A接口与T接口接通，即执行液压缸12压力油腔与油杯7接通，离合器上的回位弹簧的回位力反作用到分离拨叉18上，通过分离拨叉18反作用到分离挺杆14上，通过分离挺杆14反作用到活塞13上，活塞13向左运动将液压油经两位三通比例流量阀6排回到油杯，离合器接合。根据位移传感器11反馈的位置信号，形成离合器接合的闭环控制***，控制两位三通比例流量阀6的流量来控制离合器位置和离合器接合速度。

Claims (5)

1.一种气动液控式离合器自动操纵装置，包括气动源(9)、气动缸(1)、组合活塞(3)、过渡液压缸(4)、执行液压缸(12)、活塞(13)、自动控制***，所述的自动控制***包括气压控制回路、电控单元(10)、液压控制回路和位移传感器(11)；气压控制回路与气动缸(1)左端缸壁上的通孔管路连接；其特征在于：所述的液压控制回路是由单向阀(5)、两位三通比例流量阀(6)与油杯(7)组成；

单向阀(5)的出油口与过渡液压缸(4)缸底上的通孔管路连接，单向阀(5)的进油口与油杯(7)软管连接，两位三通比例流量阀(6)的P接口与过渡液压缸(4)缸壁上的通孔管路连接，两位三通比例流量阀(6)的T接口与油杯(7)管路连接，两位三通比例流量阀(6)的A接口与执行液压缸(12)左端缸壁上的进油通孔管路连接；

电控单元(10)的相应接线端分别与两位三通比例流量阀(6)的电磁铁接线端、两位三通气动阀(8)的电磁铁接线端和位移传感器(11)的接线端电线连接；

位移传感器(11)的芯杆与活塞(13)左端的活塞杆固定连接，位移传感器(11)的外壳与执行液压缸(12)的缸底固定连接。

2.按照权利要求1所述的气动液控式离合器自动操纵装置，其特征在于，在气动缸(1)右端缸壁的通孔上安装两个使气动缸(1)内安置有回位弹簧(2)的活塞杆腔始终与大气连通的排气塞(16)。

3.按照权利要求1所述的气动液控式离合器自动操纵装置，其特征在于，在执行液压缸(12)左端缸壁的排气通孔上安装一个使执行液压缸(12)的进油腔排除腔内空气的1号排气阀(17)。

4.按照权利要求1所述的气动液控式离合器自动操纵装置，其特征在于，在过渡液压缸(4)右端缸壁的排气通孔上安装一个使过渡液压缸(4)的压力油腔排除腔内空气的2号排气阀(19)。

5.按照权利要求1所述的气动液控式离合器自动操纵装置，其特征在于，在电控单元(10)中具有信息处理能力的硬件内装有处理来自位移传感器(11)的信息并实时地向两位三通比例流量阀(6)和两位三通气动阀(8)发出指令的计算机程序装置。

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