CN109469689B - 一种步进电机式汽车离合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种步进电机式汽车离合器，它在不改变手动离合器执行机构的基础上，通过加装传感器与电控单元，并且将控制机构改为步进电机式的调压阀，通过传感器对驾驶员意图以及车辆状态进行反馈，然后根据离合器需要的状态调节离合器执行机构中的液压压力，进而控制离合器主从动盘的接合压力、控制离合器扭矩的传递、主从动盘的比转速，完成对离合器的控制。本离合器解决了传统离合器助力繁琐的问题，可以去除离合器磨损及膜片弹簧疲劳变形对离合器扭矩传递的影响，可以结合驾驶员的意图与车辆的行驶状态有效改善离合器的工作性能，可以降低离合器控制的难度、提高离合器的控制精度的离合器控制机构。

Description

一种步进电机式汽车离合器

技术领域

本发明涉及到汽车的离合器装置，具体来说是一种采用步进电机作为控制部的步进电机式汽车离合器。

背景技术

离合器是在各种车辆里均涉及到的一种设备，它是安装在发动机和变速器之间，是汽车传动系中直接与发动机相联系的总成件，是发动机与汽车传动系之间切断和传递动力的部件。

离合器传递发动机的最大扭矩是通过离合器接合实现的，变速器换挡是通过完全分离实现的，离合器保证汽车能平稳起步和防止传动系过载是通过离合器主、从动部分的滑摩来实现的。

对车辆的起步过程进行定量评价时，所提出的客观评价指标主要有离合器起步接合时间、冲击度和比滑磨功。其中，离合器起步接合时间是从控制器发出起步指令到离合器完全接合为止所耗费的时长，良好的起步品质要求在起步平顺的基础上起步时间尽量的短；冲击度是车辆纵向加速度对时间的导数，冲击度与输出转矩变化率成正比，输出转矩变动越快，传动***冲击越大，冲击度较好地反映了起步换挡过程中的动力学本质，冲击度可以真实地反映起步换挡过程汽车传动系在和变化以及车辆的运动状态；离合器的滑磨功是指离合器结合过程中有多少机械能变成热能，表征了离合器摩擦表面磨损的严重程度，而比滑磨功是滑磨功与离合器摩擦面积之比。

摩擦式离合器工作控制指标主要通过离合器的结合量和结合速度来体现，它不仅对离合器的使用寿命有很大的因果关系，而且离合器的接合量和接合速度对驾驶员经验要求也比较高，甚至离合器的接合量和接合速度直接影响车辆的起步平稳性和换挡流畅性。

发明内容

本发明提供了一种步进电机式汽车离合器，它在不改变手动离合器执行机构的基础上，通过加装传感器与电控单元，并且将控制机构改为步进电机式的调压阀，通过传感器对驾驶员意图以及车辆状态进行反馈，然后根据离合器需要的状态调节离合器执行机构中的液压压力，进而控制离合器主从动盘的接合压力、控制离合器扭矩的传递、主从动盘的比转速，完成对离合器的控制。

并通过电控单元进行数据计算后向步进电机调压阀发出指令，对离合器液压分离器进行液压调节从而实现对离合器的控制。

本发明实现上述目的采用以下技术方案：

一种步进电机式汽车离合器，它包括传感器、离合器电控单元、执行器和离合器。

所述的传感器对驾驶员意图信息进行收集，并且对车辆各部位的信号进行收集，然后传递至离合器电控单元，离合器电控单元对信号进行处理后发送相应的指令到执行器，通过执行器对离合器进行控制；离合器上设有液压缸，液压缸连接到离合器上的分离拨叉，执行器对液压缸的伸缩进行控制从而实现对离合器的控制；所述的执行器为步进电机调压阀。

所述的传感器所采集的信号包括控制信号和反馈信号。

所述的控制信号包括离合器踏板位置、节气门位置、发动机转速、变速器输入轴转速、车速；所述的反馈信号包括离合器主、从动盘转速比和主、从动盘的位置；信号的采集由相应的传感器来完成。

所述离合器踏板对应的传感器为电位器式的位置传感器，由两个无触点线性电位器传感器组成。

所述的步进电机调压阀为带有先导阀的座阀式溢流阀，采用二级同心结构。

所述的步进电机调压阀包括阀座、主阀、先导阀、步进电机和丝杠；所述的阀座为贯通是结构，阀座前端部设有进油孔，阀座尾部设有步进电机；阀座内部前后分别设置主阀和先导阀，主阀和先导阀对应的阀座壁上分别设有贯穿的第一出油孔和第二出油孔，主阀中心处还设有贯穿的阻尼孔；主阀和先导阀之间的阀座上还设有一圈环状的溢流阀座，所述的溢流阀座为锥形结构，相应的先导阀前部为锥阀结构；主阀和先导阀分别对应的设有弹簧，主阀弹簧将主阀支撑到溢流阀座前部，步进电机的轴上设有丝杠，先导阀弹簧将先导阀支撑到丝杠上。

一种步进电机式汽车离合器，它的工作方式为传感器将离合器踏板的移动量转换成电信号；同时，将传感器所监测到的发动机转速和变速器输入轴转速转换成一个比转速电信号，该信号的输出特性与离合器踏板所输出的电信号一直，均为线性输出；离合器电控单元对该两个电信号进行比较，如两个信号不同，说明离合器的实际接合度没有达到要求，则离合器电控单元发出指令，控制步进电机转动，控制先导阀阀芯弹簧的压缩量，从而引起先导阀级液阻的改变，进而达到控制主阀芯前端***压力的变化，以增大或者减小离合器分离液压力，直至两个电信号相同为止。

本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：

解决了传统离合器助力繁琐的问题，可以去除离合器磨损及膜片弹簧疲劳变形对离合器扭矩传递的影响，可以结合驾驶员的意图与车辆的行驶状态有效改善离合器的工作性能，可以降低离合器控制的难度、提高离合器的控制精度的离合器控制机构。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

图2为步进电机调压阀的结构示意图，

图3为步进电机调压阀信号流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示的的一种步进电机式汽车离合器，它包括传感器、离合器电控单元、执行器和离合器。

所述的传感器对驾驶员意图信息进行收集，并且对车辆各部位的信号进行收集，然后传递至离合器电控单元，离合器电控单元对信号进行处理后发送相应的指令到执行器，通过执行器对离合器进行控制；离合器上设有液压缸，液压缸连接到离合器上的分离拨叉，即分离拨叉的两端分别对应到液压缸和分离轴承，进而通过执行器对液压缸的伸缩进行控制实现对离合器的控制；所述的执行器为步进电机调压阀。

所述的传感器所采集的信号包括控制信号和反馈信号。

所述的控制信号包括离合器踏板位置、节气门位置、发动机转速、变速器输入轴转速、车速；所述的反馈信号包括离合器主、从动盘转速比和主、从动盘的位置；信号的采集由相应的传感器来完成。

所述离合器踏板对应的传感器为电位器式的位置传感器，由两个无触点线性电位器传感器组成。

所述的步进电机调压阀为带有先导阀的座阀式溢流阀，采用二级同心结构。

如图2所示，所述的步进电机调压阀包括阀座1、主阀2、先导阀3、步进电机4和丝杠5；所述的阀座1为贯通式结构，阀座1前端部设有进油口101，阀座1尾部设有步进电机4；阀座1内部前后分别设置主阀2和先导阀3，主阀2和先导阀3对应的阀座1壁上分别设有贯穿的第一出油孔102和第二出油孔103，主阀2中心处还设有贯穿的阻尼孔201；主阀2和先导阀3之间的阀座1内还设有一圈环状的溢流阀座104，所述的溢流阀座104为锥形结构，相应的先导阀3前部为锥阀结构；主阀2和先导阀3分别对应的设有弹簧，主阀弹簧202将主阀2支撑到溢流阀座104前部，步进电机4的轴上设有丝杠5，先导阀弹簧301将先导阀301支撑到丝杠5上。

步进电机调压阀式离合器***是一种柔性控制***，取消了机械式离合器的刚性连接，步进电机调压阀式离合器***组成：

(1)传感器

离合器踏板位置传感器是反映驾驶员操作意图的装置，它的核心是一个电位器式的位置传感器，该传感器是由两个无触点线性电位器传感器组成，当离合器踏板位置发生变化时,电位器阻值也随之线性地改变。这样就可以感知离合器踏板位置及其变化的情况，并将离合器踏板移动量转化成电信号发送给离合器电控单元。

感应电压的脉冲频率也就越高，按照单位时间内感应出的电压脉冲频率数，计算出旋转轴轴转速，就可换算成发动机转速、变速器输入轴转速、车速。

(2)离合器电控单元

离合器电控单元采集发动机转速信号及离合器主动盘信号、变速器输入轴信号及离合器从动盘信号、离合器踏板位置信号及驾驶员的驾车意图信号、车速信号及车辆行驶状态信号。然后离合器电控单元根据采集到的信号，对步进电机调压阀进行控制，最后目的达到最佳的比转速，精确控制离合器踏板位置。当驾驶员踏下离合器踏板时，离合器踏板位置传感器将离合器踏板移动量转换成电信号。同时，发动机转速传感器与变速器输入轴转速传感器也转换为一个比转速电信号，其输出特性与离合器踏板位置传感器的一样，并且为线性输出，这两个电信号被同时送入离合器电控单元，进行比较，若两个信号不同，说明离合器的实际接合度没有达到要求，则离合器电控单元发出一个控制信号，控制步进电机调压阀沿正方向(增大离合器分离液压力)或反方向(减小离合器分离液压力)转动，直至两个电信号相同为止。改善了车辆的起步和换挡性能。步进电机调压阀离合器***在车辆起步和换挡下可以对离合器接合度进行精确控制，使车辆起步更加平稳，同时也降低了离合器主从动盘的磨损。

(3)执行器

离合器的冲击度与变速器输出扭矩的变化率有关，比滑摩功与离合器传递的扭矩及主、从动片的角速度有关。对于特定的离合器***，由于其离合器的工作参数一定，离合器传递扭矩的大小只与离合器的压紧力有关，因此步进电机调压阀是离合器电液控制***中的重要控制元件，其特性对***的工作性能影响很大。步进电机调压阀是利用步进电机作为电子—机械—液压转换器的一种数字控制比例阀。如图3所示，步进电机接受脉冲序列的控制，输出位移转角，转角与输入的脉冲数成正比，然后把转角变成阀芯的位移，再经过先导级和功率级二级液压放大，输出液压参数。在电控离合器***中，离合器的接合速度是由控制机构的步进电机的转速决定的。离合器接合速度与步进电机转速成线性关系。而步进电机步数的方向同样也决定离合器从动盘的运动方向。

步进电机调压阀主要是用步进电机控制先导阀阀芯弹簧的压缩量，从而引起先导阀级液阻的改变，进而达到控制主阀芯前端***压力的变化，由此实现压力的调节。步进电机的直线位移与脉冲数成正比，在控制时数字脉冲信号由计算机或单片机产生，控制输出脉冲数即可实现压力调节。

步进电机调压阀是带有先导阀的座阀式溢流阀，采用二级同心结构，即要求主阀芯圆柱面与下端锥面和主阀体配合。溢流阀口使用密封性良好的锥阀结构，基本为零开口状态，这改善了阀的静态特性，减小了压力超调，压力油从进油口进入主阀芯的前腔，经过阻尼孔进入主阀芯的后腔即先导阀前腔，作用在先导阀芯上。当***压力不足以克服先导阀弹簧复位力时，先导阀保持关闭，阀内压力油不流动，阻尼孔前后压力相等，由于主阀芯左侧受压面积大于右侧受压面积，所以主阀芯在作用力差值和弹簧复位力作用下保持关闭。当***压力升高到超过先导阀芯开启压力时，先导阀开启，压力油经阻尼孔经先导阀溢出，经第二出油孔回到油箱。当溢流量小时，阻尼孔前后的压差小，此时在主阀芯左右侧面积差产生的液压力还不足以克服主阀弹簧复位力而打开主阀芯，此时主阀封闭了进油口和第一出油孔之间的通道。当***压力增大到调定压力时，先导阀开口继续增大，溢流量增加，流过阻尼孔造成的压降增大，到主阀芯左右侧面积差产生的液压力足以打开主阀芯，油液经第一出孔回到油箱，这就是步进电机调压阀开启过程。步进电机调压阀的开启过程就是步进电机调压阀根据先导阀位置调压的过程。

离合器完全接合状态时候进油口处压力是最小状态，此时离合器执行机构的液压缸活塞处于收缩状态，离合器主从动盘就会完全接合。此时的液压油流经途径之一是从油箱-液压泵进油孔-第一出油孔-油箱，液压油流经途径之二是从油箱-液压泵进油孔-阻尼孔-先导阀腔-第二出油孔-油箱。离合器完全分离状态时候进油口处压力是最大状态，此时离合器执行机构的液压缸活塞处于伸长状态，离合器主从动盘就会完全分离。此时的液压油流经途径是油箱-液压泵-油箱。离合器滑摩状态时候进油口处的压力处于最小状态和最大状态之间。这具体是哪个状态需要根据离合器电控单元在采集车辆状态和驾驶员驾驶意图后发出的指令。此时离合器的液压活塞处于伸长状态的某个状态。此时的液压油流经途径之一是从油箱-液压泵进油孔-第一出油孔-油箱。液压油流经途径之二是从油箱-液压泵进油孔-阻尼孔-先导阀腔-第二出油孔-油箱。只是流经这两个途径的液压油随着离合器接合量的增加而增大。

步进电机比例调压阀离合器的液压缸执行机构是在传统离合器分离轴承和分离拨叉的基础上改进的，液压缸活塞是作用在分离拨叉与分离轴承相结合的相反一端。这样既可以保证离合器***控制的精度，又可以降低控制的难度。

本装置在实际使用中还需要和现有的技术如液压泵、液压油箱等设备共同使用，其中步进电机调压阀是具体执行的液压***中的一部分。

Claims (1)

1.一种步进电机式汽车离合器，它包括传感器、离合器电控单元、执行器和离合器，其特征在于：所述的传感器对驾驶员意图信息进行收集，并且对车辆各部位的信号进行收集，然后传递至离合器电控单元，离合器电控单元对信号进行处理后发送相应的指令到执行器，通过执行器对离合器进行控制；离合器上设有液压缸，所述的执行器对液压缸的伸缩进行控制从而实现对离合器的控制；所述的执行器为步进电机调压阀；

所述的传感器所采集的信号包括控制信号和反馈信号；所述的控制信号包括离合器踏板位置、节气门位置、发动机转速、变速器输入轴转速、车速；所述的反馈信号包括离合器主、从动盘转速比和主、从动盘的位置；信号的采集由相应的传感器来完成；

所述离合器踏板对应的传感器为电位器式的位置传感器，由两个无触点线性电位器传感器组成；

所述的步进电机调压阀为带有先导阀的座阀式溢流阀，采用二级同心结构；

所述的步进电机调压阀包括阀座、主阀、先导阀、步进电机和丝杠；所述的阀座为贯通是结构，阀座前端部设有进油孔，阀座尾部设有步进电机；阀座内部前后分别设置主阀和先导阀，主阀和先导阀对应的阀座壁上分别设有贯穿的第一出油孔和第二出油孔，主阀中心处还设有贯穿的阻尼孔；主阀和先导阀之间的阀座上还设有一圈环状的溢流阀座，所述的溢流阀座为锥形结构，相应的先导阀前部为锥阀结构；主阀和先导阀分别对应的设有弹簧，主阀弹簧将主阀支撑到溢流阀座前部，步进电机的轴上设有丝杠，先导阀弹簧将先导阀支撑到丝杠上。