CN101886675A - 一种半自动电控离合器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半自动电控离合器系统，包括一个直流螺旋管电磁铁和控制直流螺旋管电磁铁电流通断的控制电路，直流螺旋管电磁铁的衔铁与液压式操纵机构一端的杠杆固定连接，该液压式操纵机构的另一端通过杠杆与离合器连接，制电路在变速箱的变速杆、方向盘和车钥匙插口处分别设有开关，方向盘上的开关有结合、分离和半联动三档。驾驶者发动汽车或换挡时控制电路的开关闭合，使离合器与发动机自动分离，然后重新缓慢结合，取代了手动档汽车的离合器踏板，通过方向盘上三个档位的选择可以调节离合器与发动机分离与结合的速度，使汽车的档位操作得到极大简化，同时相比于自动挡汽车有效降低了油耗和制作成本，便于维修。

Description

一种半自动电控离合器系统

技术领域

本发明涉及汽车动力传动技术领域，尤其涉及一种半自动电控离合器系统。

背景技术

目前汽车已经成为人们重要的交通工具，是人类生活不可或缺的一部分。同时汽车也不仅仅是简单的货物运输工具，随着汽车安全性和经济性的不断提高，人们也更加在意驾驶时的感受，更加追求驾驶员的操纵舒适性。但是现在对加强环境保护的呼声越来越高，而汽车由于消耗化石燃料，排放出CO、NO等对环境有害的气体使之成了众矢之的。随着各种相关法规的相继出台，人们对汽车的设计生产也提出了更高的要求。

虽然汽车中对油耗和排放影响最大的是发动机，但变速器对此的影响也不容小视，而且变速箱对操作方便性也有很大的影响。如今市面上有较多的变速器，从手动变速器到双离合变速器、无级变速器(CVT)、自动变速器(AMT)等，但各自都有优缺点。拿手动变速器和自动变速器来讲，手动变速器操作比较复杂，当汽车启动或变速换挡时，驾驶者需用脚踩踏离合器的踏板，与踏板连接的杠杆经过液压式操纵机构控制离合器主、从动部分相脱离，然后松开踏板使离合器主、从动部分相结合，完成汽车的启动或变速换挡。在汽车行驶中，驾驶者的脚始终不离踏板位置，长期处于紧张状态，很容易引起腿部疲劳。对于驾驶经验不足者，汽车启动时，可能由于对踏板收脚过快而造成汽车熄火，或者因踩不到位而损坏离合器片。

但其较低的制造成本和较低的油耗、维修成本使其仍具有较大的市场占有率，而且相比于自动变速器，会有更多的驾驶乐趣。而自动变速器最大的特点就是操作方便，它从变速杆和离合器踏板上解放出了人们的手和脚。但是它需要复杂的齿轮系统的精密调节，因此其较高的价格使人望而却步，同时其较高的维修成本和油耗，对其发展也有一定影响。

发明内容

本发明提供了一种半自动电控离合器系统，用电路控制的电磁铁取代手动挡汽车中的离合器踏板，通过开关的关断来自动控制离合器主、从动部分的脱离与结合，使其具有自动挡汽车的操作便捷性。

一种半自动电控离合器系统包括通电后吸附与液压式操纵机构相连接的杠杆的电磁铁，控制电磁铁电流通断的控制电路，控制电路在变速箱的变速杆、方向盘和车钥匙插口处分别设有开关，来控制电磁铁电流的通断。电磁铁选用直流螺旋管式电磁铁，其衔铁与液压式操纵机构相连接的杠杆固定连接，挡铁位于螺旋管内。

当驾驶者将车钥匙插入插口转动车钥匙准备发动汽车，设在车钥匙插口处的开关闭合，电磁铁通电产生电磁力，将衔铁吸入螺旋管内，带动液压式操纵机构工作，使离合器的主、从动部分分离，从而使发动机和变速器分离。当该开关断开，控制电路使电磁铁的衔铁缓慢离开挡铁，使变速器与发动机缓慢接触，避免发动机熄火。

设置在变速杆上的开关在驾驶者变速换挡拨动变速杆时闭合，使电磁铁通电产生电磁力，将衔铁吸入螺旋管内，带动液压式操纵机构工作，使离合器的主、从动部分分离，从而使发动机和变速器分离；当该开关断开，控制电路使电磁铁的衔铁缓慢离开挡铁，离合器的主、从动部分缓慢结合，从而使发动机和变速器逐渐结合，实现变速换挡的操作。

设置在方向盘上的开关有三个档位，分别为结合档、半联动档和分离档，并设有相应的指示灯。这样的设置使得短暂停车时(如遇有交通红灯)不需要将档位挂至空挡，只需将方向盘上的开关拨向分离档，此时电磁铁通电产生电磁力，将衔铁吸入螺旋管内，从而带动液压式操纵机构工作，使变速器与发动机分离；待启动时(如红灯转绿)将方向盘上的开关拨向结合档，此时电磁铁断电，变速器与发动机结合；若要使汽车更慢速的发动，可将方向盘上的开关拨向半联动档，通过控制电路使电磁铁的衔铁更加缓慢的脱离挡铁，从而使变速器与发动机更加缓慢结合。

加快电磁铁动作时间，即缩短电磁铁的衔铁被吸入螺旋管内的时间，从而缩短离合器与发动机有结合到分离的时间，可以采取以下方式：

1、电磁铁的铁芯采用涡流较小的材料，比如硅钢；

2、减轻衔铁的重量，减短衔铁运行的行程；

3、增加电磁铁的吸附力，如增大电流、线圈匝数等；

4、附加电路，如图1所示，将电阻R和电容C并联后与电磁铁的线圈串联。当开关闭合时，线路接通电源，电流从零开始逐步增加，这时候电流正处在瞬变过程中，相当于交流电，电流不流入阻值较大的电阻R，而是从与之并联的电容C上流过，在较短时间内可以到达很大电流，加快电磁铁的吸合速度。由于此过程很短，虽然电流教大，也不会烧坏线圈。电流稳定后，电容C不再起作用，电流大小完全由电磁铁线圈的寄生电阻和电阻R确定，稳定后的电流将显著减少，不会使线圈的温升增加。在电路中，电阻R的阻值及电容C的容值越大，则电磁铁的动作时间越短。

延缓电磁铁释放时间的方法，即延缓离合器与发动机由分离到结合的时间，可以采取以下方式：

1、在电磁铁上增加阻尼元件，如图2所示，在线圈当中增加一个导电性能良好的阻尼环，如铜或铝等材料制成。当线圈断开后，磁通开始减小，在阻尼环中感应出电动势。由愣次定律可知，此感应电动势产生的电流阻止磁通减小，从而延缓了电磁铁的释放时间。时间常数t＝L/R，L、R分别为阻尼环的电感和电阻。要增大电磁铁释放时间，可增大L，减小R，由于阻尼环只有一匝，L不会很大，所以阻尼环要用导电性好的材料制作以确保电阻R较小。

2、将电磁铁的线圈自行短接，如图3所示，这种方法是采用线圈的自感来替代阻尼元件的作用，但必须串接附加电阻R以防止电源短接，增加了耗电量。

3、并联电阻，如图4所示，该方法结构简单，但增加延时必须降低并联电阻的阻值，增加了耗电量。

4、并联半导体整流器，如图5所示，该方法是将图4中的电阻用二极管代替，线圈通电时，由于二极管截止，不消耗电能；当线圈断电时，线圈中的自感电流可通过二极管缓慢释放。整流器的正向阻值越小，则延缓作用越明显。

5、并联电容，如图6所示，当开关断开后，线圈中的电流经电容C和电阻R放电，使电流逐渐衰减，延缓了电磁铁的释放时间。电阻R在接通电源时，限制电容的充电电流，在开关断开时延长电容器经电感的放电过程。

本发明一种半自动电控离合器系统采用受控制电路控制的电磁铁取代了传统自动挡汽车的离合器踏板，通过设置在车钥匙插口和变速杆上的开关使驾驶者发动汽车或换挡变速时离合器自动与发动机分离并恢复，通过设置在方向盘上的开关来调节变速器与发动机分离、结合的速度，使汽车的档位操作得到极大简化，缓解了驾驶者的驾驶疲劳感，同时相比于自动挡汽车有效降低了离合器系统的油耗和制作成本，便于维修。

附图说明

图1是加速电磁铁动作的电路；

图2是在电磁铁上加入阻尼元件的示意图；

图3是电磁铁线圈自行短接的示意图；

图4是给电磁铁线圈并联电阻的示意图；

图5是给电磁铁线圈并联二极管的示意图；

图6是给电磁铁线圈并联电容的示意图；

图7本发明半自动电控离合器系统的结构示意图；

图8图7中电磁铁的示意图；

图9图7中控制电路部分的电路图。

具体实施方式

如图7所示，一种半自动电控离合器系统包括一个直流螺旋管电磁铁3，控制直流螺旋管电磁铁3电流通断的控制电路2，控制电路2在变速箱的变速杆1、方向盘5和车钥匙插口处分别设有开关，直流螺旋管电磁铁3的衔铁301与液压式操纵机构4一端的杠杆7a固定连接，该液压式操纵机构4的另一端通过杠杆7b与离合器连接，衔铁301的额定行程为10cm，在此额定行程下直流螺旋管电磁铁3的挡铁302对衔铁301的吸附力为25g(g为重力加速度)。

如图8所示，直流螺旋管电磁铁3采用无锡市液压成套科技有限公司的产品MQ8-DC70290，其外壳内径为140mm，外壳外径为156.6mm，衔铁301的长度为180mm，直径为70mm，挡铁302的长度为170mm，线圈303采用取A级绝缘铜导线，容许温升为65℃，其长度为450mm，厚度为35mm，直径为2.60mm，电导率为0.02(Ω*mm2/m)，共有305匝。

控制电路2的电路如图9所示，电阻R1和电容C1并联后与电磁铁线圈L串联，形成支路1，电阻R1和电容C1的并联结构可以加快电磁铁对衔铁301的吸附动作。电阻R2和电容C2串联形成支路2，电阻R3和电容C3串联形成支路3；

S1为设置在方向盘上的开关，有三个档位1、2、3，分别表示离合器处于全闭合、半联动、全断开三种状态。D1、D2、D3为汽车仪表盘处的发光二级管，分别作为离合器处于全闭合、半联动、全断开三种状态的指示灯；

K1为设置于钥匙插口处的开关，并与延时开关K2联动，即当K1闭合时，K2随之一起闭合；K3为设置在变速杆处的开关，M为设置于变速杆处的偏振马达，用于换挡时的提醒；KM1～KM5为电磁继电器，其中KM3为动断触点式电磁继电器，其余为动合触点式电磁继电器。在图9中，旁边标注有字母KM1～KM5的方框表示电磁继电器的线圈部分，标注有相应字母的开关表示该电磁继电器的开关部分，线圈通、断电后会使相应字母标示的开关发生动作，完成控制功能；

V1为低电压直流电源，给发光二极管D1、D2、D3以及偏振马达M供电；电源转换电路输出两路电压24V、功率不同的电源，其中一路电源Power1用于给电磁铁通电，吸附衔铁301，使离合器全断开；另一路电源Power2用于使离合器处于半联动状态。D1、D2、D3所在的电路分支为指示电路，与电磁铁工作电路分离，且有各自的供电电源，指示电路和电磁铁工作电路相互之间通过电磁继电器进行相应的控制联系。

当驾驶者将钥匙插入钥匙插口，转动车钥匙准备发动汽车，设置在车钥匙插口处的开关K1闭合，K2随之一起闭合，支路1、2、3均接通电路，电磁铁线圈通电产生电磁力，将衔铁301吸入螺旋管，带动液压式操纵机构4工作，离合器的主、从动部分分离，使发动机和变速器分离，同时指示灯D3点亮，指示离合器处于全断开状态。

当驾驶者旋转钥匙启动汽车后，钥匙会随着机械结构恢复到未旋转前的位置，此时K1断开，指示灯D3熄灭，延时开关K2因延时作用仍旧闭合，电磁铁通过支路3上的电阻R3和电容C3缓慢放电，使衔铁301缓慢回到初始位置，离合器缓慢闭合，变速器与发动机逐渐接合，保证汽车平稳起步，这个过程持续大约4s。由于KM3为动断触点式电磁继电器，正常情况下处于闭合状态，当K1、K2闭合时，支路3上的电流对KM3触发使KM3断开，电磁铁线圈上的电流完全泄放完毕后重新回到闭合状态，使指示灯D1点亮，指示离合器处于全闭合状态。汽车在正常行驶中，设置在方向盘上的开关S1处于1档。

当驾驶者需要变速换挡而拨动变速杆，同时按下设置在变速杆上的开关K3，电磁铁通电，吸附衔铁301，使离合器主、从动部分断开，变速器与发动机分离，减少换挡时的冲击，起到一定的保护作用。同时支路2开始充电，指示灯D1熄灭，指示灯D3点亮，指示离合器处于全断开状态，同时，偏振电机M振动提示驾驶者可以换挡。换挡动作结束后，释放变速杆上按下的开关K3，电磁铁通过支路2放电，离合器缓慢闭合，变速器与发动机逐渐结合，持续时间约为2s。待电磁铁线圈中的电流完全泄放后，KM3重新回到闭合状态，指示灯D1点亮，表示离合器处于全闭合状态，同时指示灯D3熄灭。

行驶中遇到红灯时，将设置在方向盘上的开关S 1拨至3档，接通Power1支路，电磁铁迅速通电吸附衔铁301，使变速器与发动机分离，动合触点式电磁继电器KM4受到触发而闭合，使指示灯D3点亮，指示离合器处于全断开状态，提示驾驶者踩下刹车踏板，使汽车停住；等待红灯转为绿灯后，将S1拨至2档，接通Power2支路，指示灯D2点亮，Power2支路供给的功率较Power1支路小，使得电磁铁吸合的距离变短，离合器处于半联动状态，驾驶者通过控制油门和刹车使车缓慢行驶。当与前方车辆距离足够时，按下变速杆上的开关K3，动断触点式电磁继电器KM3由于通电而断开，半联动状态自动转入正常行驶时的变速换挡过程。

Claims (10)

1.一种半自动电控离合器系统，包括与液压式操纵机构相连的电磁铁和控制电磁铁电流通断的控制电路，其特征在于，所述的控制电路设有开关，控制电路中设有延缓电磁铁释放时间的电路和加速电磁铁动作的电路。

2.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的控制电路的开关设置于车钥匙插口处。

3.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的控制电路的开关设置于变速器额变速杆上。

4.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的控制电路的开关设置于方向盘上，并设有三个档位，分别表示离合器处于全闭合、全断开、半联动状态。

5.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的电磁铁的线圈上设有阻尼元件。

6.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的延缓电磁铁释放时间的电路为一电阻与一电容串联后与电磁铁线圈并联。

7.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的延缓电磁铁释放时间的电路为一电阻与一电容并联后与电磁铁线圈串联。

8.根据权利要求4所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的控制电路中设有三个指示灯，分别指示离合器处于全闭合、全断开、半联动状态。

9.根据权利要求1所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的电磁铁为螺旋管式电磁铁。

10.根据权利要求8所述的半自动电控离合器系统，其特征在于，所述的指示灯为发光二极管。

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