CN101893044A - 气动手自一体离合器操纵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动手自一体离合器操纵系统。旨在解决对车辆安全性要求较高的问题。该系统包括有缸体、液控气阀、1号手动阀、离合器主缸、1号排气阀、2号排气阀、液压缸、非接触式位移传感器、1号进气阀、2号进气阀和2号手动阀。1号手动阀的T口与离合器主缸的油口管路连接，P口与离合器主缸的另一油口管路连接，A口和液控气阀与液压缸右端油口管路连接。2号手动阀的P口与车上气压源管路连接，B口与液控气阀的P口管路连接，A口与1号进气阀、2号进气阀的P口管路连接。液控气阀的A口与缸体、1号进气阀、2号进气阀、1号排气阀和2号排气阀的A口管路连接。液压缸和液控气阀设置在阀体内，液压缸和液控气阀的对称轴线平行。

Description

气动手自一体离合器操纵系统

技术领域

本发明涉及一种应用于车辆传动自动操纵技术领域的离合器操纵系统，更具体地说，本发明涉及一种气动手自一体离合器操纵系统。

背景技术

机械式自动变速器(Automated Manual Transmission，AMT)技术近几年在国外商用车辆上得到了迅速的发展，特别是在重型载货车上装用AMT已经成为重型商用车的发展趋势。应用AMT技术的载货汽车受到了用户和驾驶员的一致好评。欧美各载货汽车生产商纷纷推出了自己的AMT产品，从而使复杂多变条件下工作的车辆的换档品质和起步性能得到提高。

目前中国重型车辆装用的基本都是手动机械式变速器，已经形成了相当规模的生产能力，AMT是一种经济型的自动变速器，在重型载货车上具有广阔的应用空间。开发生产AMT可以保留原有的手动变速器生产线，可大大节省用于重建专业生产线及设备的投资，因而具有巨大的现实意义。

机械式自动变速器AMT基本不需改变机械式变速器本体，并且同时具有传统传动系统结构简单、制造容易、工作可靠、价格低廉、重量轻等优点。并且重型卡车装上机械式自动变速器AMT后，能减轻驾驶员疲劳强度，并具有良好动力性和燃油经济性，低污染等优点。

对于AMT而言，起步与换档过程中的离合器控制一直是AMT的关键技术，它不仅要求起步平稳、快捷，提高车辆的换档品质，而且要求能满足驾驶员的意图，同时要求能适应外界行驶环境的变化以及能适应离合器自身参数的变化。所以，自动离合器控制系统的研究对AMT的发展乃至重型商用车市场的发展都具有重要的意义。

离合器自动操纵系统是根据车辆传动系统的功能要求，由电控单元根据车辆的工况信息，发出指令，通过控制元件控制执行机构，在可控范围内实现离合器分离、接合的自动操纵，而且要求响应迅速、动作精确。可控范围指离合器的分离、接合速度及位移控制精确程度的范围。

离合器的自动操纵无论作为独立使用的系统还是作为自动变速器的子系统，在动力传动系统的自动操纵技术领域都占有核心地位，其中离合器执行机构的设计和控制是该领域的关键技术。

目前离合器执行机构的自动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，其中电控气动式以其成本低、结构简单等优点得到越来越多的应用，特别是在本身带有气源的中、重型商用车上应用前景广阔。但是由于中、重型商用车使用工况复杂，对车辆的安全性要求较高，这样就对离合器的自动控制系统提出了较为苛刻的技术要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了中、重型商用车使用工况复杂对车辆的安全性要求较高，对离合器的自动控制系统提出了较为苛刻的技术要求的问题，提供了一种气动手自一体离合器操纵系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：气动手自一体离合器操纵系统包括缸体、离合器主缸、1号排气阀、2号排气阀、液压缸、非接触式位移传感器、1号进气阀、2号进气阀、液控气阀、1号手动阀和2号手动阀。

1号手动阀的T口与离合器主缸上的一个油口管路连接，1号手动阀的P口与离合器主缸上另一个油口管路连接，1号手动阀的A口和液控气阀与液压缸右端油口管路连接。

2号手动阀的B口与液控气阀的P口管路连接，2号手动阀的A口和1号进气阀与2号进气阀的P口管路连接，2号手动阀的P口与车上的气压源管路连接。

液控气阀的A口和缸体的气口、1号进气阀、2号进气阀、1号排气阀和2号排气阀的A口管路连接。

技术方案中液压缸和液控气阀是一上一下地设置在阀体内，所述的液压缸和液控气阀的对称轴线平行；所述的非接触式位移传感器安装在阀体的上端面上即安装在液压缸的上方，并使传感器杆与活塞右端的活塞杆固定连接；所述的1号排气阀和2号排气阀均采用型号为MHE2-MS1H-3/2G-M7的排气通道A口至T口具有流量控制功能的排气阀。1号进气阀和2号进气阀均采用型号为MHE4-M1H-3/2G-1/4的进气阀；所述的1号排气阀、2号排气阀、1号进气阀、2号进气阀和非接触式位移传感器的接线端和车上的电控单元电线连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

Ⅰ.试验数据采集和分析

在所进行的试验中，采用CANoe作为监控软件，根据测试需求设置CAN-database和CAPL，并设置了所需要监测的变量，包括有：离合器位置、气阀的开关状态，设计适合控制上述变量的面板。根据所建的MATLAB/Simulink模型RTW产生控制程序代码，转入Cosmic中集成，主程序和底层API驱动程序在Cosmic中编写。运行CANoe，并在控制面板上改变控制变量来调试程序，监测变量的运行情况。

1.台架试验

参阅图4，在对采用本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的离合器进行接合位置和速度关系的台架试验中，试验结果如图中所示。图中目标位移曲线为离合器接合时的目标位置，实际位移曲线为离合器实际接合位置，从图中可以看出，位置控制的超调量很小，接合速度与目标速度基本一致，控制结果可以接受。

2.装车试验

参阅图5至7，在台架试验的基础上，进行了整车起步控制过程的道路试验，试验结果如图中所示，分别为小油门(油门开度为10％)、中油门(油门开度为50％)与大油门(油门开度为100％)时整车的起步过程曲线。

如图中所示，整个离合器接合过程中，发动机转速与输入轴转速变化平稳，接合过程控制良好，故整车的控制策略良好，并验证了气动手自一体离合器操纵系统是可行的。

Ⅱ.与现有技术相比本发明的有益效果

1.本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统中采用了两个手动阀，可以实现自动模式与手动模式之间的切换，有效提高了系统的可靠性与安全性。

2.本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统中电控单元根据非接触式位移传感器的位移信号控制两个进气阀与两个排气阀的动作，从而精确控制离合器分离和接合时的位移和速度。

3.本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统具有结构简单、加工工艺性好、响应速度快与控制精度高的优点，本离合器操纵系统更适合于带有压缩气源的中、重型商用车辆。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的结构原理示意图。

图2是本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的轴测投影图。

图3是本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的结构组成主视图上的全剖视图。

图4是采用本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的离合器进行台架试验的试验结果图。

图5是采用本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的整车小油门(10％油门开度)起步过程试验曲线。

图6是采用本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的整车中油门(50％油门开度)起步过程试验曲线。

图7是采用本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统的整车大油门(100％油门开度)起步过程试验曲线。

图中：1.离合器推杆，2.活塞，3.缸体，4.阀体，5.液控气阀，6.1号手动阀，7.油箱，8.离合器主缸，9.离合器踏板，10.1号排气阀，11.2号排气阀，12.液压缸，13.非接触式位移传感器，14.1号进气阀，15.2号进气阀，16.气压源，17.2号手动阀，18.电控单元，a.目标位移曲线，b.实际位移曲线，c.刹车信号曲线，d.离合器位移曲线，e.发动机转速曲线，f.油门开度曲线，g.输入轴转速曲线。

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，本发明提供了气动手自一体离合器操纵系统。主要解决中、重型商用车对气动离合器自动操纵装置要求苛刻的技术问题，提高了气动操纵系统的可靠性，同时解决了离合器位移传感器的安装问题。将离合器的操纵分为两种模式，一种为手动模式，另一种为自动模式。本装置更适合于带有压缩气源的中、重型商用车辆。

气动手自一体离合器操纵系统是由执行机构和自动控制系统两大部分组成。执行机构部分包括有离合器推杆1、活塞2、缸体3、阀体4、液控气阀5、1号手动阀6、油箱7、离合器主缸8、离合器踏板9、1号排气阀10、2号排气阀11、液压缸12、非接触式位移传感器13、1号进气阀14、2号进气阀15、(车上不带气压源时)气压源16和2号手动阀17。液压缸12和液控气阀5是一上一下地设置在阀体4内，液压缸12和液控气阀5的对称轴线平行，非接触式位移传感器13安装在阀体4的上端面上即处于液压缸12的上方，并使传感器杆与活塞2右端的活塞杆固定连接，用来检测离合器分离与结合的位移。1号排气阀10、2号排气阀11、1号进气阀14和2号进气阀15是通过一个汇流板集中地安装在阀体4的前端面上。阀体4与缸体3通过螺栓连接在一起，缸体3的中轴线和液压缸12的中轴线共线。

1号手动阀6的T口通过一个油过滤器分别借助于油管和油箱7与离合器主缸8上的一油口管路连接，1号手动阀6的P口与离合器主缸8上另一油口管路连接，1号手动阀6的A口同时和液控气阀5与液压缸12右端油口管路连接。离合器主缸8中活塞杆的伸出端与离合器踏板9转动连接，离合器踏板9通过销轴连接在车体上。2号手动阀17的P口与气压源16出口(气管)管路连接，2号手动阀17的B口与液控气阀5的P口(气管)管路连接，液控气阀5的A口与缸体3右端的气口管路连接，2号手动阀17的A口同时和1号进气阀14与2号进气阀15的P口(气管)管路连接，进气阀中的1号进气阀14与2号进气阀15的A口和缸体3右端的气口(气管)管路连接。液控气阀5的A口和进气阀中的1号进气阀14与2号进气阀15的A口(气管)管路连接，液控气阀5的A口通过一气过滤器和1号排气阀10与2号排气阀11的A口(气管)管路连接，1号排气阀10与2号排气阀11的A口通过同一气过滤器与缸体3右端的气口(气管)管路连接，1号排气阀10和2号排气阀11的T口与大气连接。

液控气阀5内的活塞左侧安装有复位弹簧，离合器主缸8内的活塞的左侧安装有复位弹簧。缸体3内的活塞2的左侧装有离合器推杆1，离合器推杆1上套装有复位弹簧，活塞2右侧的活塞杆装在液压缸12内成滑动连接，活塞2左侧的离合器推杆1与活塞2右侧的活塞杆的对称轴线共线。缸体3内的活塞2右侧作用的是来自气动源16的具有一定压力的空气。离合器分离过程是以气压源16为动力。气压源16的具有一定压力的空气有两条路径进入缸体3内活塞2的右侧。由缸体3中的活塞2直接驱动离合器推杆1来实现离合器的分离。缸体3内活塞2右侧的气体由排气阀10与排气阀11排出。在套装在离合器推杆1上的复位弹簧的作用下离合器推杆1向右运动时离合器接合。

本发明所述的气动手自一体离合器操纵系统中的1号排气阀10、2号排气阀11、1号进气阀14、2号进气阀15中电磁铁的接线端与非接触式位移传感器13的输出端分别和车上的电控单元18电线连接。

1号排气阀10和2号排气阀11为脉宽调制控制的高速开关气阀，可以选用的型号很多，实施例中所选用的型号均为MHE2-MS1H-3/2G-M7的排气通道A口至T口具有流量控制功能的1号排气阀10和2号排气阀11，实施例中所选用的型号均为MHE4-M1H-3/2G-1/4的1号进气阀14和2号进气阀15，选用型号为A437的非接触式位移传感器13，和现有的电控单元18等其他零件相配套地应用于重型商用车的实施例中。

对于中型商用车的气动手自一体离合器操纵系统，所采用的技术方案与重型商用车的技术方案相同，根据中型商用车的使用工况和技术要求选用与之相匹配的零部件。

气动手自一体离合器操纵系统的工作原理：

气动手自一体离合器操纵系统的工作模式分为两种：一种为手动模式，另一种为自动模式。

1.手动模式

1)在手动模式下离合器分离过程

按下1号手动阀6和2号手动阀17的按钮，1号手动阀6处于A口与T口(双向)连通位置，2号手动阀17处于P口与B口连通位置，系统切换到手动控制模式。踏动离合器踏板9推动离合器主缸8内的活塞向左运动，离合器主缸8中活塞左腔的压力油分别进入液控气阀5和液压缸12的右腔，液控气阀5在压力油的作用下使P口与A口连通，实现气动源16中具有一定压力(6bar-12bar)的气体经两位三通开关阀即2号手动阀17的P口与B口与液控气阀5的P口与A口后进入缸体3中活塞2的右侧，推动活塞2与离合器推杆1向左运动，实现离合器分离。活塞2与离合器推杆1向左运动时，油箱7为液压缸12补油，防止在液压缸12中形成负压，阻碍活塞2的运动。

2)在手动模式下离合器结合过程

1号手动阀6处于A口与T口连通位置，2号手动阀17处于P口与B口连通位置，1号进气阀14，2号进气阀15处于P口与A口不连通位置；1号排气阀10和2号排气阀11打开，即1号排气阀10和2号排气阀11的A口与T口(大气)连通，释放缸体3内的活塞2右侧中的气体，液压缸12中的压力油在缸体3内活塞2左侧复位弹簧的作用下流回油箱7和离合器主缸8的左腔，离合器的接合速度依据离合器踏板9的变化规律，驾驶员通过控制离合器踏板9的变化规律，实现离合器的平稳接合。

2.自动模式

1)在自动模式下离合器分离过程

释放1号手动阀6和2号手动阀17的按钮，1号手动阀6和2号手动阀17的P口与A口处于连通位置，系统切换到自动控制模式。电控单元18控制1号进气开关阀14和2号进气开关阀15接通，即1号进气阀14和2号进气阀15的P口与A口处于连通位置；气动源16中具有一定压力(6bar-12bar)的气体经两位三通开关阀即2号手动阀17的P与A口后再经过1号进气阀14和2号进气阀15的P口与A口进入缸体3内的活塞2右侧，推动活塞2与离合器推杆1向左运动，使离合器分离。在此过程中，非接触式位移传感器13用以检测离合器推杆1的位移，电控单元18实时接收非接触式位移传感器13传来的信号。

2)在自动模式下离合器接合过程

1号手动阀6和2号手动阀17的P口与A口处于连通位置，电控单元18控制1号进气阀14和2号进气阀15的P口与A口处于不连通位置。根据控制规律和控制算法，电控单元18发出指令控制1号排气阀10与2号排气阀11向大气排放气体的流量，释放缸体3内的活塞2右侧的气体，在套装在离合器推杆1上的复位弹簧的作用下离合器推杆1向右运动，电控单元18实时接收非接触式位移传感器13传来的信号，精确控制离合器接合时的位移和速度。

Claims (5)

1.一种气动手自一体离合器操纵系统，包括缸体(3)、离合器主缸(8)、1号排气阀(10)、2号排气阀(11)、液压缸(12)、非接触式位移传感器(13)、1号进气阀(14)和2号进气阀(15)，其特征是气动手自一体离合器操纵系统加装了液控气阀(5)、1号手动阀(6)和2号手动阀(17)；

1号手动阀(6)的T口与离合器主缸(8)上的一油口管路连接，1号手动阀(6)的P口与离合器主缸(8)上另一油口管路连接，1号手动阀(6)的A口和液控气阀(5)与液压缸(12)右端油口管路连接；

2号手动阀(17)的B口与液控气阀(5)的P口管路连接，2号手动阀(17)的A口和1号进气阀(14)与2号进气阀(15)的P口管路连接，2号手动阀(17)的P口与车上的气压源(16)管路连接；

液控气阀(5)的A口和缸体(3)的气口、1号进气阀(14)、2号进气阀(15)、1号排气阀(10)和2号排气阀(11)的A口管路连接。

2.按照权利要求1所述的气动手自一体离合器操纵系统，其特征是液压缸(12)和液控气阀(5)一上一下地设置在阀体(4)内，液压缸(12)和液控气阀(5)的对称轴线平行。

3.按照权利要求2所述的气动手自一体离合器操纵系统，其特征是非接触式位移传感器(13)安装在阀体(4)的上端面上即安装在液压缸(12)的上方，并使传感器杆与活塞(2)右端的活塞杆固定连接。

4.按照权利要求1所述的气动手自一体离合器操纵系统，其特征是1号排气阀(10)和2号排气阀(11)均采用型号为MHE2-MS1H-3/2G-M7的排气通道A口至T口具有流量控制功能的排气阀，1号进气阀(14)和2号进气阀(15)均采用型号为MHE4-M1H-3/2G-1/4的进气阀。

5.按照权利要求1所述的气动手自一体离合器操纵系统，其特征是1号排气阀(10)、2号排气阀(11)、1号进气阀(14)、2号进气阀(15)和非接触式位移传感器(13)的接线端和车上的电控单元(18)电线连接。

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