CN102705397A - 一种气助力液压驱动离合器执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气助力液压驱动离合器执行机构，包括离合器自动操作系统，其特征在于所述离合器自动操作系统包括液压油源（1），比例流量阀（2），液压工作油缸（3），离合器（4），离合器分泵（5），储气罐（6），气阀块（10），分泵工作腔（11），工作油缸活塞（12），分泵顶杆（13），分离拨叉（14），分泵右腔M，分泵气阀门N和ECU。

Description

一种气助力液压驱动离合器执行机构

技术领域

本发明涉及一种离合器执行机构，特别涉及一种气助力液压驱动离合器执行机构。

背景技术

随着汽车保有量的快速增长，以及非专业驾驶员的大量增加，汽车自动变速器呈现快速发展的趋势。现在汽车装备的自动变速主要有液力机械式自动变速器（AT）、无级变速器（CVT）、双离合器自动变速器（DCT）、电控机械式自动变速器（AMT）四种。其中电控机械式自动变速器是在传统手动变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术和自动变速控制理论，一电子控制单元（ECU）为核心，通过执行机构控制离合器的分离与接合、变速器的选换挡操纵来实现起步和换挡操纵的。在AMT系统中，离合器的控制是AMT系统控制的关键也是控制的难点，离合器分离的快慢和接合的品质直接影响起步、换挡的时间和质量。

当前，重型车辆的离合器操纵系统仍然广泛采用气助力液压驱动的操纵方式，在使用过程中，由于其中间环节较多，系统响应时间长，传动效率低，控制精度低，同时由于液路容易进气而经常出现离合器分离不彻底等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种气助力液压驱动离合器执行机构，包括离合器自动操作系统，其特征在于所述离合器自动操作系统包括液压油源1，比例流量阀2，液压工作油缸3，离合器4，离合器分泵5，储气罐6，气阀块10，分泵工作腔11，工作油缸活塞12，分泵顶杆13，分离拨叉14，分泵右腔M，分泵气阀门N和ECU，其中液压油源1通过管路与比例流量阀2连接，比例流量阀2通过管路与液压工作油缸3连接，液压工作油缸3通过其中的工作油缸活塞12的一端与离合器4的分离拨叉14抵接，所述液压工作油缸3中的工作油缸活塞12由离合器分泵5驱动，所述离合器分泵5的分泵右腔M通过管路与气阀块10的一端连接，所述气阀块10的另一端通过管路与储气罐6的一端连接，储气罐6的另一端通过管路与离合器分泵5的分泵气阀门N连接，所述ECU分别与比例流量阀2和气阀块10电连接。

进一步地，所述液压油源1与所述比例流量阀2的连接方式为：所述液压油源1的出油口通过油管与比例流量阀2的进油口相连，所述液压油源1的回油口通过油管与比例流量阀2的回油口连接，比例流量阀2的出油口通过油管与液压工作油缸3的右腔连通。

进一步地，所述离合器分泵5中具有分泵顶杆13，所述分泵顶杆13的伸出端抵接所述液压工作油缸3的工作油缸活塞12的另一端。

进一步地，所述离合器分泵5还具有随动活塞工作腔15和随动活塞16，离合器分泵5的随动活塞工作腔15通过管路与分泵右腔M连通，随动活塞16处于随动活塞工作腔15中，所述随动活塞16的一端外部为分泵工作腔11，另一端通过回位弹簧与分泵气阀门N连接。

进一步地，所述气阀块10包括常闭开关阀S1和常开开关阀S2，常闭开关阀S1的一端与储气罐6由管路连接，另一端与常开开关阀S2共同与分泵右腔M通过管路连接，常开开关阀S2的另一端与大气连通，常闭开关阀S1和常开开关阀S2分别与ECU电连接，接收ECU发出的控制信号。

进一步地，还包括与离合器分泵5的分泵工作腔11连通的离合器应急系统。

进一步地，所述离合器应急系统包括主缸7，制动液室8和离合器踏板机构9，主缸7的一端通过管路与分泵工作腔11连接，在主缸7中间部具有一补偿孔，主缸7与制动液室8通过补偿孔连通，离合器踏板机构9的一根杆伸进主缸7的另一端中，与主缸活塞抵接。

进一步地，所述离合器应急系统的离合器踏板机构9在自动操纵过程中是收起的，只有当自动操纵系统无法工作即离合器不能自动分离接合时展开，通过人力踩离合器踏板机构9启动应急系统。

本发明摒弃了传统的气助力液压驱动操纵系统冗长的中间环节，而直接采用液压工作油缸活塞直接与离合器分离拨叉连接，控制离合器的接合与分离，提高了控制的精确性和响应速度，减少了系统故障的发生，能够实现良好的控制品质。

本发明考虑到重型车辆行驶环境的恶劣，配有应急系统，以保证在离合器液压操纵系统出现故障时，可以由自动操纵转变为人工操纵，使AMT系统具备一定的故障应急能力，提高车辆的野外生存能力。

附图说明

图1是本发明气助力液压驱动离合器执行机构的示意图；

图2是本发明气阀块10的示意图；

其中：1-液压油源，2-比例流量阀，3-液压工作油缸，4-离合器，5-离合器分泵，6-储气罐，7-主缸，8-制动液室，9-离合器踏板，10–气阀块，11-分泵工作腔，12-工作油缸活塞，13–分泵顶杆，14–分离拨叉，15–随动活塞工作腔，16–随动活塞，M-分泵右腔，N—分泵气阀门，A-比例流量阀出油口，T－比例流量阀回油口，P—比例流量阀进油口。

具体实施方式

下面将参考附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

参见图1，本发明提供一种气助力液压驱动离合器执行机构，包括离合器自动操作系统和离合器应急系统，其中离合器自动操作系统包括液压油源1，比例流量阀2，液压工作油缸3，离合器4，离合器分泵5，储气罐6，气阀块10，分泵工作腔11，工作油缸活塞12，分泵顶杆13，分离拨叉14，分泵右腔M，分泵气阀门N，其中液压油源1为整个系统的油源，为液压工作油缸3提供高压液压油，液压油源1的出油口通过油管与比例流量阀2的进油口相连，回油口通过油管与比例流量阀2的回油口连接，比例流量阀2的出油口通过油管与液压工作油缸3的右腔连通，所述比例流量阀2与ECU电连接。ECU通过PWM波来控制比例流量阀2的回油与进油速度。当PWM波的占空比高于第一阈值a时，比例流量阀2的进油口与比例流量阀2的出油口连通，比例流量阀2的回油口关闭，液压油源的高压油由比例流量阀2的进油口进入比例流量阀2，进而由比例流量阀2的出油口进入液压油缸3的右腔，当PWM波的占空比低于小于第一阈值a的第二阈值b时，比例流量阀2的进油口关闭，比例流量阀2的出油口与比例流量阀2的回油口连通，液压工作油缸3右腔的液压油通过比例流量阀2的出油口进入油源的回油管路，比例流量阀2回油；当PWM波的占空比处于第一阈值a和第二阈值b之间时，比例流量阀2的进油口与比例流量阀2的回油口均关闭，比例流量阀2既不进油也不回油。液压工作油缸3中具有工作油缸活塞12，所述工作油缸活塞的伸出端与离合器分离拨叉14抵接，离合器分泵5采用中国瑞立集团瑞安汽车零部件公司生产的轻松换档助力器（102型），所述离合器分泵5中具有顶杆13，所述顶杆13的伸出端抵接所述液压工作油缸3的工作油缸活塞12的另一端，所述分离拨叉用于分离离合器。离合器分泵5的分泵右腔M通过管路与气阀块10连通，气阀块10还与储气罐6连通，其中离合器分泵5的分泵工作腔11通过管路与应急系统连接，离合器分泵5的分泵气阀门N通过管路与储气罐6连通，离合器分泵5的随动活塞工作腔15通过管路与分泵右腔M连通，随动活塞16处于随动活塞工作腔15中，所述随动活塞16的一端外部为分泵工作腔11，另一端通过回位弹簧与分泵气阀门N连接。所述应急系统包括主缸7，制动液室8和离合器踏板机构9，主缸7的一端通过管路与分泵工作腔11连接，在主缸7中间部具有一补偿孔，主缸7与制动液室8通过补偿孔连通，离合器踏板机构9的一根杆伸进主缸7的另一端中，与主缸活塞抵接。

其中气阀块10包括常闭开关阀S1和常开开关阀S2，其气路连接图如图2所示。常闭开关阀S1的一端与储气罐6由管路连接，另一端与常开开关阀S2共同与分泵右腔M通过管路连接，常开开关阀S2的另一端与大气连通，同时常闭开关阀S1、常开开关阀S2与ECU电连接，接收ECU发出的控制信号。常闭开关阀S1和常开开关阀S2只有两种状态，要么全开，要么全闭。当常闭开关阀S1、常开开关阀S2不通电时，常闭开关阀S1关闭，储气罐6中的气体不能通过S1阀进入分泵右腔M内，常开开关阀S2打开，分泵右腔M通过常开开关阀S2与大气连接，系统处于排气状态；当常闭开关阀S1、常开开关阀S2通电时，常闭开关阀S1打开，常开开关阀S2关闭，气源中的高压气体通过常闭开关阀S1经气管进入分泵右腔M，由于常开开关阀S2关闭，不与大气连通，系统处于进气状态。

本发明的工作过程如下：

在车辆起步或行车过程中，根据AMT的换挡控制策略计算出换挡点，换挡前分离离合器时，ECU向比例流量阀2发出大于第一阈值a的最大占空比的PWM波，S1、S2也同时通电，高压液压油由比例流量阀出油口进入液压工作油缸3右腔M，推动液压工作油缸3的活塞12向左运动，同时储气罐中的高压气体通过气阀S1、S2进入离合器分泵5的分泵右腔M，在气体的作用下离合器分泵5工作活塞向左运动，通过分泵顶杆推动液压工作油缸3的活塞12，也即对活塞产生助力，在油液和分泵顶杆的共同作用下，液压工作油缸3的活塞快速左移，液压工作油缸3的的活塞推动分离拨叉左移，进而分离离合器。当离合器完全分离时，S1、S2断电，比例流量阀2保持原有的状态，即离合器完全分离后，通过比例流量阀2控制来维持离合器分离的状态。而S1、S2只在分离过程中打开，作用是在比例流量阀2控制液压工作油缸3右腔进油的同时，加上离合器分泵5右腔的气助力来缩短离合器分离的时间，达到快速分离离合器的目的。离合器接合时，只通过控制比例流量阀2的回油来控制接合的速度。接合时，减小比例流量阀2的PWM波占空比，使其占空比低于第二阈值b，离合器由于膜片弹簧的回复力推动分离拨叉向右运动，分离拨叉继而作用液压工作油缸3，使液压工作油缸3的活塞12右移，比例流量阀出油口与比例流量阀回油口连通，液压工作油缸3右腔的液压油通过比例流量阀回油口流回液压油源1的油箱，当通过比例流量阀2的电流不同时，比例流量阀回油口的开口大小也不一样，因此回油的速度也不一样，从而液压工作油缸3的活塞右移的速度不一样，离合器接合的速度也不一样，因此ECU可以通过对比例流量阀的控制来使离合器平稳快速的结合。

当自动操纵系统出现故障而不能正常工作时，可以通过应急系统来达到分离和接合离合器。所述应急系统的离合器踏板机构9在自动操纵过程中是收起的，只有当自动操纵系统无法工作时，也就是离合器不能自动分离接合时展开，可以通过人力踩离合器踏板机构9启动应急系统。离合器踏板机构9的一根杆伸进主缸7中，与主缸活塞接触连接，当踩下离合器踏板时，踏板机构推动主缸7活塞左移，主缸7中的制动液在活塞的运动挤压下沿着油管进入离合器分泵5的工作腔11并形成操纵油压，油液推动随动活塞16移动，随动活塞16作用于气阀门N，顶开气阀门N，高压气体通过气管由储气罐进入离合器分泵5右腔，触发气助力，在高压气和制动液油压的共同作用下，离合器分泵5顶杆左移，推动液压工作油缸3的活塞左移，液压工作油缸的工作活塞作用于分离拨叉而推动离合器分离。离合器接合时，慢慢松开离合器踏板，踏板机构与主缸7连接的部分左移，主缸活塞在主缸回位弹簧的作用下右移，制动液和高压气体产生的力逐渐小于离合器膜片弹簧回复力，在膜片弹簧回复力的作用下，液压工作油缸3的活塞右移，带动离合器分泵顶杆右移，制动液由工作腔通过油管回到主缸7中，同时随动活塞16在随动活塞的回位弹簧的作用下左移，当离合器分泵5工作腔中的制动液压力小于一定的值时，随动活塞左移到一定的位置关闭气阀门N，储气罐中的气不能进入离合器分泵5，分泵通过排气口排气。在主缸7上有一个补偿孔，主缸7与制动液室8通过补偿孔连通，制动液室用于补偿离合器接合过程中主缸活塞在主缸回位弹簧作用下右移太快可能形成的真空。

采用本发明的技术方案，由于中间环节的减少，本系统的响应速度提高了50%，同时由于采用气助力，在分离同样大小的大扭矩离合器时，采用流量较小的比例流量阀，提高了控制精度；本发明的工作油缸活塞直接与分离拨叉接触，提高了系统的传递效率，同时也提高了控制精度，整个系统的控制精度相比传统的提高了30％左右；本发明完全解决了传统气助力液压驱动系统制动液管路进气而导致离合器分离不彻底的问题，降低了系统的故障率，寿命提高40％；同时由于自动操纵系统部分结构的简化，降低了系统维修的难度，维护成本也得到降低；本发明配有应急系统，在自动操纵系统出现故障的时候，可以采用应急系统来分离和结合离合器，提高了系统的可靠性。

Claims (8)

1.一种气助力液压驱动离合器执行机构，包括离合器自动操作系统，其特征在于所述离合器自动操作系统包括液压油源（1），比例流量阀（2），液压工作油缸（3），离合器（4），离合器分泵（5），储气罐（6），气阀块（10），分泵工作腔（11），工作油缸活塞（12），分泵顶杆（13），分离拨叉（14），分泵右腔M，分泵气阀门N和ECU，其中液压油源（1）通过管路与比例流量阀（2）连接，比例流量阀（2）通过管路与液压工作油缸（3）连接，液压工作油缸（3）通过其中的工作油缸活塞（12）的一端与离合器（4）的分离拨叉（14）抵接，所述液压工作油缸（3）中的工作油缸活塞（12）由离合器分泵（5）驱动，所述离合器分泵（5）的分泵右腔M通过管路与气阀块（10）的一端连接，所述气阀块（10）的另一端通过管路与储气罐（6）的一端连接，储气罐（6）的另一端通过管路与离合器分泵（5）的分泵气阀门N连接，所述ECU分别与比例流量阀（2）和气阀块（10）电连接。

2.如权利要求1所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于所述液压油源（1）与所述比例流量阀（2）的连接方式为：所述液压油源（1）的出油口通过油管与比例流量阀（2）的进油口相连，所述液压油源（1）的回油口通过油管与比例流量阀（2）的回油口连接，比例流量阀（2）的出油口通过油管与液压工作油缸（3）的右腔连通。

3.如权利要求1所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于所述离合器分泵（5）中具有分泵顶杆（13），所述分泵顶杆（13）的伸出端抵接所述液压工作油缸（3）的工作油缸活塞（12）的另一端。

4.如权利要求1所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于所述离合器分泵（5）还具有随动活塞工作腔（15）和随动活塞（16），离合器分泵（5）的随动活塞工作腔（15）通过管路与分泵右腔M连通，随动活塞（16）处于随动活塞工作腔（15）中，所述随动活塞（16）的一端外部为分泵工作腔（11），另一端通过回位弹簧与分泵气阀门N连接。

5.如权利要求1所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于所述气阀块（10）包括常闭开关阀（S1）和常开开关阀（S2），常闭开关阀（S1）的一端与储气罐（6）由管路连接，另一端与常开开关阀（S2）共同与分泵右腔M通过管路连接，常开开关阀（S2）的另一端与大气连通，常闭开关阀（S1）和常开开关阀（S2）分别与ECU电连接，接收ECU发出的控制信号。

6.如权利要求1所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于还包括与离合器分泵（5）的分泵工作腔（11）连通的离合器应急系统。

7.如权利要求6所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于所述离合器应急系统包括主缸（7），制动液室（8）和离合器踏板机构（9），主缸（7）的一端通过管路与分泵工作腔（11）连接，在主缸（7）中间部具有一补偿孔，主缸（7）与制动液室（8）通过补偿孔连通，离合器踏板机构（9）的一根杆伸进主缸（7）的另一端中，与主缸活塞抵接。

8.如权利要求7所述的气助力液压驱动离合器执行机构，其特征在于所述离合器应急系统的离合器踏板机构（9）在自动操纵过程中是收起的，只有当自动操纵系统无法工作即离合器不能自动分离接合时展开，通过人力踩离合器踏板机构（9）启动应急系统。

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