CN103195840B - 自动离合器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动离合器系统，其中电机连接减速器，执行气缸包括缸体、第一活塞、第二活塞、第一活塞杆和第二活塞杆，第一和第二活塞沿缸体的长度方向间隔设置在缸体内，第一和第二活塞杆分别设置在第一和第二活塞上并朝向相反穿设缸体，减速器通过传动元件连接第一活塞杆，第二活塞杆连接离合器的分离叉，气源通过电磁开关阀连接缸体上第一和第二活塞之间的第一位置，控制装置信号连接电机和电磁开关阀。较佳地，传动元件是凸轮机构或涡轮蜗杆机构。本发明设计巧妙，结构简洁，能够实现对离合器的接合状态进行精确的控制，从而使离合器满足各种工作要求；稳定可靠，便于维修更换，有效降低使用和维护成本，适于大规模推广应用。

Description

自动离合器系统

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，特别涉及离合器系统技术领域，具体是指一种自动离合器系统，适于气压助力制动车辆和混合动力汽车动力传递与分离控制装置。

背景技术

现有混合动力客车的离合系统中，有的采用手动离合系统（即传统的离合控制方式：纯机械动力离合、带气动或液压助力系统的离合），有的采用电磁离合系统，也有采用利用液压泵作为动力源依靠液压系统的作用，通过液压油缸与传统离合器的机械连接，作用于传统离合器分离杠杆上来实现离合片与发动机的飞轮盘结合和分开。这些离合系统各有其优缺点和适应领域。

上述离合系统主要是应用于轻型混合动力和中型混合动力车辆，或者纯电动车辆，其发动机（或电动化助力离合系统）一直处于常工作状态。对于插电式重型混合动力车辆的动力和能量系统的工作策略来说，上述离合系统存在以下方面的缺点：1、插电式混合动力车辆拥有两个主要的动力源（发动机、驱动电机），二者是可以不同时工作的，这就是说原来依靠发动机动力的离合助力系统在发动机停车后就不可再用，如果采用常态电动化助力离合系统，那么在发动机工作后原离合助力系统的动力源就无法使用（在现有技术方案中，有的去除了发动机的离合助力油泵）；2、采用液压作为动力源的离合器系统，大都采用通过控制电磁开关阀的开关来控制液压油缸的工作来实现离合器的分离与接合，此种设计一般只能局限于混合动力客车的发动机与电机直接的动力传递过程，很难实现汽车发动机起步、换挡工作，且系统发杂，可靠性不高。3、对于传统离合系统，在车辆起步时的半离合状态由驾驶员凭感觉进行操控，而一般混合动力车辆（或纯电动大巴）的设计是驱动电机起步，一般不用发动机直接启动车辆，故其自动离合系统通常离合器处于接合状态而且没有半离合功能。4、采用液压作为动力源或传动介质的自动离合系统，油路中一旦混入空气，对整个系统的精确控制势必产生影响，切排除困难，整个系统出现问题不容易维修。

因此，需要提供一种离合器系统，能够实现对离合器的接合状态进行精确的控制，从而使离合器满足各种工作要求；稳定可靠，便于维修更换，有效降低使用和维护成本。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种自动离合器系统，该自动离合器系统设计巧妙，结构简洁，能够实现对离合器的接合状态进行精确的控制，从而使离合器满足各种工作要求；稳定可靠，便于维修更换，有效降低使用和维护成本，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，本发明的自动离合器系统，包括电机、减速器和离合器，所述电机连接所述减速器，其特点是，所述自动离合器系统还包括执行气缸、传动元件、电磁开关阀、气源和控制装置，所述执行气缸包括缸体、第一活塞、第二活塞、第一活塞杆和第二活塞杆，所述第一活塞和所述第二活塞沿所述缸体的长度方向间隔设置在所述缸体内，所述第一活塞杆和所述第二活塞杆分别设置在所述第一活塞和所述第二活塞上并朝向相反穿设所述缸体，所述减速器通过所述传动元件连接所述第一活塞杆，所述第二活塞杆连接所述离合器的分离叉，所述气源通过所述电磁开关阀连接所述缸体上所述第一活塞和所述第二活塞之间的第一位置，所述控制装置信号连接所述电机和所述电磁开关阀。

较佳地，所述传动元件是凸轮机构或涡轮蜗杆机构。

较佳地，所述执行气缸还包括第一限位元件、第二限位元件、第三限位元件和第四限位元件，所述第一限位元件、所述第二限位元件、所述第三限位元件和所述第四限位元件沿所述缸体的长度方向间隔设置在所述缸体内，所述第一活塞位于所述第一限位元件和所述第二限位元件之间，所述第二活塞位于所述第三限位元件和所述第四限位元件之间。

较佳地，所述执行气缸还包括放气阀，所述放气阀设置在所述缸体上所述第一活塞和所述第二活塞之间的第二位置。

更佳地，所述控制装置信号连接所述放气阀。

较佳地，所述气源是独立式储气罐或汽车制动气罐。

较佳地，所述自动离合器系统还包括电动空气压缩机，所述电动空气压缩机连接所述气源，所述控制装置信号连接所述电动空气压缩机。

更佳地，所述电动空气压缩机是独立式电动空气压缩机或汽车发动机自带空气压缩机。

较佳地，所述执行气缸还包括位置检测装置，所述位置检测装置设置在所述缸体内与所述第二活塞配合设置用于检测所述第二活塞的位置，所述控制装置信号连接所述位置检测装置。

较佳地，所述自动离合器系统还包括气压计，所述气压计连接所述气源，所述控制装置信号连接所述气压计。

本发明的有益效果具体在于：

1、本发明的自动离合器系统包括电机、减速器、离合器、执行气缸、传动元件、电磁开关阀、气源和控制装置，所述电机连接所述减速器，所述执行气缸包括缸体、第一活塞、第二活塞、第一活塞杆和第二活塞杆，所述第一活塞和所述第二活塞沿所述缸体的长度方向间隔设置在所述缸体内，所述第一活塞杆和所述第二活塞杆分别设置在所述第一活塞和所述第二活塞上并朝向相反穿设所述缸体，所述减速器通过所述传动元件连接所述第一活塞杆，所述第二活塞杆连接所述离合器的分离叉，所述气源通过所述电磁开关阀连接所述缸体上所述第一活塞和所述第二活塞之间的第一位置，所述控制装置信号连接所述电机和所述电磁开关阀，从而通过传动元件和气源操纵气缸，实现离合器的结合和分离，设计巧妙，结构简洁，能够实现对离合器的接合状态进行精确的控制，从而使离合器满足各种工作要求；稳定可靠，便于维修更换，有效降低使用和维护成本，适于大规模推广应用。

2、本发明的自动离合器系统的所述气源可以是汽车制动气罐，所述电动空气压缩机可以是汽车发动机自带空气压缩机，设计巧妙，结构简洁，能够实现对离合器的接合状态进行精确的控制，从而使离合器满足各种工作要求；稳定可靠，便于维修更换，有效降低使用和维护成本，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明的一具体实施例的结构连接示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参见图1所示，本发明的自动离合器系统包括电机1、减速器2、离合器3、执行气缸4、传动元件5、电磁开关阀6、气源7和控制装置8，所述电机1连接所述减速器2，所述执行气缸4包括缸体41、第一活塞42、第二活塞43、第一活塞杆44和第二活塞杆45，所述第一活塞42和所述第二活塞43沿所述缸体41的长度方向间隔设置在所述缸体41内，所述第一活塞杆44和所述第二活塞杆45分别设置在所述第一活塞42和所述第二活塞43上并朝向相反穿设所述缸体41，所述减速器2通过所述传动元件5连接所述第一活塞杆44，所述第二活塞杆45连接（例如通过摆杆）所述离合器3的分离叉（未示出），所述气源7通过所述电磁开关阀6连接所述缸体41上所述第一活塞42和所述第二活塞43之间的第一位置（未示出），所述控制装置8信号连接所述电机1和所述电磁开关阀6。

所述传动元件5可以是任何合适的元件，其用于驱动第一活塞42沿所述缸体41的长度方向远离或靠近第二活塞43滑动，较佳地，所述传动元件5是凸轮机构或涡轮蜗杆机构。请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述传动元件5是凸轮机构。

为了限制第一活塞42和第二活塞43的运动范围，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述执行气缸4还包括第一限位元件46、第二限位元件47、第三限位元件48和第四限位元件49，所述第一限位元件46、所述第二限位元件47、所述第三限位元件48和所述第四限位元件49沿所述缸体41的长度方向间隔设置在所述缸体41内，所述第一活塞42位于所述第一限位元件46和所述第二限位元件47之间，所述第二活塞43位于所述第三限位元件48和所述第四限位元件49之间。

为了避免执行气缸4内气压过高，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述执行气缸4还包括放气阀50，所述放气阀50设置在所述缸体41上所述第一活塞42和所述第二活塞43之间的第二位置。

为了当放气阀50放气时控制电磁开关阀6关闭，在本发明的具体实施例中，所述控制装置8信号连接所述放气阀50。

所述电机1连接所述减速器2可以采用任何合适的结构，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述自动离合器系统还包括联轴器9，所述电机1通过所述联轴器9连接所述减速器2。

为了对来自气源7的气体干燥，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述自动离合器系统还包括干燥器10，所述电磁开关阀6通过所述干燥器10连接所述第一位置。

为了防止执行气缸4内气压通过电磁开关阀6泄压，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述自动离合器系统还包括单向阀11，所述电磁开关阀6通过所述单向阀11连接所述第一位置。

所述控制装置8信号连接所述电机1和所述电磁开关阀6可以采用任何合适的结构，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述控制装置8包括电机控制器81和继电器82，所述电机控制器81信号连接所述电机1，所述继电器82信号连接所述电磁开关阀6。

所述气源7可以是任何合适的气源，较佳地，所述气源7是独立式储气罐或汽车制动气罐。在本发明的具体实施例中，所述气源7是汽车制动气罐。

为了给气源7充气，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述自动离合器系统还包括电动空气压缩机12，所述电动空气压缩机12连接所述气源7，所述控制装置8信号连接所述电动空气压缩机12。

所述控制装置8信号连接所述电动空气压缩机12可以采用任何合适的结构，请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述控制装置8包括压缩机控制器83，所述压缩机控制器83信号连接所述电动空气压缩机12。

所述电动空气压缩机12可以是任何合适的空气压缩机，更佳地，所述电动空气压缩机12是独立式电动空气压缩机或汽车发动机自带空气压缩机。在本发明的具体实施例中，所述电动空气压缩机12是汽车发动机自带空气压缩机。

为了及时根据第二活塞43的位置控制电机1的动作，在本发明的具体实施例中，所述执行气缸4还包括位置检测装置（未示出），所述位置检测装置设置在所述缸体41内与所述第二活塞43配合设置用于检测所述第二活塞43的位置，所述控制装置8信号连接所述位置检测装置。

为了根据气源7的压力控制电磁开关阀6，在本发明的具体实施例中，所述自动离合器系统还包括气压计（未示出），所述气压计连接所述气源7，所述控制装置8信号连接所述气压计。

本发明的自动离合系统可自动实现三种稳定状态以及三种过程状态，包括加压分离状态、完全分离状态、减压结合状态、调压半离合状态、半接合状态、完全结合状态。其工作原理和控制逻辑如下：

1、加压分离状态：

电动空气压缩机12工作，给气源7打气，当气源7内压力达到设计限定值后，通过继电器82控制电磁开关阀6打开，气体通过单向阀11和干燥器10进入执行气缸4，此时放气阀50关闭，气压作用于第二活塞43，通过第二活塞杆45作用于离合器3的分离叉，使离合器3分离，此时凸轮机构运动于最大运行距离处。

2、完全分离阶段：

离合器3分离后，在某些工作状态下（例如重型混合动力车纯电动驱动模式下，此时是需要离合器3保持断开状态的），离合器3保持分离，此时当检测到第二活塞43到达气缸位置B时，如果执行气缸4内压力有继续升高的趋势，放气阀50自动开启，电磁开关阀6断开。此时执行气缸4处于完全保压状态，离合器3处于完全分离阶段。

3、减压接合状态：

在某些状态下（如变速箱换挡等），需要离合器3减压接合，此时电机控制器81控制电机1工作，通过联轴器9、减速器2作用于通过凸轮机构，使凸轮机构通过第一活塞杆44作用于第一活塞42向左（图1中）运动，增大执行气缸4内气室容积，减小气室内气压，从而减小气压对第二活塞43的作用力，使作用于离合器3的分离叉的力失去平衡，第二活塞43左移，离合器3处于减压接合状态。

4、调压半接合状态：

在某些状态下（如发动机起步等），需要离合器3处于半接合状态，此时通过电机控制器81控制电机1工作，通过联轴器9、减速器2作用于凸轮机构，使凸轮机构通过第一活塞杆44作用于第一活塞42向左（图1中）运动，增大执行气缸4内气室容积，减小气室内气压，从而减小气压对第二活塞43的作用力，使作用于离合器3的分离叉的力失去平衡，第二活塞43左移，在凸轮机构运动到某一刻时，离合器3处于调压半接合状态。

5、半接合状态：

通过控制电机1运动状态，在凸轮机构运动到某一时刻时，离合器3处于半接合状态，此时电磁开关阀6和放气阀50均处于关闭状态。

6、完全结合状态：

电机控制器81控制电机1工作，通过联轴器9、减速器2作用于凸轮机构，使凸轮机构通过第一活塞杆44作用于第一活塞42向左（图1中）运动，增大执行气缸4内气室容积，减小气室内气压，从而减小气压对第二活塞43的作用力，使作用于离合器3的分离叉的力失去平衡，第二活塞43左移至最大运动量停止（气缸位置A），此时电机1停止工作，凸轮机构运动至最小运动距离处，此时离合器3处于完全接合状态。

本发明的自动离合系统适合安装于各种大、中型汽车，尤其适用于插电式重型混合动力公交车，具体设计时可以包括以下步骤：

1、首先根据所适用的车型确定离合器3的型号，所需离合器3的分离叉分离离合器3的力的曲线，由此确定执行气缸4大小，电机1通过减速器2所输出的转速和扭矩来匹配电机1和减速器2。

2、根据离合器3分离规律设计所要求的凸轮机构。

3、根据所要求的满足离合器3分离过程中的最大作用于离合器3的分离叉的力，来计算执行气缸4内气室所需气压，确定放气阀50的放气气压，此限定值通常稍大于执行气缸4内气室气压通过各传动比推开离合器3的气压，但不能过大，以免损坏离合器3。

4、执行气缸4为双活塞式，执行气缸4内设有限位元件，第一活塞42和第二活塞43的运行位移以离合器3分离位置确定和满足此状态的气室容积确定。执行气缸4并且设有位置检测装置，可采用霍尔式或其它精确控制方式，以此检测离合器3的分离状态，并控制电机1工作状态和凸轮机构的运动状态，一般重型混合动力客车可设置离合器3接合和分离两种位置检测，传统汽车可增加半离合位置检测。第二活塞43的运动轨迹均设有限位元件，以保护整个系统的安全性。

5、电磁开关阀6按照所适用车型的技术要求选用两位两通的常开型或常闭型电磁阀，通常重型混合动力客车可参考适用常闭型两位两通电磁阀，传统重型卡车等可使用常开型两位两通电磁阀，以保证电磁开关阀6的运行可靠性。

6、气源7可按照所适用车型采用车辆制动气罐或者独立匹配一款专用气罐，气罐的储气量和容积以满足执行气缸4三次完全接合所要求的气压和气量为下限值。

7、电动空气压缩机12可采用发动机自带空气压缩机或者独立匹配一款电动空气压缩机和电源控制器。

8、根据离合器状态逻辑，确定离合器控制逻辑，根据执行气缸4内活塞位置控制电磁开关阀6的开关，同时利用PWM脉冲控制电机1的运行。

9、整个系统应首先在试验台架上进行压力和功能测试，要求整个系统管径配置合理、控制阀体功能正常发挥、离合器控制系统软件运行逻辑正常，最后在试验车辆上布置整个系统。

10、定期维护系统，干燥器放水、执行机构无锈迹。

在本发明中，电机控制器81对电机1调速控制，联轴器9连接电机1与减速器2，减速器2按设计需要降低电机转速增大输出扭矩，凸轮机构匹配离合器3分离和结合，放气阀50保证执行气缸4内压力恒定，干燥器10防止气路中混入水，破坏系统稳定与可靠性，并定期放水，单向阀11防止执行气缸4内气压通过电磁开关阀6泄压。第一活塞42的运行速度通过凸轮机构精确控制，使离合器3按需要接合或断开。

在某些混合动力汽车中，通常只要求汽车发动可起步，以及驱动模式之间的转换时自动进行离合器3的有效接合与断开，此时可将图1中的凸轮机构换成蜗轮蜗杆装置，更加简单实用。

另外，图1中的气源7可借用汽车自身制动气罐，电动空气压缩机12可采用发动机自带空气压缩机供气，减少系统成本，或独自选配电动空气压缩机供气，或者采用电动空气压缩机和发动机自带空气压缩机组合使用方式，当某一气源出现问题时，可保证系统继续使用，提高系统的稳定性和安全性。

采用该发明的自动离合器系统，具有如下优点：通过电机控制器81的控制，以及凸轮机构，能够实现对离合器3的接合状态进行精确的控制，从而使离合器3满足各种工作要求；该离合器3使用电机1和气压作为动力源，稳定可靠，便于维修更换；该系统与车辆其他系统无关联性，保证车辆的运行安全稳定；使用半离合功能可提高系统的可靠性，并使用气压作为离合器3分离的动力源，可实现离合器3的迅速分离控制，采用成熟的气压组建和管路，在保证可靠性的基础上有效降低了使用和维护成本。

本发明是一种可应用于气压制动车辆，尤其适合重型混合动力客车的自动离合器系统。该系统采用电机1加减速器2、凸轮机构和汽车制动气压通过对电磁开关阀6的控制，操纵执行气缸4来实现离合器3的接合和分离。通过电机1加减速器2和通过计算匹配的不同凸轮机构来操纵执行气缸4，实现离合器3的快慢快接合，从而实现车辆在纯电动模式和发动机驱动模式下的停车启动和汽车变速换挡，是一种应用较为广泛的自动离合器系统。

综上，本发明的自动离合器系统设计巧妙，结构简洁，能够实现对离合器的接合状态进行精确的控制，从而使离合器满足各种工作要求；稳定可靠，便于维修更换，有效降低使用和维护成本，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种自动离合器系统，包括电机、减速器和离合器，所述电机连接所述减速器，所述自动离合器系统还包括执行气缸、传动元件、气源和控制装置，所述执行气缸包括缸体、第一活塞、第二活塞、第一活塞杆和第二活塞杆，所述第一活塞和所述第二活塞沿所述缸体的长度方向间隔设置在所述缸体内，所述第一活塞杆和所述第二活塞杆分别设置在所述第一活塞和所述第二活塞上并朝向相反穿设所述缸体，所述减速器通过所述传动元件连接所述第一活塞杆，所述第二活塞杆连接所述离合器的分离叉，所述控制装置信号连接所述电机，其特征在于，所述的自动离合器系统还包括电磁开关阀，所述气源通过所述电磁开关阀连接所述缸体上所述第一活塞和所述第二活塞之间的第一位置，所述控制装置信号连接所述电磁开关阀；所述执行气缸还包括第一限位元件、第二限位元件、第三限位元件和第四限位元件，所述第一限位元件、所述第二限位元件、所述第三限位元件和所述第四限位元件沿所述缸体的长度方向间隔设置在所述缸体内，所述第一活塞位于所述第一限位元件和所述第二限位元件之间，所述第二活塞位于所述第三限位元件和所述第四限位元件之间。

2.根据权利要求1所述的自动离合器系统，其特征在于，所述传动元件是凸轮机构或涡轮蜗杆机构。

3.根据权利要求1所述的自动离合器系统，其特征在于，所述执行气缸还包括放气阀，所述放气阀设置在所述缸体上所述第一活塞和所述第二活塞之间的第二位置。

4.根据权利要求3所述的自动离合器系统，其特征在于，所述控制装置信号连接所述放气阀。

5.根据权利要求1所述的自动离合器系统，其特征在于，所述气源是独立式储气罐或汽车制动气罐。

6.根据权利要求1所述的自动离合器系统，其特征在于，所述自动离合器系统还包括电动空气压缩机，所述电动空气压缩机连接所述气源，所述控制装置信号连接所述电动空气压缩机。

7.根据权利要求6所述的自动离合器系统，其特征在于，所述电动空气压缩机是独立式电动空气压缩机或汽车发动机自带空气压缩机。

8.根据权利要求1所述的自动离合器系统，其特征在于，所述执行气缸还包括位置检测装置，所述位置检测装置设置在所述缸体内与所述第二活塞配合设置用于检测所述第二活塞的位置，所述控制装置信号连接所述位置检测装置。

9.根据权利要求1所述的自动离合器系统，其特征在于，所述自动离合器系统还包括气压计，所述气压计连接所述气源，所述控制装置信号连接所述气压计。