CN1582370A - 离合装置 - Google Patents

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Abstract

一种包括弹性装置(4)的汽车离合装置，该弹性装置可沿第一方向对摩擦盘(3)施加力以便使离合器进行啮合；气动致动器(10)，其具有气缸(11)和活塞(16)，活塞将气缸(11)分为主腔(20)和辅助腔(21)；压缩空气源(31)，其布置成可通过与主腔(20)连通的可控制的阀装置(32、33)使摩擦盘(3)沿第二相反方向运动而使离合器脱离啮合。离合装置包括带有存储器(54)的计算机(50)，其中，存储器中存储有作用于分离轴承(19)的所需的辅助力，它是分离轴承(19)位置的第二函数(C2)。离合装置还包括布置成可确定分离轴承位置的传感器(22)和布置成可确定辅助腔中的空气压力的传感器(23)。阀装置(36)连通压缩空气源(31)和辅助腔(21)，且计算机(50)可接收来自传感器(22、23)的信号，确定所测量的辅助腔压力和所需的辅助腔压力之间的差，并根据该差来控制阀装置(32、33、36)，以便于提供辅助力。

Description

离合装置
技术领域
本发明涉及一种汽车离合装置，其包括：
机械弹性装置，该弹性装置可恒定地沿第一方向对摩擦盘施加力以便使离合器进行啮合；
气动致动器，其具有气缸和活塞，活塞可在气缸中运动，并将气缸分为一个主腔和一个辅助腔；
具有一个转动部件和一个不转动部件的分离轴承，上述转动部件与摩擦盘相连，而不转动部件与活塞相连；以及
压缩空气源，其布置成可通过一个与主腔连通的可控制的阀装置使摩擦盘沿第二相反方向运动而使离合器脱离啮合。
背景技术
下面将结合附图1-5对构成本发明基础的现有技术进行描述。
图1和2分别是已移出了一些部件的推压型离合器和拉拔型离合器的纵截面图；
图3是在离合器的操作过程中由弹性装置作用于分离轴承的力F与分离轴承的运行距离的关系图；
图4是拉拔型离合器的气动连接致动器的横截面图；以及
图5是用于控制图4所示的连接致动器的阀装置的连接图。
上述类型的离合器主要是如图1所示的推压型或如图2所示的拉拔型，其中，纵向也就是离合器的轴向相对于读者在纸面的左边和右边之间延伸。为简单起见，离合器中相应的部件用相同的附图标记表示。
这两种类型的离合器都包括连接到发动机(未示出)的驱动飞轮2上的离合器盖1。摩擦盘3可轴向移动且可转动地固定到与汽车的齿轮箱相连的被驱动轴(未示出)上。膜片弹簧4通过压盘3’作用于摩擦盘3，该膜片弹簧4恒定地迫使摩擦盘3抵靠在飞轮2上，以便使飞轮2与被驱动轴可转动地固定连接，从而将力矩从飞轮传递到被驱动轴上。
膜片弹簧具有径向向外部分6、中间部分7和径向向内部分5，它们与分离轴承19的转动轴承座圈19a相接合(图4)，分离轴承19与致动器10相连。对于推压型离合器，致动器10布置成可将推压力F作用于分离轴承19，也就是，在图1中，力向左侧进行作用，而对于拉拔型离合器，致动器10布置成将拉力作用于分离轴承19，也就是，在图2中，力向右侧进行作用。
如图1所示，推压型离合器的膜片弹簧4的径向向外部分6抵靠在压盘3’上，且膜片弹簧在其中间部分7处以与杯形弹簧相同的方式可倾斜地与离合器盖1相连。膜片弹簧4以使其可恒定地移动摩擦盘与飞轮2相接合的方式进行预张紧。
如果分离轴承19移动一个距离s，膜片弹簧4就会沿顺时针方向如图中虚线所示绕中间部分7倾斜，且方式是使其径向向外部分离开飞轮2并使离合器脱离啮合。
如图2所示，拉拔型离合器的膜片弹簧4的中间部分7抵靠在压盘3’上，且膜片弹簧的径向向外部分6以使膜片弹簧可绕该向外部分6进行倾斜的方式抵靠在离合器盖上。
如果拉力F作用于膜片弹簧4，膜片弹簧就向外弯曲一个距离s而离开飞轮2，并沿逆时针方向绕向外部分6倾斜，从而中间部分7离开飞轮2且离合器脱离啮合。
从这些图中可看出，推压型离合器膜片弹簧的径向延伸部分好比是一个双臂杠杆，而拉拔型离合器膜片弹簧的相应部分好比是一个单臂杠杆。
致动器对分离轴承作用了相同的力F，因此，就可获得作用于这两种离合器的摩擦盘的力K。
K＝F×B/A，其中，B是从分离轴承到倾斜位置的距离，A是从倾斜位置到膜片弹簧抵靠在摩擦盘上的位置的距离，条件是该方程表示在膜片弹簧只包括相互独立的例如扇形杠杆的情况下的K和F之间的关系。而这种简化揭示了工作模式的原理。
但是，由于拉拔型离合器的B/A比值大于推压型离合器，因此，假定在这两种离合器都需要相同的力作用于分离轴承使离合器脱离啮合的情况下，对于拉拔型离合器，从飞轮2传递给被驱动轴的力矩大于推压型离合器。
为了使汽车有较大的力矩在飞轮和被驱动轴之间进行传递，优选使用拉拔型离合器，这样可使致动器和操纵离合器所施加的力相对较小。
除了膜片弹簧以外，作用于摩擦盘的弹性装置还可包括其它弹簧(未示出)，在离合器脱离啮合的过程中，分离轴承必须克服弹簧的弹性力。这种弹性装置的典型弹簧特性也就是弹簧作用于分离轴承的力如图3所示是分离轴承运行距离s的函数。该特性可称为第一函数。由于该力与分离轴承所作用的反力相等，因此，这些力后面被称为F。
如图3所示，该弹簧特性曲线由粗实线C1表示，力F在第一距离s1中开始增大直到其达到最大值，随后，在分离轴承到达摩擦盘3不再抵靠飞轮的位置之前，力F立即缓慢下降。在距离s1中，离合器处于啮合状态。
该部分s1之后是第二弯曲区域s2和离合器脱离啮合的第三弯曲区域s3，第一函数也就是弹簧特性的导数在区域s2是负数，但在区域s3再次变为正数。在第二区域s2的大部分中，第一函数的导数数值相对较大，也就是，在分离轴承很小的运行距离上，力F就可有较大的变化。
如果致动器是液压致动器，由于液压流体实际上是不可压缩的，因此，尽管在离合器啮合过程中第一函数或弹簧特性的导数是较大的负数，但在离合器啮合过程中通过比例阀可对致动器进行良好且稳定的控制。
在大型车辆例如载重汽车和公共汽车的情况下，如今采用压缩空气来操纵汽车其它系统例如制动系统的致动器，其优点是其中不需要任何用于引导流体返回到储液箱中的回流管线。
但由于在第二区域s2中第一函数的导数是相当大的负数，离合器啮合不精确，因此，使用气动致动器和用于操纵离合器的比例阀存在一些困难。
人们尝试通过辅助弹簧或线性弹簧来消除这些困难，辅助弹簧或线性弹簧可与膜片弹簧一起形成一个线性度更高的综合特性。但这种线性弹簧会增大合力，且必须适合于与每个单独的膜片弹簧的特性相适应。
而且，由于离合器致动器通过分离轴承所必须施加的力相对较小，因此，对于大型车辆，最好使用拉拔型离合器。
WO94/13972就公开了一种气动拉拔型离合器致动器，其中，在安装或拆卸离合器装置的过程中，或者更具体的是在使离合器致动器与膜片弹簧相连接或使离合器致动器与膜片弹簧分离开的过程中，活塞要是没有完成位移就使用辅助腔。辅助腔除了具有该用途以外，没有任何作用，并使离合器装置的结构变复杂且增加了成本。
图4示出了以这种方式构成的致动器。致动器10包括环形气缸11，气缸11具有径向内气缸壁12和径向外气缸壁13，径向内气缸壁和径向外气缸壁在它们的第一端部处通过第一圆形端壁14固定相连。在气缸壁的第二端部，第二圆形端壁15密封地连接到外气缸壁上。在端壁14和15之间，带有管状活塞杆17的活塞16安装在气缸11中，活塞16密封且可滑动地在内气缸壁12和第二端壁15的径向内端部之间延伸。活塞杆与分离轴承19的外轴承座圈19b固定连接，分离轴承的内轴承座圈19a布置成与膜片弹簧4相连，膜片弹簧4可相对于致动器10转动。致动器具有贯通的中间通道，被驱动轴可穿过该中间通道，并可分别通过摩擦盘和被驱动轴的纵向齿连接到摩擦盘3上。
活塞16与第二端壁15和第一端壁14分别构成第一气缸腔或主腔20和第二气缸腔或辅助腔21。
为了操纵该致动器，可使用图5所示的阀装置30，图5中还简要地示出了致动器10。
阀装置30包括压缩空气源31和第一阀32，压缩空气通过第一阀32供应给主腔20，以便使活塞15沿箭头A所示方向运动。为了将压缩空气从主腔20中排出，设有第二阀33。设有传感器22来确定活塞15和分离轴承19相对于气缸11的位置。在汽车运行时，阀32和33用于对离合器进行正常操作。
另外，阀装置包括第三阀34，压缩空气通过第三阀进入辅助腔21，以便使活塞沿箭头A所示方向的相反方向运动，从而使致动器10与膜片弹簧4相连接或与膜片弹簧4脱离开。另外，为了将压缩空气从辅助腔21中排出，设有一个第四阀35。此外还设有压力表23来测量辅助腔21中的空气压力。
下面将结合附图6-9对本发明进行详细的描述，附图6-9简要地示出了本发明离合装置的一个实施例。
图6是拉拔型和推压型气动致动器的横截面图，其中，在纵向轴线9上方示出了拉拔型致动器的一半，在纵向轴线9的下方示出了推压型致动器的一半；
图7是推压型离合器的阀装置的连接简图；
图8是本发明阀装置的功能简图；以及
图9是从飞轮传递到摩擦盘上的力和力矩与分离轴承位置的函数关系图。
首先，本发明基于这样的认识，以一种新的方式使用已知的带有辅助腔21的拉拔型气动离合器致动器，其中，在工作过程中，压缩空气供应到辅助腔21中，并改变了弹簧的特性，使得在离合器啮合过程中可避免上述的不稳定性。
更具体地说，这可通过将压缩空气引入到辅助腔21中，使图3中粗实线所示的曲线C1在第二区域s2中得到修正来实现。如虚线C2所示，辅助腔21中的压缩空气所施加的力是分离轴承运行路径的第二函数。
辅助腔21中的压缩空气所施加的力与弹性装置所施加的力一起使主腔中的压缩空气作用于活塞的力成为分离轴承运行路径的第三函数，该函数是将在分离轴承运行距离的区域s2中并可能在区域s3中的细实线C3叠加到区域s1中的粗实线C1上。因此，新的第三函数是曲线C1和C2的和或叠加。如图3所示，第三函数在该区域的导数增大，因此，分离轴承在一定距离上的运动不再象第一函数的情况那样使力产生相当大的变化。可将该导数增大到使其为正数的程度。总之，通过适当的第二函数，使第三函数在该区域获得任何所需的轨迹。
为了获得第二函数C2和第三函数C3，可将离合器装置设计成如下的形式。
如图4所示，传感器22与气缸11相连，从而可确立分离轴承19相对于气缸11的轴向位置，也就是在图3中沿s轴线的位置。还可将传感器23安装在气缸11上，以便于确定辅助腔21中的气压。
由于其优点是可使分离轴承得到预张紧，从而在汽车运行过程中可保证转动轴承座圈19a始终保持转动，软弹簧24安装在主腔20中，其可恒定地趋于使离合器脱离啮合(图6)。
如图6所示，这种离合器致动器可设计成可使其用于拉拔型离合器和推压型离合器，弹簧24安装在构成上述离合器主腔20的腔中。这会导致离合器致动器的成本下降并减少库存。
在图7中，示出了本发明推压型离合装置的阀装置40。
如图所示，设有压缩空气源31，压缩空气从压缩空气源31通过第一阀32供应到致动器的主腔20中。空气从主腔20经第二阀33排出。空气可通过组合的进出口阀36进入辅助腔21。在该致动器装置中，也设有用于测量分离轴承位置的传感器22和用于测量辅助腔21中空气压力的传感器23。从腔中返回的空气被排入到环境中。
如图8所示，可通过计算机50来控制阀装置30、40。
计算机50从传感器51接收表示离合器操纵件例如离合器踏板的位置的信号，该信号表示离合器所需的位置，也就是分离轴承19的位置s。另外，计算机50通过线缆58接收来自传感器22的信号，以便于确定分离轴承19的实际位置。这些信号输入到比较器52，比较器52对分离轴承所需的位置与其实际位置进行比较，并将差异信号传递给阀控制装置53，阀控制装置53将控制信号传递给阀装置40，以便于通过阀32和33将压缩空气供应到主腔20中或从主腔20中排出。
计算机具有存储器54和单元55，存储器54中存储有离合装置的弹簧特性C1，有关弹簧特性和分离轴承实际位置的信号可通过线缆56和57输入到单元55中，单元55可计算辅助腔21中所需的空气压力。在比较器52’中计算该所需的压力，并将有关压力的信息传递到阀控制单元53’中，阀控制单元53’通过线缆59将控制信号传递给阀装置40的阀36，从而通过阀36向辅助腔21提供该压力。
在图8中，附图标记60表示主腔20和辅助腔21提供作用于活塞16的合力，以便于获得第二函数C2，并因此而最终获得作用于分离轴承19的力是其运行距离s的函数的第三或合成函数C3。
图9是表示从飞轮2传递给摩擦盘3的力和力矩与离合器啮合时由分离轴承19的位置而计算出的分离轴承19的运行距离s的函数关系图。
从图中实线所示的曲线可看出，平行于0横坐标延伸的曲线部分表示可传递的力或力矩的最大值。该力矩可小于汽车发动机可作用的最大力矩，例如是它的90％。为了使离合器仍可传递该力矩，可将压缩空气引入到离合器致动器的辅助腔21中，这样就可使分离轴承以图中虚线所示的力将摩擦盘压靠在飞轮上。由于只在极少的时间需要这种最大的力，而在大部分操作时间，离合器在实线所示图线区域中起作用，且不需要任何的附加力。因此，离合器弹簧可设计为适应于更小的力矩，并且可减小离合器尺寸并降低其成本。
为此，可设置传感器，将其布置成可确定是否需要传递最大力矩。传感器可布置成可确定进行补充进气或节流或者马达驱动轴所作用的力矩。来自传感器的有关所作用的这种最大力矩信息的信号可传递给计算机，计算机根据该信息控制阀控制单元53’，以便于增大辅助腔中的空气压力，从而使压盘3’更强硬地压靠在摩擦盘3上，并可传递最大力矩。
尽管在上述的描述中以及附图中所示的离合器致动器与被驱动轴同心，但可以理解，离合器致动器可安装在该轴的旁边，离合器盖的内侧或外侧，且致动器的活塞可通过杠杆与分离轴承相连。

Claims (5)

1.一种汽车离合装置，其包括：
机械弹性装置(4)，该弹性装置可恒定地沿第一方向对摩擦盘(3)施加力以使离合器进行啮合并因此而传递力矩；
气动致动器(10)，其具有气缸(11)和活塞(16)，活塞可在气缸中运动，并将气缸(11)分为主腔(20)和辅助腔(21)；
带有转动部件(19a)和不转动部件(19b)的分离轴承(19)，所述转动部件与摩擦盘(3)相连，而不转动部件与活塞(16)相连；和
压缩空气源(31)，其布置成可通过与主腔(20)连通的可控制的阀装置(32、33)使摩擦盘(3)沿第二相反方向运动而使离合器脱离啮合；
其特征在于：离合装置还包括：
带有存储器(54)的计算机(50)，其中，存储器中存储有辅助腔(21)所需的空气压力，从而使作用于分离轴承(19)的所需的辅助力是分离轴承(19)位置的第二函数(C2)；
传感器(22)，其布置成可确定分离轴承的位置；
传感器(23)，其布置成可确定辅助腔中的空气压力，阀装置(36)布置成提供压缩空气源(31)和辅助腔(21)之间的连通，且计算机(50)布置成可接收来自传感器(22、23)的信号，确定所测量的辅助腔压力和所需的辅助腔压力之间的差，并根据该差值来控制阀装置(32、33、36)，以便于提供辅助力。
2.根据权利要求1所述的离合装置，其特征在于：
在计算机(50)的存储器(54)中存储有弹性装置的弹簧特性，也就是，作为分离轴承(19)的位置的第一函数(C1)由弹性装置作用于分离轴承上的力，且计算机(50)布置成提供第三函数(C3)，该第三函数是第一和第二函数(C1和C2)的叠加，且在离合器脱离啮合的分离轴承(19)的运行距离区域(s2、s3)中，第三函数的导数相对于第一函数(C1)在相同分离轴承位置处的相同区域中的导数增加。
3.根据权利要求2所述的离合装置，其特征在于：第三函数(C3)的导数在区域(s2、s3)中是正数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的离合装置，其中，弹性装置(4)包括膜片弹簧，其特征在于：离合器致动器的截面为环形，且离合器致动器的活塞(16)布置成可作用于膜片弹簧的径向向内的部分(5)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的离合装置，其特征在于：只在弹性装置(4)的作用下通过离合器可传递的力矩小于通过离合器应能够通过该离合器传递的最大力矩，且计算机布置成可将信号传递到阀(36)的控制单元，控制单元可控制辅助腔(21)中的空气压力，以便于增大该压力，且除了由弹性装置(4)可作用的力之外，还可将附加力作用于压盘(3)，从而将通过该离合器可传递的总力矩增大到最大力矩。
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