离合踏板扭转及螺旋弹簧助力系统的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车零部件设计领域，特别是涉及一种离合踏板扭转及螺旋弹簧助力 系统的设计方法。
【背景技术】
[0002] 目前离合踏板助力弹簧已经被广泛使用，但是多数的设计过程仅仅是将不同的弹 簧安装到踏板上，通过测试人员的踩踏或测量踏板力来感觉助力效果的好坏，从而确定离 合踏板助力弹簧的设计方案，这样任何一个参数的改变都需要重新进行试验来验证助力效 果，过程比较繁琐，而且这样离散的测量也无法达到助力效果的最优化。
[0003] 随着计算机辅助设计在汽车设计领域的应用发展，在进行离合踏板助力弹簧设计 时，可考虑建立离合踏板弹簧助力系统的数学模型，即构造踏板面受助力弹簧作用力的表 达式，以便寻找弹簧设计的关键参数，并进行定量的优化设计。
[0004] 一般来说，离合踏板弹簧助力系统主要包括踏板、踏板支架和助力弹簧，助力弹簧 可以是圆柱螺旋弹簧或扭转弹簧。离合踏板弹簧助力系统的原理是由踏板转动压缩助力弹 簧使之产生形变，从而对踏板产生反作用力，为踏板提供支撑力或助力。
[0005] 例如授权公告号为CN101397977B的中国专利公开了一种弹簧助力系统的设 计方法，在该设计方法中建立了扭转弹簧(助力弹簧）对踏板作用力的数学模型。参见 CN101397977B中的图3至图5,在该设计方法中将弹簧对踏板的作用力FnS义为与扭转弹 簧一支撑臂垂直的方向。
[0006] 但是经过本申请的发明人研究发现，如图1所示，根据二力平衡条件可以得 知，方向应该沿着扭转弹簧两个安装点（安装点B和安装点C)的连线方向，因此，在 CN101397977B中，相当于利用了一个错误的Fn来得到扭转弹簧助力系统数学模型，依据该 数学模型设计的扭转弹簧助力系统将会产生较大的误差，扭转弹簧助力效果将大打折扣， 从而影响了离合踏板踩踏的舒适性。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有的离合踏板弹簧助力系统的设计方法得 到的扭转弹簧助力系统误差较大的缺陷，提供一种离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方 法。
[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，提供一种离合踏板扭转弹簧助力 系统的设计方法，所述方法包括：
[0009] 根据几何原理确定扭转弹簧变形量P的表达式1为：
[0010]
[0011] 其中，Θ为踏板转角、Btl为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C 到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、(Itl为 扭转弹簧自由状态夹角、r为扭转弹簧的半径、1为扭转弹簧臂长，在所述表达式1中忽略扭 转弹簧的自重，忽略扭转弹簧的半径r因压缩或拉升所产生的半径变化及扭转弹簧支撑臂 的挠曲变形；
[0012] 根据扭转弹簧受力分析建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表 达式2为：
[0013]
[0014] 其中，K2为扭转弹簧刚度；
[0015] 根据几何原理建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点0 的力臂Ln的表达式3为：
[0017] 根据表达式1、表达式2、表达式3及基于力矩平衡原理确定的等式1，建立扭转弹 簧助力模型表达式4为：
[0019] 其中，等式1为：TX Lp = FnX Ln，Lp为扭转弹簧对踏板的踏板面A点的作用力T对 踏板旋转点〇的力臂；
[0020] 根据扭转弹簧助力模型表达式4设计离合踏板扭转弹簧助力系统。
[0021] 进一步地，所述踏板面上A点为踏板面的中心。
[0022] 进一步地,所述方法还包括：
[0023] 获得表示离合器分离力与Θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；
[0024] 确定 a。、L^LpLp 及 K2 的值；
[0025] 分别设定dQ、r及1的初始值；
[0026] 选定Θ的取值范围，根据建立的扭转弹簧助力模型，得到表示T与Θ对应关系的 扭转弹簧助力曲线；
[0027] 调整屯、1·及1的初始值中的至少一个，使得所述扭转弹簧助力曲线中T的峰值所 对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所 对应的踏板转角相同，从而确定出屯、r及1的最终值，完成离合踏板扭转弹簧助力系统的 设计。
[0028] 进一步地，a。的确定值为1. 8°，L1的确定值为64mm，L2的确定值为50mm，Lp的确 定值为323mm，Θ的取值范围选定为〇~25°，K 2的确定值为200N/mm。
[0029] 进一步地，1的初始值设定为24mm，r的初始值设定为10mm，Cltl的初始值设定为 70。。
[0030] 根据本发明的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转 弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，因而，得到的扭转弹簧助力模型更为准确，避免 了离合踏板扭转弹簧助力系统较大的设计误差。
[0031] 另外，本发明还提供了一种离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，所述方法包 括：
[0032] 根据几何原理确定螺旋弹簧变形量Lx的表达式5为：
[0034] 其中，Θ为踏板转角、a(1为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C 到踏板旋转点〇的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点0的距离、Ltl为 螺旋弹簧自由长度，在所述表达式5中忽略螺旋弹簧的自重；
[0035] 根据螺旋弹簧受力分析建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表 达式6为：
[0036] Fn = K1X Lx ；
[0037] 其中，K1为螺旋弹簧刚度；
[0038] 根据几何原理建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点0 的力臂Ln的表达式7为：
[0040] 根据表达式5、表达式6及表达式7及基于力矩平衡原理确定的等式2,建立螺旋 弹簧助力模型表达式8为：
[0042] 其中等式2表示为：TXLp = FnXLn，Lp为螺旋弹簧对踏板的踏板面A点的作用力 T对踏板旋转点0的力臂；
[0043] 根据螺旋弹簧助力模型表达式8设计离合踏板螺旋弹簧助力系统。
[0044] 进一步地,所述踏板面上A点为踏板面的中心。
[0045] 进一步地，所述方法还包括：
[0046] 获得表示离合器分离力与Θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；
[0047] 确定 a。、1^、L2、Lp 及 K1 的值；
[0048] 设定Ltl的初始值；
[0049] 选定Θ的取值范围，根据建立的螺旋弹簧助力模型，得到表示T与Θ对应关系的 螺旋弹簧助力曲线；
[0050] 调整Ltl的初始值，使得所述螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所 述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同， 从而确定出L tl的最终值，完成离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计。
[0051] 进一步地，a。的确定值为1. 8°，L1的确定值为64mm，L2的确定值为50mm，Lp的确 定值为323_，Θ的取值范围选定为〇~25°，K 1的确定值为10N/mm。
[0052] 进一步地，Ltl的初始值设定为40mm。
[0053] 根据本发明的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转 弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，因而，得到的螺旋弹簧助力模型更为准确，避免 了离合踏板螺旋弹簧助力系统较大的设计误差。
【附图说明】
[0054] 图1为离合踏板的受力平衡图；
[0055] 图2为依照本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法所得 到的离合踏板扭转弹簧助力系统的简化图；
[0056] 图3为本发明一实施例所获得的离合器分离力-离合踏板转角曲线；
[0057] 图4为依照本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法所得 到的扭转弹簧助力曲线；
[0058] 图5为依照本发明一实施例提供的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法所得 到的离合踏板螺旋弹簧助力系统的简化图；
[0059] 图6为依照本发明一实施例提供的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法所得 到的螺旋弹簧助力曲线。
[0060] 说明书附图中的附图标记如下：
[0061] 1、踏板；2、扭转弹簧；21、扭转弹簧支撑臂；3、螺旋弹簧。
【具体实施方式】
[0062] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅 用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0063] 本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，包括如下步骤：
[0064] 101、根据几何原理确定扭转弹簧变形量炉的表达式1为：
[0065]
[0066] 其中，Θ为踏板转角、a(|为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C 到踏板旋转点〇的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点0的距离、(Itl为 扭转弹簧自由状态夹角、r为扭转弹簧的半径、1为扭转弹簧臂长，在所述表达式1中忽略扭 转弹簧的自重，忽略扭转弹簧的半径r因压缩或拉升所产生的半径变化及扭转弹簧支撑臂 的挠曲变形；在图1及图2所示的实施例中，同时忽略踏板1的形状