专利名称：一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车辆传动操纵装置，更具体地说，是一种适用于机
械变速器(MT)的车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，其采用惯性储能原理。
背景技术：
在传统的汽车传动技术领域主要的变速器种类中，轴线固定式手动变速 器(MT)传动效率高，制造加工方便，成本低、可靠性高，因此一直是国内 车用变速器市场上的主流技术。但是MT在车辆操作使用过程中存在一些问题， l)在城市拥挤路况、坡道起步等特殊行驶工况下会频繁的起步、换挡，驾驶 员开车时操作强度非常大；起步离合器的控制对驾驶技巧要求比较高，在紧 急情况或不熟练操作情况下会造成起步熄火；2)换挡过程中，如果换档时机
掌握不好会增加燃料消耗和发动机的磨损，离合器和换挡手柄之间的配合不 当会造成"打齿轮"从而引起变速器的早期失效。
已知技术中有提出用自动操纵换档机构来替代完成手动换档操纵，即所
谓的自动机械变速器(AMT)。该技术是在MT基础上增加自动操纵装置，代替 驾驶员完成离合器和选换档的操纵，因其成本较低，维护和保养容易，效率 高，利于节能减排，因此占有了一部分变速器市场。
当前市场上的AMT操纵机构样式很多，尤以液压操纵机构为主。近年来 以电机为执行机构的操纵装置因为成本低，性能稳定等优点越来越得到重视。 但对于离合器操纵机构，为满足离合器快速分离的功能要求，所需的执行电 机功率较大，在体积、重量和空间布置上劣势明显。具体地说，离合器操作 的特点是必须保证快速分离的分离速度，否则会增加离合器的磨损；而在离合器结合时速度要慢得多，以此保证离合器接合平稳。若同时考虑到离合器 膜片弹簧的作用机理，离合器分离所需电机功率远大于结合所需电机功率， 采用直接的电机驱动方案，必须选用较大的电机容量。
鉴于此，目前公开了采用弹簧储能等方式，辅助电机完成离合器分离和 结合操纵，但这增加了系统的复杂程度。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提出一种车用膜片弹簧离合 器电控操纵装置，其利用执行机构的惯性储能，确保仅采用小容量的电机就 可完成离合器操纵，简单实用。
本实用新型具体通过以下技术方案实现 一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，包括依次相连的驱动电机、减速 机构、非线性传动机构和离合器分离杠杆。所述非线性传动机构的输出过程 分为惯性储能行程和工作行程；在离合器分离操作过程中，在惯性储能行程 可以先启动电机到高速运转状态进行惯性储能，所储动能在随后的工作行程 释放出来，辅助驱动电机实现离合器分离操纵；其中惯性储能行程中输入输 出之传动比远大于工作行程。
本实用新型所述非线性传动机构可置于驱动电机和减速机构之间。
本实用新型中如果惯性储能不能满足后续工作行程需要，必要时也可以 在驱动电机上附加额外的旋转质量，增加惯性储能容量。
本实用新型中所述非线性传动机构可以用凸轮、连杆机构、带有空行程 的等比传动机构构成。
由于采用以上技术方案，本实用新型利用执行机构的惯性储能，在离合器分离操作过程中，在惯性储能行程可以先启动电机到高速运转状态进行惯 性储能，所储动能在随后的工作行程释放出来，辅助驱动电机实现离合器分 离操纵，即能确保本实用新型仅采用小容量的电机就可完成离合器操纵，简 单实用。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明
图l是本实用新型结构示意图。图中 1、驱动电机；2、减速机构；3、非线性传动机构；4、离合器分离杠杆；5、 离合器膜片弹簧。
图2是非线性传动机构的输入输出传动特性图。图中 S表示该非线性传动机构的输出； e表示该非线性传动机构的输入； tp段对应惯性储能行程；
△ t段对应工作行程；
△ S为工作行程对应输出。
图3a是离合器膜片弹簧的特性曲线，图3b是离合器膜片弹簧的储能曲
线。图中
F弹簧的弹性力；
S弹簧的压缩行程；
V为完全分离离合器所需要克服的膜片弹簧弹性势能； T为电机达到某一转速后具有的惯性储能； Vm为快速分离时需要电机补偿所做的功。
图4是电机额定点优化设计曲线。图中
v。为工作行程离合器分离平均速度；g为电机的平均输出功率；
&为电机惯性储能行程平均输出功率；
(P/^,《)分别为电机额定功率和传动机构储能行程终了时刻输出速度。
具体实施方式
如
图1所示， 一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，包括依次相连的 驱动电机l、减速机构2、非线性传动机构3和离合器分离杠杆4。非线性传 动机构3输入6和输出S具有类似图2的非线性对应关系，其输出S分为惯性 储能行程tp和工作行程At,在离合器分离操作过程中，在惯性储能行程tp 可以先启动电机到高速运转状态进行惯性储能，所储动能在随后的工作行程 △ t释放出来，辅助驱动电机实现离合器分离操纵，其中惯性储能行程tp中输
入e和输出s之传动比远大于工作行程At,极端情况下，惯性储能行程tp 中输入e和输出s之传动比甚至可以是无穷大，此时输入侧的运动输入不能 传递到输出侧。
利用上述特性，可以做到在惯性储能行程tp中，驱动电机i的旋转运动
经过非线性传动机构3引起的离合器分离杠杆4的运动被限制在离合器的空 行程内，即不引起离合器膜片弹簧5的压缩，因此在传动机构的输出侧没有
阻力。这样，驱动电机l可以利用该空载行程区间将转速提高到足够高，从
而储存旋转动能T，并且7 = ^2/2,即和电机转动惯量J、旋转角速度co的平 方成正比。
在工作行程开始时刻后，非线性传动机构输入输出之间的传动比显著减 小，其输出引起离合器膜片弹簧5压缩，并逐渐分离。在离合器膜片弹簧5 受压缩变形引起的阻力作用下，惯性储能行程tp中储存在驱动电机侧的动能T释放出来并转化为弹簧的弹性势能V,同时驱动电机也持续工作输出功率为 Pm。这样弹性势能的增加同时由动能T释放和电机功率Pm构成，在工作行程 终了时刻(tp+At)满足如下关系式:
K = r《=r+f 尸>。
根据上述基本能量转化情况，进一步参照图3a膜片弹簧的特性曲线和图 3b储能曲线，其中F为弹簧的弹性力，S为弹簧的压缩行程，可以得到如下 系列方程
电机工作行程输出能量为= r = ^x&;工作行程中位移与时间的 关系为AS = A,;。其中v。为工作行程离合器分离平均速度，电机的平均输
出功率^;进一步表迷为
一 ^一丄Jw2 一
同时，由图2和前面分析可得在惯性储能阶段，电^L平均输出功率为
=1 7 户附=——
"p 。
分别作出P"和&的曲线如图4中电机额定点优化设计曲线所示，两条曲 线的交点(尸附'，v〗)即设计驱动电机和传动机构的重要参数电机额定功率 和传动机构储能行程终了时刻输出速度。才艮据该设计原则选取的(~*,《) 可以保证电机功率最优化。
非线性传动机构1应置于驱动电机1之后，离合器分离杠杆4之前，其 与驱动电机1和离合器分离杠杆4的连接可根据需要增加减速机构2实现减 速增扭，非线性传动机构1可置于驱动电机和减速冲几构之间。
如果惯性储能不能满足后续工作行程需要，必要时也可以在驱动电机上附加额外的旋转质量，增加惯性储能容量。
原理上讲，能提供如图2所示的运动传递函数的非线性传动机构，如具 有特定轮廓曲线的凸轮机构、连杆机构等均可以实现本方明的功能要求。
特定情况下，带有空行程的等比传动机构也可以实现本方明的功能要求。 比如对于采用柔性拉锁的离合器分离装置，合理设置电机和减速机构，使离 合器在自然状态下，拉索处于松弛状态，当电机工作在惯性储能阶段，拉索
由松弛到张紧，但始终保持离合器完全分离；直到拉索张紧，储能阶段结束
进入工作行程。这也是一种可行的实现实例。
按照汽车设计要求，在规定的踏板力和行程的允许范围内，司机分离离
合器所作的功V —般不大于30焦，而且对于离合器分离要求应该迅速、彻底，
一般分离时间设计为0. ls左右。在如此短的时间内爆发如此大的能量对电机
来说要求比较高。但是4艮设电机储能转速为1500转/分(co-157rad/s)，转
动'〖贯量J = 2xl(T3/tg'm2,贝1)
2^丄力20.5xJx(^^x2;z")2 =25焦耳 2 60
总共30焦的分离功中如果由电机高速运转的惯性储能T可以提供25焦， 那在分离过程中电机补偿所做的功为5焦。那么，
即仅需要选择一个50w的小容量电机就可以满足要求。显见，工作行程 离合器分离过程中驱动电机提供的功率因为惯性储能T的引入可以减小，如 果设计合理，驱动电;f几的功率可以明显降低。
权利要求1、一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，其特征在于包括依次相连的驱动电机、减速机构、非线性传动机构和离合器分离杠杆；所述非线性传动机构的输出过程分为惯性储能行程和工作行程；在离合器分离操作过程中，在惯性储能行程可以先启动电机到高速运转状态进行惯性储能，所储动能在随后的工作行程释放出来，辅助驱动电机实现离合器分离操纵；其中惯性储能行程中输入输出之传动比远大于工作行程。
2、 根据权利要求l所述的一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，其特征在 于所述非线性传动才几构可置于驱动电4几和减速才几构之间。
3、 根据权利要求1或2所述的一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，其特 征在于在驱动电^u上可附加旋转质量。
4、 根据权利要求3所述的一种车用膜片弹簧离合器电控"f喿纵装置，其特征在 于所述非线性传动机构可以用凸轮、连杆机构、带有空行程的等比传动机 构构成。
专利摘要本实用新型公开一种车用膜片弹簧离合器电控操纵装置，包括依次相连的驱动电机、减速机构、非线性传动机构和离合器分离杠杆，非线性传动机构的输出过程分为惯性储能行程和工作行程，其中惯性储能行程中输入输出之传动比远大于工作行程。因为非线性传动机构的采用，在需要离合器快速分离的情况下，可以先启动电机到高速运转状态，依靠其惯性储能快速分离离合器，本实用新型结构简单，其仅采用一个小容量电机就可满足离合器快速分离操纵的需要。
文档编号B60K23/02GK201423924SQ20092007062
公开日2010年3月17日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者余卓平, 霄 林, 王阳阳, 许一久, 钟再敏, 陈辛波, 勇 马 申请人:同济大学