一种用于离合器的液压操作机构及控制方法与流程

1.本发明涉及离合器控制领域，具体为一种用于离合器的液压操作机构及控制方法。


背景技术：

2.在现有技术中，手动变速器仍是目前商用车领域使用的主要产品，自动变速器产品在商用车领域所占的份额仍然较低。
3.对于装载有手动变速器的商用车，有部分驾驶员在驾驶时会暴力驾驶，主要表现在挂挡时不踩离合器，强行挂挡。手动变速器的档位切换方式往往是依靠滑套或同步器进行档位切换，不踩离合器的暴力挂挡会使滑套和同步器在换挡过程中承受较大的扭矩冲击，长时间工作在这种状态下会对离合器的滑套和同步器的工作寿命产生较大影响，为解决现有技术中的离合器冲击造成的使用寿命问题，现急需一种能够有效降低冲击，提高寿命的装置。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的暴力挂挡导致的击造成的离合器使用寿命问题，本发明提供一种用于离合器的液压操作机构及控制方法，在本发明中的手动变速器通过利用液压系统能够实现自动换挡，从而有效避免暴力驾驶导致的冲击损坏的问题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种用于离合器的液压操作机构，包括离合器、液压缸、第一离合片、第二离合片和档位跟随阀；所述液压缸内部的离合结构，所述离合结构包括第一离合片、第二离合片；所述第一离合片连接变速器的输入端，所述第二离合片连接发动机端；所述液压缸和档位跟随阀通过液路连接，所述档位跟随阀连接控制端，所述第一离合片和第二离合片与压力输出计连接。
7.进一步的，所述控制端包括连接结构和变速器换挡操纵机构手柄，所述档位跟随阀通过连接结构连接变速器换挡操纵机构手柄。
8.进一步的，所述液压缸内部设置有第一液压腔和第二液压腔，所述第二液压腔通过单向阀连接档位跟随阀。
9.进一步的，所述液压缸内部通过液压推动杆隔离第一液压腔和第二液压腔，所述液压推动杆和第一离合片连接，第一离合片连接膜片弹性结构。
10.进一步的，所述档位跟随阀通过液路连接速度对比阀。
11.进一步的，所述压力输出计包括第一压力输出计和第二压力输出计，所述第一离合片和第二离合片分别连接第一压力输出计和第二压力输出计，所述第一压力输出计和第二压力输出计内均设置有压力输出计油腔。
12.进一步的，所述压力输出计油腔设置有对应的换向阀连接，换向阀和速度对比阀连接。
13.进一步的，所述第二液压腔和档位跟随阀之间设置节流阀，所述节流阀和单向阀并联。
14.一种基于用于离合器的液压机构的控制方法，将液压缸的液压推动杆与第一离合片连接，实现液压推动杆的位移与第一离合片的位移成正比；通过档位跟随阀实现第一离合片和第二离合片的开合，根据第一离合片和第二离合片实现发动机转速的传递；其中，当液压缸的第二液压腔的油液压力大于第一液压腔与膜片弹簧的压力之和时，第一离合片将远离第二离合片；当液压缸的第二液压腔的油液压力小于第一液压腔与膜片弹簧的压力之和时，第一离合片和第二离合片结合。
15.进一步的，根据变速器换挡操纵机构手柄实现档位跟随阀的调节，从而调节第一离合片和第二离合片的转速差，当第一离合片和第二离合片的转速相差500rpm以内时，第一离合片和第二离合片结合，以此实现离合器在挂挡状态下的动力传递。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
17.本发明提供一种用于离合器的液压操作机构及控制方法，本发明通过变速器和液压系统的设置，能够有效实现自动换挡的流畅，同时有效解决现有技术中的暴力驾驶导致的物损现象，能够有效的解决挂挡的便捷程度的同时，保证产品的质量。在本发明中通过液压方案实现手动变速器换挡时离合器的自动断开与结合，不需要驾驶员踩踏离合器踏板，避免上述暴力驾驶情况的发生。
18.进一步的，本发明的离合器和压力输出计结合，同时变速器换挡操纵机构手柄与档位跟随阀的移动位置相关的结构。
19.进一步的，通过单向阀与节流阀的设置，能够有效保证液压腔的快速充油，缓慢放油；在液压推动杆移动的过程中，由于节流阀的存在，液压推动杆的移动速度不会突然变化，能够受到一定的阻力。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的离合器与发动机和变速器连接关系图；
22.图2为本发明实施例提供的某5挡手动变速器的换挡示意图；
23.图3为本发明实施例提供的变速器挂挡时操纵机构手柄的运动示意图；
24.图4为本发明实施例提供的手动变速器在空挡切换时变速器挂挡时操纵机构手柄的运动示意图；
25.图5为本发明实施例提供的离合器液压自动化操作机构在空挡时的系统图；
26.图6为本发明实施例提供的离合器液压自动化操作机构在挂挡时的系统图；
27.图7为本发明实施例提供的离合器液压自动化操作机构在速度对比阀在不同状态的系统图；
28.图中：液压缸y、第一液压腔y1、第二液压腔y2、液压推动杆y3、第一液压腔压力py1、第二液压腔压力py2、离合器z、第一离合片z1、第二离合片z2、膜片弹簧z3、单向阀w、节
流阀x、速度对比阀u、手动变速器换挡操纵机构f、变速器换挡操纵机构手柄g、连接结构r、档位跟随阀v、第一档位跟随阀端口v1、第二档位跟随阀端口v2、档位跟随阀与第二液压腔连接端口处的第四输出压力pv4、第三档位跟随阀端口v3、第四档位跟随阀端口v4、第一压力输出计t1、第二压力输出计t2、第一输出计输出压力pt1、第二输出计输出压力pt2、第一压力输出计油腔s1、离心块s2、定子s3、转子s4、第一换向阀n1、第二换向阀n2；第一输出压力pn1、第二输出压力pn2、油底壳q、油泵m、二挡至第一空挡的竖直调节b1、第一空挡至第二空挡的横向调节b2、第二空挡至三挡的竖直调节b3。
具体实施方式
29.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
35.实施例1：
36.本发明提供一种用于离合器的液压操作机构，包括液压缸y、第一液压腔y1、第二液压腔y2、液压推动杆y3、第一液压腔压力py1、第二液压腔压力py2、离合器z、第一离合片z1、第二离合片z2、膜片弹簧z3、单向阀w、节流阀x、速度对比阀u、手动变速器换挡操纵机构f、变速器换挡操纵机构手柄g、连接结构r、档位跟随阀v、第一档位跟随阀端口v1、第二档位跟随阀端口v2、档位跟随阀与第二液压腔连接端口处的第四输出压力pv4、第三档位跟随阀
端口v3、第四档位跟随阀端口v4、第一压力输出计t1、第二压力输出计t2、第一输出计输出压力pt1、第二输出计输出压力pt2、第一压力输出计油腔s1、离心块s2、定子s3、转子s4、第一换向阀n1、第二换向阀n2；第一输出压力pn1、第二输出压力pn2、油底壳q、油泵m。
37.所述液压缸和离合器连接，液压缸y驱动离合器z，所述液压缸y包括第一液压腔y1、第二液压腔y2、液压推动杆y3；通过对液压缸y内部设置的第一液压腔y1、第二液压腔y2的压力进行调节，能够驱动第一离合片z1的移动。
38.在第二液压腔y2的液路上，连接设置单向阀w以及节流阀x，所述单向阀w和节流阀x并联设置；所述第一液压腔y1和第二液压腔y2分别通过第三档位跟随阀端口v3、第四档位跟随阀端口v4连接档位跟随阀v，通过档位跟随阀v到第二液压腔y2的充油过程可以实现较快的充油，但从第二液压腔y2的泄油速度会受到节流阀x的限制，避免泄油速度过快，导致离合器结合时产生较大冲击，在实际设计生产该结构的过程中，可以将节流阀x设计为可调节流阀，方便实际标定，消除离合器结合时的顿挫感。
39.离合器的主要的作用就是在变速器换挡时将动力中断，使变速器易于换挡，考虑到手动变速器的具体结构，可以将变速器的换挡与离合器的断开与结合相关联，实现二者的联动，并通过液压的方案，降低离合器结合时的冲击。
40.本发明提供的变速器在挂挡后根据转速的不同实现离合器z内第一离合片z1、第二离合片z2的结合，通过设置能够根据不同转速输出不同压力的第一压力输出计t1、第二压力输出计t2，第一压力输出计t1和第二压力输出计t2根据发动机转速和变速器输入端转速的不同能够输出不同的压力，进一步分别影响与第一换向阀n1、第二换向阀n2对应的的第一输出压力pn1和第二输出压力pn2。
41.通过速度对比阀u对一输出压力pn1和第二输出压力pn2的压力大小进行对比，使得保证在刚挂挡后，第二液压腔压力py2始终大于第一液压腔压力py1，仅在第一离合片z1和第二离合片z2之间的转速相差500rpm时，第一离合片z1和第二离合片z2才开始结合。
42.当挂入空挡后，档位跟随阀v切换至中间位置，液压缸y的第一液压腔y1开始泄油，第二液压腔y2开始充油，实现挂入空挡时断开离合器z的操作。
43.离合器z在整车的前后连接方式，离合器z包括第一离合片z1、第二离合片z2、膜片弹簧z3。第一离合片z1与变速器的输入端相连接，二者转速一致；第二离合片z2与发动机端相连接，二者转速相同；在离合器z传递动力的工作状态下，膜片弹簧z3将第一离合片z1压紧在第二离合片z2上，将发动机的动力传递到变速器端。在常规商用车的驾驶室内安装有制动踏板，驾驶员踩踏制动踏板可以将第一离合片z1与第二离合片z2分离。
44.如图2所示，常见手动变速器的换挡操作原理图。以2挡切换到3挡为例，需经过二挡至第一空挡的竖直调节b1、第一空挡至第二空挡的横向调节b2、第二空挡至三挡的竖直调节b3三个过程。
45.需要先从经过二挡至第一空挡的竖直调节b1将二挡切换为空挡、再从第一空挡至第二空挡的横向调节b2将二挡处的空挡切换为三挡处的空挡、再从第二空挡至三挡的竖直调节b3将空挡切换为三挡。
46.如图3所示，其中二挡至第一空挡的竖直调节b1、第二空挡至三挡的竖直调节b3过程对应变速器换挡操纵机构手柄g的运动形式，在本实施例中变速器换挡操纵机构手柄g选用手动变速器换挡操纵机构手柄，所述变速器换挡操纵机构手柄g为绕轴的旋转运动；如图
4所示，第一空挡至第二空挡的横向调节b2过程动变速器换挡操纵机构手柄g的运动形式，为平移运动。
47.如图3所示，将变速器换挡操纵机构手柄g的绕轴的旋转运动与档位跟随阀v通过连接杆r连接，使得变速器为空挡状态时，即变速器换挡操纵机构手柄g旋转至空挡时，档位跟随阀v在离合器z的液压自动化操作机构原理图中处于中位；当变速器为挂挡状态，即变速器换挡操纵机构手柄g旋转至左右极限位置时，档位跟随阀v也处于左右的位置，在本实施例中采用的变速器为手动变速器。
48.如图5所示，连接结构r仅表示连接关系，在实际的使用时，可以采用拉索、凸轮等结构，只要实现档位跟随阀v的阀芯位置与变速器换挡操纵机构手柄g的档位相关即可，第一压力输出计t1和第二压力输出计t2分别表示第一离合片z1及第二离合片z2的压力输出，压力输出计的设置能够有效帮助建立与转速相关的油压，在本实施例中压力输出计的结构，只要能够建立与转速相关的油压的结构即可。
49.需要在前期通过设计标定保证第一压力输出计t1、第二压力输出计t2在转速相同的时候输出的压力相同。
50.本发明提出的控制方法，以第一压力输出计t1为例进行说明，定子s3与发动机壳体相对固定，转子s4与发动机的曲轴相对固定，并保证转速相同，所述转子s4内开设有油槽，油槽内有离心块s2，所述离心块s2与油槽的壁面进行密封，离心块s2与定子s3形成密封腔，即第一压力输出计油腔s1，所述第一压力输出计油腔s1内设置有液压油。
51.因为转子s4会随着发动机曲轴旋转，故在离心力作用下，离心块s2承受的离心力会随着转速增大而增大，离心力大小为：
52.f＝m
·
ω2/r
53.其中，f——离心力；m——离心块s2质量；ω——离心块角速度；
54.r——离心块旋转半径；
55.这会导致第一压力输出计油腔s1的压强增大，油液压力pt1为：
56.fa＝pt1
·a57.其中，fa——油液压力；a——油液垂直于离心块旋转半径方向的作用面积；
58.所以第一压力输出计油腔s1的油液压强第一输出计输出压力pt1是与发动机曲轴转速呈非线性关系，其关系式为：
59.pt1＝m
·
v2/(r
·
a)
60.由此，第一压力输出计油腔s1的油液压强第一输出计输出压力pt1便可以通过作用在第一换向阀n1的左侧来调整第一换向阀n1的第一输出压力pn1。
61.同时，将第一换向阀n1的弹簧刚度选的非常小，在自由状态下能够将第一换向阀n1顶至右端位置即可，在第一换向阀n1处于左端位置的状态下，弹簧力能够远远小于第一输出计输出压力pt1形成的液压力。所以，第一输出压力pn1的大小为：
62.pn1＝pt1
63.相同的，第二换向阀n2也可输出一个与离合器片z2转速有确定关系的压力第二输出压力pn2。
64.在本发明中，驾驶室内无需设置制动踏板，通过液压缸y，将液压缸y的液压推动杆y3与第一离合片z1连接，直接固定连接或杠杆关系连接均可，需实现液压推动杆y3的位移
与第一离合片z1的位移成正比。
65.当液压缸y的第二液压腔y2的油液压力大于第一液压腔y1与膜片弹簧z3的压力之和时，第一离合片z1将远离第二离合片z2；
66.当液压缸y的第二液压腔y2的油液压力小于第一液压腔y1与膜片弹簧z3的压力之和时，第一离合片z1将与第二离合片z2结合。
67.膜片弹簧z3的弹簧刚度可通过下述原则进行确定：
68.第一种：在空挡状态下，通过设计满足第二液压腔y2的油液压力大于膜片弹簧z3的弹簧力，将离合器z分离；
69.第二种：挂挡后，第一离合片z1与第二离合片z2的转速相同时，膜片弹簧z3产生的压力能够传递整车所需要的发动机最大扭矩值；
70.第三种：挂挡后，第一离合片z1与第二离合片z2的转速相差500rpm时，两个离合器片开始结合。
71.对上述第三种情况列方程，假设液压缸两个液压腔第一液压腔y1与第二液压腔y2的作用面积大小相同，作用面积大小为ay，py2＝pn2，py1＝pn1，则可以得到力平衡方程为：
72.f
y1
+f
sz3
＝f
y2
73.其中：f
y1
——第一液压腔y1的液压力；f
y2
——第二液压腔y2的液压力；f
sz3
——膜片弹簧z3的弹簧力；第一液压腔压力py1；第二液压腔压力py2；第一输出压力pn1；第二输出压力pn2。
74.展开可得：
[0075][0076]
其中：k
z3
——膜片弹簧z3的刚度；x
z3
——膜片弹簧z3的压缩量；ay——液压腔的作用面积；m
t
——压力输出计的转子质量；r
t
——压力输出计的转子半径；a
t
——换向阀与压力输出计连接一端的阀芯面积；v
t1
——第一压力输出计的外径线速度；v
t2
——第二压力输出计的外径线速度。
[0077]
通过上述三个规则可以确定膜片弹簧z3的刚度k
z3
；
[0078]
速度对比阀u可以实现下述功能：
[0079]
如图5所示，若第二输出压力pn2大于第一输出压力pn1，则速度对比阀u处于右边位置，此时第二输出压力pn2进入第二档位跟随阀端口v2，第一输出压力pn1进入第一档位跟随阀端口v1端口。
[0080]
如图7所示，若第二输出压力pn2小于第一输出压力pn1，则速度对比阀u处于左边位置，此时第二输出压力pn2进入第一档位跟随阀端口v1，第一输出压力pn1进入第二档位跟随阀端口v2端口。
[0081]
若第一输出压力pn1与第二输出压力pn2的压力相同，则其处于任意位置均可。
[0082]
如图5所示，对于档位跟随阀v，当其处于中间位置时，第一档位跟随阀端口v1与第二档位跟随阀端口v2端口相连并共同输出至第四档位跟随阀端口v4端口，第三档位跟随阀端口v3油液泄油。当档位跟随阀v处于左边或者右边位置时，第一档位跟随阀端口v1与第三档位跟随阀端口v3相连，第二档位跟随阀端口v2与第四档位跟随阀端口v4相连。
[0083]
第四档位跟随阀端口v4至第二液压腔y2的液路上有液压元件单向阀w；所述单向
阀w和节流阀x并联连接。当油液从第四档位跟随阀端口v4至第二液压腔y2时，可自由通过单向阀w，但不可通过单向阀w从第二液压腔y2到第四档位跟随阀端口v4。
[0084]
整个液压系统的油源来自油泵m，油泵m从油底壳q内的油箱吸油。
[0085]
下面开始从系统角度叙述液压自动化操作机构的运行过程：
[0086]
当驾驶员需要从某个档位切换到另一个档位时，例如从2挡切换为3挡，首先进行图2中二挡至第一空挡的竖直调节b1的动作。从液压系统的角度来说，档位跟随阀v即从图6的状态切换为图5的状态，第四档位跟随阀端口v4的油液将通过单向阀w快速进入液压缸y的第二液压腔y2，液压缸y的第一液压腔y1的油液将通过档位跟随阀v的第三档位跟随阀端口v3泄油。此时，离合器z在第二液压腔y2的液压力作用下，两个离合器片分离。
[0087]
之后便进行图2中第一空挡至第二空挡的横向调节b2的动作，该动作不影响变速器换挡操纵机构手柄g的位置，故对本自动化操作机构系统无影响。
[0088]
之后进行图2中第二空挡至三挡的竖直调节b3的动作，操纵机构从空挡挂至3挡，从液压系统的角度来说，档位跟随阀v即从图5的状态切换为图6的状态，当档位切换后，由于变速器的档位升高，但车速不变，所以变速器输入端的转速下降，即离合器片1z1的转速下降。
[0089]
此时发动机转速高于变速器输入端转速，即离合器片2z2的转速高于离合器片1z1的转速，那么速度对比阀u处于右端位置，py2＝pn2，py1＝pn1。
[0090]
松开油门踏板使发动机的转速下降，当发动机转速与变速箱输入端转速差下降至500rpm以内，即第一离合片z1与离合器片2z2的转速相差500rpm以内时，液压缸的液压推动杆y3便会推动第一离合片z1与第二离合片z2接触，随后由于两者摩擦力的作用下，二者转速差进一步减小，液压推动杆y3继续向右移动，实现两个离合器片的结合，由此便实现离合器在挂挡状态下的动力传递功能。
[0091]
在液压推动杆y3向右移动的过程中，由于节流阀x的存在，液压推动杆y3的移动速度不会突然变化，能够受到一定的阻力，在实际设计生产该结构的过程中，可以将节流阀x设计为可调节流阀，方便实际标定，消除离合器结合时的顿挫感。
[0092]
以上为升档时的换挡过程，当变速器降档时，发动机的转速将低于变速器输入端的转速，即第一离合片z1转速大于第二离合片z2的转速，导致第一输出压力pn1压力大于第二输出压力pn2，
[0093]
此时，如图7所示，速度对比阀u处于左端位置，第二液压腔压力py2＝第一输出压力pn1，第一液压腔压力py1＝第二输出压力pn2，所以第二液压腔压力py2＞第一液压腔压力py1。所以，由于速度对比阀u的存在，第二液压腔压力py2的压力始终大于第一液压腔压力py1的压力，不会导致离合器出现突然结合的情况。轻踏油门踏板使发动机的转速下降，当发动机转速与变速箱输入端转速差下降至500rpm以内，即第一离合片z1与第二离合片z2的转速相差500rpm以内时，离合器片开始结合。
[0094]
在换挡过程中，驾驶员仅需通过换挡杆的操作即可实现离合器的自动断开与自动闭合，期间仅需通过松断油门来调节发动机的转速，大大降低了手动变速器换挡时的操作难度。
[0095]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或
基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0096]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。