一種半自動電控離合器系統的制作方法

專利名稱：一種半自動電控離合器系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽車動力傳動技術領域，尤其涉及一種半自動電控離合器系統。
背景技術：
目前汽車已經成為人們重要的交通工具，是人類生活不可或缺的一部分。同時汽 車也不僅僅是簡單的貨物運輸工具，隨著汽車安全性和經濟性的不斷提高，人們也更加在 意駕駛時的感受，更加追求駕駛員的操縱舒適性。但是現在對加強環境保護的呼聲越來越 高，而汽車由于消耗化石燃料，排放出C0、N0等對環境有害的氣體使之成了眾矢之的。隨著 各種相關法規的相繼出臺，人們對汽車的設計生產也提出了更高的要求。雖然汽車中對油耗和排放影響最大的是發動機，但變速器對此的影響也不容小 視，而且變速箱對操作方便性也有很大的影響。如今市面上有較多的變速器，從手動變速器 到雙離合變速器、無級變速器(CVT)、自動變速器(AMT)等，但各自都有優缺點。拿手動變速 器和自動變速器來講，手動變速器操作比較復雜，當汽車啟動或變速換擋時，駕駛者需用腳 踩踏離合器的踏板，與踏板連接的杠桿經過液壓式操縱機構控制離合器主、從動部分相脫 離，然后松開踏板使離合器主、從動部分相結合，完成汽車的啟動或變速換擋。在汽車行駛 中，駕駛者的腳始終不離踏板位置，長期處于緊張狀態，很容易引起腿部疲勞。對于駕駛經 驗不 足者，汽車啟動時，可能由于對踏板收腳過快而造成汽車熄火，或者因踩不到位而損壞 罔合器片o但其較低的制造成本和較低的油耗、維修成本使其仍具有較大的市場占有率，而 且相比于自動變速器，會有更多的駕駛樂趣。而自動變速器最大的特點就是操作方便，它從 變速桿和離合器踏板上解放出了人們的手和腳。但是它需要復雜的齒輪系統的精密調節， 因此其較高的價格使人望而卻步，同時其較高的維修成本和油耗，對其發展也有一定影響。

發明內容
本發明提供了一種半自動電控離合器系統，用電路控制的電磁鐵取代手動擋汽車 中的離合器踏板，通過開關的關斷來自動控制離合器主、從動部分的脫離與結合，使其具有 自動擋汽車的操作便捷性。一種半自動電控離合器系統包括通電后吸附與液壓式操縱機構相連接的杠桿的 電磁鐵，控制電磁鐵電流通斷的控制電路，控制電路在變速箱的變速桿、方向盤和車鑰匙插 口處分別設有開關，來控制電磁鐵電流的通斷。電磁鐵選用直流螺旋管式電磁鐵，其銜鐵與 液壓式操縱機構相連接的杠桿固定連接，擋鐵位于螺旋管內。當駕駛者將車鑰匙插入插口轉動車鑰匙準備發動汽車，設在車鑰匙插口處的開關 閉合，電磁鐵通電產生電磁力，將銜鐵吸入螺旋管內，帶動液壓式操縱機構工作，使離合器 的主、從動部分分離，從而使發動機和變速器分離。當該開關斷開，控制電路使電磁鐵的銜 鐵緩慢離開擋鐵，使變速器與發動機緩慢接觸，避免發動機熄火。設置在變速桿上的開關在駕駛者變速換擋撥動變速桿時閉合，使電磁鐵通電產生電磁力，將銜鐵吸入螺旋管內，帶動液壓式操縱機構工作，使離合器的主、從動部分分離，從 而使發動機和變速器分離；當該開關斷開，控制電路使電磁鐵的銜鐵緩慢離開擋鐵，離合器 的主、從動部分緩慢結合，從而使發動機和變速器逐漸結合，實現變速換擋的操作。設置在方向盤上的開關有三個檔位，分別為結合檔、半聯動檔和分離檔，并設有相 應的指示燈。這樣的設置使得短暫停車時(如遇有交通紅燈)不需要將檔位掛至空擋，只 需將方向盤上的開關撥向分離檔，此時電磁鐵通電產生電磁力，將銜鐵吸入螺旋管內，從而 帶動液壓式操縱機構工作，使變速器與發動機分離；待啟動時(如紅燈轉綠)將方向盤上的 開關撥向結合檔，此時電磁鐵斷電，變速器與發動機結合；若要使汽車更慢速的發動，可將 方向盤上的開關撥向半聯動檔，通過控制電路使電磁鐵的銜鐵更加緩慢的脫離擋鐵，從而 使變速器與發動機更加緩慢結合。加快電磁鐵動作時間，即縮短電磁鐵的銜鐵被吸入螺旋管內的時間，從而縮短離 合器與發動機有結合到分離的時間，可以采取以下方式1、電磁鐵的鐵芯采用渦流較小的材料，比如硅鋼；2、減輕銜鐵的重量，減短銜鐵運行的行程；3、增加電磁鐵的吸附力，如增大電流、線圈匝數等；4、附加電路，如圖1所示，將電阻R和電容C并聯后與電磁鐵的線圈串聯。當開關 閉合時，線路接通電源，電流從零開始逐步增加，這時候電流正處在瞬變過程中，相當于交 流電，電流不流入阻值較大的電阻R，而是從與之并聯的電容C上流過，在較短時間內可以 到達很大電流，加快電磁鐵的吸合速度。由于此過程很短，雖然電流教大，也不會燒壞線圈。 電流穩定后，電容C不再起作用，電流大小完全由電磁鐵線圈的寄生電阻和電阻R確定，穩 定后的電流將顯著減少，不會使線圈的溫升增加。在電路中，電阻R的阻值及電容C的容值 越大，則電磁鐵的動作時間越短。延緩電磁鐵釋放時間的方法，即延緩離合器與發動機由分離到結合的時間，可以 采取以下方式1、在電磁鐵上增加阻尼元件，如圖2所示，在線圈當中增加一個導電性能良好的 阻尼環，如銅或鋁等材料制成。當線圈斷開后，磁通開始減小，在阻尼環中感應出電動勢。由 愣次定律可知，此感應電動勢產生的電流阻止磁通減小，從而延緩了電磁鐵的釋放時間。時 間常數t = L/R，L、R分別為阻尼環的電感和電阻。要增大電磁鐵釋放時間，可增大L，減小 R，由于阻尼環只有一匝，L不會很大，所以阻尼環要用導電性好的材料制作以確保電阻R較 小。2、將電磁鐵的線圈自行短接，如圖3所示，這種方法是采用線圈的自感來替代阻 尼元件的作用，但必須串接附加電阻R以防止電源短接，增加了耗電量。3、并聯電阻，如圖4所示，該方法結構簡單，但增加延時必須降低并聯電阻的阻 值，增加了耗電量。4、并聯半導體整流器，如圖5所示，該方法是將圖4中的電阻用二極管代替，線圈 通電時，由于二極管截止，不消耗電能；當線圈斷電時，線圈中的自感電流可通過二極管緩 慢釋放。整流器的正向阻值越小，則延緩作用越明顯。5、并聯電容，如圖6所示，當開關斷開后，線圈中的電流經電容C和電阻R放電，使 電流逐漸衰減，延緩了電磁鐵的釋放時間。電阻R在接通電源時，限制電容的充電電流，在開關斷開時延長電容器經電感的放電過程。 本發明一種半自動電控離合器系統采用受控制電路控制的電磁鐵取代了傳統自 動擋汽車的離合器踏板，通過設置在車鑰匙插口和變速桿上的開關使駕駛者發動汽車或換 擋變速時離合器自動與發動機分離并恢復，通過設置在方向盤上的開關來調節變速器與發 動機分離、結合的速度，使汽車的檔位操作得到極大簡化，緩解了駕駛者的駕駛疲勞感，同 時相比于自動擋汽車有效降低了離合器系統的油耗和制作成本，便于維修。


圖1是加速電磁鐵動作的電路；
圖2是在電磁鐵上加入阻尼元件的示意圖3是電磁鐵線圈自行短接的示意圖4是給電磁鐵線圈并聯電阻的示意圖5是給電磁鐵線圈并聯二極管的示意圖6是給電磁鐵線圈并聯電容的示意圖7本發明半自動電控離合器系統的結構示意圖
圖8圖7中電磁鐵的示意圖9圖7中控制電路部分的電路圖。
具體實施例方式
如圖7所示，一種半自動電控離合器系統包括一個直流螺旋管電磁鐵3，控制直流 螺旋管電磁鐵3電流通斷的控制電路2，控制電路2在變速箱的變速桿1、方向盤5和車鑰 匙插口處分別設有開關，直流螺旋管電磁鐵3的銜鐵301與液壓式操縱機構4 一端的杠桿 7a固定連接，該液壓式操縱機構4的另一端通過杠桿7b與離合器連接，銜鐵301的額定行 程為10cm，在此額定行程下直流螺旋管電磁鐵3的擋鐵302對銜鐵301的吸附力為25g(g 為重力加速度)。如圖8所示，直流螺旋管電磁鐵3采用無錫市液壓成套科技有限公司的產品 MQ8-DC70290，其外殼內徑為140mm，外殼外徑為156. 6mm，銜鐵301的長度為180mm，直徑為 70mm,擋鐵302的長度為170mm，線圈303采用取A級絕緣銅導線，容許溫升為65°C，其長度 為450mm，厚度為35mm，直徑為2. 60mm,電導率為0. 02 ( Ω *mm2/m)，共有305匝。控制電路2的電路如圖9所示，電阻Rl和電容Cl并聯后與電磁鐵線圈L串聯，形 成支路1，電阻Rl和電容Cl的并聯結構可以加快電磁鐵對銜鐵301的吸附動作。電阻R2 和電容C2串聯形成支路2，電阻R3和電容C3串聯形成支路3 ；Sl為設置在方向盤上的開關，有三個檔位1、2、3，分別表示離合器處于全閉合、半 聯動、全斷開三種狀態。Dl、D2、D3為汽車儀表盤處的發光二級管，分別作為離合器處于全 閉合、半聯動、全斷開三種狀態的指示燈；Kl為設置于鑰匙插口處的開關，并與延時開關K2聯動，即當Kl閉合時，K2隨之 一起閉合；K3為設置在變速桿處的開關，M為設置于變速桿處的偏振馬達，用于換擋時的提 醒；KMl KM5為電磁繼電器，其中KM3為動斷觸點式電磁繼電器，其余為動合觸點式電磁 繼電器。在圖9中，旁邊標注有字母KMl KM5的方框表示電磁繼電器的線圈部分，標注有相應字母的開關表示該電磁繼電器的開關部分，線圈通、斷電后會使相應字母標示的開關 發生動作，完成控制功能；VI為低電壓直流電源，給發光二極管D1、D2、D3以及偏振馬達M供電；電源轉換電 路輸出兩路電壓24V、功率不同的電源，其中一路電源Power 1用于給電磁鐵通電，吸附銜鐵 301，使離合器全斷開；另一路電源Power2用于使離合器處于半聯動狀態。Dl、D2、D3所在 的電路分支為指示電路，與電磁鐵工作電路分離，且有各自的供電電源，指示電路和電磁鐵 工作電路相互之間通過電磁繼電器進行相應的控制聯系。當駕駛者將鑰匙插入鑰匙插口，轉動車鑰匙準備發動汽車，設置在車鑰匙插口處 的開關K1閉合，K2隨之一起閉合，支路1、2、3均接通電路，電磁鐵線圈通電產生電磁力，將 銜鐵301吸入螺旋管，帶動液壓式操縱機構4工作，離合器的主、從動部分分離，使發動機和 變速器分離，同時指示燈D3點亮，指示離合器處于全斷開狀態。當駕駛者旋轉鑰匙啟動汽車后，鑰匙會隨著機械結構恢復到未旋轉前的位置，此 時K1斷開，指示燈D3熄滅，延時開關K2因延時作用仍舊閉合，電磁鐵通過支路3上的電阻 R3和電容C3緩慢放電，使銜鐵301緩慢回到初始位置，離合器緩慢閉合，變速器與發動機逐 漸接合，保證汽車平穩起步，這個過程持續大約4s。由于KM3為動斷觸點式電磁繼電器，正 常情況下處于閉合狀態，當Kl、K2閉合時，支路3上的電流對KM3觸發使KM3斷開，電磁鐵 線圈上的電流完全泄放完畢后重新回到閉合狀態，使指示燈D1點亮，指示離合器處于全閉 合狀態。汽車在正常行駛中，設置在方向盤上的開關S1處于1檔。當駕駛者需要變速換擋而撥動變速桿，同時按下設置在變速桿上的開關K3，電磁 鐵通電，吸附銜鐵301，使離合器主、從動部分斷開，變速器與發動機分離，減少換擋時的沖 擊，起到一定的保護作用。同時支路2開始充電，指示燈D1熄滅，指示燈D3點亮，指示離 合器處于全斷開狀態，同時，偏振電機M振動提示駕駛者可以換擋。換擋動作結束后，釋放 變速桿上按下的開關K3，電磁鐵通過支路2放電，離合器緩慢閉合，變速器與發動機逐漸結 合，持續時間約為2s。待電磁鐵線圈中的電流完全泄放后，KM3重新回到閉合狀態，指示燈 D1點亮，表示離合器處于全閉合狀態，同時指示燈D3熄滅。行駛中遇到紅燈時，將設置在方向盤上的開關S 1撥至3檔，接通Powerl支路，電 磁鐵迅速通電吸附銜鐵301，使變速器與發動機分離，動合觸點式電磁繼電器KM4受到觸發 而閉合，使指示燈D3點亮，指示離合器處于全斷開狀態，提示駕駛者踩下剎車踏板，使汽車 停住；等待紅燈轉為綠燈后，將S1撥至2檔，接通Powerf支路，指示燈D2點亮，Powerf支路 供給的功率較Powerl支路小，使得電磁鐵吸合的距離變短，離合器處于半聯動狀態，駕駛 者通過控制油門和剎車使車緩慢行駛。當與前方車輛距離足夠時，按下變速桿上的開關K3， 動斷觸點式電磁繼電器KM3由于通電而斷開，半聯動狀態自動轉入正常行駛時的變速換擋 過程。
權利要求
一種半自動電控離合器系統，包括與液壓式操縱機構相連的電磁鐵和控制電磁鐵電流通斷的控制電路，其特征在于，所述的控制電路設有開關，控制電路中設有延緩電磁鐵釋放時間的電路和加速電磁鐵動作的電路。
2.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的控制電路的開 關設置于車鑰匙插口處。
3.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的控制電路的開 關設置于變速器額變速桿上。
4.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的控制電路的開 關設置于方向盤上，并設有三個檔位，分別表示離合器處于全閉合、全斷開、半聯動狀態。
5.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的電磁鐵的線圈 上設有阻尼元件。
6.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的延緩電磁鐵釋 放時間的電路為一電阻與一電容串聯后與電磁鐵線圈并聯。
7.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的延緩電磁鐵釋 放時間的電路為一電阻與一電容并聯后與電磁鐵線圈串聯。
8.根據權利要求4所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的控制電路中設 有三個指示燈，分別指示離合器處于全閉合、全斷開、半聯動狀態。
9.根據權利要求1所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的電磁鐵為螺旋 管式電磁鐵。
10.根據權利要求8所述的半自動電控離合器系統，其特征在于，所述的指示燈為發光二極管。
全文摘要
本發明公開了一種半自動電控離合器系統，包括一個直流螺旋管電磁鐵和控制直流螺旋管電磁鐵電流通斷的控制電路，直流螺旋管電磁鐵的銜鐵與液壓式操縱機構一端的杠桿固定連接，該液壓式操縱機構的另一端通過杠桿與離合器連接，制電路在變速箱的變速桿、方向盤和車鑰匙插口處分別設有開關，方向盤上的開關有結合、分離和半聯動三檔。駕駛者發動汽車或換擋時控制電路的開關閉合，使離合器與發動機自動分離，然后重新緩慢結合，取代了手動檔汽車的離合器踏板，通過方向盤上三個檔位的選擇可以調節離合器與發動機分離與結合的速度，使汽車的檔位操作得到極大簡化，同時相比于自動擋汽車有效降低了油耗和制作成本，便于維修。
文檔編號F16D27/14GK101886675SQ20101021566
公開日2010年11月17日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者任曉帥, 吳錫江, 李偉, 楊華, 洪華斌, 熊樹生, 謝煌 申請人:浙江大學