液壓操縱式離合器電子線控系統(tǒng)設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 目 錄 摘要 . Abstract . 第 1 章 緒論 . 1 1.1 選題的目的意義 . 1 1.2 線控技術 的國內 外 發(fā)展現狀 . 1 1.3 離合器控制 技術 發(fā)展 . 3 第 2 章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)總體設計 . 5 2.1 離合器特性分析 . 5 2.1.1 膜片彈簧 離合器結構與工作原理 . 5 2.1.2 膜片彈簧非線性特性 . 7 2.2 離合器液壓操縱機構 . 8 2.2.1 離合器主缸 . 9 2.2.2 離合器工作缸 . 10 2.2.3 離合器液壓式操縱機構的計算 .11 2.3離合器操縱機構線控系統(tǒng)設計 . 13 2.3.1 離合器線控系統(tǒng)工作過程 . 13 2.3.2 離合器線控系統(tǒng)工作原理 . 14 2.4 本章小結 . 15 第 3 章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)的 硬件設計 . 16 3.1 控制器的設計 . 16 3.2 傳感器的選擇 . 20 3.3 執(zhí)行器的選擇 . 21 3.3.1 液壓泵和電動機總成 . 21 3.3.2 開關閥 . 23 3.3.3 進油閥和回油閥 . 23 3.4 執(zhí)行器測試 . 25 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 3.5 驅動電路 . 25 3.6 本章 小結 . 27 第 4 章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)的軟件設計 . 29 4.1 主程序流程 . 29 4.2 初始化流程 . 30 4.3 控制算法 . 30 4.4 本章 小結 . 31 結論 . 32 參考文獻 . 33 致謝 . 35 附錄 A外文文獻 . 36 附錄 B 外文文獻翻譯 . 38 附錄 C 程序 40 摘 要 隨著汽車電子技術、自動控制技術的逐步成熟和汽車網絡通信技術的廣泛應用，汽車線控技術也逐步得到青睞和深入研究 是 汽車未來的發(fā)展趨勢。汽車線控技術就是將駕駛員的操縱動作經過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸到執(zhí)行機構的一種系統(tǒng)。 汽車離合器操縱形式有液 壓和拉線式兩種，轎車多用液壓操縱式，由總泵、分泵、軟管、踏板等組成。 本設計通過研究汽車液壓操縱式離合器的組成、結構與設計；分析離合器接合過程和計算離合器的操縱力變化規(guī)律建立離合器的力學模型，選擇驅動裝置，設計傳動機構，布置形式和控制系統(tǒng)。 本文研究了以單片機為核心的 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng) 的開發(fā)思路和設計方法 。其中選擇 了 線控系統(tǒng)的 硬件 并設計了線控部分壓力控制單元的軟件系統(tǒng)。軟件 核心是單片機 ，用脈寬調制（ PWM）方法控制占空比對高速開關閥進行控制，實現離合器工作缸位置精確控制，軟件采用 PID 控制算法 。 所設計的 液壓操縱式離合器線控操縱系統(tǒng)可與原系統(tǒng)的功能進行切換工作。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 關鍵詞 ： 液壓操縱式離合器 ； 線控技術；脈寬調制；高速開關閥； PID 算法 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT Along with the gradual maturity of automobile electronics and automatic control technicals and the automobile network correspondence technicals extensively applied, automobile control by-wire has also gradually received favor and it will set a trend in research of the automobile in the future.The automobile control by-wire technique is the system that the drivers operate working converted electrical signals by sensors and the n directly transmitting the executing mrvhsnidm. The operate form of the automobile cluth contains hydraulic type and mechanicaltype and the passenger cars mostly use the hydraulic operate type .It includes master cylinder,slave cylinder, hose, footpedal etc. This design selects the drive device and designs gear, arrangement and control system through studying the composition of the automobile hydraulic cluth, structure and design； building the model of the cluth by analysing the starting process and calculating variation law of the operate force . This is the core of Microcontrollers hydraulic cluth development train of thought and design method,and the choice of hardware and the design of control by-wire was controller software.The core of the software is Microcontroller which high-speed on-off valves are used and controlled with pulse width modulation (PWM) in this system to control the position of the slave cylinder accurately, and the PID control algorithm designs the control program.It can be switched between the hydraulic cluth control by-wire system and the original system. Key words： Hydraulic Cluth；Control By-wire；PWM； High-speed On-off Valves；PID Control Algorithm黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 第 1 章 緒 論 1 1 選題的目的、意義 隨著汽車電子技術、自動控制技術的逐步成熟和汽車網絡通信技 術的廣泛應用，汽車線控技術也逐步得到青睞和深入研究 是 汽車未來的發(fā)展趨勢。 汽車線控技術就是將駕駛員的操縱動作經過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸到執(zhí)行機構的一種系統(tǒng)。目前包括線控換檔系統(tǒng)、線控 制動系統(tǒng) 、線控懸架系統(tǒng)、線控增壓系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)及線控轉向系統(tǒng)。其中線控轉向系統(tǒng)在高級轎車、跑車及概念車上有廣 泛的應用，它為自動駕駛提供了良好的平臺 。 汽車離合器操縱形式有液壓和拉線式兩種，轎車多用液壓操縱式，由總泵、分泵、軟管、踏板等組成。它具有噪聲小、省力、平穩(wěn)、布置方便的優(yōu)點，缺點：漏油；需要維護。特點：摩擦阻力小、重量輕、布置方便、不受車身變形影響。當駕車者踩下離合器踏板時，推桿推動總泵活塞使油壓增高，通過軟管進入分泵，迫使分泵拉桿推動分離叉，將分離軸承推向前；當駕車者松開離合器踏板時，液壓解除，分離叉在回位彈簧作用下逐漸退回原位，離合器又處在接合狀態(tài)。 本設計針對液壓操縱式離合器設計線控操縱系統(tǒng)，可與原系 統(tǒng)的功能進行切換工作。 1 2 線控技術的國內外發(fā)展現狀 線控技術（ X-by-Wire）源于飛機控制系統(tǒng)，飛機的新型飛行控制系統(tǒng)是一種線控黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 系統(tǒng)（ Fly-by-Wire），它將飛機駕駛員的操縱命令轉換成電信號，利用計算機控制飛機飛行。 隨著汽車電子技術、自動控制技術的逐步成熟和汽車網絡通信技術的廣泛應用，汽車線控技術也逐步得到青睞和深入研究 是 汽車未來的發(fā)展趨勢。 汽車線控技術就是將駕駛員的操縱動作經過傳感器變成電信號，通過電纜直接傳輸到執(zhí)行機構的一種系統(tǒng)。 如圖 1.1 所示。 圖 1.1 線控過程 目前包括線控換檔系統(tǒng)、線控 制動系統(tǒng) 、線控懸架系統(tǒng)、線控增壓系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)及線控轉向系統(tǒng)。其中線控轉向系統(tǒng)在高級轎車、跑車及概念車上有廣泛的應用，它為自動駕駛提供了良好的平臺 。 （ 1） 線控技術的優(yōu)點 a.省力，人們可以不用直接操作機械力。 b.由于操縱控制通過 駕駛員的手完成，不需要轉向盤、轉向柱和腳踏板，這樣就減少了正面碰撞時的潛在危險性，改善了汽車的安全性和舒適性，并為汽車設計提供了更大的設計空間。 c.便于實現個性化設計，由于駕駛特性如制動、轉向、加速等過程都是程序設定的，設計師可設計不同的程序供用戶選擇。 d.質量輕，性能高（響應快）。線控系統(tǒng)取消了許多機械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結構和生產工藝，便于實現汽車輕量化。 e.維護用品可大大減小，減少維護費用。取消機械和液壓連接可減少車身質量并簡化維護工作，可能磨損的部件更少了，如使用線控制動無需制 動液，使汽車更為環(huán)保，減少維護。 f.可以將汽車的車內娛樂裝置也集成到網絡之中，使得汽車導航和自動駕駛成為可能，整個汽車就是一個完整的電路整體。 g.安裝測試簡單快捷，更穩(wěn)固的電子接口（模塊結構），隔板間無機械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。 （ 2） 線控技術的缺點 電子設備還相當的不可靠 電磁干擾、器件失效、軟件程序的設計、網絡攻擊等等。一旦電路失效而沒有機械冗余就會導致災難性的后果 轉向失靈、油門難以控制和不能制動 。 所以線控技術研究的重點應該是系統(tǒng)的可靠性和安全性。 目前所有大型汽車制造商都在開發(fā) 線控系統(tǒng)雛形及其產品。美國 TRW 公司開發(fā)的電信號 模擬或數字信號 有線或無線的信號 執(zhí)行機構 傳感裝置 功 能 裝 置 人 機 接 口 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 線控駕駛系統(tǒng)使得燃油經濟性上升 5； DELPHI 汽車在電子轉向系統(tǒng)中也作了類似改進； BOSCH、 VALEO 公司和其他一些設備制造商已開發(fā)或正在開發(fā)線控技術和產品；HONDA 在新一代雅閣 V6轎車上采用線控油門技術。德國大眾也有線控的概念車。美國通用公司在 2003年研制的 HY-WIRE概念車和 2005年研制的 Sequel概念車上都采用了線控轉向和線控制動技術。 線控技術得以逐漸在汽車上普遍應用的技術背景是：微電子器件的成本降低、可靠性提高，如單片機， DSP 等；電力電子裝 置的功能增強、成本降低，可靠性提高，如執(zhí)行步進電機，伺服電機，傳感器等等。 隨著汽車電子化的不斷深入，線控技術將在汽車上得到普遍應用，笨重、精確度低的機械系統(tǒng)將被精確、敏感的電子傳感器和執(zhí)行元件所代替，汽車傳統(tǒng)的操縱機構、操縱方式、執(zhí)行機構也將會發(fā)生根本性的變革。 當線控這一目標實現時，汽車將是一種完全的高新技術產品，發(fā)動機、變速器、傳動軸、驅動橋、轉向機全都不見了，汽車可以說是一臺裝在輪子上的計算機。 1 3 離合器線控技術的發(fā)展 在采用離合器的傳動系統(tǒng)中，早期離合器的結果形式是錐形摩擦離合器。錐形摩擦離合器 傳遞扭矩的能力，比相同直徑的其他結構形式的摩擦離合器要大。但是，其最大的缺點是從動部分的轉動慣量太大，引起變速器換擋困難。而且這種離合器在接合時也不夠柔和，容易卡住。 此后 ，在油中工作的所謂濕式的多片離合器逐漸取代了錐形摩擦離合器。但是多片濕式摩擦離合器的片與片之間容易被油粘?。ㄓ绕涫窃诶涮煊鸵鹤儩鈺r更容易發(fā)生），導致分離不徹底，造成換擋困難。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦離合器的主要優(yōu)點是由于接觸面數多，故接合平順柔和，保證了汽車的平穩(wěn)起步。但因片數較多，從動部分的轉動慣量較大，還是感到換擋不夠容易。 另外，中間壓盤的通風散熱不良，易引起過熱，加快了摩擦片的磨損甚至燒傷和破裂。如果調整不當還可能引起離合器分離不徹底。 多年的實踐經驗使人們逐漸趨向于采用單片干式摩擦離合器。它具有從動部分轉動慣量小，散熱性好，結構簡單，調整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點。而且只要在結構上采取一定措施，也能使其接合平順。因此，它得到了極為廣泛的應用。 如今，單片干式摩擦離合器在結構設計方面也相當完善：采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性；離合器中裝有扭轉減振器，防止了傳動系統(tǒng)的共振，減少了噪音；以及采用了摩擦較小 的分離桿機構等。另外，采用了膜片彈簧作為壓簧，可同時兼起到分離杠桿的作用，使離合器結構大為簡化，并顯著地縮短了離合黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 器的軸向尺寸。膜片彈簧和壓盤的環(huán)行接觸，可保證壓盤上的壓力均勻。由于膜片彈簧本身的特性，當摩擦片磨損時，彈簧的壓力幾乎沒有改變，且可減輕分離離合器時所需要的踏板力。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上多采用多片干式離合器。次外，近年來由于多片濕式離合器在技術上的不段改善，在國外的某些重型牽引汽車和自卸車上又開始采用多片濕式離合器，并有不斷增加的傾向。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制制冷的結 果，摩擦表面的溫度較低（不超過 93 ）。因此，允許起步時長時間地打滑或用高檔起步而不致燒損摩擦片，具有良好的起步能力。據說這種離合器的使用壽命可達干式離合器的五、六倍。 為了實現離合器的自動操縱，有自動離合器。采用自動離合器時可以省去離合器踏板，實現汽車的 “雙踏板 ”操縱。與其他自動傳動系統(tǒng)（如液力傳動）相比，它具有結構簡單，成本低廉及傳動效率高的優(yōu)點。因此，在歐洲小排量汽車上曾得到廣泛的應用。但是在現有自動離合器的各種結構中，離合器的摩擦力矩的力矩調節(jié)特性還不夠理想，使用性能不盡完善。例如，汽車以高檔低速 上坡時，離合器往往容易打滑。因此必須提前換如低檔以防止摩擦片的早期磨損以至燒壞。這些都需要進一步改善。 隨著汽車運輸的發(fā)展，離合器還要在原有的基礎上不斷改進和提高，以適應新的使用條件。從國外的發(fā)展動向來看，近年來汽車的性能在向高速發(fā)展，發(fā)動機的功率和轉速不斷提高，載重汽車趨向大型化，國內也有類似的情況。此外，對離合器的使用要求也越來越高。所以，增加離合器的傳扭能力，提高其使用壽命，簡化操作，已經成為目前離合器的發(fā)展趨勢。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 第 2 章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng) 總體設計 2 1 離合器特性分析 2 1 1 膜片彈簧離合器結構與工作原理 離合器是汽車傳動系中的一個重要組成部件。它是一種既能傳遞動力，又能切斷動力的傳動機構，其基本功用有三：動力傳遞、動力切斷以及過載保護。 目前中小型車輛上應用的離合器均為單片干式膜片離合器，它具有從動部分轉動慣量小，散熱性好，結構簡單，調整方便，尺寸緊湊，分離徹底等優(yōu)點 1 。其結構示意圖如圖 2.1 所示，其中膜片彈簧是一個用薄彈簧鋼板制成的帶有錐度的彈簧，由碟簧部分和分離指部分組成，其工作情況 分為三種狀態(tài)：自由狀態(tài)、接合狀態(tài)和分離狀態(tài)，分別如圖 2.2 所示。 圖 2.1 膜片彈簧離合器結構示意圖 1)自由狀態(tài)：當離合器蓋總成尚未與發(fā)動機飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，不承載，無變形。 2)接合狀態(tài)：當離合器蓋總成與飛輪裝合時，離合器蓋通過后支承環(huán)對膜片彈簧中部施加壓緊力 F，則膜片彈簧大端與壓盤接觸處作用著支承反力 F1 ，此時膜片彈簧黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 被壓緊到趨近于壓平狀態(tài)的預加壓縮狀態(tài)，從而將從動盤摩擦片壓緊在飛輪與壓盤之間，離合器處于接合位置。此時只有碟簧部分受 載，分離指部分不受載。 3)分離狀態(tài)：作用于膜片彈簧小端加載半徑 rF處的分離力 F2使膜片彈簧以中部支承環(huán)為支點，繼續(xù)受到壓縮。此時大端壓緊力 F1逐漸減少直到消失，膜片彈簧呈反錐形的翻轉狀態(tài)。此時只有分離指部分受載，碟簧部分不受載。 圖 2.2 離合器工作狀態(tài) 離合器接合過程中通過摩擦力矩實現動力傳遞，裝有多級減振的離合器傳動系統(tǒng)模型如圖 2.3 所示 2 。 圖 2.3 多級減震離合器簡化模型 其動力學方程為： fmmmcccceeeTTdtdJTTdtdJTTdtdJ（ 2-1） 式中： Tc：離合器傳遞的摩擦扭矩 (N m) Tm：離合器減振器傳遞扭矩 (N m) Tr ：作用在離合器上的阻力矩 (N m) Te：發(fā)動機輸出扭矩 (N m) e：發(fā)動機轉速 (rad/s) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 c：離合器從動片角速度 (rad/s) m：變速箱輸入軸角速度 (rad/s) Je： 發(fā)動機曲軸飛輪及離合器主動片的等效轉動慣量 (kg/m2 ) Jc： 離合器從動片等效轉動慣量 (kg/m2 ) J： 減振器、變速箱、差動器、輪胎、整車在變速箱輸入軸軸的等效轉動慣量(kg/m2 ) 發(fā)動機扭矩是周期變化的，這就使得傳動系產生扭矩振動。為了改善膜片彈簧離合器的扭矩減振特性，在離合器從動片與其輸出軸之間有一組彈簧，構成了扭轉減振器，該減振器在結構上保證離合器具有一定的減振性能。減振器扭矩傳遞公式為 mT=Ccm+Kcmdt (2-2) 其中： K 為減振器剛度， C 為減振器阻尼，cm為離合器從動片與輸出軸轉速差。 離合器實際傳遞扭矩 Tc由以下的公式計算 rRrRquZTc 2221 (2-3) 式中 Z 為摩擦副數，一般干式摩擦離合器為 Z=2， 為接觸系數，取為 0 6； q 為 摩擦副單位面積壓力， R、 r 為摩擦片內外半徑， u 為摩擦系數，它隨離合器主從動部分的轉速差ec而變，其關系式為 u=E0+E1ec+E2 2ec+E3 3ec(2-4) 其中 E0， E1 ， E2 ， E3為常系數。 膜片彈簧離合器的 q 值與膜片彈簧的特性有密切關系，下面討論膜片彈簧的特性。 2 1 2 膜片彈簧非線性特性 1)負荷特性 圖 2.4 是膜片彈簧負荷特性，橫坐標是彈簧大端變形 X1 。，縱坐標是負荷 F1 ，即 11 XfF 。曲線上 B 點為摩擦片磨損前離合器處于完全接合狀態(tài)時的工作點，離合器完全分離點為 C 點。在長時間使用后，摩擦片會發(fā)生磨損，離合器完全接合時膜片彈簧的工作點向左移 x 到 D 點，離合器完全分離點左移缸 1x 到 E 點，整個膜片彈簧工作范圍將發(fā)生變化。當磨損量增大時工作點移動到 A 點，膜片彈簧將失效。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 圖 2.4 膜片彈簧負荷特性 2)靜壓特性 是指離合器主從動片間的靜 態(tài)壓力yF與分離叉行程1x之間的關系，它可用下式表示： wyFxfF1130 離合器完全結合時離合器部分結合時離合器完全分離時 (2-5) 式中： Xf3為多項式函數，wF1為膜片彈簧工作位置壓緊力。 3)扭矩傳遞特性 是指離合器傳遞的扭矩cT與分離叉行程 1x 之間的關系，有： cT=2ucR yF(2-6) 式中： u 摩擦面的摩擦系數，cR 摩擦片的平均作用半徑。 將yF的表達式代入cT中得到： wccyFuRxfuRF113220 離合器完全結合時離合器部分結合時離合器完全分離時 (2-7) 離合器扭矩傳遞特性如圖 2.5 所示。從圖中可以看出，離合器有效作用行程較短，且具有非線性特性。 4)離合器磨損后扭矩傳遞特性 離合器摩擦片磨損后扭矩傳遞特性會發(fā)生改變，摩擦片磨損主要反映在彈簧壓縮量的改變，同時膜片彈簧工作位置壓緊力也隨之改變。離合器磨損后扭矩傳遞特性如圖 2.6 所示，從圖中可以看出： 從動片在不同的磨損程度下離合器最大扭矩傳遞能力不同，離合器分離叉 行程不同，離合器開始接合點位置不同。 從動片在不同磨損程度下離合器扭矩傳遞對于開始接合點具有相同規(guī)律，這是離合器磨損自適應控制的基礎。 在使用過程中離合器磨損到一定程度，必須調整離合器分離軸承與分離指間的間隙。圖中 C-c 曲線表示即使離合器踏板完全釋放，離合器也不能完全結合。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 圖 2.5 離合器扭矩傳遞特性 圖 2.6 離合器磨損后扭矩傳遞特性 2 2 離合器液壓操縱機構結構分析 3 液壓操縱機構主要由踏板 1、主缸 2、工作缸 7、管路系統(tǒng)和回位彈簧等組 成，如圖 2.7 所示。液壓操縱機構具有摩擦阻力小、傳動效率高、質量小、布置方便、接合柔和、其工作不受車身或車架變形以及發(fā)動機振動的影響、便于遠距離操縱等優(yōu)點，因此在各種汽車上的應用日益廣泛。 圖 2.7 離合器液壓式操縱機構工作原理示意圖 1 踏板 2 主缸 3 儲液室 4 分離杠桿 5 分離軸承 6 分離叉 7 工作缸 2 2 1 離合器主缸 離合器主缸的構造如圖 2.8 所示。圖 2.8a 為北京 BJ2023 型汽車離合器主缸。主缸體借助補償孔 A、進油孔 B 與儲液室連通。主缸體裝有 活塞 3，活塞中部較細，使活塞右側的主缸內腔形成環(huán)形的油室。活塞兩端裝有密封圈 2 與皮碗 5.活塞頂有沿圓周分布的 6 個小孔，活塞復位彈簧 6 將皮碗、活塞墊片 4 壓向活塞，蓋住小孔，形成單向閥，并把活塞推向最右的位置，試驗皮碗位于補償孔 A 與進油孔 B 之間，兩孔都開放。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 圖 2.8 汽車離合器主缸 a)北京 BJ2023 型汽車離合器主缸 b)紅旗 CA7220 型轎車離合器主缸 1 推桿 2 密封圈 3 活塞 4 活塞墊片 5 皮碗 6 活塞復位彈簧 7 主缸體 A 補償孔 B 進油孔 C 出油孔 2 2 2 離合器工作缸 離合器工作缸的構造如圖 2.9 所示。工作缸內裝有活塞 4、皮碗 3 和活塞限位塊2.為防止活塞自工作缸內脫出，在缸體右端有擋環(huán) 5，缸體左端裝有進油管接頭 9 與放氣螺釘 8.當管路內有空氣存在而影響離合器操縱時，可擰出放氣螺釘進行放氣。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 圖 2.9 汽車離合器工作缸 a)北京 BJ2023 型汽車離合器工作缸 b)奧迪 100 型轎車離合器工作缸 1 工作缸體 2 活塞限位塊 3 皮碗 4 活塞 5 擋環(huán) 6 護罩 7 分離叉推桿總成 8 放氣螺栓 9 進油管接頭 當踩 下離合器踏板時，通過主缸推桿 1（圖 2.8）使主缸活塞 3 向左移動，活塞復位彈簧 6被壓縮。當皮碗 5將補償孔 A關閉后，管路中油液受壓，壓力升高。在油壓作用下，工作缸活塞（圖 2.9）右移，并推動分離叉推桿，使分離叉轉動，從而帶動分離杠桿、分離套筒等使離合器分離。 當迅速放松離合器踏板時，活塞復位彈簧 6（圖 2.8）使主缸活塞較快地右移，而由于油液在管路中流動有一定阻力，流動較慢，使活塞左側形成一定的真空度。在左、右側壓力差的作用下，少量油液經進油孔 B 推開活塞墊片 4 和皮碗 5形成的單向閥，由皮碗間隙中流到左側彌補真空。當 原來由主缸壓到工作缸的油液又重新回到主缸時，由于已有少量的補償油液經單向閥流入，故總油量過多。這多余的油即從補償孔 A 流回儲液室。當液壓系統(tǒng)中因漏油或因溫度變化引起油液的容積變化時，則借助補償孔A 適時地使整個油路中的油量得到適當的增減，以保證正常的油壓和液壓系統(tǒng)工作的可靠性。 2 2 3 離合器液壓式操縱機構的計算 圖 2.10 離合器操縱機構主要參數計算 1.分離軸承行程的計算 (1)如圖 2.10 所示，設離合器踏板的行程為 L ，踏板臂長為 1L ，連桿臂長為 2L ,踏板的自由行程為 L ，主泵的工作缸半徑為 1r ，活塞的行程為 1h ，主缸頂桿與主缸活塞之間的間隙為 1 ，于是有 1112 LhLL (2-8) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 (2)設分泵的工作缸半徑為2r，活塞的行程為2h。在踏板的作用力下，從主缸中壓出的油量與達到工作缸的油量相等。在不考慮管路壓力損失的情況下，因油的不可壓縮性，有 222121 hrhr (2-9) (3)設分離叉連接工作缸推桿的連桿長為3L，與分離軸承接觸的連桿長為4L，3L桿端的位移量為3h(3h2h)，4L桿端的位移量為4h，分離軸承的有效行程為 E，分離軸承與分離指的間隙為2,有 3234 LEhL (2-10) 在其它構件確 定的情況下，通過公式 (2-8)-(2-10)式，可以根據離合器踏板的行程算出離合器分離軸承 E 的行程，有 2322421112 LrLrLLLE(2-11) 2.離合器踏板自由行程的計算 分離軸承與分離指的間隙 2 及主缸頂桿與主缸活塞的間隙 1 決定踏板的自由行程 L ，即當駕駛員踏下踏板使得離合器分離軸承與離合器分離指接觸時，踏板的行程就是自 由行程，即 0E ， LL ，其數值可根據 (2-8)-(2-10)式算出，有 2112142232LLrLrLL (2-12) 3.計算過程 根據原車離合器操縱機構具體數據的計算和分析過程（單位： mm）。 離合器踏板杠桿比： 1L 2L =278 50 5.56； 分離撥叉杠桿比：3L 4L =112 70.3 1.59； 主缸、工作缸工作面積比： 21r 22r 15.872 20.642 0.59； 主缸自由間隙： 1 =1.2；分離軸承與分離指的間隙： 2 =1； 踏板行程： L =140-150； 膜片彈簧分離指設計 最大分離行程： A =7.5； 從動盤飛輪面到分離指距離： B =29.5 1； 從動盤飛輪面到花鍵轂距離： C 21.5 0.5； 從動盤花鍵轂與分離指距離： D 8.5 1； 從而算出分離軸承最大有效行程 E ： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 MaxE： (150/5.56-1.2)/1.59 0.59-1=8.57 MinE： (140/5.56-1.2)/1.59 0.59-1=7.90 離合器踏板自由行程： L =111220.642/15.872/70.3+1.25.56=21.66 2 3 離合器操縱機構線控系統(tǒng)設計 2 3 1 離合器線控系統(tǒng)工作過程 離合器線控系統(tǒng)工作過程如圖 2.11 所示 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 圖 2.11 汽車離合器液壓 線控操縱系統(tǒng)工作原理示意圖 1 儲液室 2 踏板 3 離合器主缸 4 電磁開關閥 5 進油閥 6 液壓泵和電動機總成 7 油箱 8 回油閥 9 離合器工作缸 10 分離叉 11、 12 傳感器 汽車離合器線控操縱系統(tǒng)在原液壓操縱系統(tǒng)的基礎上進行了改裝，首先在離合器主缸和工作缸之間安裝了電磁開關閥 4，即一個常開式兩位兩通電磁閥，相當于開關作用；其次線控部分由油箱 7、液壓泵和電動機總成 6、進油閥 5、回油閥 8構成，其中進油閥 5和回油閥 8均為常閉式電磁閥。傳感器 11和 12 將位置信號輸入給電子控制單元（ ECU）， ECU 通過控制液壓泵和電動機總成 6、進 油閥 5、回油閥 8 以及電磁開關閥 4 的開啟、關閉，實現離合器的結合、分離以及液壓、線控系統(tǒng)工作的轉換。 液壓部分工作時，電磁開關閥 4 斷電，保持開啟，工作原理與原系統(tǒng)相同。 線控部分工作時，電磁開關閥 4 通電，在彈簧作用下，閥芯關閉；液壓泵和電動機通電，此時線控系統(tǒng)對離合器控制過程如下： （ 1）離合器接合：在離合器的滑磨接合過程中，按一定的開啟和關閉時間比例控制進油閥 5，將回油閥 8 斷電，就可以控制離合器以期望的速度接合； （ 2）離合器分離：按一定比例控制回油閥 8的開啟和關閉時間比例，將進油閥 5斷電，實現離合器分離； （ 3）離合器保持接合狀態(tài)：離合器完全接合后，使 5、 8兩個閥皆斷電，則離合器在壓緊彈簧的作用下保持接合狀態(tài) 2 3 2 離合器線控系統(tǒng)工作原理 11 高速開關閥是一種新型的數字式電液轉換元件 , 具有結構簡單、價格低廉、閥口對油污染不敏感等優(yōu)點。它只有開和關兩種極限工作狀況 , 能將 ON/OFF 數字信號直接轉換成流體脈沖信號 , 極易實現計算機控制技術和液壓技術的有機結合。鑒于上述優(yōu)點 , 高速開關閥的潛在的工程應用價值已受到人們的普遍關注 , 在國外的建筑機械、汽車的自動變速機 構中已有成功應用的實例。 本設計以 PWM 高速開關閥控液壓缸位置控制系統(tǒng)為研究對象，高速開關閥采用脈寬調制（ PWM）原理來控制其平均流量。所謂脈寬調制就是在一定的脈沖周期ST內調節(jié)開啟時間的寬度onT與ST的比值即占空比 的大小來滿足控制的要求。圖 2.12 是占空比曲線示意圖 , 其中： ST=onT+ofT（ 2 13） =onT/ST（ 2 14） 通過 PWM 高速開關閥的平均流量與占空比成比例： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 LQ=Cd Av lsPP 2 （ 2 15） 其中 LQ 為通過高速開關閥的平均流量 ,Cd為流量系數 ,Av 為閥口通流面積 ,SP為油源壓力 , iP為負載壓力 , 為油的密度。占空比越大 , 通過高速開關閥進入油缸的平均流量越大 , 油缸的運動速度越快 ,當液壓缸的位置趨近于目標位置時 , 占空 比變小 , 油缸減速 , 從而正確地對油缸進行位置控制。 圖 2.12占空比示意圖 圖 2.13脈寬調制規(guī)律 液壓缸位置系統(tǒng)的控制是通過單片機控制進行的。單片機內裝有 A/D、 D/A 轉換器 , 系統(tǒng)的指令信號與位移傳感器 11、 12（見圖 2.11）的反饋信號由 A/D0 和 A/D1 轉換為數字信號 , 控制程序由 C 語言編制而成的。它利用指令信號與反饋信號 , 經過運算得到一個控制信號 u ,D/A 把 u 轉換為模擬信號 , 將其進行脈寬調制后傳到 PWM 功率放大器 , 來對兩個高 速開關閥實施控制 ,PWM 功率放大器由兩個驅動單元組成，驅動單元 D0 與閥 5 相連，驅動單元 D1 與閥 8 相連。 D0、 D1 接通，高速開關閥 5、 8通電狀態(tài)，反之亦然。所以，當 u 0 時， D0 驅動閥 5 和閥 8 來控制油缸向右運動；當 u 0 時， D1 驅動閥 5 和閥 8，油缸向左運動；當 u=0 時，油缸運動停止。占空比與控制信號 u成比例關系 , 如圖 2.13 所示 , 如果考慮死區(qū)和飽和的影響 , 當 u minu 時 , 高速 開關閥出現死區(qū) , 當 u maxu 時 , 高速開關閥出現飽和 , 高速開關閥的脈寬調制規(guī)律可用下式描述： 10uKm a xm a xm inm in,uuuuuuu （ 2 16） 2 4 本章小結 本章分析了膜片離合器特性，結合離合器液壓操縱機構的結構和工作原理，闡述了液壓 /線控系統(tǒng)原理及工作過程。說明了線控系統(tǒng)工作及液壓 /線控系統(tǒng)切換的核心是電子控制單元（ ECU）。液壓 /線控系統(tǒng)主要由油箱、液壓泵和電動機總成、進油閥、回油閥等組成，系統(tǒng)切換則是在原有液壓系統(tǒng)基礎上，在離合器主缸和工作缸之間安黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 18 裝一個電磁開關閥。通過將踏板位置信號和分離叉位置信號輸入給 ECU 進行 PWM 調制，使通過電磁閥流量的隨 PWM 信號占空比的變化而變化，從而控制離合器油缸的進油和回油速度，實現離合器不同速度下的結合和分離，滿足汽車在起步過程中的需求，同時也可達到液壓和線控系統(tǒng)的切換工作的目的。 第 3 章 液壓操縱式離合器線控系統(tǒng)的硬件設計 傳感器 NSRB 型 角位移變送器 線控系統(tǒng) 硬件組成 ECU 執(zhí)行器 單片機 STC12C5410AD 進油閥 回油閥 開關閥 液壓泵 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 圖 3.1 線控系統(tǒng)的硬件組成結構圖 3.1 控制器的設計 本設計選用的中央控制器是 STC12C5410AD 單片機，下面對該單片機進行簡單的介紹： STC12C5410AD 單片機是宏晶科技生產的單時鐘 /機器周期（ 1T） 的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但速度快 8-12 倍。內部集成 MAX810 專用復位電路， 4路 PWM， 8路高速 10 位 A/D 轉換，針對電機控 制，強干擾場合。 1. 增強型 8051 CPU， 1T，單時鐘 /機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 2. 工作電壓： STC12C5410AD 系列工作電壓： 5.5V-3.5V （ 5V 單片機） STC12LE5410AD 系列工作電壓： 3.6V-2.2V （ 3V 單片機） 3. 工作頻率范圍： 0 35MHz，相當于普通 8051 的 0 420MHz