车用离合器的发展分析及应用研究

　综 述　车用离合器的发展分析及应用研究

华中科技大学　郝　琪　过学迅

湖北汽车工业学院　罗永革　冯　樱

1　引言

随着科技的飞速发展,特别是液压技术、电子技术在汽车领域的广泛应用,汽车传动系发生了巨大变化。作为传动系重要组成部件之一的离合器总成,担负着传力、减振和防止系统过载等重要作用。伴随着自动变速器技术及与之相配套的离合器技术的完善,离合器产品不论是性能结构方面还是生产制造方面都发生了很大变化。

2　离合器的种类

按传递力矩的方式,离合器可分为:摩擦片式离合器、液力偶合器和电磁式离合器。其中摩擦片式离合器按其从动片数目可分为:单片离合器、双片离合器和多片湿式离合器。

3　车用离合器的发展过程

锥形离合器是早期离合器经常采用的形式,锥形离合器的操作较复杂,需要驾驶员具有一定的操作技巧。1891年,法国人制成了摩擦片式离合器,此后浸在油中工作的湿式多片离合器逐渐取代了锥形离合器,但多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住,致使离合器分离不彻底,造成换档困难,所以它又逐渐被干式多片离合器取代。多片干式离合器的主要优点是由于接触面数多,故接合平顺柔和,保证了汽车的平稳起步;但因片数多,从动部分的转动惯量较大,还是感到换档不够容易;另外,中间压盘的通风散热不良,容易引起过热,加快了离合器的磨损,甚至烧伤和碎裂,如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。多年的实践经验使人们逐渐趋向采用单片干式离合器,它具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点;但在使用初期接合不够平顺。

随着科学的进步,通用公司于1938年推出的液力自动变速器(Hy dra-M atic),用液力偶合器代替了普通的离合器装置,它的特点是自适应性强,使得车辆起步平稳、迅速,加速均匀,乘坐舒适,但其缺点是效率低。1948年别克汽车成功地使用了液力变矩器,变矩器与液力偶合器相比不仅可以传递发动机的扭矩,还可以将其提高1倍。自1978年以来,克莱斯勒公司的托克弗莱特型自动变速器又有新的改动,它采用了一个“锁止式变矩器”,这种设计消除了车辆在高速档运转时常见的动力传递损耗,从而提高了单位燃油的里程数。

80年代以来除了传统的装用液力变矩器的自动变速器外,又出现了新的、纯机械式自动变速器,它由干式离合器和传统的手动机械式变速器加上微机控制实现自动操纵。通常比同条件下的液力自动变速器节油10%～30%。

在离合器的操纵机构中,由于重型和中型汽车的离合器压紧弹簧的压紧力很大,人们又采用各种助力装置来减轻驾驶员的劳动强度,如日本日产T KL20型重型汽车采用弹簧助力;红岩CQ261和北京BJ370等重型车采用了气压助力等。

4　离合器的新技术

4.1　发动机飞轮的新结构

近年来,出现了扭转减振特性和性能价格比较为理想的双质量飞轮结构,这种飞轮由初级飞轮、扭转减振器和次级飞轮组成,采用径向布置减振弹簧,在有限的空间可以获得相当好的减振效果。它突破了传统的飞轮

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2001年第4期

　综 述　

铸造生产方法,以钢板冲压取而代之。

4.2　摩擦片材料

采用金属陶瓷和陶瓷摩擦片。与目前使用的石棉材料摩擦片相比,这类摩擦片具有较高的摩擦系数,在传递扭矩相同的情况下,允许减少对离合器压盘的压紧力,从而可使作用于离合器踏板上的作用力减少或减小离合器的结构尺寸,此外还可消除石棉摩擦材料粉尘对人体的有害影响。

4.3　电子控制闭锁离合器

在液力自动变速器中,为提高液力自动变速器的效率,可对液力变矩器实施闭锁。闭锁工作由闭锁离合器来完成,它受发动机负荷、输出轴转速、档位和换档模式共同作用。闭锁离合器锁止时,从液力传动转为机械传动;闭锁离合器分离时,则由机械传动变为液力传动。对闭锁离合器均采用电子控制的方法,即由电磁感应式传感器提供变速器输出轴转速信号,节气门位置开关提供发动机负荷信号,同时换档杆位置和模式开关信号也一起输入电脑进行处理和控制。执行元件包括开关式电磁阀及脉冲式电磁阀,后者主要控制闭锁离合器活塞作用油压大小,以改善由液力传动转到机械传动的舒适性。

4.4　膜片弹簧的利用

膜片弹簧的典型特性是非线性,利用这一特点可以增加离合器抗磨损的能力,同时使用中无须调整摩擦片的位置。离合器盖和飞轮采用焊接工艺连接时,利用膜片弹簧可使抗磨损的能力提高3%～5%。

4.5　离合器的控制方式

离合器的控制方式有传统的单参数控制法、最优控制法。近年来人们又把智能控制引入离合器控制中,离合器的控制因复杂多变的外界工作环境、驾驶员的主观意图以及系统本身存在的非线性、非模型化、时滞、干扰、变参数的影响,传统的基于模型的控制算法难以满足离合器的控制要求。而熟练的驾驶员凭借丰富的经验和驾驶技巧,可以顺利地完成汽车各种工况下的快速、平稳起步。传统的离合器在接合时可能发生发动机熄火的现象,为了避免这类现象,行之有效的方法是采用模糊技术控制,通过电子液压阀的模糊控制,自动控制离合器的接合。模糊控制不依赖于系统精确的数学模型,简化了建模手续、算法简明。它将发动机转速、油门开度及其变化率、档位等参数作为模糊控制器的输入变量,利用模糊逻辑技术控制离合器的接合速度。采用模糊控制技术,可以在起步过程中控制发动机在较低转速下的稳定运行,由此大大减少滑磨功,从而提高离合器的寿命。

5　离合器的发展趋势

随着汽车运输业的发展,离合器还要在原有的基础上不断提高和改进,以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看,近年来车辆在性能上向高速发展,发动机的功率和转速不断提高,载货汽车趋于大型化;国内也有类似情况。此外,离合器的使用条件也日酷一日。因此,提高离合器的传扭能力、提高其使用寿命、简化操作已成为离合器目前发展的趋势。

5.1　湿式离合器的发展

为了提高离合器的传扭能力,在重型汽车上多采用多片干式离合器。此外,近年来由于多片湿式离合器在技术上不断改进,国外的某些重型牵引车和自卸汽车又开始采用多片湿式离合器,并有不断增加的倾向。与干式离合器相比,湿式离合器的可控性和控制品质好,结构比较单一,具有压力分布均匀、磨损小且均匀、传递扭矩的容量大的特点。由于它由油泵强制冷却,允许起步时长时间地打滑和高档起步而不会烧损衬面,寿命可达干式离合器的5～6倍。近年来,重型牵引车和自卸车有采用湿式多片离合器的倾向,一些大型客车上已成功地利用湿式离合器作为自动离合器,这一技术还有发展的趋势。同时湿式离合器可以看作是带锁止的离合器和液力变矩器的组合。湿式离合器利用油压控制离合器的接合程度,有利于实现计算机控制,在采用无级变速器的车辆上被广泛使用。

5.2　离合器的自动控制

在自动变速器中,采用离合器自动控制技术,省去了离合器踏板,实现了汽车的“双踏板”操作,与其它的传动系统(如液力传动)比较,它具有结构简单、成本低廉及传动效率高的优点,因此在欧洲小排量汽车上得到较广泛的应用。随着自动变速器的发展,离合器的自动控制研究得到国内外学者和公司的广泛重视,离合器自动控制技术必将不断完善。

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・汽车研究与开发