淺談汽車離合器的設(shè)計及優(yōu)化

摘 要:離合器安裝在發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，它的離合器總成固定在飛輪的后平面上，變速器的輸入軸就是離合器的輸出軸。駕駛員可以通過離合器控制變速箱和發(fā)動機的分離與結(jié)合狀況。為了保證汽車起步平穩(wěn)，并能有效的降低傳動系統(tǒng)的振動和噪音，我們必須對離合器進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計。現(xiàn)在我們就來談?wù)勂囯x合器的設(shè)計及優(yōu)化。

關(guān)鍵詞:汽車離合器設(shè)計優(yōu)化

中圖分類號:U463文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0041-01

1 汽車離合器的設(shè)計

離合器是組成汽車傳動系統(tǒng)的重要部件，它對汽車的動力性、安全性、駕駛舒適性和經(jīng)濟性有很大影響。但是長期以來，傳統(tǒng)的離合器設(shè)計主要是通過手工計算，并且在設(shè)計過程中遇到的很多重要設(shè)計參數(shù)都是從通過經(jīng)驗基礎(chǔ)估算的數(shù)據(jù)或者是在簡化假設(shè)條件下近似計算的數(shù)據(jù)中選取的。然后通過試驗找出缺陷，反復(fù)修正，直到滿足設(shè)計任務(wù)。這樣既費時又費力，還不一定能得到最優(yōu)結(jié)果。下面我們分析一些離合器的設(shè)計方法。

1.1 離合器的軟件設(shè)計分析

軟件設(shè)計已經(jīng)成了產(chǎn)品設(shè)計的一種重要手段。

首先，我們可以參考前人的工作經(jīng)驗，利用他們的試驗數(shù)據(jù)，通過Pro/E或UG等三維軟件設(shè)計出離合器的模型;然后利用Ansys等仿真軟件，對設(shè)計出來的模型進(jìn)行仿真，分析它是否滿足設(shè)計要求;最后可以利用有限元分析軟件，有限元分析可以檢查出零部件在已知約束條件下對載荷的響應(yīng)情況。通過合理確定其載荷條件和邊界條件，運用力學(xué)的相關(guān)理論進(jìn)行分析，確定產(chǎn)品的可靠性。

1.2 不同結(jié)構(gòu)形式的執(zhí)行機構(gòu)離合器設(shè)計分析

離合器的執(zhí)行者是離合器執(zhí)行機構(gòu)，它在控制器的控制下對離合器的結(jié)合規(guī)律進(jìn)行跟蹤。離合器執(zhí)行機構(gòu)的性能直接影響到離合器結(jié)合規(guī)律的跟蹤控制效果，另外它的穩(wěn)定性和工作可靠性關(guān)系到自動離合器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性及駕駛員的駕駛安全，由此可見離合器執(zhí)行機構(gòu)的重要性。

2 電控氣動式執(zhí)行機構(gòu)

電控氣動式執(zhí)行機構(gòu)以氣缸為驅(qū)動元件，通過利用汽車本身的氣壓制動系統(tǒng)的氣源能簡化驅(qū)動機構(gòu)，可是執(zhí)行原件的體積仍然很大，給機構(gòu)布置帶來很大困難。除此以外，氣動控制的位置控制精度低，滿足不了離合器自動控制的要求。

2.1 電控液動式執(zhí)行機構(gòu)

電控液動式執(zhí)行機構(gòu)在實際中已經(jīng)得到成功應(yīng)用，但是它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修制造困難，加之對溫度變化反應(yīng)強烈，性價比低，在競爭中逐漸處于不利地位。

2.2 電機驅(qū)動式執(zhí)行機構(gòu)

由于機構(gòu)簡單，性價比高，容易控制和對環(huán)境的適應(yīng)性強等優(yōu)點，電機驅(qū)動研究應(yīng)用很廣泛。離合器驅(qū)動機構(gòu)的作用是將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，因此可以利用螺桿螺母傳動和渦輪蝸桿傳動。對于這兩種傳動形式，螺桿螺母式得安裝直線式位置傳感器，安裝困難。相比之下，渦輪蝸桿傳動設(shè)計簡單，使用方便，應(yīng)用廣泛，并且采用輔助助力機構(gòu)可以提高控制性能及減小電機驅(qū)動功率。面對種類繁多的電機應(yīng)該如何選擇呢？如果從控制簡單，性能出色等方面出發(fā)，可以選擇永磁直流電機，但其壽命稍低;如果從可靠性方面考慮，可以選擇支流無刷電機，但是其控制系統(tǒng)復(fù)雜，力矩波動;如果對控制精度要求高，可選擇步進(jìn)電機，但是它的價格較貴，控制復(fù)雜。你可以根據(jù)自己的需求及承受限度選擇適合自己的電機。

2.3 離合器電子控制設(shè)計

電子控制技術(shù)在現(xiàn)代汽車中被廣泛應(yīng)用，在很大程度上改善了駕車安全性，操作方便性以及舒適性等。電子控制技術(shù)在汽車中的應(yīng)用主要有:無級變速器、自動擋、電控發(fā)動機技術(shù)和ABS汽車防抱死系統(tǒng)等。雖然電子控制技術(shù)極大的改善了汽車性能，但是它卻提高了油耗，給駕駛者帶來經(jīng)濟困擾。利用電子控制技術(shù)和液壓技術(shù)，對傳統(tǒng)離合器操作系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以使采用傳統(tǒng)變速器系統(tǒng)汽車的操作方法接近自動變速器汽車的操作方法。這樣在滿足駕車安全性、操作方便性以及舒適性的同時又降低了油耗，是一種值得推廣的技術(shù)。

汽車的行駛狀況、離合器的狀態(tài)和電子控制信號如表1所示。

取消離合器踏板，對離合器進(jìn)行電子控制，必須掌握汽車操作與離合器動作間的關(guān)系，也就是要通過其他操作來間接控制離合器。除了了解離合器踏板的動作外，還必須掌握制動踏板、油門踏板和檔位彼此之間以及它們與汽車行駛的關(guān)系。通過上表的分析，把形式信號輸入芯片，通過芯片計算處理，建立彼此之間的邏輯關(guān)系并傳輸出去。

制動踏板、油門踏板和檔位桿的信號通過相應(yīng)的傳感器獲得。制動踏板傳感器用來獲得(除了點剎)汽車是否處于制動狀態(tài);安裝在油門位置開始端的油門踏板傳感器用來獲取油門動作;安裝在空擋位置處的按鈕式傳感器用來判斷變速器是否處于空擋位置;最后把轉(zhuǎn)速傳感器安裝在變速器輸出軸上即可。

3 離合器的優(yōu)化設(shè)計

我們可以采用群體智能優(yōu)化算法中的微粒群算法對離合器的關(guān)鍵零件的機構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。1995年，Kenndey和Eberhart開發(fā)了微粒群算法，它是一種演化計算技術(shù)。對鳥群簡化社會模型的研究及行為模擬是微粒群算法的思想來源。屬于群體的個體對群體信息享有共享權(quán)，從整個群體的運動在問題解空間中產(chǎn)生從無序到有序的演化過程，從而取得最優(yōu)解。

以下是基于微粒群算法的進(jìn)化方程:

其中:和分別表示微粒i的第j維在t和t+1代間的速度;和分別為在0-2間取值的加速度常數(shù)，和分別表示在0-1內(nèi)取值的相互獨立的兩個隨機變量;表示微粒i的第j維在第t代經(jīng)歷的最好位置;表示微粒g的第j維在第t代經(jīng)歷的最好位置;和分別表示微粒i的第j維在第t代和第t+1代的位置;i表示第i個微粒，j表示微粒的第j維，t表示第t代。

離合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以通過微粒群算法求解，但是由于設(shè)計要求不同，離合器的設(shè)計可能有多個不同的目標(biāo)函數(shù)，我們可以通過權(quán)重系數(shù)法，把這些不同的目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一成一個目標(biāo)函數(shù)。由于設(shè)計中需要考慮很多由不等式約束的約束條件，可以通過內(nèi)點混合懲罰函數(shù)處理這些約束，也就是將約束條件和不同的目標(biāo)函數(shù)重新構(gòu)造成一個目標(biāo)函數(shù)，分析解決離合器零部件的非線性優(yōu)化設(shè)計問題。

4 結(jié)語

通過本文的分析，我們可以了解到通過對汽車離合器的設(shè)計及優(yōu)化，可以保證駕駛汽車的安全性、舒適性、操作簡單性及經(jīng)濟性，有很大的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳福貞.汽車離合器電子控制研究[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2009，36(6)，116-118.