УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ДИАФРАГМЕННОГО СЦЕПЛЕНИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
DEVICE FOR ACTUATION OF DIAPHRAGM CLUTCH FOR VEHICLES

Настоящее изобретение относится к устройству для приведения в действие диафрагменного сцепления для транспортных средств в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы.
Диафрагменные сцепления часто используются в автомобилях в качестве включаемых при трогании с места сцеплений в сочетании с автоматическими коробками передач. При этом диафрагменная пружина служит для приложения такого прижимного усилия, с которым снабженные нажимными дисками и фрикционными накладками диски сцепления приводятся во фрикционное замыкание между собой. Чтобы выключить сцепление, нажимной диск необходимо отвести от соответствующего диска сцепления, поэтому нагружающая нажимной диск диафрагменная пружина должна быть смещена против приложенного ею прижимного усилия. На практике подвижные от сервопривода органы выключения сцепления воздействуют через подходящее плечо рычага на диафрагменную пружину, так что прикладываемое органами выключения усилие выключения в любом случае меньше прижимного усилия, приложенного диафрагменной пружиной.
Сервопривод управляется включенным перед ним регулятором, который создает управляющие воздействия для сервопривода. Об отличии одно- и многодисковых сухих сцеплений, а также о включенных и выключенных сцеплениях здесь не говорится, поскольку принцип работы всех этих типов сцеплений одинаков и равным образом возникают связанные с этим описанные ниже недостатки. В качестве сервоприводов рассматриваются, в принципе, пневматические, гидравлические или электрические приводы, хотя в автомобильной технике используются, главным образом, пневматический или гидравлический сервоприводы.
Принципиальным недостатком диафрагменных пружин в сочетании с автомобильными сцеплениями является их очень нелинейная характеристика усилия выключения, т.е. кривая усилия выключения в зависимости от пути выключения. Эта характеристика отличается тем, что очень крутые участки, на которых усилие выключения очень сильно изменяется при заданном пути выключения, сменяются пологими участками, на которых на большом пути выключения усилия по существу не изменяются.
В соответствии с этой характеристикой усилие выключения имеет нелинейную зависимость от пути выключения. Это нелинейное усилие выключения приводит к тому, что усиление объекта регулирования изменяется в зависимости от пути выключения или от положения выключения органов выключения и сервопривода. Термин "усиление объекта регулирования" обозначает реакцию объекта регулирования на заданное управляющее воздействие сервопривода. Объект регулирования включает в себя, например, диафрагменную пружину, подшипник выключения, вилку выключения и привод. Эта реакция объекта регулирования на заданное управляющее воздействие изменяется в зависимости от положения.
Если не учитывать этот факт, например при расчете регулятора, то на участках с небольшим усилением объекта регулирования это приведет к очень инерционному поведению регулятора (времена достижения заданного положения сильно возрастают), или регулятор в местах с высоким усилением объекта регулирования будет проявлять склонность к колебаниям.
Исходя из вышеизложенного, в основу изобретения была положена задача создания устройства для приведения в действие диафрагменного сцепления для транспортных средств, в котором усиление объекта регулирования по всему пути выключения было бы по крайней мере приблизительно одинаковым и имело бы значение, при котором поведение регулятора не было бы ни инерционным, ни склонным к колебаниям.
Эта задача решается совокупностью признаков независимого пункта формулы изобретения, а предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.
Изобретение основано на осознании того, что усиление объекта регулирования, т.е. реакция объекта регулирования на управляющее воздействие, хотя, с одной стороны, и зависит от данного усилия выключения в определенной точке пути выключения, но с другой стороны, зависит также от действующего в этой точке управляющего воздействия сервопривода, что позволяет повлиять на усиление объекта регулирования или целенаправленно выбрать его за счет соответствующего изменения усилия сервопривода, направленного на решение поставленной выше задачи.
В соответствии с этим объектом изобретения является устройство для приведения в действие диафрагменного сцепления для транспортных средств посредством пневматического, гидравлического или электрического сервопривода, включающее в себя включенный перед сервоприводом регулятор, выходное управляющее воздействие которого управляет сервоприводом.
Для решения указанной выше задачи применен регулятор, характеристика которого (выходное управляющее воздействие в зависимости от заданной входной величины) рассчитана таким образом, чтобы посредством соответственно настроенного управления сервоприводом, обеспечивающего изменение прикладываемого сервоприводом усилия выключения сцепления, по крайней мере приблизительно компенсировать присущую диафрагменной пружине нелинейную характеристику усилия выключения (зависимость усилия выключения от пути выключения) настолько, чтобы усиление объекта регулирования оставалось по крайней мере приблизительно постоянным, а поведение регулятора не было ни слишком инерционным, ни склонным к колебаниям.
Поскольку технически возможно рассчитывать регуляторы таким образом, чтобы они имели требуемую характеристику, существует возможность за счет наложения характеристики усилия выключения диафрагменной пружины, с одной стороны, и соответствующей характеристики регулятора, с другой стороны, компенсировать нелинейную характеристику усилия выключения и придать усилению объекта регулирования требуемые свойства.
Как уже сказано, устройства для приведения в действие диафрагменного сцепления оборудуются, как правило, пневматическим или гидравлическим сервоприводами, управляемыми посредством управляемых впускных и выпускных клапанных устройств. В таком устройстве, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения регулятор может быть настроен таким образом, чтобы выдавать на клапанные устройства сервопривода управляющее воздействие в соответствии с заданной характеристикой в зависимости от положения выключения сцепления.
Таким образом, управляющее воздействие регулятора и, тем самым, управляющее воздействие управляемого им сервопривода в каждой точке пути выключения таковы, что результирующее усиление объекта регулирования по всему пути выключения остается, по крайней мере приблизительно, постоянным и имеет требуемую величину.
Чтобы в устройстве с пневматическим или гидравлическим сервоприводом, управляемым посредством управляемых впускных и выпускных клапанных устройств, создать максимально широкий диапазон расхода рабочего тела, уже известно использование клапанных устройств с двумя или более параллельно расположенными, управляемыми по отдельности клапанами, которые ступенчато подключаются для повышения расхода рабочего тела. Во избежание скачкообразного изменения расхода рабочего тела и тем самым управляющего воздействия исполнительного устройства в точках переключения в другом варианте осуществления изобретения предусмотрено, что при подключении и отключении отдельных клапанов клапанного устройства управление активными в каждом случае клапанами, т.е. расход рабочего тела через них, осуществляется посредством соответственно рассчитанной характеристики регулятора без изменения результирующего усиления объекта регулирования в точке переключения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, каждое клапанное устройство может содержать первый клапан с мембраной большего диаметра и второй клапан с мембраной меньшего диаметра, причем выше заданного управляющего воздействия регулятора активны оба клапана, а ниже этого управляющего воздействия активен только второй клапан. Значение, на которое должно изменяться управление клапанами при переключении, можно вычислить по физическим параметрам клапанов (диаметр мембраны и т.д.). За счет того, что в случае небольших управляющих воздействий (ниже заданного управляющего воздействия регулятора) управляется только клапан с мембраной меньшего диаметра, обеспечивается существенно более точное позиционирование без негативного влияния на настройку регулятора.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения клапаны клапанного устройства могут представлять собой двухпозиционные клапаны с управляемой частотой следования импульсов. Следовательно, расход рабочего тела через клапаны управляется не за счет изменения проходного сечения клапанов, а за счет числа циклов открытия/закрытия в единицу времени. Такие клапаны при простой конструкции и простоте, с точки зрения техники управления, в обращении обладают высокими функциональными надежностью и точностью.
На результирующее усиление объекта регулирования в системе можно повлиять также посредством изменяемого давления питания впускного клапанного устройства. В таком случае, согласно другому варианту осуществления изобретения, характеристика регулятора может быть рассчитана таким образом, чтобы компенсировать изменяющееся в зависимости от пути выключения сцепления давление питания впускного клапанного устройства для сохранения постоянства усиления объекта регулирования, и таким образом управляющее воздействие регулятора изменяется в зависимости от давления питания.
В другом варианте осуществления изобретения характеристика регулятора для компенсации нелинейности характеристики диафрагменной пружины может также непосредственно воздействовать на параметры регулятора и изменять их с целью обеспечения постоянства усиления объекта регулирования по пути выключения сцепления.
Изобретение подробно описано ниже на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - традиционное диафрагменное сцепление для транспортных средств во включенном состоянии,
на фиг.2 - представленное на фиг.1 диафрагменное сцепление в выключенном состоянии,
на фиг.3 - кривая характеристики усилия выключения представленного на фиг.1 и 2 диафрагменного сцепления,
на фиг.4 - блок-схема устройства для приведения в действие диафрагменного сцепления посредством пневматического сервопривода.
На фиг.1 в продольном разрезе изображено диафрагменное сцепление 2 традиционной конструкции. Сцепление 2 содержит соединенный с коленчатым валом 3 маховик 4, несущий через корзинообразную соединительную деталь 6 диафрагменную пружину 8. Она выполнена приблизительно кольцеобразной. Своей внешней периферией она соединена с соединительной деталью 6. От внешней периферии радиально внутрь на диафрагменной пружине 8 закреплен нажимной диск 10, который в показанном на фиг.1 включенном состоянии сцепления 2 прилегает к диску 12 сцепления, прижимает его к маховику 4 и создает фрикционное замыкание между соединенным с маховиком 4 нажимным диском 10 и диском 12 сцепления. Диск 12 сцепления прочно соединен с первичным валом 14 коробки передач, так что в показанном на фиг.1 включенном состоянии сцепления 2 первичный вал 14 коробки передач соединен с коленчатым валом 3 с возможностью вращения вместе с ним.
Диафрагменная пружина 8 имеет центральное отверстие 16, в которое входит соединенный с сервоприводом (не показан) орган 18, служащий для выключения сцепления, как это показано на фиг.2.
а
На фиг.2 диафрагменное сцепление 2 показано в выключенном состоянии. Орган 18 выключения перемещен вправо на величину пути  выключения, захватив при этом диафрагменную пружину 8 и соединенный с ней нажимной диск 10, прервав фрикционное замыкание между нажимным диском 10 и диском 12 сцепления, в результате чего сцепление 2 выключено.
Чтобы переместить орган 18 выключения из положения на фиг.1 в положение на фиг.2, необходимо с помощью сервопривода (не показан) приложить усилие F выключения.
а
На фиг.3 показана кривая изменения усилия F выключения в зависимости от пути  выключения, которая соответствует - слева направо - движению органа 18 выключения при включении сцепления 2. Точка Р1 соответствует включенному состоянию на фиг.1, в котором орган 18 не передает усилие на диафрагменную пружину 8, тогда как точка Р2 кривой k соответствует состоянию на фиг.2, в котором орган 18 должен приложить большое усилие выключения.
Как видно, кривая k очень нелинейная, как это типично для диафрагменных пружин. Без подходящей компенсации такая кривая приводит к тому, что усиление объекта регулирования, т.е. реакция объекта регулирования на постоянное регулирующее воздействие сервопривода, изменяется в зависимости от пути выключения, как об этом подробно говорилось выше.
Компенсация для обеспечения постоянства усиления объекта регулирования на всем пути выключения достигается посредством включенного перед сервоприводом регулятора.
На фиг.4 схематично изображено диафрагменное сцепление 20 с диафрагменной пружиной 22, которое может приводиться в действие пневматическим сервоприводом 24, как это уже было описано с помощью фиг.1 и 2. Сервопривод 24 управляется управляемыми впускным 26 и выпускным 28 клапанными устройствами.
Впускное клапанное устройство 26 включает в себя два двухпозиционных клапана 30, 32 с управляемой частотой открытия/закрытия. Клапан 30 имеет мембрану меньшего сечения, а клапан 32 - мембрану большего сечения.
Впускное клапанное устройство 26 соединено с источником 38 сжатого воздуха, который подает необходимый для перемещения сервопривода 24 подводимый воздух с определенным давлением питания.
Как уже сказано, для выключения диафрагменного сцепления 20 сервопривод 24 перемещается против усилия диафрагменной пружины 22, т.е. цилиндр сервопривода питается сжатым воздухом через впускное клапанное устройство 26. Если управляющее воздействие регулятора выше заданного предела, включаются оба клапана 30, 32. Если же управляющее воздействие ниже этого предела, включается только клапан 30 с мембраной меньшего сечения.
Чтобы на этом этапе усиление объекта регулирования не изменялось скачкообразно, управляющее воздействие на клапан, в данном случае частота включения клапана 30, изменяется в соответствии с расходом через незадействованный клапан 32, в результате чего расход рабочего тела плавно примыкает к расходу, ранее обеспечивавшемуся обоими клапанами. Значение, на которое необходимо изменить управление клапаном при переключении, можно вычислить по физическим параметрам клапана (диаметр мембраны и т.д.).
За счет того, что при небольших управляющих воздействиях (управляющее воздействие ниже заданного предела) происходит управление только клапаном с мембраной малого диаметра, обеспечивается существенно более точное позиционирование без негативного влияния на настройку регулятора.
Для включения сцепления 20 аналогичным управляемым образом через выпускное клапанное устройство 28 выпускается сжатый воздух, находящийся в цилиндре пневматического сервопривода 24.