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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
第1章 緒 論
隨著國民經濟的迅速發(fā)展，汽車成為重要的交通工具已越來越廣泛的運用于日常生活中。但其所帶來的問題也是不容忽視的。首當其沖的便是能源的過度消耗和環(huán)境的污染問題。本章主要介紹了汽車面臨的問題及解決辦法，并介紹了新型節(jié)能汽車的國內外發(fā)展情況。
1.1 汽車工業(yè)發(fā)展所面臨的問題
汽車是重要的交通工具，是科學技術發(fā)展水平的標志。汽車工業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，對社會的經濟建設和科學技術的發(fā)展起著重要推動作用。另外，汽車也是社會物質生活水平的標志。自第一輛汽車18“年問世以來至今己100多年，汽車工業(yè)從無到有，迅猛發(fā)展，產量大幅度增加，技術日新月異。目前全世界汽車的保有量已超過5億輛。雖然汽車工業(yè)發(fā)展良好，前景光明，但也面臨著不少問題急待解決。傳統(tǒng)的汽車驅動系統(tǒng)多采用機械操作系統(tǒng)，在汽車剎車、怠速和下坡時會損失大量的能量。而大量能量的損失會導致一系列問題[1]。
1.1.1 能源問題
近年來，能源問題的陰影己籠罩著全世界，能源問題已成為世界各個國家共同關注的焦點問題。自1972年第一次石油危機以來，在世界范圍內接連發(fā)生了第二次和第三次石油危機，再加上世界主要產油地區(qū)——海灣地區(qū)戰(zhàn)火不斷，極大的影響了世界石油供應。能源問題己成為關系國家經濟命脈的頭等重要問題。如何有效的利用能源己成為世界科學家與工程師們普遍關注的問題。與其它國家相比，正處于發(fā)展中的我國的能源消耗巨大，平均以每年3%的速度遞增。
1.1.2 環(huán)保問題
無獨有偶，與能源危機相伴而來的是環(huán)保問題。當今世界是和平與發(fā)展的年代，在總體和平的背景下，各國經濟情況較好，物資生活水平迅速提高?？墒?，隨著國民經濟的迅速發(fā)展，大量人為排放的廢水廢氣、噪音、無節(jié)制地取用地下水、沒有計劃的開發(fā)資源已嚴重破壞了自然界的生態(tài)平衡，酸雨、洪澇、干旱、各種罕見疾病等如洪水猛獸般不斷出現，對人們的日常生活帶來嚴重的影響，環(huán)境保護成為社會日益關注的問題。
在我國，據國家環(huán)境監(jiān)測機構對全國1999年各大中城市環(huán)境污染所做的報告顯示：在被調查的338個城市中，只有33.1%的城市的空氣狀況滿足國家空氣質量二級標準，另外66.9%的城市超過國家空氣質量二級標準。在這中間，還有137個城市超過國家空氣質量三級標準，占所統(tǒng)計城市數目的40.5%。在對大氣的主要污染物總懸浮物(TSP)的調查中，有60%的城市的TSP濃度值超過國家二級標準。在對另一項污染物二氧化碳濃度的調查顯示，年均值超過國家二級標準的達到28.4%左右。一些大城市機動車排放的污染物對各項大氣污染指標的貢獻率達到60%以上。全國有80%的城市的主要交通干線噪音超標，超過70分貝。在這方面，數目大的驚人的汽車無疑是罪魁禍首之一。汽車排房物中有大量的有害物質，包括碳氧化合物，氮氧化合物和黑煙等等[2]。
另外，在當代的城市中，由于汽車剎車、啟動頻繁，經常鳴笛，從而為都市的生活造成了很大的噪音。即使汽車在一般的行駛過程中其噪音也達到了80~90分貝。一般的噪音會影響人的工作效率，引起人的煩惱。噪音達到35分貝以上的時候就會影響人的睡眠休息，甚至分致耳聾或其它疾病，從而導致一系列的惡性后果，嚴重影響人們的正常生活。
1.2 節(jié)能環(huán)保汽車的發(fā)展情況
節(jié)能汽車在當今我們這個提倡節(jié)約的社會越來越被人們廣泛關注。各種各樣節(jié)能型汽車的不斷出現為汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了良好的開端。本節(jié)主要介紹國內外幾種形式的節(jié)能汽車發(fā)展情況及程度，在了解其基本情況的基礎上可拓展一下我們的視野和思維。
1.2.1 總體發(fā)展思路
實施汽車排放清潔的方式很多，比如提高油的品質、在燃油中加入添加劑。但通過汽車技術創(chuàng)新來實現環(huán)保的思路只有三條：一是在傳統(tǒng)汽車的基礎上進行技術改造；二是開發(fā)全新的汽車，利用新能源；三是安裝凈化裝置。其中，技術改造包括電控噴射技術，半導體輔助點火系，無觸點點火系，微機控制點火系和無分電器點火系。開發(fā)新能源包括電動汽車，太陽能汽車，氫動力汽車，醇類燃料汽車和天然氣汽車。安裝凈化裝置包括催化式凈化器，陶瓷微粒捕集氧化器，靜電微粒捕集器和袋濾器等。
1.2.2 國外發(fā)展情況
在國外，以節(jié)能驅動為目的的研究發(fā)展情況主要如下：
一種以發(fā)動機長時間處于經濟工況為目的的復合驅動系統(tǒng)(即在相對于同等車型的底盤上裝用小功率發(fā)動機，在不失動力性的同時獲得較高經濟性的技術)研究已有很長時間，并取得相當的成功。
上世紀七十年代末期和八十年代初期，原聯邦德國的大眾和美國的福特公司開始分別在Pinto和Chico小轎車上、原聯邦德國的Mannesmann Rexroth加Hydromati。兩家公司在公共汽車上進行了節(jié)能的有關研究工作，前蘇聯也進行了類似的工作。概括起來有靜液壓傳動的飛輪蓄能的電力復合驅動和特殊異步電機控制蓄電池組蓄能的電力復合驅動兩種型式。試驗結果表明，靜液壓飛輪復合驅動可使每循環(huán)(加、減速循環(huán))平均油耗降低約30;電力復合驅動平均循環(huán)節(jié)約油20，同時，提高了汽車的加速性能，延長了其使用壽命。到了九十年代，隨著液壓和電動技術的發(fā)展，世界許多汽車公司加緊了對復合驅動汽車的研制和開發(fā)。俄羅斯的阿茲勒克A3JTK一2141和拉斯J1A3一4202公共汽車運用成熟的技術開發(fā)了小功率發(fā)動機加儲能器的復合驅動裝置，油耗分別下降了29%～62%和18%～42%。94～96年俄羅斯依熱大斯克車輛廠采用鉛酸電池作為電能儲存器，發(fā)動機油耗比原車型降低21%以上，在車輛的燃油經濟性得到了可觀提高的同時，排放也得到了人大的改善，二氧化碳的排放率下降50%, CO, HC和NO、只有傳統(tǒng)發(fā)動機的1/10,且有良好的加速性，反應更加靈敏。另外，美囚的通用福特、克萊斯勒在九十年代中期與美國能源部投資上億美元開發(fā)復合驅動項目研究，最近俄羅斯專家提出用電容器儲能裝置研究復合驅動汽車，其優(yōu)點是質量功率大，并能在數秒內存儲和釋放能量。
隨著世界性油料緊張，價格上漲，尾氣排放限制越來越嚴格;復合驅動是今后汽車節(jié)約傳動的一種發(fā)展趨勢。美國PNGV(美國政府和汽車工業(yè)界的合作契約的簡稱)計劃十年內開發(fā)出三倍與目前燃料效率的汽車，其研究主要從三個方面著手，一是提高燃料轉換成機械能的效率，二是降低車重減少汽車對能量的要求，三是實現再生制動，將減速及制動過程損耗的能量回收利用。
最近，瑞士科學家又研制成功了一種新型的節(jié)能環(huán)保車。據俄羅斯國際傳媒新聞網的報道，瑞士聯邦工程大學利諾·顧澤拉教授帶領的專家小組近日研發(fā)、制造出了世界上消耗燃料最低的汽車并給它起名為Pac-Car，如圖1.1所示。顧澤拉教授介紹說，Pac-Car中運用了目前世界上先進的氫氣動力技術。只需要8升燃料，人們就可以駕駛這種汽車環(huán)游世界一周！此外，這種汽車的另一大優(yōu)點就是，它在公路上行駛時絕對不會污染環(huán)境[3]。
圖1.1 氫動力汽車
1.2.3 國內發(fā)展情況
在國內，汽車的節(jié)能技術研究開展了很長一段時間，取得了一定成就。但多局限于內燃機的個別系統(tǒng)。以運行的車輛整體為研究對像，通過回收被損失的機械能予以再利用的義合驅動途徑改善車輛燃料經濟性、動力性、環(huán)保性的研究尚不多見。
另外，還有一種采用二次調節(jié)靜液傳動的系統(tǒng)其功能與復合驅動系統(tǒng)似，二次調節(jié)靜液傳動是德國學者H.W.Nilaus提出的一種新型靜液傳動技術，它利用驅動元件(液壓馬達/泵，也稱為二次元件)能夠工作在由其輸出轉速和輸出轉矩構成的直角坐標系中四個象限的特點，把工作系統(tǒng)的慣性能和重力能回收并儲存.在需要時再將所儲存的能最釋放。此外，該系統(tǒng)還具有調節(jié)方便、易對多種參數(如轉速、轉矩和功率)進行控制等優(yōu)點，可廣泛地應用于車輛的驅動中，尤其在頻繁剎車、起動的城市公交車輛中，它可以極大地提高系統(tǒng)效率，節(jié)約能源。在國內哈爾濱工業(yè)人學對其進行了大量研究，取得了一些成果。
我國的新型的電動節(jié)能轎車的開發(fā)和研制也取得了很大的進展，華中科技大學研制成功了一種這類車輛。據介紹，這種純電動轎車的驅動系統(tǒng)是該校自行研制的開關磁阻電機及其控制器，采用了與世界先進水平保持同步的全數字化高性能控制技術，并具有明顯的性能與價格優(yōu)勢。動力源為高性能鋰離子電池。傳動系統(tǒng)取消了離合器，專門設計制作了傳動箱，無須手動變速，操作方便。該汽車具有電機能量回收制動系統(tǒng)和機械制動系統(tǒng)，一次“能量補給”能續(xù)駛250公里，適合于各種路況，具有零排放、低噪音、運行平穩(wěn)、出力大、自動調速、快響應等明顯特點。
現在國家對小排量汽車也取消了限制，建立能源節(jié)約型，環(huán)境友好型的社會已經成為了一個熱門話題，前不久，國務院辦公廳轉發(fā)了國家發(fā)改委等六部委聯合發(fā)布的《關于鼓勵發(fā)展節(jié)能環(huán)保型小排量汽車的意見》，要求取消一切針對節(jié)能環(huán)保型小排量汽車在行駛線路和出租汽車運營等方面的限制，小排量汽車的發(fā)展再次成為業(yè)內關注的焦點。發(fā)展節(jié)能環(huán)保小排量汽車是一件魚與熊掌能夠兼得的利國利民的好事。既能發(fā)展汽車工業(yè)，又可緩解能源資源短缺的壓力，既能促進中國經濟持續(xù)快速發(fā)展，又可滿足廣大消費者消費結構升級過程中的需求。他說，發(fā)展經濟型的環(huán)保小排量汽車，要致力于消除體制性、政策性、觀念性等多重障礙，通過財政稅收等體制改革、加大對節(jié)能環(huán)保型小排量汽車研發(fā)的支持力度、更新消費者消費觀念等手段，為節(jié)能環(huán)保型小排量汽車的發(fā)展創(chuàng)造一個好的體制環(huán)境、政策環(huán)境和發(fā)展環(huán)境。相信我們的節(jié)約環(huán)保汽車的前景會更加的美好[3]。
1.3 液壓節(jié)能驅動技術在汽車上的應用
車輛行駛過程中，按著起步、加速、勻速、減速和制動等工況循環(huán)交替地工作。 車輛在減速、制動工況，實質上是將其在上一工況行駛中具有的機械能借助空氣阻力、道路阻力、制動器以及發(fā)動機制動予以吸收。這一工況不僅使機械能量被浪費掉，制動系統(tǒng)磨損，而且，發(fā)動機處于強推怠速工況，燃燒及排放惡化。
車輛在加速與上坡工況，發(fā)動機處于大負荷甚至超負荷狀態(tài)，混合氣濃度大，耗油量加大且燃燒不完全現象加劇。導致油耗大且加劇環(huán)境噪聲與廢氣污染。
起步工況，車輛狀態(tài)由靜到動，由于慣性載荷大(尤其對大、中型車輛)，導致耗油多，沖擊力大。在汽車的減速及制動過程中若減速度大于車輛在該車速、環(huán)境、路況下自由滑行的減速度，則該過程中即有可回收利用的慣性能量(通過發(fā)動機制動、制動器制動所消耗的能量)。
由上述分析可見，如果將車輛在減速制動工況損失的機械能加以回收，使發(fā)動機處于正常的怠速工況:然后在車輛起步、加速、爬坡等工況子以釋放，幫助發(fā)動機工作，使發(fā)動機更長時間處于經濟工況下運轉。這樣不僅可以節(jié)約油料，提高動力性，減少裝車功率，延長車輛使用壽命，而且還可以減低噪聲和廢氣對環(huán)境的污染。
1.4 液壓節(jié)能驅動技術的發(fā)展前景
液壓混合動力技術是指在不改變傳統(tǒng)客車底盤結構和發(fā)動機的前提下，通過在底盤上加裝一套液壓再生驅動總成，使大部分通常被浪費掉的制動能量有效回收儲存、并利用在車輛起動和加速上，從而達到節(jié)約燃油、降低排放、減少發(fā)動機和制動器磨損的作用。
產品特點和優(yōu)勢：減少30%（最高可達42%）的燃油消耗；減少50%的尾氣排放；減少80%的制動維修費用；減少50%的發(fā)動機磨損；增加50%的制動力；增加40%的加速力；減少50%的運行費用；價格便宜，整車成本增加不超過30%；維修保養(yǎng)操作簡便，一般車輛維修廠均可對該產品進行維修保養(yǎng)
技術創(chuàng)新性：液壓裝置上，采用新的液壓網絡節(jié)能理論新的節(jié)能控制策略該總成采用國際標準工業(yè)通訊CAN總線進行計算機智能控制。
市場現狀和前景：液壓再生能量驅動裝置具有很廣闊的市場切入面，具有投入小,見效快的特點。既可以對在用車進行改造，也可以作為新車的一個可選擇的配置直接裝備在新車上。對在用車進行改造的主要產業(yè)鏈群體為各地公交運營公司，而裝備于新車的主要產業(yè)鏈群體是客車生產廠家和底盤生產廠家。以北京公交為例，北京公交目前擁有公交運營車輛1萬8千多輛，每年燃油費用高達10億元人民幣，如果全部安裝上液壓再生驅動總成，每年可為公交節(jié)省3-4億元的燃油費用。如果推廣至全國，市場前景將相當可觀。
另外，再加上系統(tǒng)的節(jié)能與環(huán)保方面的優(yōu)勢，更是能給社會帶來巨大的經濟效益和社會效益。
第2章 車輛液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)工況分析
液壓系統(tǒng)的設計有著明確的規(guī)范和要求，而對整個系統(tǒng)所進行的工況分析是必不可少的。只有在明確系統(tǒng)的工作情況后才能進行具體的改造和設計。本章主要介紹了汽車的工作情況及各方面的性能要求，以便設計參考。
2.1 液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)的設計要求
設計液壓系統(tǒng)時，首先要明確主機對液壓系統(tǒng)的要求，具體包括[4]：
1、主機的動作要求 是指主機的哪些動作要求用液壓傳動來實現，采用哪種類型的執(zhí)行元件，各執(zhí)行元件間的動作循環(huán)及其動作時間是否需要同步，互鎖等。
2、主機的性能要求 是指主機對采用液壓傳動的各執(zhí)行機構在力和運動方面的要求。各執(zhí)行機構在各工作階段所需的力和速度的大小，調速范圍，速度的平穩(wěn)性，動作周期等方面都必須有明確的數據。對要求高精度，高生產力及自動化程度高的主機，還要提出靜，動態(tài)指標的要求。
3、主機的使用條件和工作環(huán)境 如環(huán)境溫度的變化范圍，作業(yè)場地等情況，灰塵狀況等；周圍有無易燃物質和腐蝕氣體等，也應加以注意。
4、其他要求 如液壓裝置在重量，外行尺寸等方面的限制以及經濟性，耗能方面的要求。
2.2 工況分析
液壓系統(tǒng)的工況分析就是分析設備在工作過程中，其執(zhí)行元件的負載和運動之間的變化規(guī)律。在此基礎上，繪制出負載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖。工況分析包括負載分析和運動分析。
2.2.1 例子
汽車行駛速度變化典型曲線如圖2.1所示。
圖2.1 汽車行駛速度變化實測圖
從圖2.1可知，公交汽車時速一般低于60 km/h且加減速頻繁，大多數時間公交汽車處于20 km/h～40 km/h的較低速度。僅就公交汽車在通行較為順暢的市郊路段而言，經實測其起步、加速、減速、制動工況頻率高達72%以上。并且隨著道路、交通流量和環(huán)境的復雜化，這一頻率會變得更大。
因為加減速頻繁，所以大量的能量在制動時被浪費，同時也加速了機器零件的磨損，增加了廢氣的排放量。
2.2.2 測定結果分析
由于汽車運動具有隨機性，因此采用統(tǒng)計學原理進行分析，把單位時間內速度變化絕對值小于士0.255的運行工況(即有效載荷是1.5T脫擋滑行減速度值。)定為勻速工況；減速度大于0.255者定義為減速度工況；加速度值大于0.255者定義為加速工況。
經對記錄曲線統(tǒng)計:平均行駛速度為20～40km/h；依發(fā)生時間統(tǒng)計勻速工況，加速工況，減速工況，頻率分別為27.8 % 、44.88%、27.30%，如圖2.2所示，典型脫擋滑行減速度均值為-0.255，收油門減速度為-0.255～0.65，制動減速度為-0.65～9.0 。
圖2.3是全程典型減速、制動與加速循環(huán)工況，其平均減速度為0.689，典型加速強度為0.729，平均加速強度為0.419 。
圖2.2 加、減、勻速頻率圖
圖2.3 典型加速、減速與制動工況圖
2.3 制動系統(tǒng)性能要求
標準規(guī)定的制動系統(tǒng)性能是在規(guī)定的條件下，通過測量相應的初速度下
的制動距離和/或充分發(fā)出的平均減速度來確定。
充分發(fā)出的平均減速度按下列公式計算[GB 12676 –1999]
（2.1）
式中 —實驗車制動初速度；
—0.8實驗車速；
—0.1實驗車速；
—實驗車速從到的行駛距離；
—實驗車速從到的行駛距離。
2.4 本章小結
本章主要介紹了液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)的設計要求，并對汽車工況進行了測定分析，給出了汽車速度和工況等隨時間變化的曲線圖，從而使我們更加了解車輛的各方面的性能。
第3章 車輛液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)方案設計
本章主要介紹液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)的工作原理，對各個部分進行了簡要的說明并明確其在系統(tǒng)中的功能。另外簡單的介紹了二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)以便于更好的理解節(jié)能驅動系統(tǒng)。
3.1 節(jié)能驅動系統(tǒng)方案確定
本次設計的目的是通過對公交車輛在制動時的所產生的慣性能加以存儲和利用，從而達到節(jié)約能源，減少環(huán)境污染的目的。經過各方案的比較，最終決定采用這種液壓復合驅動系統(tǒng)。所謂復合驅動系統(tǒng)是采用兩種以上的驅動方式作為動力來源。本次設計的第二個能量來源就是系統(tǒng)所儲存的液壓能。
3.1.1 液壓復合驅動系統(tǒng)的組成
1、 蓄能器
蓄能器是本系統(tǒng)中最為關鍵的元件之一，在系統(tǒng)中起到儲存、釋放能量的作用。
2、 液壓泵/馬達
液壓泵/馬達都是液壓傳動系統(tǒng)中的能量轉換元件。液壓泵將機械能轉換為液壓
能，即由原動機驅動，把輸入的機械能轉換為液壓能，再以壓力和流量的形式輸送到系統(tǒng)中去。液壓馬達將液壓能轉換為機械能，即將輸入的液壓能轉換為機械能，以轉矩和轉速的形式輸送到執(zhí)行機構做功。
3、 離合器
離合器是傳動系統(tǒng)中的關鍵元件。通過閉合和分離兩種狀態(tài)來達到液壓能的輸出和截止。
4、 輔件
包括電磁換向閥、過濾器、壓力表等。具體作用見4.3。
3.1.2 液壓復合驅動系統(tǒng)的工作原理
以下是液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)圖，通過此圖來說明該系統(tǒng)的工作過程。
1 -分動器 2- 傳動軸 3 -單片機 4 -電磁閥 5-蓄能器 6 -壓力表 7-安全閥 8 -油箱
9 -變量泵/馬達 10 -離合器 11 -濾清器 12 -變量泵/馬達工作機構 13 -油門踏板
14 -剎車踏板 15-壓力繼電器
（1）加速信號 （2）減速信號 （3）壓力信號 （4）閥控制信號 （5）壓力繼電器信號
（6）工作機構控制信 （7）分離機構控制信號
圖3.1 液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)圖
能量的回收與釋放通過可逆的油泵/馬達9實現，在蓄能時作為油泵，在能量釋放時作為馬達。液壓泵/馬達的蓄能能量釋放功能轉換山電磁閥4及其相應的輔助裝置實現，并受單片機控制，單片機接受發(fā)動機轉速、泵/馬達轉速、系統(tǒng)壓力、車輛運行狀況及駕駛員操作意圖等相關傳感信號，綜合處理后對節(jié)能系統(tǒng)進行控制。
回收的能量以液壓能的形式存貯于蓄能器5中，在能量釋放過程中，貯存的液壓能由馬達經分動器接口傳動軸協(xié)同發(fā)動機驅動底盤工作。為消除回收能量時發(fā)動機起制動作用而使能量不能充分回收再利用，方案設置了車的傳動系統(tǒng)與發(fā)動機間的動力流電控液動離合裝置。該裝置工作信號與主控閥信號相一致，在能量回收時將發(fā)動機與傳動系統(tǒng)間動力傳遞切斷，從而消除了減速制動過程中的發(fā)動機起制動作用，而使蓄能裝置不能充分發(fā)揮作用的現象，同時也消除了發(fā)動強推怠速工況。
3.1.3 功能描述
汽車制動分為緊急制動與普通減速。前者直接使用汽車原有剎車系統(tǒng)。后者使用節(jié)能驅動系統(tǒng)，當減速開始時，司機輕踩剎車踏板，通過踏板上的傳感器及控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)被激活。變量泵/馬達作為泵，將油液從油箱泵入蓄能器。同時，泵/馬達產生扭矩進行制動。蓄能器通過氣囊將氣體與液體分開。當蓄能器未泵入液體時，蓄能器內氣體壓力維持在較低值。在減速過程當中，逐漸增加的液體容積迫使氣囊變小，因此氣體壓力也隨之增大并接近最大值。在這個過程中，泵/馬達產生的制動扭矩也逐漸加大。當系統(tǒng)壓力達到最大值時，馬達也產生最大的制動扭矩，同時液壓系統(tǒng)的安全閥打開，使得系統(tǒng)壓力不再增加，泵/馬達也將保持該制動力矩，直到將車輛速度減至理想速度。
如果遇到緊急情況，要求汽車在極短的時間內將速度減到很小或停止，司機將踩動剎車踏板，則在節(jié)能驅動系統(tǒng)產生最大制動力矩的同時，原有的汽車剎車系統(tǒng)也將起作用，兩套制動系統(tǒng)一起動作將速度減至理想。
如果節(jié)能驅動系統(tǒng)的蓄能器未充滿而減速過程已停止，則系統(tǒng)將保持該壓力，等下一個加速或減速過程將釋放或充滿。
當汽車開始啟動加速時，高壓液體經過開關閥驅動變量泵/馬達，該元件作為馬達再推動驅動軸，使汽車啟動加速。在這個過程當中，發(fā)動機同時運作，汽車此時有兩個動力源，使得汽車能在更短的時間內加速并減少發(fā)動機耗油量。當在加速過程中，節(jié)能驅動系統(tǒng)內壓力小于調定值時，由壓力傳感器發(fā)信號自動斷開與傳動系統(tǒng)的連接，由發(fā)動機驅動汽車繼續(xù)前進。
在水平路面上，蓄能器所儲存的能量達這個速度后，發(fā)動機轉速增加并逐漸與驅動軸協(xié)調一致，汽車傳動系統(tǒng)開始運轉。發(fā)動機接替變量泵/馬達輸出動力。汽車又回到剎車減速前的正常狀態(tài)。
3.1.4 車輛的控制方法
1、汽車開始制動時，司機踩動剎車踏板，由制動踏板控制的變量泵/馬達控制開關將其轉化為泵工作。汽車的動能通過車輪、傳動系驅動泵工作。給蓄能器提供液壓能，這樣就把汽車制動時的動能轉換成液壓能儲存起來。系統(tǒng)壓力的最大值可通過安全閥控制。如在緊急狀態(tài)，要求汽車的減速度較大時，繼續(xù)踩制動踏板，激活汽車的機械剎車系，使汽車迅速停車。
當緊急制動時，司機猛踩剎車踏板，踏板在極短的時問內就通過啟動節(jié)能驅動系統(tǒng)階段的行程，在本系統(tǒng)起作用的同時，汽車原來的剎車系統(tǒng)也一起制動，從而使汽車能在極短時間內減速至要求速度或停止。
2、當汽車起步加速時，駕駛員踩動加速踏板。加速踏板控制的變量泵/馬達控制開關使得變量泵/馬達轉化為馬達工作狀態(tài)。與變量泵/馬達相連的離合器結合，馬達給車輛提供動力，同時，發(fā)動機也給汽車提供動力。馬達在蓄能器釋放的壓力能推動下運轉，使汽車起步或加速，隨著汽車加速運動，蓄能器內壓力能減少，壓力降低。當壓力低于設定值時，壓力傳感器發(fā)出信號控制節(jié)能驅動系統(tǒng)的離合器與汽車傳動系脫開。發(fā)動機接替變量泵/馬達為汽車提供能源，驅動汽車前進。
當汽車在行駛過程中加速時，隨著司機踩動油門，在發(fā)動機加大輸出功率的同時，節(jié)能驅動系統(tǒng)也被激活。當泵/馬達輸出軸的轉速與發(fā)動機的轉速相匹配時，控制系統(tǒng)控制與汽車傳動系接合，為汽車提供額外動力，直至加速過程結束或系統(tǒng)所儲存液壓能釋放完畢，才將本系統(tǒng)與汽車傳動系斷開。
3.2 二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)簡介
二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)功能與復合驅動系統(tǒng)類似，二次調節(jié)靜液傳動是德國學者H.W.Nilolaus提出的一種新型靜液傳動技術，它利用驅動元件(液壓馬達/泵，也稱為二次元件)能夠工作在山其輸出轉速和輸出轉矩構成的直角坐標系中四個象限的特點，把工作系統(tǒng)的慣性能和重力能回收并儲存，在需要時再將所儲存的能最釋放。此外，該系統(tǒng)還具有調節(jié)方便、易對多種參數(如轉速、轉矩和功率)進行控制等優(yōu)點，可廣泛地應用于車輛的驅動中，尤其在頻繁剎車、起動的城市公交車輛中，它可以極大的提高系統(tǒng)效率，節(jié)約能源。采用該技術的公交車組成結構如圖3.2。在圖3.2中，發(fā)動機2帶動液壓泵4為系統(tǒng)提供所需的液壓能，在液壓能的作用卜，二次元件6通過后橋7驅動車輛的驅動輪8，實現車輛的加速和勻逆行駛。當車輛在制動過程中，二次元件在控制器1的控制下，使二次元件處于液壓泵工況，由動能轉化輸出的壓力能送入液壓蓄能器5，將車輛的動能以壓力能的形式存此在液壓蓄能器中：在啟動和加速過程中，二次元件處于液壓馬達工況，液壓蓄能器中的壓力能又通過工作于液壓馬達工況的二次元件轉變?yōu)槠嚨膭幽躘4]。
1-控制器 2-發(fā)動機 3-離合器 4-液壓泵 5-液壓蓄能器 6-二次元件 7-后橋 8-驅動輪
圖3.2 采用二次調節(jié)靜液傳動技術的城市公交車輛傳動系統(tǒng)結構示意圖
3.2 本章小結
本章首先從整體上對液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)作了介紹，明確了系統(tǒng)方案及組成，并對各個元件的作用進行了說明。隨后對照系統(tǒng)圖對其原理進行了詳細的解釋，并結合車輛的實際行駛過程對系統(tǒng)的各種功能及控制方法進行了描述。
第4章 驅動系統(tǒng)設計
本章主要對液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)中的各個元件進行了詳細的介紹，并分別對蓄能器、液壓馬達、電磁閥等關鍵零件進行了各項性能標準的標定并對其工作原理進行了介紹。該部分是整個液壓驅動系統(tǒng)的核心。
4.1 蓄能器的工作原理及參數計算（NXQ系列蓄能器）
蓄能器作為整個液壓系統(tǒng)的關鍵零件之一，必須明確其功能和設計標準，本節(jié)著重介紹了其工作原理和各項指標的計算方法，并對其進行了校合。
4.1.1 蓄能器的工作原理
NXQ系列膠囊式蓄能器是液壓系統(tǒng)中重要的不可缺少的液壓輔件。有儲蓄能量、穩(wěn)定壓力、消除脈動、吸收沖擊、補償容量和補償泄漏等作用。
油液實際是不可壓縮的，因此不能蓄積壓力能。膠囊式蓄能器是利用氣體（氮氣）的可壓縮性來蓄積液體的原理（即采用氮氣作為壓縮介質）而工作的。
膠囊式蓄能器由油液部分和帶有氣密隔離件的膠囊（內裝氮氣）構成。位于膠囊周圍的油液與液壓回路相通。因此，當壓力升高時油液進入囊式蓄能器由此氣體被壓縮；當壓力下降時，壓縮氣體膨脹，進而將油液壓入回路，
以下明確了部分NXQ系列液壓蓄能器的表示方法及技術參數和各種型號的各項標準，以便根據系統(tǒng)要求選擇適當的蓄能器[5]。
圖4.1 NXQ型蓄能器螺紋連接結構簡圖
設計標準見表4.1。
表4.1 NXQ系列蓄能器技術參數表
型號
公稱
壓力
公稱
容積
尺寸
重量
NXQ-0.63/*-L
10
20
31.5
0.63
89
50
190
318
4.5
NXQ-1/*-L
1
290
418
6
NXQ-1/*-L
1
114
50
205
333
6
NXQ-1.6/*-L
1.6
152
65
215
370
12.5
NXQ-2.5/*-L
2.5
280
435
15
NXQ-4/*-L
4
390
545
18.5
NXQ-6.3/*-L
6.3
560
715
25.5
4.1.2 參數計算
由于本系統(tǒng)任務是將車輛的所損失的機械能(主要是動能)轉換為液壓能，所以根據能量守恒定律，車輛所損失的機械能必與系統(tǒng)液壓能相等。
汽車制動前后動能損失為：
（4.1）
式中 —車輛的質量 ；
、—車輛制動前后的速度。
而在液壓系統(tǒng)中，蓄能器為儲能裝置。其儲存的液壓能應與汽車損失的動能相等。對于蓄能器，根據單通道穩(wěn)態(tài)流動能量方程，有如下能量守恒公式：
（4.2）
式中 —單位質量流體與外界的作用功；
—所考察的兩截面5的壓力能差；
—所考察的兩截面間的動能差；
—所考察的兩截面間的壓縮能差；
—所考察的兩截面間的位能差；
—所考察的兩截面間的內能差；
—對外熱傳導，輻射，對流等熱能損耗。
以下為對公式的幾點說明：
1、壓力能使液壓技術中最主要的能量形式，也是蓄能器的主要儲能方式。在液管路中，單位質量流體介質的壓力能表達式為：
（4.3）
式中 —液體密度；
—壓力；
—體積流量。
2、單位質量液體所具有的動能為
（4.4）
式中 —單位液體所具有的動能；
—液體的流動速度。
3、壓縮能是因液體的可壓縮性而消耗的能量。工程上認為，容積隨著壓力升高按線性規(guī)律逐步被壓縮，故其壓縮能為：壓縮能是因液體的可壓縮性而消耗的能量。工程上認為，容積隨著壓力升高按線性規(guī)律逐步被壓縮，故其壓縮能為：
（4.5）
式中 —介質的體積彈性能量；
—壓力。
由于液體的可壓縮性較差，即液體體積變化受壓力影響很小，在主要靠壓力能儲能，即壓力能為主要儲能方式下可以忽略不計。位能相對于壓力能所占的比重很小，可以忽略不計。
4、位能相對于壓力能所占的比重很小，可以忽略不計。
5、指能量損耗導致的介質溫升的熱能部分
（4.6）
式中 —介質比熱。
—介質升溫的熱能；
—溫度的變化量。
6、項由于難以估算，且系統(tǒng)溫升限定在熱平衡狀態(tài)，故忽略不計。綜上所述，把以上不容忽視的各項能量表達式代入能量守恒方程式4.2中，得
（4.7）
本系統(tǒng)所采用的蓄能器中，所儲存的能量形式主要是壓力能。由于蓄能器充、放油完成后，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，殼體內液體處于靜止非流動狀態(tài)，故液體速度為零。同時，由于介質的能耗導致的溫升的熱能部分，即內能部分，考慮到蓄能器與整個液壓系統(tǒng)相通，且熱能又在通過傳導、對流、輻射的形式散失，因而介質的能耗導致的液體溫升總體不大，故也可在計算蓄能器的儲能量時不以考慮[6]。
所以，由式（4.7）可計算蓄能器的儲能量為：
（4.8）
式中 —蓄能器最大工作壓力；
—蓄能器最大工作容積。
因此，聯立公式（4.1）、（4.8）可得:
（4.9）
式中 —汽車傳動系效率；
—液壓系統(tǒng)效率。
汽車行駛方程式為：
（4.10）
式中 —車輛驅動力 ；
—空氣阻力 ；
—坡度阻力 ；
—車輛慣性力 ；
—滾動阻力 。
其中
（4.11）
（4.12）
（4.13）
（4.14）
式中 —滾動阻力系數；
—空氣阻力系數；
—汽車正面投影面積；
—車速；
—變量泵/馬達輸出角速度；
—坡度角；
—速度轉速轉換系數；
—旋轉質量換算系數。
變量泵/馬達輸出軸上，驅動扭矩方程為:
（4.15）
式中 —變量泵/馬達輸出轉矩；
—汽車傳動比；
—車輪工作半徑。
公共汽車的運行車速一般都比較低，因此，所受的空氣阻力很小，可忽略不計。系統(tǒng)工作壓力可根據扭矩選擇，但應有一定范圍。系統(tǒng)工作壓力低，勢必加大液壓元件的結構尺寸，而樣機布置空間不允許，同時，從材料消耗角度也不經濟；反之，壓力選得太高，對液壓元件密封、制造精度要求就高，必然提高裝置成本。所以依據該裝置工作性質與環(huán)境，初選為[7]
（4.16）
將選定的壓力代入公式(4.5)中，可得蓄能器工作容積為：
（4.17）
由此可得蓄能器公稱容積公式為：
（4.18）
式中 —所需蓄能器公稱容積 ；
—充氣壓力；
—指數，取1.4，按絕熱處理；
—蓄能器工作容積，按式（4.17）計算；
—最高工作壓力；
—最低工作壓力。
在本系統(tǒng)中蓄能器作為蓄能使用，所以蓄能器充氣壓力應按以下計算：
1、蓄能器總容積最小，單位容積儲存能量最大的條件下，絕熱過程時
（4.19）
2、使蓄能器重量最小時
（4.20）
3、壓縮能是因液體的可壓縮性而消耗的能量。工程上認為，容積v隨著壓力升高按線性規(guī)律逐步被壓縮，故其壓縮能為:在保護膠囊，延長其使用壽命的條件下
折合形氣囊 （4.21）
波紋形氣囊 （4.22）
隔膜式 （4.23）
蓄能器的充氣壓力，根據應用條件的不同，選用不同計算公式進行計算。代號含義同前。對于蓄能器最低工作壓力和最高工作壓力作為動力源來說，蓄能器的最低工作壓力應滿足
（4.24）
式中 —最遠液壓機構的最大工作壓力；
—蓄能器到最遠液壓機構的壓力損失（）。
從延長皮囊式蓄能器的使用壽命考慮
（4.25）
越低于極限壓力3，皮囊壽命越長，提高雖然可以增加蓄能器有效排油量，但勢必使泵的工作壓力提高，相應功率消耗也提高了，因此凡應小于系統(tǒng)所選泵的額定壓力。作為動力源的蓄能器，為使其在有效工作容積過程中液壓機構的壓力相對穩(wěn)定些，一般推薦
（4.26）
蓄能器作為液壓能儲存和釋放的裝置。根據在本設計中其應具有較強的能量儲存與釋放功能，以及反應靈敏，工作平穩(wěn)可靠使用方便，壽命長等要求。綜合比較彈簧式、氣瓶式、活塞式和氣囊式蓄能器的特點，選用氣囊式蓄能器，如圖4.2所示。
圖4.2 NXQ型皮囊式蓄能器結構圖
4.1.3 蓄能器的校核
蓄能器是本系統(tǒng)的關鍵元件之一，不同型號具有不同的標準。其公稱容積和壓力允許范圍必須經過嚴格的校合以便選擇蓄能器的型號。
以下是對本次設計所用蓄能器所做的校核：
各參數確定如下：
由式（4.16）得，最低工作壓力和最高工作壓力分別為20和35。
由于本系統(tǒng)是在單位容積存儲能量最大的條件下進行設計，所以即沖氣壓力取0.471。
又公交車最高速度為60，最低為20，即=60，=20。
公交車輛最大質量為12。
假設汽車傳動系效率和液壓系統(tǒng)效率均為最大，為1。
由式（4.17）可得：（因為最大工作容積，所以=20。）
由（4.18）可得：
由表4.1可選擇NXQ-L4/31.5型號蓄能器，其壓力和公稱容積均可符合要求。
4.2 變量泵/變量馬達的計算
為了分析簡單，假定汽車運行在水平路面上。將(4.10)代入式(4.15 )并經過轉換得變量泵/馬達與負載的轉矩平衡方程為：
（4.27）
式中 —變量泵/馬達輸出角加速度；
—汽車質量轉換為變量泵/馬達軸上的轉動慣量與變量泵/馬達轉動慣量之和
；
—滾動摩擦力折算到變量泵/馬達輸出軸上的負載扭矩，。
當汽車制動時，二次元件的轉速由開始加速至，對式(4.18)進行變換得：
（4.28）
式中 —液壓蓄能器內氣體壓力；
—變量泵/馬達排量。
根據公式（4.11）、（4.15），可得：
（4.29）
同時，對于公交汽車一類的汽車，按國標要求在制動初速度為60 km/h時其充分發(fā)出的平均減速度為=5 。但通過對公交汽車的測定，公交汽車的速度一般保持在20 km/h ～40 km/h之間。所以以5作為公交汽車的平均減速度是偏安全的。
所以，對于公交汽車
（4.30）
對（4.30）求導并化簡得：
（4.31）
式中 —公交車制動時的平均減速度；
—公交汽車主傳動比；
—車輪工作半徑。
將代入可得最終結果為
（4.32）
將式（4.29）、（4.31）、代入式（4.28）可得：
（4.33）
由此可得變量泵/馬達排量為：
（4.34）
式中 —液壓蓄能器內氣體壓力；
—變量泵/馬達排量；
—汽車質量轉換為變量泵/馬達軸上的轉動慣量與變量泵/馬達轉動慣量之和；
—滾動阻力系數；
—汽車質量；
—公交汽車主傳動比；
—車輪工作半徑。
按(4.34)求得的排量值為系統(tǒng)所需變量泵/馬達最大排量的最小值，考慮到公交汽車在運行當中的意外情況，以及隨著系統(tǒng)老化，效率下降，所選變量泵/馬達的最大排量一般要大于該值，以留下足夠的余量[8]。
另外，根據公交汽車在單位時間內動能的變化可求得系統(tǒng)變量泵/馬達應具有的功率。
根據規(guī)定，對于公交汽車一類的汽車，其要求在制動時平均減速度。
最大制動距離
（4.35）
最大制動時間
（4.36）
式中 —制動后的速度（如剎車至停止則為0）
—制動前的速度（國標規(guī)定以60為制動初速度，即50/3）；
—平均減速度。
將各項值代入式(4.36)可得：
（4.37）
因此，由式（4.1）與（4.36）可得理論公率為：
（4.38）
式中各項含義見式(4.1)、 (4.36)。
變量泵/馬達作為節(jié)能驅動系統(tǒng)中能量轉換元件，其工作效率、質量好壞對整個系統(tǒng)的性能有至關重要的影響。因此，應謹慎選擇變量泵/馬達。
A2F斜軸式軸向柱塞泵發(fā)展較早，構造成熟。額定工作壓力為35，最高可達40，在高壓下仍能保持較高的容積率，容易實現變量。
4.3 液壓系統(tǒng)的關鍵零件
4.3.1 電磁閥
電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。電磁閥的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來擋住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動[9]。
在本液壓系統(tǒng)中，液壓泵/馬達的蓄能與能量釋放功能轉換必須由電磁閥及相應的輔助裝置實現，本系統(tǒng)采用2W-B系列電磁閥，該閥體積緊湊，可簡便閥體的拆裝, 電器接線空間大，安裝配線容易，由于閥體流道采用特殊結構設計，因而內部阻抗小，可減少內部壓力損失，使能源效率提高，并且符合節(jié)省能源的潮流。
而且內阻抗小，使壓力降減低，液壓油之溫度亦相應降低，使液壓油較不易變質，液壓油壽命延長，減少液壓油更換費用，機器本身亦不會因為受到熱量之影響而導致加工精度誤差甚至變形。電磁線圈的固定螺帽具有特殊防松設計，可防止因機器產生共振而發(fā)生電磁線圈脫開。 附加低沖擊電壓型的線圈，可確保電氣系統(tǒng)的安全性。外觀如圖4.3。
圖4.3 2W-B型電磁換向閥
4.3.2 過濾器
過濾器的功能是清除液壓系統(tǒng)工作介質中的固體污雜物，使工作介質保持清潔，延長元器件的使用壽命，保證液壓元件的工作性能可靠。液壓系統(tǒng)故障的75%左右是由介質的污染所造成的。因此過濾器對液壓系統(tǒng)來說是不可缺少的重要輔件。
過濾器的主要性能參數包括：
1、過濾精度：指油液通過過濾器時，能夠穿過濾芯的球形污染物的最大直徑。
2、過濾能力：指在一定壓差下允許通過過濾器的最大流量。
3、納垢容量：指過濾器在壓力降達到規(guī)定值以前，可以濾除并容納的污染物數量。
4、工作壓力：不同結構的過濾器工作壓力是不同的。
5、允許壓力降：油液經過過濾器時要產生壓力降，其值與油液的流量、粘度和混入油液的雜質數量有關。為了保持濾芯不被破壞或系統(tǒng)的壓力損失不致過大，要限制過濾器的最大允許壓力降，取決于濾芯的強度[10]。
4.4 本章小結
本章主要對液壓節(jié)能驅動系統(tǒng)的主要元件——蓄能器和變量泵/馬達的各項設計參數進行了說明，并明確了其計算方法。對各元件進行了校核，為系統(tǒng)選定了各元件的型號，完成了系統(tǒng)關鍵部分的設計。
第5章 傳動裝置設計
本章主要介紹液壓驅動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)部分，主要元件是離合器。本章對離合器的結構、工作原理及各項指標的確定均作了詳細的闡述和設計，并對其結構元件的材料作了必要的規(guī)定。
5.1 概述
5.1.1 離合器設計
離合器裝在發(fā)動機與變速器之間，汽車從啟動到行駛的整個過程中，經常需要使用離合器。它的作用是使發(fā)動機與變速器之間能逐漸接合，從而保證汽車平穩(wěn)起步；暫時切斷發(fā)動機與變速器之間的聯系，以便于換檔和減少換檔時的沖擊；當汽車緊急制動時能起分離作用，防止變速器等傳動系統(tǒng)過載，起到一定的保護作用。離合器類似開關，接合或斷離動力傳遞作用，因此，任何形式的汽車都有離合裝置，只是形式不同而已。
目前，汽車離合器操縱形式有拉線和液壓式兩種，轎車多用液壓操縱式，它具有噪聲小、省力、平穩(wěn)、布置方便的優(yōu)點，由總泵、分泵、軟管、踏板等組成。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)[11]。如圖5.1。
現在，電子技術也進入了離合器系統(tǒng)。一種由控制單元（ECU）控制的離合器已經應用在多款的轎跑車上。其ECU匯集油門踏板、發(fā)動機轉速傳感器、車速傳感器等信號，驅動伺服馬達機構施行自動變速。
5.1.2 任務與性能
分離裝置實現可逆向動力傳遞，在車輛減速制動工況將底盤的動能向泵/馬達傳遞(即作為泵的動力源)，在起動及加速工況將液壓馬達輸出的動力傳遞給傳動軸與發(fā)動機一同驅動車輛行駛或起步。要求其工作過程中的動力輸出特性及可靠性與該車發(fā)動機相匹配，同時自身具備動力離合機構。
5.2 關鍵部件設計
本節(jié)主要根據系統(tǒng)要求對離合器提出了相應的要求，并對離合器的結構選擇做了一定的規(guī)定。
5.2.1 離合器的要求
本系統(tǒng)所用離合器主要用于主從動部分在同軸線上傳遞運動和動力時實現結合或分離功能的裝置。它與汽車傳動系所用離合器有相似之處，它應滿足下列基本要求:
1、離、合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動作準確可靠。
2、結構簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。
3、結合元件耐磨性高，使用壽命長，散熱條件好。
4、操作方便省力，制造容易，調整維修方便。
此外，在設計離合器時還需要考慮離合片的分離機構，此機構在離合器需要分離時能提供一定的外力使其能快速可靠地分離[12]。
5.2.2 離合器結構的選擇
選擇離合器的依據主要有原動機的類型、載荷的大小和性質、環(huán)境條件以及對離合器的工作要求和使用特點等。其主要包括以下幾方面;離合器的選擇、操作方法的選擇、結合方法的選擇、缸體運動狀態(tài)的選擇。
1、離合方式
離合器按其離合方法的不同分為操縱離合器和自動離合器。鑒于本系統(tǒng)離合器分離頻繁，且系統(tǒng)由計算機控制。與駕駛員無關，本系統(tǒng)采用自動離合器。
2、操縱方式
離合器按其操縱方法的不同可分為機械操縱式、液壓操縱式、氣壓操縱式和電磁操縱式。機械操縱離合器一般由人力操縱，不適合自動操縱。電磁操縱離合器對環(huán)境要求高，發(fā)熱量大，也不適合本系統(tǒng)。氣壓操縱離合器和液壓操縱離合器都可基本滿足本系統(tǒng)要求。但與氣壓操縱離合器相比，液壓式離合器具有更大的單位容積扭矩，具有傳遞扭矩大、體積小的特點。而且液壓式離合器可以無沖擊，平穩(wěn)的起動與換向。
3、結合元件
離合器的結合元件主要有嵌合式和摩擦式。其中，嵌合式離合器結構簡單，傳遞扭矩大，主從動軸可同步轉動，尺一寸小。但嚙合時有剛性沖擊，只能在靜止或量軸差速不大時接合，這顯然不適合本系統(tǒng)的要求。摩擦式離合器離合較平穩(wěn)，過載時可自行打滑，這對于保護系統(tǒng)的主要元件十分有益。所以，本系統(tǒng)選用摩擦時離合器。
對摩擦式接合元件材料的選擇需考慮:
1、具有高而穩(wěn)定的摩擦系數。對于干式摩擦片一般要求摩擦系數值的波動量不超過正常平均值的士15%。對于濕式摩擦片摩擦系數值的波動不應超過士20% ；
2、有足夠的強度和良好的耐磨性；
3、耐熱性好，熱容量大，能經受較高的溫度而無明顯的變形或引起材質的改變；
4、工藝性好，摩擦時無噪音、無振動、無異味、無污染，成本低[13]。
5.3 離合器的設計計算
本節(jié)主要介紹了離合器各主要參數的計算方法，而且對各主要部分如扭轉減振器、操縱機構等元件進行了簡要的說明并提出了必要的要求。
5.3.1 離合器主要參數的選擇
1、靜摩擦力矩的計算
摩擦式離合器是靠離合器的摩擦面間的摩擦力矩來傳遞轉矩的，離合器的靜摩擦力矩根據摩擦定律可表示為：
= （5.1）
式中 —靜摩擦力矩；
—摩擦面間的靜摩擦因數，計算時一般取0.25-0.30；
—摩擦片的平均摩擦半徑；
—摩擦面數，是從動片數的兩倍。
設壓盤施加在摩擦面上的壓力是均勻分布的，摩擦面上的總壓力為，單位面積上的壓力為，摩擦面的面積為，則有：
（5.2）
式中 —摩擦片的外徑；
—摩擦片的內徑。
在摩擦面上取一微面積，則在微元面積上所受的正壓力，摩擦力和摩擦力矩分別為：
（5.3）
（5.4）
（5.5）
式中 —摩擦面間的靜摩擦系數，計算時一般取0.25～0.30
則離合器摩擦面上總的靜摩擦力矩為：
（5.6）
式中 —摩擦面數,單片式離合器,雙片式離合器=4；
—內外徑之比， 。
2、離合器的基本參數
離合器的基本參數主要有后備系數和單位壓力。
(1) 后備系數
后備系數是離合器的一個重要參數，它反映離合器傳遞系統(tǒng)最大扭矩的可靠程度。汽車用離合器的靜摩擦力矩應大于發(fā)動機的最大輸出轉矩。因本系統(tǒng)所用離合器所傳遞最大扭矩與汽車用離合器相同，所以可以類比于汽車用離合器的計算。
即：
（5.7）
式中 —離合器的后備系數，必須大于1。
各類汽車，通常的取值范圍為：轎車和輕型貨車為1.2～1.75，中型和重型貨為1.5～2.25，越野汽車，帶拖掛的重型汽車和牽引汽車為1.8～4.0，對于本系統(tǒng)可參選1.75。
(2) 單位壓力
若離合器使用頻繁，發(fā)動機后備功率小，應取小些，反之可取大些。當摩擦外徑較大時，為降低摩擦片外緣處的熱負荷，應降低。當采用石棉基摩擦材料時，可取為0.10～0.35，燒結金屬允許為0.35～0.50 ， 金屬陶瓷材料允許其超過0.70甚至可達；1.50～2.00 。
對于轎車，為0.18 -0.30 ；對貨車，為0.14-0.24 。 參照以上原則，選取石棉基摩擦材料，選為0.2離合器主