(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104972901 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.10.14
(21)申请号 201410133672.X(22)申请日 2014.04.03
(71)申请人广州汽车集团股份有限公司
地址510030 广东省广州市越秀区东风中路
448-458号成悦大厦23楼(72)发明人马莉 李明 陈秀梧 易东旭
罗文杰 陈振文(74)专利代理机构深圳众鼎专利商标代理事务
所(普通合伙) 44325
代理人谭果林 朱业刚(51)Int.Cl.
F16D 48/00(2006.01)
B60K 23/02(2006.01)
权利要求书3页 说明书10页 附图5页
(54)发明名称
离合踏板扭转及螺旋弹簧助力系统的设计方法(57)摘要
本发明提供一种离合踏板扭转及螺旋弹簧助力系统的设计方法，该离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法包括：根据几何原理确定扭转弹簧变形量的表达式1；根据扭转弹簧受力分析建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式2；根据几何原理建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式3；根据表达式1、表达式2、表达式3及基于力矩平衡原理确定的等式1，建立扭转弹簧助力模型表达式4；根据扭转弹簧助力模型表达式4设计离合踏板扭转弹簧助力系统。该离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，避免了离合踏板扭转弹簧助力系统较大的误差。
C N 1 0 4 9 7 2 9 0 1 ACN 104972901 A
权 利 要 求 书
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1.一种离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，所述方法包括：根据几何原理确定扭转弹簧变形量
的表达式1为：
其中，θ为踏板转角、a0为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、d0为扭转弹簧自由状态夹角、r为扭转弹簧的半径、l为扭转弹簧臂长，在所述表达式1中忽略扭转弹簧的自重，忽略扭转弹簧的半径r因压缩或拉升所产生的半径变化及扭转弹簧支撑臂的挠曲变形；
根据扭转弹簧受力分析建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式2为：
其中，K2为扭转弹簧刚度；
根据几何原理建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式3为：
根据表达式1、表达式2、表达式3及基于力矩平衡原理确定的等式1，建立扭转弹簧助力模型表达式4为：
其中，等式1为：T×Lp＝Fn×Ln，Lp为扭转弹簧对踏板的踏板面A点的作用力T对踏板旋转点O的力臂；
根据扭转弹簧助力模型表达式4设计离合踏板扭转弹簧助力系统。2.根据权利要求1所述的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，所述踏板面上A点为踏板面的中心。
3.根据权利要求1所述的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，所述方法还包括：
获得表示离合器分离力与θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；确定a0、L1、L2、Lp及K2的值；分别设定d0、r及l的初始值；选定θ的取值范围，根据建立的扭转弹簧助力模型，得到表示T与θ对应关系的扭转弹簧助力曲线；
调整d0、r及l的初始值中的至少一个，使得所述扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应
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权 利 要 求 书
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的踏板转角相同，从而确定出d0、r及l的最终值，完成离合踏板扭转弹簧助力系统的设计。
4.根据权利要求3所述的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，a0的确定值为1.8°，L1的确定值为mm，L2的确定值为50mm，Lp的确定值为323mm，θ的取值范围选定为0～25°，K2的确定值为200N/mm。
5.根据权利要求3或4所述的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，l的初始值设定为24mm，r的初始值设定为10mm，d0的初始值设定为70°。
6.一种离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，所述方法包括：根据几何原理确定螺旋弹簧变形量Lx的表达式5为：
其中，θ为踏板转角、a0为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、L0为螺旋弹簧自由长度，在所述表达式5中忽略螺旋弹簧的自重；
根据螺旋弹簧受力分析建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式6为：
Fn＝K1×Lx；其中，K1为螺旋弹簧刚度；
根据几何原理建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式7为：
根据表达式5、表达式6及表达式7及基于力矩平衡原理确定的等式2，建立螺旋弹簧助力模型表达式8为：
其中等式2表示为：T×Lp＝Fn×Ln，Lp为螺旋弹簧对踏板的踏板面A点的作用力T对踏板旋转点O的力臂；
根据螺旋弹簧助力模型表达式8设计离合踏板螺旋弹簧助力系统。7.根据权利要求6所述的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，所述踏板面上A点为踏板面的中心。
8.根据权利要求6所述的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，所述方法还包括：
获得表示离合器分离力与θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；确定a0、L1、L2、Lp及K1的值；设定L0的初始值；选定θ的取值范围，根据建立的螺旋弹簧助力模型，得到表示T与θ对应关系的螺旋弹簧助力曲线；
调整L0的初始值，使得所述螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离
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合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出L0的最终值，完成离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计。
9.根据权利要求8所述的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，a0的确定值为1.8°，L1的确定值为mm，L2的确定值为50mm，Lp的确定值为323mm，θ的取值范围选定为0～25°，K1的确定值为10N/mm。
10.根据权利要求8或9所述的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，其特征在于，L0的初始值设定为40mm。
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说 明 书
离合踏板扭转及螺旋弹簧助力系统的设计方法
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技术领域
本发明涉及汽车零部件设计领域，特别是涉及一种离合踏板扭转及螺旋弹簧助力
系统的设计方法。
[0001]
背景技术
目前离合踏板助力弹簧已经被广泛使用，但是多数的设计过程仅仅是将不同的弹
簧安装到踏板上，通过测试人员的踩踏或测量踏板力来感觉助力效果的好坏，从而确定离合踏板助力弹簧的设计方案，这样任何一个参数的改变都需要重新进行试验来验证助力效果，过程比较繁琐，而且这样离散的测量也无法达到助力效果的最优化。[0003] 随着计算机辅助设计在汽车设计领域的应用发展，在进行离合踏板助力弹簧设计时，可考虑建立离合踏板弹簧助力系统的数学模型，即构造踏板面受助力弹簧作用力的表达式，以便寻找弹簧设计的关键参数，并进行定量的优化设计。[0004] 一般来说，离合踏板弹簧助力系统主要包括踏板、踏板支架和助力弹簧，助力弹簧可以是圆柱螺旋弹簧或扭转弹簧。离合踏板弹簧助力系统的原理是由踏板转动压缩助力弹簧使之产生形变，从而对踏板产生反作用力，为踏板提供支撑力或助力。
[0005] 例如授权公告号为CN101397977B的中国专利公开了一种弹簧助力系统的设计方法，在该设计方法中建立了扭转弹簧（助力弹簧）对踏板作用力的数学模型。参见CN101397977B中的图3至图5，在该设计方法中将弹簧对踏板的作用力Fn定义为与扭转弹簧一支撑臂垂直的方向。
[0006] 但是经过本申请的发明人研究发现，如图1所示，根据二力平衡条件可以得知，Fn的方向应该沿着扭转弹簧两个安装点（安装点B和安装点C）的连线方向，因此，在CN101397977B中，相当于利用了一个错误的Fn来得到扭转弹簧助力系统数学模型，依据该数学模型设计的扭转弹簧助力系统将会产生较大的误差，扭转弹簧助力效果将大打折扣，从而影响了离合踏板踩踏的舒适性。
[0002]
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有的离合踏板弹簧助力系统的设计方法得到的扭转弹簧助力系统误差较大的缺陷，提供一种离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法。
[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，提供一种离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，所述方法包括：
[0009] [0010]
根据几何原理确定扭转弹簧变形量的表达式1为：
[0011]
其中，θ为踏板转角、a0为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C
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到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、d0为扭转弹簧自由状态夹角、r为扭转弹簧的半径、l为扭转弹簧臂长，在所述表达式1中忽略扭转弹簧的自重，忽略扭转弹簧的半径r因压缩或拉升所产生的半径变化及扭转弹簧支撑臂的挠曲变形；
[0012] 根据扭转弹簧受力分析建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式2为：
[0013]
其中，K2为扭转弹簧刚度；
[0015] 根据几何原理建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式3为：
[0014] [0016]
根据表达式1、表达式2、表达式3及基于力矩平衡原理确定的等式1，建立扭转弹
簧助力模型表达式4为：
[0017] [0018]
其中，等式1为：T×Lp＝Fn×Ln，Lp为扭转弹簧对踏板的踏板面A点的作用力T对
踏板旋转点O的力臂；
[0020] 根据扭转弹簧助力模型表达式4设计离合踏板扭转弹簧助力系统。[0021] 进一步地，所述踏板面上A点为踏板面的中心。[0022] 进一步地，所述方法还包括：
[0023] 获得表示离合器分离力与θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；[0024] 确定a0、L1、L2、Lp及K2的值；[0025] 分别设定d0、r及l的初始值；[0026] 选定θ的取值范围，根据建立的扭转弹簧助力模型，得到表示T与θ对应关系的扭转弹簧助力曲线；[0027] 调整d0、r及l的初始值中的至少一个，使得所述扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出d0、r及l的最终值，完成离合踏板扭转弹簧助力系统的设计。
[0028] 进一步地，a0的确定值为1.8°，L1的确定值为mm，L2的确定值为50mm，Lp的确定值为323mm，θ的取值范围选定为0～25°，K2的确定值为200N/mm。[0029] 进一步地，l的初始值设定为24mm，r的初始值设定为10mm，d0的初始值设定为70°。
[0030] 根据本发明的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转
[0019]
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弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，因而，得到的扭转弹簧助力模型更为准确，避免了离合踏板扭转弹簧助力系统较大的设计误差。[0031] 另外，本发明还提供了一种离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，所述方法包括：
[0032] 根据几何原理确定螺旋弹簧变形量Lx的表达式5为：
[0033]
其中，θ为踏板转角、a0为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C
到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、L0为螺旋弹簧自由长度，在所述表达式5中忽略螺旋弹簧的自重；
[0035] 根据螺旋弹簧受力分析建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式6为：
[0036] Fn＝K1×Lx；[0037] 其中，K1为螺旋弹簧刚度；
[0038] 根据几何原理建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式7为：
[0034] [0039]
根据表达式5、表达式6及表达式7及基于力矩平衡原理确定的等式2，建立螺旋
弹簧助力模型表达式8为：
[0040] [0041]
其中等式2表示为：T×Lp＝Fn×Ln，Lp为螺旋弹簧对踏板的踏板面A点的作用力
T对踏板旋转点O的力臂；
[0043] 根据螺旋弹簧助力模型表达式8设计离合踏板螺旋弹簧助力系统。[0044] 进一步地，所述踏板面上A点为踏板面的中心。[0045] 进一步地，所述方法还包括：
[0046] 获得表示离合器分离力与θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；[0047] 确定a0、L1、L2、Lp及K1的值；[0048] 设定L0的初始值；[0049] 选定θ的取值范围，根据建立的螺旋弹簧助力模型，得到表示T与θ对应关系的螺旋弹簧助力曲线；
[0050] 调整L0的初始值，使得所述螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出L0的最终值，完成离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计。[0051] 进一步地，a0的确定值为1.8°，L1的确定值为mm，L2的确定值为50mm，Lp的确定值为323mm，θ的取值范围选定为0～25°，K1的确定值为10N/mm。[0052] 进一步地，L0的初始值设定为40mm。
[0042]
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根据本发明的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转
弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，因而，得到的螺旋弹簧助力模型更为准确，避免了离合踏板螺旋弹簧助力系统较大的设计误差。
附图说明
[0054] 图1为离合踏板的受力平衡图；
[0055] 图2为依照本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法所得到的离合踏板扭转弹簧助力系统的简化图；
[0056] 图3为本发明一实施例所获得的离合器分离力-离合踏板转角曲线；
[0057] 图4为依照本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法所得到的扭转弹簧助力曲线；
[0058] 图5为依照本发明一实施例提供的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法所得到的离合踏板螺旋弹簧助力系统的简化图；
[0059] 图6为依照本发明一实施例提供的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法所得到的螺旋弹簧助力曲线。
[0060] 说明书附图中的附图标记如下：[0061] 1、踏板；2、扭转弹簧；21、扭转弹簧支撑臂；3、螺旋弹簧。具体实施方式
[0062] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0063] 本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，包括如下步骤：
[00] [0065]
101、根据几何原理确定扭转弹簧变形量的表达式1为：
[0066]
其中，θ为踏板转角、a0为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、d0为扭转弹簧自由状态夹角、r为扭转弹簧的半径、l为扭转弹簧臂长，在所述表达式1中忽略扭转弹簧的自重，忽略扭转弹簧的半径r因压缩或拉升所产生的半径变化及扭转弹簧支撑臂的挠曲变形；在图1及图2所示的实施例中，同时忽略踏板1的形状，将其简化为围绕踏板旋转点O转动的直线OA。当然，在其它实施例中，踏板1也可以不简化为直线，而是按照其本身的形状来进行设计。
本实施例中，扭转弹簧变形量
的具体计算如下：
[0067] [0068]
如图2所示，在某一踏板转角θ下，扭转弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋
转点O的距离L1为图中的线段CO，扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离L2为图中的线段BO，根据余弦定理，可以求得线段BC的距离（即在某一踏板转角下，安装点B
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和安装点C的距离Lm），即得到以下公式（1）：
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[0069] Lm＝L1+L2-2L1L2cosa（1）；其中a为在该踏板转角θ下，线段CO与线段BC的夹角，夹角a为踏板初始角度a0与踏板转角θ的差值，即有以下公式（2）：[0070] a＝a0-θ （2）；[0071] 根据勾股定理，则有安装点C及安装点B到扭转弹簧轴心D的距离CD及BD均为
[0072] [0073]
根据余弦定理，则有：
简化后得到公式（3）：
Lm2＝2(r2+l2)2-2(r2+l2)cosd （3）；[0075] 其中，d为在该踏板转角θ下，扭转弹簧的夹角。[0076] 结合公式（1）、（2）及（3），可以得到公式（4）：
[0074] [0077]
[0078] [0079] [0080]
由公式（4）可以求得在该踏板转角θ下，扭转弹簧的夹角d，其由公式（5）表示：
则由扭转弹簧自由状态夹角d0减去扭转弹簧此时的夹角d，即可得到扭转弹簧变的表达式1为：
形量
[0081]
102、根据扭转弹簧受力分析建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式2为：
[0082] [0083]
其中，K2为扭转弹簧刚度。
[0085] 103、如图2所示，根据几何原理建立扭转弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式3为：
[0084] [0086]
本实施例中，力臂Ln的具体计算如下：
[0088] 如图2所示，在某一踏板转角θ下，扭转弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋转点O的距离L1为图中的线段CO，扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离L2为图中的线段BO，根据直角三角形的特性，则有公式（7）：
[0087]
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Ln＝L1sinc（7）；
[0090] 其中c为线段CO与线段CB的夹角；[0091] 根据正弦定理，则有：
[0092]
进而得到公式（8）：
[0093] [0094] [0095] [0096]
公式（7）、（8）、（1）及（2）结合，即可得到表达式3：
104、根据力表达式1、表达式2及表达式3及基于力矩平衡原理确定的等式1，建立扭转弹簧助力模型表达式4为：
[0097]
其中等式1为：T×Lp＝Fn×Ln，Lp为扭转弹簧对踏板的踏板面A点的作用力T对
踏板旋转点O的力臂，即Lp为踏板面上A点到踏板旋转点O的垂直距离。优选地，所述踏板面上A点为踏板面的中心。[0099] 105、根据上述的扭转弹簧助力模型表达式4设计离合踏板扭转弹簧助力系统。[0100] 另外，本发明一实施例提供的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，还可以进一步包括步骤106，该步骤106如下：
[0101] 获得表示离合器分离力与所述踏板转角θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；
[0102] 确定a0、L1、L2、Lp及的值；[0103] 分别设定d0、r及l的初始值；[0104] 选定θ的取值范围，根据建立的扭转弹簧助力模型，得到表示T与θ对应关系的扭转弹簧助力曲线；[0105] 调整d0、r及l的初始值中的至少一个，使得所述扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出d0、r及l的最终值，完成离合踏板扭转弹簧助力系统的设计。
[0106] 在一具体实施例中，在所述步骤106中，a0的确定值为1.8°，L1的确定值为mm(毫米)，L2的确定值为50mm，Lp的确定值为323mm，θ的取值范围选定为0～25°，K2的确定值为200N/mm(牛顿每毫米)。l的初始值设定为24mm，r的初始值设定为10mm，d0的初始值设定为70°。将上述a0、L1、L2、Lp及K2的确定值及d0、r及l的初始值全部代入上述的扭转弹簧助力模型表达式4，则得到了T关于θ的确切表达式，并在0～25°的θ范围内，利用该确切表达式绘制出表示T与θ对应关系的扭转弹簧助力曲线，所述扭转弹簧助力曲线如图4所示。
[0098]
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离合踏板弹簧设计准则为：前一段起阻力作用，保证离合踏板在液压较小的情况
下能够正常回位；后一段起助力作用，为了保证助力效果最佳，弹簧助力峰值应与离合器分离力峰值在尽量同一踏板转角上。本实施例中，离合器分离力-离合踏板转角曲线如图3所示，其可通过仿真获得或通过实际测定获得。[0108] 因此，若图4中的扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与图3中的离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，则说明d0、r及l的初始值已经是最优选择，无需调整。
[0109] 若图4中的扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与图3中的离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角不相同，则说明d0、r及l的初始值不是最优选择；此时，调整d0、r及l的初始值中的至少一个，使得所述扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出d0、r及l的最终值，完成离合踏板扭转弹簧助力系统的设计。[0110] 在图3中，所述离合器分离力-离合踏板转角曲线的离合器分离力峰值位于踏板转角11.6°处，而在图4中所述的扭转弹簧助力曲线中T的峰值并未出现在踏板转角11.6°处，可见，图4表示的离合踏板扭转弹簧助力系统并非为最优设计，可以通过调整d0、r及l的初始值中的至少一个，来使得所述的扭转弹簧助力曲线中T的峰值也在踏板转角11.6°处，从而得到最优的离合踏板扭转弹簧助力系统设计方案。[0111] 应当理解的是，扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，包含扭转弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角基本相同的情况，即允许合理的误差范围。[0112] 根据本发明上述实施例的离合踏板扭转弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，因而，得到的扭转弹簧助力模型更为准确，避免了离合踏板扭转弹簧助力系统较大的设计误差。[0113] 另外，本发明还提供了一种离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，所述方法包括：
[0114] 201、根据几何原理确定螺旋弹簧变形量Lx的表达式5为：
[0115]
其中，θ为踏板转角、a0为踏板初始角度、L1为扭转弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋转点O的距离、L2为扭转弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离、L0为螺旋弹簧自由长度，在所述表达式5中忽略螺旋弹簧的自重；本实施例中，如图1及图5所示，同时忽略踏板1形状，将其简化为围绕踏板旋转点O转动的直线OA；当然，在其它实施例中，踏板1也可以不简化为直线，而是按照其本身的形状来进行设计。本实施例中，优选地，所选择的螺旋弹簧为圆柱螺旋弹簧，当然，在其它实施例中，也可以根据不同的需求选择其它形式的螺旋弹簧，例如变径螺旋弹簧。[0117] 本实施例中，螺旋弹簧变形量Lx的具体计算如下：[0118] 如图5所示，在某一θ下，L1为图中的线段CO，L2为图中的线段BO，根据余弦定
[0116]
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理，可以求得线段BC的距离（即在某一踏板转角下，安装点B和安装点C的距离Lm），该距离Lm即为螺旋弹簧在该θ下被压缩后的长度，即得到以下公式（9）：
[0119]
（9）；其中a为在该θ下，线段CO与线段BC的夹角，
夹角a为a0与θ的差值，即有以下公式（10）：
a＝a0-θ（10）；[0121] 结合公式（9）和公式（10），则得到了螺旋弹簧在该θ下被压缩后的长度Lm：
[0120] [0122] [0123] [0124] [0125]
则有：
螺旋弹簧的变形量
202、根据螺旋弹簧受力分析建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的作用力Fn的表达式6为：
[0126] Fn＝K1×Lx；[0127] 其中，K1为螺旋弹簧刚度。[0128] 203、根据几何原理建立螺旋弹簧对其在踏板上的安装点B的Fn对踏板旋转点O的力臂Ln的表达式7为：
[0129]
本实施例中，力臂Ln的具体计算如下：
[0131] 如图2所示，在某一踏板转角θ下，螺旋弹簧在踏板支架上的安装点C到踏板旋转点O的距离L1为图中的线段CO，螺旋弹簧在踏板上的安装点B到踏板旋转点O的距离L2为图中的线段BO，根据直角三角形的特性，则有公式（11）：[0132] Ln＝L1sinc（11）；
[0133] 其中c为线段CO与线段CB的夹角；[0134] 根据正弦定理，则有：
[0130] [0135]
进而得到公式（12）：
[0136] [0137] [0138] [0139]
结合公式（9）、（10）、（11）及（12），即可得到表达式7：
204、根据表达式5、表达式6及表达式7及基于力矩平衡原理确定的等式2，建立螺旋弹簧助力模型表达式8为：
[0140]
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其中等式2为：T×Lp＝Fn×Ln，Lp为螺旋弹簧对踏板的踏板面A点的作用力T对
踏板旋转点O的力臂，即Lp为踏板面上A点到踏板旋转点O的垂直距离。优选地，所述踏板面上A点为踏板面的中心。[0142] 205、根据上述的螺旋弹簧助力模型表达式8设计离合踏板螺旋弹簧助力系统。[0143] 另外，本发明一实施例提供的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，还可以进一步包括步骤206，该步骤206如下：
[0144] 获得表示离合器分离力与θ对应关系的离合器分离力-离合踏板转角曲线；[0145] 确定a0、L1、L2、Lp及K1的值；[0146] 设定L0的初始值；[0147] 选定θ的取值范围，根据建立的螺旋弹簧助力模型，得到表示T与θ对应关系的螺旋弹簧助力曲线；
[0148] 调整L0的初始值，使得所述螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出L0的最终值，完成离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计。[0149] 在一具体实施例中，在所述步骤206中，a0的确定值为1.8°，L1的确定值为mm，L2的确定值为50mm，Lp的确定值为323mm，θ的取值范围选定为0～25°，K1的确定值为10N/mm。L0的初始值设定为40mm。将上述a0、L1、L2、Lp及K1的确定值及L0的初始值全部代入上述的螺旋弹簧助力模型表达式8，则得到了作用力T关于踏板转角θ的确切表达式，并在0～25°的踏板转角θ范围内，利用该确切表达式绘制出表示所述作用力T与所述踏板转角θ对应关系的螺旋弹簧助力曲线，所述螺旋弹簧助力曲线如图6所示。[0150] 本实施例中，离合器分离力-离合踏板转角曲线如图3所示，其可通过仿真获得或通过实际测定获得。[0151] 因此，若图6中的螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与图3中的离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，则说明L0的初始值已经是最优选择，无需调整。
[0152] 若图6中的螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与图3中的离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角不相同，则说明L0的初始值不是最优选择；此时，调整L0的初始值，使得所述螺旋弹簧助力曲线中T的峰值所对应的踏板转角与所述离合器分离力-离合踏板转角曲线中所述离合器分离力的峰值所对应的踏板转角相同，从而确定出L0的最终值，完成离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计。[0153] 在图3中，所述离合器分离力-离合踏板转角曲线的离合器分离力峰值位于踏板转角11.6°处，而在图6中所述的螺旋弹簧助力曲线中T的峰值并未出现在踏板转角11.6°处，可见，图6表示的离合踏板螺旋弹簧助力系统并非为最优设计，可以通过调整L0的初始值，来使得所述的螺旋弹簧助力曲线中T的峰值也在踏板转角11.6°处，从而得到最优的离合踏板螺旋弹簧助力系统设计方案。
[0154] 根据本发明上述实施例的离合踏板螺旋弹簧助力系统的设计方法，纠正了现有的方法中扭转弹簧对踏板的作用力方向定义错误的问题，因而，得到的螺旋弹簧助力模型更为准确，避免了离合踏板螺旋弹簧助力系统较大的设计误差。
[0155]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以本发明，凡在本发明的精
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神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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图3
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图4
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图5
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图6
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