重卡離合助力與換擋最佳時(shí)間匹配關(guān)系研究

王凱峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重卡離合助力與換擋最佳時(shí)間匹配關(guān)系研究

王凱峰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重卡由于裝載質(zhì)量大，變速箱擋位多，增加了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度和操縱難度。對(duì)于大部分駕駛員來(lái)說(shuō)，如何通過(guò)控制離合踏板來(lái)把握最佳換擋時(shí)間一直是個(gè)難題。而氣動(dòng)換擋助力作為由MT向AMT轉(zhuǎn)變過(guò)程中的一項(xiàng)過(guò)渡技術(shù)，能有效解決重卡離合助力與換擋最佳時(shí)間匹配問(wèn)題。

重卡；離合助力；換擋最佳時(shí)間；氣動(dòng)換擋助力

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-156-03

引言

重卡裝載質(zhì)量大，使用工況復(fù)雜，為了保證車輛具有良好的行駛性能，重卡匹配變速箱的擋位多。多擋變速箱可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率及車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。然后，由于擋位的增多，勢(shì)必增大換擋復(fù)雜程度，單獨(dú)靠人力操縱無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以重卡常采用離合器液壓氣助力式操縱系統(tǒng)，變速器操縱系統(tǒng)在換擋時(shí)也帶有氣助力裝置。這兩個(gè)操縱系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)主要通過(guò)駕駛員的手和腳的相互配合來(lái)保證，對(duì)于技術(shù)不熟練或不熟悉車況的駕駛員來(lái)說(shuō)，如果對(duì)換擋時(shí)間把握不好很容易造成在離合器沒(méi)有完全分離時(shí)換擋，從而導(dǎo)致變速箱齒輪和同步器的早期磨損和損壞，直至更換變速箱。本文將以某16擋變速箱為例，引入氣動(dòng)換擋技術(shù)研究重卡離合氣助力系統(tǒng)與變速箱換擋最佳時(shí)間的關(guān)系，從而減少駕駛員換擋技術(shù)的差異、減輕駕駛員的疲勞程度，有效提高多擋位變速箱的換擋平順性。

1 原理簡(jiǎn)介

1.1 重卡離合器液壓氣助力操縱系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

離合器液壓氣助力操縱具有摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高、動(dòng)作柔和及布置方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，在重卡上得到了廣泛應(yīng)用。重卡離合器液壓氣助力操縱系統(tǒng)主要由離合油壺、離合踏板、離合總泵、離合助力器以及離合管路組成，示意結(jié)構(gòu)如圖1所示。

駕駛員踩下離合踏板，離合總泵的推桿作用于活塞將離合油壺中的制動(dòng)液經(jīng)管路傳輸至離合助力器，打開(kāi)離合助力器閥座的閥門后，液壓和氣壓共同作用于活塞，使離合助力器的推桿帶動(dòng)分離撥叉，分離撥叉撥動(dòng)分離軸承，分離軸承作用于離合器的分離指，使離合器摩擦片與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪脫離，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。當(dāng)離合踏板位于某一位置時(shí)，管路中液壓保持一定，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡，此時(shí)離合助力器推桿的輸出力與所需的離合踏板力成正比。在離合器接合的過(guò)程中也存在著這樣的關(guān)系，當(dāng)抬起腳離合踏板抬高時(shí)，離合器分離指的恢復(fù)力作用于分離軸承，通過(guò)分離撥叉作用于離合助力器的推桿上，此時(shí)離合助力器的氣壓通過(guò)排氣閥排到大氣中，制動(dòng)液被活塞推回到離合油壺中，這樣，離合器摩擦片與飛輪接合，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞至變速器，汽車實(shí)現(xiàn)起步。

圖1 離合器液壓氣助力操縱系統(tǒng)

1.2 重卡變速箱氣動(dòng)換擋助力系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

圖2 變速器氣助力操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

氣動(dòng)換擋助力系統(tǒng)是根據(jù)駕駛員的換擋需求，由氣動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)根據(jù)駕駛員的指令來(lái)完成換擋動(dòng)作的一種系統(tǒng)。離合器控制是AMT控制的核心，而氣動(dòng)換擋助力系統(tǒng)不控制離合器，離合器動(dòng)作由駕駛員操縱，因此其控制策略相對(duì)AMT簡(jiǎn)單了很多，開(kāi)發(fā)難度大大降低。在換擋時(shí)，操縱系統(tǒng)桿系在變速操縱桿作用下，帶動(dòng)換擋搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)和變速器助力器的拉桿前后的移動(dòng)，接通離合器助力器工作腔與氣源之間的通道，在儲(chǔ)氣筒高壓氣體的作用下，推動(dòng)換擋搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到助力的目的。如何控制換擋助力時(shí)間，是保證換擋平順性的關(guān)鍵，尤其是16擋變速箱，不但要考慮正常情況下的氣助力換擋控制，還要考慮高低擋氣路和半擋氣路的控制，相對(duì)比較復(fù)雜，協(xié)調(diào)三者之間的聯(lián)系是控制的重點(diǎn)，具體內(nèi)容會(huì)在后面實(shí)例中進(jìn)行介紹。

2 重卡離合氣助力與換擋最佳時(shí)間匹配設(shè)計(jì)

離合氣助力系統(tǒng)和變速氣助力系統(tǒng)之間的配合主要通過(guò)駕駛員的手和腳的相互配合來(lái)保證，對(duì)于技術(shù)不熟練的駕駛員來(lái)說(shuō)，容易造成換擋困難，導(dǎo)致變速箱齒輪和同步器的早期磨損和損壞。這些無(wú)疑增加了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度和變速器的損壞機(jī)率，所以在離合徹底分離時(shí)，如何保證換擋時(shí)間顯得格外重要。離合助力器作為連接離合氣助力系統(tǒng)和變速氣動(dòng)換擋助力系統(tǒng)的重要元件之一，是研究控制換擋最佳時(shí)間的主要對(duì)象。

2.1 普通離合助力器的控制原理

調(diào)整離合踏板上的限位螺栓，在離合踏板處于b位置時(shí)，控制閥與踏板限位螺栓之間至少應(yīng)有1mm，使控制閥只在離合踏板的超行程范圍（c）內(nèi)才工作。具體控制策略可以根據(jù)工況和駕駛員的習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖3 普通離合助力器的控制原理

2.2 帶控制氣口的離合助力器控制原理

對(duì)比兩種不同的離合助力器，可以明顯的看出區(qū)別，圖5中離合助力器比圖4中多兩個(gè)控制氣口：12口和22口。圖4中普通離合助力器的工作原理前面已做介紹，下面重點(diǎn)說(shuō)一下圖5中離合助力器的工作原理。結(jié)合圖6和圖7，駕駛員踩下離合踏板，來(lái)自離合油壺的制動(dòng)液一部分通過(guò)14口進(jìn)入活塞的左邊推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，另外一部分控制閥門，使來(lái)自儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣由11口進(jìn)入助力活塞左邊，此時(shí)推桿將在液壓和氣壓助力共同作用下向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)到A位置，離合器徹底分離時(shí)22口開(kāi)始充氣給變速器助力器，完成選換擋操縱；松開(kāi)離合踏板到B位置，離合開(kāi)始結(jié)合，22口多余氣體將從33口排入大氣，同時(shí)腔內(nèi)的氣體也從31口排出，制動(dòng)液重新壓回到離合油壺中。其中，32口用于排出制動(dòng)液中多余空氣。

圖4 普通離合助力器簡(jiǎn)圖

圖5 帶控制氣口離合助力器簡(jiǎn)圖

2.1 中所述控制方法中由于控制閥的安裝和調(diào)節(jié)的不方便性，通用性不強(qiáng)等原因，所以重卡多使用2.2中的控制方法，兩者的原理其實(shí)是一樣的，都是保證在離合器徹底分離時(shí)，再進(jìn)行選換擋操縱。2.3設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是確定性能曲線中A點(diǎn)、B點(diǎn)對(duì)應(yīng)推桿的長(zhǎng)度，確定后就可以保證在最佳時(shí)間進(jìn)行換擋。下面實(shí)例將詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。

圖6 控制原理簡(jiǎn)圖

圖7 性能曲線圖

3 實(shí)例驗(yàn)證

圖8 變速箱整體氣動(dòng)控制連接圖

以某8×4攪拌車，匹配ZF-Ecosplit系列16擋變速箱為例，詳細(xì)講解離合助力與換擋的匹配關(guān)系。此攪拌車離合器的分離行程為12mm，變速器的分離撥叉的杠桿比為1.76，所以離合器徹底分離時(shí)離合助力器推桿行程為12× 1.76=21.12mm，離合助力器與分離撥叉裝配的自由狀態(tài)的長(zhǎng)度為107mm，圖7中推桿行程的起始位置是推桿長(zhǎng)度112mm，所以21.12-（112-107）=16.12mm，所以我們就可以確認(rèn)圖7中B的位置，保證在離合器徹底分離時(shí)，進(jìn)行高低擋切換，保證最佳換擋時(shí)間。由于每個(gè)離合助力器的性能曲線圖都是一定，一般控制在推桿退后1mm時(shí)即可排氣，保證離合器能即及時(shí)結(jié)合。對(duì)于16擋變速箱來(lái)說(shuō)，一般有半擋副箱、四擋主箱、高低擋副箱三部分組成，所以離合系統(tǒng)與變速系統(tǒng)匹配主要考慮三個(gè)方面：一是換擋助力，二是半擋控制，三是高低擋切換。如何協(xié)調(diào)這幾方面，保證最佳換擋時(shí)間的氣動(dòng)控制連接圖如圖8所示。當(dāng)駕駛員踩下離合踏板直至離合器徹底分離時(shí)，離合助力器的控制閥出氣口打開(kāi)后，氣體會(huì)輸出到半擋副箱繼動(dòng)閥，繼動(dòng)閥又分出兩路氣體，一路供給預(yù)選閥，進(jìn)行半擋控制，一路供給換擋助力器，進(jìn)行正常擋位換擋助力。另外高低擋副箱換擋閥接一路常進(jìn)氣，當(dāng)變速箱從低擋區(qū)空擋（3、4擋）到高擋區(qū)空擋（5、6擋）時(shí)，閥門打開(kāi)給高低擋副箱氣缸供氣，完成高低擋切換。

為了保證氣路控制的順暢，除了預(yù)選閥上高低擋氣管采用4×1尼龍管以外，其它氣管均為8×1尼龍管，整車匹配離合器助力器時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)分離撥叉和離合器分離力等參數(shù)確定推桿長(zhǎng)度、氣缸直徑、液壓缸直徑等主要參數(shù)，離合總泵可以根據(jù)現(xiàn)有的離合助力器進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。

以上的氣動(dòng)換擋助力技術(shù)已應(yīng)用于16擋變速器，作為MT向AMT過(guò)渡的控制技術(shù)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證和駕駛員的主觀評(píng)價(jià)，基本上達(dá)到了通過(guò)對(duì)離合助力系統(tǒng)的控制，讓駕駛員在踩離合踏板的同時(shí)就可以輕松的把握換擋最佳時(shí)間，減少了駕駛的疲勞感的要求。另外，通過(guò)優(yōu)化離合助力器和離合總泵的匹配，還可以優(yōu)化離合踏板的響應(yīng)時(shí)間。

4 總結(jié)

以上內(nèi)容雖然主要針對(duì)16擋變速箱，但不失一般性。對(duì)于少擋位的變速箱，只需考慮離合助力器和變速箱助力器之間的關(guān)系，即在離合器徹底分離時(shí)22口直接給變速箱助力器供氣。通過(guò)使用帶控制口的離合助力器以及相關(guān)氣路的控制，能有效解決多擋位變速箱在最佳時(shí)間換擋的問(wèn)題，在降低駕駛員工作強(qiáng)度的同時(shí)，也減少了變速箱損壞。氣動(dòng)換擋助力作為由MT向AMT轉(zhuǎn)變過(guò)程中的一項(xiàng)過(guò)渡技術(shù)，相比AMT技術(shù)簡(jiǎn)單很多，在以氣路控制為主的重卡上實(shí)施起來(lái)比較方便，也更加實(shí)用，所以在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

[1] 張奎,雷瓊紅.變速器氣助力操縱的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].重型汽車,2004, (6)：16-17.

[2] 劉建.重型汽車多擋變速器操縱控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù). 2008,(8)：6-8.

[3] 徐石安,江發(fā)潮.汽車離合器[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.165 -179.

A Study on Matching Connection of Heavy Truck Clutch Assisting and Best Shifting Time

Wang Kaifeng
（Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Laboring intensity and controlling difficulty were increased as a result of heavy truck loading more cargo and using gear-box with more gear range. It’s a trouble how to hold the best shifting gear by control the clutch pedal to most drivers. Shifting gear by air assisting is an interim technology during the transformation from MT to AMT, which can resolve above question.

Heavy Truck; Clutch Assisting; Best Shifting Time; Shifting Gear by Air Assisting

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-156-03

王凱峰，(1980-)，研究生，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，主要從事重卡底盤總布置及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.057