王永紅

引言

重卡裝載質(zhì)量大，使用工況復(fù)雜，為了保證離合器的可靠性通常匹配大尺寸干式離合器，同時(shí)為了提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，通常匹配多檔位變速器。然而，離合器尺寸增大和變速器檔位的增多，勢必增大離合踏板力和換檔復(fù)雜程度，單獨(dú)靠人力操縱，駕駛強(qiáng)度較大。因此，重卡離合器操縱采用液壓氣助力式系統(tǒng)，變速器操縱系統(tǒng)也帶有氣助力裝置。

離合變速操縱系統(tǒng)的協(xié)調(diào)主要通過駕駛員手腳配合來保證，對(duì)于技術(shù)不熟練或不熟悉車況的駕駛員來說，如果換檔時(shí)間把握不好容易造成離合器沒有完全分離時(shí)換檔，從而導(dǎo)致變速器齒輪和同步器的早期磨損和損壞。本文將以某 16檔變速器為例，引入氣動(dòng)換檔技術(shù)研究重卡離合氣助力系統(tǒng)與變速器換檔最佳時(shí)間的關(guān)系，從而減少駕駛員換檔技術(shù)的差異、減輕駕駛員的疲勞程度，有效提高多檔位變速器的換檔平順性。

1、原理簡介

1.1 重卡離合器液壓氣助力操縱系統(tǒng)原理簡介

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。

1.2 重卡變速器氣動(dòng)換檔助力系統(tǒng)原理簡介

氣動(dòng)換檔助力系統(tǒng)是根據(jù)駕駛員的換檔需求，由氣動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)根據(jù)駕駛員的指令來完成換檔動(dòng)作的一種系統(tǒng)。離合器控制是AMT控制的核心，而氣動(dòng)換檔助力系統(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簡單了很多，開發(fā)難度大大降低。在換檔時(shí)，操縱系統(tǒng)桿系在變速操縱桿作用下，帶動(dòng)換檔搖臂轉(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)換檔搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到助力的目的。如何控制換檔助力時(shí)間，是保證換檔平順性的關(guān)鍵，尤其是16檔變速器，不但要考慮正常情況下的氣助力換檔控制，還要考慮高低檔氣路和半檔氣路的控制，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檔最佳時(shí)間匹配設(shè)計(jì)

離合氣助力系統(tǒng)和換檔氣助力系統(tǒng)之間的配合主要通過駕駛員的手和腳的相互配合來保證，對(duì)于技術(shù)不熟練的駕駛員來說，容易造成換檔困難，導(dǎo)致變速器齒輪和同步器的早期磨損和損壞。這些無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)，如何保證換檔時(shí)間顯得格外重要。作為連接離合氣助力系統(tǒng)和換檔氣動(dòng)換檔助力系統(tǒng)的重要元件之一，離合助力器將是我研究控制換檔最佳時(shí)間的主要對(duì)象。

2.1 普通離合助力器的控制原理如圖3所示

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)。

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)說明圖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，來自離合油壺的制動(dòng)液一部分通過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口開始充氣給變速器助力器，完成選換檔操縱；松開離合踏板到 B位置，離合開始結(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。

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)行選換檔操縱。2.2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)推桿的長度，確定后就可以保證在最佳時(shí)間進(jìn)行換檔。下面實(shí)例詳細(xì)說明設(shè)計(jì)過程。

3、實(shí)例驗(yàn)證

以某8×4攪拌車，匹配ZF-Ecosplit系列16檔變速器為例，詳細(xì)講解離合助力與換檔的匹配關(guān)系。此攪拌車離合器的分離行程為12mm，變速器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)的長度為 107mm，圖 7中推桿行程的起始位置是推桿長度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)行高低檔切換，保證最佳換檔時(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檔變速器來說，一般有半檔副箱、四檔主箱、高低檔副箱三部分組成，所以離合系統(tǒng)與變速系統(tǒng)匹配主要考慮三個(gè)方面：一是換檔助力，二是半檔控制，三是高低檔切換。如何協(xié)調(diào)這三方面，保證最佳換檔時(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后，氣體會(huì)輸出到半檔副箱繼動(dòng)閥，繼動(dòng)閥又分出兩路氣體，一路供給預(yù)選閥，進(jìn)行半檔控制，一路供給換檔助力器，進(jìn)行正常檔位換檔助力。另外高低檔副箱換檔閥接一路常進(jìn)氣，當(dāng)變速器從低檔區(qū)空檔（3、4檔）到高檔區(qū)空檔（5、6檔）時(shí)，閥門打開給高低檔副箱氣缸供氣，完成高低檔切換。

為了保證氣路控制的順暢，除了預(yù)選閥上高低檔氣管采用Φ4×1尼龍管以外，其它氣管均采用Φ8×1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)，由于這不是本文的研究內(nèi)容，在此不做詳細(xì)說明。

以上的氣動(dòng)助力技術(shù)已應(yīng)用于匹配16檔變速器車型，作為MT向AMT過渡的控制技術(shù)，通過對(duì)離合助力系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)駕駛員在踩離合踏板的同時(shí)輕松把握換檔最佳時(shí)間的目的，減少駕駛強(qiáng)度。

4、結(jié)論

以上內(nèi)容雖然主要針對(duì)16檔變速器，但不失一般性。對(duì)于少檔位的變速器，只需考慮離合助力器和變速器助力器之間的關(guān)系，即在離合器徹底分離時(shí)22口直接給變速器助力器供氣。通過使用帶控制口的離合助力器以及相關(guān)氣路的控制，能有效解決多檔位變速器在最佳時(shí)間換檔的問題，在降低駕駛員工作強(qiáng)度的同時(shí)，也減少了變速器損壞。氣動(dòng)助力技術(shù)作為由MT向AMT轉(zhuǎn)變過程中的一項(xiàng)過渡技術(shù)，相比AMT技術(shù)簡單很多，在以氣路控制為主的重卡上實(shí)施起來比較方便，也更加實(shí)用，所以在國內(nèi)市場的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

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