王凱峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重卡離合助力與換擋最佳時間匹配關系研究

王凱峰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重卡由于裝載質量大，變速箱擋位多，增加了駕駛員的勞動強度和操縱難度。對于大部分駕駛員來說，如何通過控制離合踏板來把握最佳換擋時間一直是個難題。而氣動換擋助力作為由MT向AMT轉變過程中的一項過渡技術，能有效解決重卡離合助力與換擋最佳時間匹配問題。

重卡；離合助力；換擋最佳時間；氣動換擋助力

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

引言

重卡裝載質量大，使用工況復雜，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)動機的功率利用率及車輛的燃油經濟性。然后，由于擋位的增多，勢必增大換擋復雜程度，單獨靠人力操縱無法實現，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)在換擋時也帶有氣助力裝置。這兩個操縱系統(tǒng)之間的協調主要通過駕駛員的手和腳的相互配合來保證，對于技術不熟練或不熟悉車況的駕駛員來說，如果對換擋時間把握不好很容易造成在離合器沒有完全分離時換擋，從而導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，引入氣動換擋技術研究重卡離合氣助力系統(tǒng)與變速箱換擋最佳時間的關系，從而減少駕駛員換擋技術的差異、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、傳動效率高、動作柔和及布置方便等優(yōu)點，因此，在重卡上得到了廣泛應用。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，示意結構如圖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液經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分離撥叉，分離撥叉撥動分離軸承，分離軸承作用于離合器的分離指，使離合器摩擦片與發(fā)動機飛輪脫離，切斷發(fā)動機的動力輸出。當離合踏板位于某一位置時，管路中液壓保持一定，整個系統(tǒng)達到平衡，此時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系，當抬起腳離合踏板抬高時，離合器分離指的恢復力作用于分離軸承，通過分離撥叉作用于離合助力器的推桿上，此時離合助力器的氣壓通過排氣閥排到大氣中，制動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)動機動力傳遞至變速器，汽車實現起步。

圖1 離合器液壓氣助力操縱系統(tǒng)

1.2 重卡變速箱氣動換擋助力系統(tǒng)原理簡介

圖2 變速器氣助力操縱系統(tǒng)結構簡圖

氣動換擋助力系統(tǒng)是根據駕駛員的換擋需求，由氣動換擋機構根據駕駛員的指令來完成換擋動作的一種系統(tǒng)。離合器控制是AMT控制的核心，而氣動換擋助力系統(tǒng)不控制離合器，離合器動作由駕駛員操縱，因此其控制策略相對AMT簡單了很多，開發(fā)難度大大降低。在換擋時，操縱系統(tǒng)桿系在變速操縱桿作用下，帶動換擋搖臂轉動和變速器助力器的拉桿前后的移動，接通離合器助力器工作腔與氣源之間的通道，在儲氣筒高壓氣體的作用下，推動換擋搖臂轉動，從而達到助力的目的。如何控制換擋助力時間，是保證換擋平順性的關鍵，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，相對比較復雜，協調三者之間的聯系是控制的重點，具體內容會在后面實例中進行介紹。

2 重卡離合氣助力與換擋最佳時間匹配設計

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駕駛員的手和腳的相互配合來保證，對于技術不熟練的駕駛員來說，容易造成換擋困難，導致變速箱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強度和變速器的損壞機率，所以在離合徹底分離時，如何保證換擋時間顯得格外重要。離合助力器作為連接離合氣助力系統(tǒng)和變速氣動換擋助力系統(tǒng)的重要元件之一，是研究控制換擋最佳時間的主要對象。

2.1 普通離合助力器的控制原理

調整離合踏板上的限位螺栓，在離合踏板處于b位置時，控制閥與踏板限位螺栓之間至少應有1mm，使控制閥只在離合踏板的超行程范圍（c）內才工作。具體控制策略可以根據工況和駕駛員的習慣進行調節(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，下面重點說一下圖5中離合助力器的工作原理。結合圖6和圖7，駕駛員踩下離合踏板，來自離合油壺的制動液一部分通過14口進入活塞的左邊推動活塞向右運動，另外一部分控制閥門，使來自儲氣筒的壓縮空氣由11口進入助力活塞左邊，此時推桿將在液壓和氣壓助力共同作用下向右運動，當推桿運動到A位置，離合器徹底分離時22口開始充氣給變速器助力器，完成選換擋操縱；松開離合踏板到B位置，離合開始結合，22口多余氣體將從33口排入大氣，同時腔內的氣體也從31口排出，制動液重新壓回到離合油壺中。其中，32口用于排出制動液中多余空氣。

圖4 普通離合助力器簡圖

圖5 帶控制氣口離合助力器簡圖

2.1 中所述控制方法中由于控制閥的安裝和調節(jié)的不方便性，通用性不強等原因，所以重卡多使用2.2中的控制方法，兩者的原理其實是一樣的，都是保證在離合器徹底分離時，再進行選換擋操縱。2.3設計的重點就是確定性能曲線中A點、B點對應推桿的長度，確定后就可以保證在最佳時間進行換擋。下面實例將詳細說明設計過程。

圖6 控制原理簡圖

圖7 性能曲線圖

3 實例驗證

圖8 變速箱整體氣動控制連接圖

以某8×4攪拌車，匹配ZF-Ecosplit系列16擋變速箱為例，詳細講解離合助力與換擋的匹配關系。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圖7中B的位置，保證在離合器徹底分離時，進行高低擋切換，保證最佳換擋時間。由于每個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時即可排氣，保證離合器能即及時結合。對于16擋變速箱來說，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)匹配主要考慮三個方面：一是換擋助力，二是半擋控制，三是高低擋切換。如何協調這幾方面，保證最佳換擋時間的氣動控制連接圖如圖8所示。當駕駛員踩下離合踏板直至離合器徹底分離時，離合助力器的控制閥出氣口打開后，氣體會輸出到半擋副箱繼動閥，繼動閥又分出兩路氣體，一路供給預選閥，進行半擋控制，一路供給換擋助力器，進行正常擋位換擋助力。另外高低擋副箱換擋閥接一路常進氣，當變速箱從低擋區(qū)空擋（3、4擋）到高擋區(qū)空擋（5、6擋）時，閥門打開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，還應該根據分離撥叉和離合器分離力等參數確定推桿長度、氣缸直徑、液壓缸直徑等主要參數，離合總泵可以根據現有的離合助力器進行匹配設計。

以上的氣動換擋助力技術已應用于16擋變速器，作為MT向AMT過渡的控制技術，通過試驗驗證和駕駛員的主觀評價，基本上達到了通過對離合助力系統(tǒng)的控制，讓駕駛員在踩離合踏板的同時就可以輕松的把握換擋最佳時間，減少了駕駛的疲勞感的要求。另外，通過優(yōu)化離合助力器和離合總泵的匹配，還可以優(yōu)化離合踏板的響應時間。

4 總結

以上內容雖然主要針對16擋變速箱，但不失一般性。對于少擋位的變速箱，只需考慮離合助力器和變速箱助力器之間的關系，即在離合器徹底分離時22口直接給變速箱助力器供氣。通過使用帶控制口的離合助力器以及相關氣路的控制，能有效解決多擋位變速箱在最佳時間換擋的問題，在降低駕駛員工作強度的同時，也減少了變速箱損壞。氣動換擋助力作為由MT向AMT轉變過程中的一項過渡技術，相比AMT技術簡單很多，在以氣路控制為主的重卡上實施起來比較方便，也更加實用，所以在國內市場的應用會越來越廣泛。

[1] 張奎,雷瓊紅.變速器氣助力操縱的改進設計[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)改進設計[J].汽車技術. 2008,(8)：6-8.

[3] 徐石安,江發(fā)潮.汽車離合器[M].北京:清華大學出版社,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股份有限公司技術中心，主要從事重卡底盤總布置及系統(tǒng)設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.057