气助力操纵系统的设计

巨黎波（陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司，陕西 宝鸡 721013）

气助力操纵系统的设计

巨黎波
（陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司，陕西 宝鸡 721013）

摘 要：中卡汽车目前多采用双软轴操纵机构，存在挂挡沉重问题。基于此，设计了一种新型操纵机构。通过在软轴操纵机构基础上，加装助力气缸的办法，使驾驶员在挂挡过程中有一个助力操纵的过程，达到挂挡轻便的目的。

关键词：软轴；操纵机构；助力；离合器分泵

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.009

CLC NO.: U462.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-19-03

引言

众所周知，在车辆行驶中，驾驶员主要是通过转向、变速控制、制动、离合、加速等动作来实现车辆在道路上的行进，其中，变速控制是在对车辆控制过程中频率较高的动作，它的操纵效果，直接影响到车辆的行驶状况和驾驶员对车辆的评价[1]。现在中卡操纵系统基本上由原来的硬杆操纵转化为主流的软轴操纵。软轴因其结构简单，操纵灵活，在整车布置时有效避免与其它系统的干涉，节约布置空间等优点在中卡上得到了普遍应用。但因挂挡力与挂挡摇臂在一定条件成反比例关系，故不可避免出现挂挡沉重的缺点。文章在软轴操纵基础上设计了一种助力装置，来解决挂挡沉重的问题。

1、问题分析

软轴操纵按布置形式有分为左操纵型、右操纵型和左右操纵型3种类型，因中冷器、增压器、进排气口的位置限制，软轴布置最终型式是唯一的，此时，软轴弯曲度、传递效率固定；驾驶室样式确定，操纵机构样式确定，多款变速箱在同一系列车型装配，为了操纵的状态的统一性，变速箱厂家供给的所有变速箱挂挡轴力统一。在这些条件确定的条件下，由F手*L行程*η挂挡传动比=F挂挡轴*L挂挡力臂得出，挂挡力与挂挡行程成反比，挂挡力与挂挡摇臂力臂成正比[2]。即挂挡力臂越大，挂挡力越轻，挂挡行程越大；从公式上还能得出，在挂挡力一定的条件下，挂挡行程与挂挡力臂成正比，即在保证挂挡行程在最合适的情况下，挂挡摇臂力臂一定，挂挡力一定，故操纵系统不可避免出现挂挡沉重的问题。

2、措施改进初步方案的确定

由以上分析可知，在软轴布置很顺畅的情况下，改变挂挡力作用力臂、调整变速操纵系统挂挡传动比，虽能解决挂挡沉重的问题，但同时造成了挂挡行程过长的问题，驾驶员操作不方便，运动行程长，也意味着驾驶员做无用功的操纵多。

面对上述问题，根据力在同方向上叠加原理[3]，只要给变速操纵在挂挡时一个同方向的力就能解决问题，新的问题又来了，产生力的设备在那些呢？液压缸、气缸等等，又因卡车的刹车系统目前都是采用的气刹的方式，整车有足够的气源，故我们选用了气缸来实现助力推动；气缸确定下来了，那么气缸安装在什么位置呢？驾驶室内直接推动操纵杆？软轴上？挂挡摇臂上？从就近原则考虑，在离气源近的部位安装气缸，以保证有足够、稳定的气压，故将气缸确定在软轴与挂挡摇臂之间，一端连接软轴，另一端连接摇臂；气缸位置确定的情况下，怎样实现供气呢？同样采用就近原则，离合助力器本身就是靠气路来是实现开关的，离合助力器有离摇臂最近，气源有保证，现在在一切具备的情况下，我们就需要一个有效控制气路的控制系统，踩离合挂挡，故我们选在离合踏板时安装一个控制离合助力器的系统来是可控操纵，在这样的环境下，气助力操纵系统方案确定。

3、气助力操纵优化设计

3.1 工作原理

驾驶员在踩离合时，切断了发动机与变速箱之间的动力传递，通过操纵系统实现各档位之间对的转化，即先踩离合后挂挡，根据上述原理，气助力操纵在离合踏板上有一个电子操纵阀，离合分泵上安装有分离保护阀，气路通过离合助力器与助力气缸相连，当驾驶员踩离合准备挂挡时，离合踏板上的电子操纵阀给离合助力器一个电控信号，离合助力器打开通往气缸的气路，带压气体进入气缸，驾驶员开始挂挡，通过软轴使气缸开始工作，气压推动气缸做伸缩运动，当驾驶员给软轴一个拉力时，气缸会给换挡摇臂一个拉力，拉动换挡摇臂向前，即气缸给换挡摇臂的拉力和驾驶员通过软轴给摇臂的拉力方向一致；驾驶员操纵方向相反时，气缸运动方向也变为相反；从而实现助力操纵的目的[4]，使驾驶员操纵更舒适，达到换挡清晰，操纵轻便的目的。

整个助力过程为气缸作用，因此命名为气助力操纵系统。

3.2 气缸

气缸作为气助力操纵系统的关键性零部件，要满足①操纵杆在加减挡时，气缸处于中间位置，以满足双向推动的功能。②气缸工作方向与软轴远动方向一致。为此气缸专门安装有控制气缸活塞控制单元以实现上述功能。

3.2.1 气缸装配

在整车布置时，不同型号变速箱宽度不同，与车架之间间隙大小不一，以860mm宽车架为例，装配9JS119B、10JS90A两款变速箱，变速箱本体宽分别为：589mm、466mm，离车架最小间隙为180mm和303mm，故在设计时选用尺寸小、性能佳的助力气缸，方便气缸的装配。

3.2.2 气缸工作时推拉力的稳定性

气缸工作时推拉力的稳定性是其性能评价的重要性指标，稳定的推拉力不仅是驾驶员操纵舒适，而且还可以有效防止变速箱打齿。在设计时，选择气缸制造实力有保证的厂家进行供货，否则将由于气缸的不稳定性达不到挂挡轻便、舒适的效果，气缸工作关系如下图所示。

3.3 离合器分泵

离合器分泵的作用就是控制气缸气路的通断，在离合器分泵上安装有分离保护阀，当接收到从离合踏板电子操纵阀给的开启信号后，气路打开，开始给助力气缸供气，气缸开始工作；反之，驾驶员松开离合踏板后，电子操纵阀给分离保护阀一个关闭信号，气路关闭，助力气缸停止工作。

这种带电子控制的离合伺服机构，打破了常规的机械式离合机构，不但做到了气路的精确控制，而且还有防止驾驶员误操纵造成变速箱打齿的现象，有效保护变速箱，延长变速箱使用寿命。

4、结论

文章通过对气助力操纵系统的介绍，打破了现有国内卡车市场对变速操纵的设计观念和设计瓶颈，从长远考虑，对变速操纵系统设计给出了新的思路。

气助力操纵系统的提出，符合卡车行业的发展，随着卡车司机对舒适性要求的提高，操纵舒适性更是司机师傅们购车时首选条件之一，气助力操纵系统将得到普遍的应用。

参考文献

[1] 王永,基于HFE理论的汽车操纵舒适性研究与测评[M].合肥:合肥工业大学,2008.

[2] 何忠波,梁宪福.ATM换挡过程动力学建模及换挡品质的研究[J].机械与液压,2004(10):29-31.

[3] 何源.基于力学特征的汽车操纵舒适性测评系统研究[J].合肥:合肥工业大学,2008.

[4] 陈宁,赵丁选,于微波.改善动力换挡变速箱换挡品质的研究[J].机械与液压,2004(10):29-31.

Design of Servo Shifter System

Ju Libo
（Shaanqi Group Baoji Huashan Engineer Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Baoji 721013）

Abstract:At present, most medium-sized trucks use double soft shaft operating mechanism. There are the problem of shifting heavily. Based on this, I have designed a new type of control mechanism. Through on the basis of soft shaft operating mechanism, equipped with power cylinder. Make the driver has a power control process in the process of shift, to achieve the purpose of shift light.

Keywords:Soft shaft; Operating mechanism; PowerClutch; slave cylinder

作者简介：巨黎波，助理工程师，就职于陕汽集团宝鸡华山工程车辆有限责任公司，从事变速操纵、离合系统的设计开发工作。

中图分类号：U462.2

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-19-03