重卡离合助力与换档最佳时间匹配关系研究

王永红

引言

重卡装载质量大，使用工况复杂，为了保证离合器的可靠性通常匹配大尺寸干式离合器，同时为了提高车辆的燃油经济性，通常匹配多档位变速器。然而，离合器尺寸增大和变速器档位的增多，势必增大离合踏板力和换档复杂程度，单独靠人力操纵，驾驶强度较大。因此，重卡离合器操纵采用液压气助力式系统，变速器操纵系统也带有气助力装置。

离合变速操纵系统的协调主要通过驾驶员手脚配合来保证，对于技术不熟练或不熟悉车况的驾驶员来说，如果换档时间把握不好容易造成离合器没有完全分离时换档，从而导致变速器齿轮和同步器的早期磨损和损坏。本文将以某 16档变速器为例，引入气动换档技术研究重卡离合气助力系统与变速器换档最佳时间的关系，从而减少驾驶员换档技术的差异、减轻驾驶员的疲劳程度，有效提高多档位变速器的换档平顺性。

1、原理简介

1.1 重卡离合器液压气助力操纵系统原理简介

离合器液压气助力操纵具有摩擦阻力小、传动效率高、动作柔和及布置方便等优点，因此，在重卡上得到了广泛应用。重卡离合器液压气助力操纵系统主要由离合油壶、离合踏板、离合总泵、离合助力器以及离合管路组成，示意结构如图1所示。

驾驶员踩下离合踏板，离合总泵的推杆作用于活塞将离合油壶中的制动液经管路传输至离合助力器，打开离合助力器阀座的阀门后，液压和气压共同作用于活塞，使离合助力器的推杆带动分离拨叉，分离拨叉拨动分离轴承，分离轴承作用于离合器的分离指，使离合器摩擦片与发动机飞轮脱离，切断发动机的动力输出。当离合踏板位于某一位置时，管路中液压保持一定，整个系统达到平衡，此时离合助力器推杆的输出力与所需的离合踏板力成正比。在离合器接合的过程中也存在着这样的关系，当抬起脚离合踏板抬高时，离合器分离指的恢复力作用于分离轴承，通过分离拨叉作用于离合助力器的推杆上，此时离合助力器的气压通过排气阀排到大气中，制动液被活塞推回到离合油壶中，这样，离合器摩擦片与飞轮接合，发动机动力传递至变速器，汽车实现起步。

1.2 重卡变速器气动换档助力系统原理简介

气动换档助力系统是根据驾驶员的换档需求，由气动换档机构根据驾驶员的指令来完成换档动作的一种系统。离合器控制是AMT控制的核心，而气动换档助力系统不控制离合器，离合器动作由驾驶员操纵，因此其控制策略相对AMT简单了很多，开发难度大大降低。在换档时，操纵系统杆系在变速操纵杆作用下，带动换档摇臂转动和变速器助力器的拉杆前后的移动，接通离合器助力器工作腔与气源之间的通道，在储气筒高压气体的作用下，推动换档摇臂转动，从而达到助力的目的。如何控制换档助力时间，是保证换档平顺性的关键，尤其是16档变速器，不但要考虑正常情况下的气助力换档控制，还要考虑高低档气路和半档气路的控制，相对比较复杂，协调三者之间的联系是控制的重点，具体内容会在后面实例中进行介绍。

2、重卡离合气助力与换档最佳时间匹配设计

离合气助力系统和换档气助力系统之间的配合主要通过驾驶员的手和脚的相互配合来保证，对于技术不熟练的驾驶员来说，容易造成换档困难，导致变速器齿轮和同步器的早期磨损和损坏。这些无疑增加了驾驶员的劳动强度和变速器的损坏机率，所以在离合彻底分离时，如何保证换档时间显得格外重要。作为连接离合气助力系统和换档气动换档助力系统的重要元件之一，离合助力器将是我研究控制换档最佳时间的主要对象。

2.1 普通离合助力器的控制原理如图3所示

调整离合踏板上的限位螺栓，在离合踏板处于b位置时，控制阀与踏板限位螺栓之间至少应有1mm，使控制阀只在离合踏板的超行程范围c内才工作。具体控制策略可以根据工况和驾驶员的习惯进行调节。

2.2 带控制气口的离合助力器控制原理

对比两种不同的离合助力器，可以明显的看出区别，图5中离合助力器比图4中多两个控制气口：12口和22口。图4中普通离合助力器的工作原理前面已做介绍，下面重点说明图5中离合助力器的工作原理。结合图6和图7，驾驶员踩下离合踏板，来自离合油壶的制动液一部分通过14口进入活塞的左边推动活塞向右运动，另外一部分控制阀门，使来自储气筒的压缩空气由11口进入助力活塞左边，此时推杆将在液压和气压助力共同作用下向右运动，当推杆运动到A位置，离合器彻底分离时22口开始充气给变速器助力器，完成选换档操纵；松开离合踏板到 B位置，离合开始结合，22口多余气体将从33口排入大气，同时腔内的气体也从31口排出，制动液重新压回到离合油壶中。其中，32口用于排出制动液中多余空气。

2.1 中所述控制方法中由于控制阀的安装和调节的不方便性，通用性不强等原因，所以重卡多使用2.2中的控制方法，两者的原理其实是一样的，都是保证在离合器彻底分离时，再进行选换档操纵。2.2设计的重点就是确定性能曲线中A点、B点对应推杆的长度，确定后就可以保证在最佳时间进行换档。下面实例详细说明设计过程。

3、实例验证

以某8×4搅拌车，匹配ZF-Ecosplit系列16档变速器为例，详细讲解离合助力与换档的匹配关系。此搅拌车离合器的分离行程为12mm，变速器分离拨叉的杠杆比为1.76，所以离合器彻底分离时离合助力器推杆行程为 12×1.76=21.12mm，离合助力器与分离拨叉装配的自由状态的长度为 107mm，图 7中推杆行程的起始位置是推杆长度112mm，所以21.12-（112-107）=16.12mm，所以我们就可以确认图7中B的位置，保证在离合器彻底分离时，进行高低档切换，保证最佳换档时间。由于每个离合助力器的性能曲线图都是一定，一般控制在推杆退后 1mm时即可排气，保证离合器能即及时结合。对于16档变速器来说，一般有半档副箱、四档主箱、高低档副箱三部分组成，所以离合系统与变速系统匹配主要考虑三个方面：一是换档助力，二是半档控制，三是高低档切换。如何协调这三方面，保证最佳换档时间的气动控制连接图如图8所示。

当驾驶员踩下离合踏板直至离合器彻底分离时，离合助力器的控制阀出气口打开后，气体会输出到半档副箱继动阀，继动阀又分出两路气体，一路供给预选阀，进行半档控制，一路供给换档助力器，进行正常档位换档助力。另外高低档副箱换档阀接一路常进气，当变速器从低档区空档（3、4档）到高档区空档（5、6档）时，阀门打开给高低档副箱气缸供气，完成高低档切换。

为了保证气路控制的顺畅，除了预选阀上高低档气管采用Φ4×1尼龙管以外，其它气管均采用Φ8×1尼龙管，整车匹配离合器助力器时，还应该根据分离拨叉和离合器分离力等参数确定推杆长度、气缸直径、液压缸直径等主要参数，离合总泵可以根据现有的离合助力器进行匹配设计，由于这不是本文的研究内容，在此不做详细说明。

以上的气动助力技术已应用于匹配16档变速器车型，作为MT向AMT过渡的控制技术，通过对离合助力系统的控制，实现驾驶员在踩离合踏板的同时轻松把握换档最佳时间的目的，减少驾驶强度。

4、结论

以上内容虽然主要针对16档变速器，但不失一般性。对于少档位的变速器，只需考虑离合助力器和变速器助力器之间的关系，即在离合器彻底分离时22口直接给变速器助力器供气。通过使用带控制口的离合助力器以及相关气路的控制，能有效解决多档位变速器在最佳时间换档的问题，在降低驾驶员工作强度的同时，也减少了变速器损坏。气动助力技术作为由MT向AMT转变过程中的一项过渡技术，相比AMT技术简单很多，在以气路控制为主的重卡上实施起来比较方便，也更加实用，所以在国内市场的应用会越来越广泛。

[1] 张奎,雷琼红.变速器气助力操纵的改进设计[J]. 重型汽车,2004(06):16-17.

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