重卡离合助力与换挡最佳时间匹配关系研究

王凯峰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重卡离合助力与换挡最佳时间匹配关系研究

王凯峰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

重卡由于装载质量大，变速箱挡位多，增加了驾驶员的劳动强度和操纵难度。对于大部分驾驶员来说，如何通过控制离合踏板来把握最佳换挡时间一直是个难题。而气动换挡助力作为由MT向AMT转变过程中的一项过渡技术，能有效解决重卡离合助力与换挡最佳时间匹配问题。

重卡；离合助力；换挡最佳时间；气动换挡助力

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

引言

重卡装载质量大，使用工况复杂，为了保证车辆具有良好的行驶性能，重卡匹配变速箱的挡位多。多挡变速箱可以提高发动机的功率利用率及车辆的燃油经济性。然后，由于挡位的增多，势必增大换挡复杂程度，单独靠人力操纵无法实现，所以重卡常采用离合器液压气助力式操纵系统，变速器操纵系统在换挡时也带有气助力装置。这两个操纵系统之间的协调主要通过驾驶员的手和脚的相互配合来保证，对于技术不熟练或不熟悉车况的驾驶员来说，如果对换挡时间把握不好很容易造成在离合器没有完全分离时换挡，从而导致变速箱齿轮和同步器的早期磨损和损坏，直至更换变速箱。本文将以某16挡变速箱为例，引入气动换挡技术研究重卡离合气助力系统与变速箱换挡最佳时间的关系，从而减少驾驶员换挡技术的差异、减轻驾驶员的疲劳程度，有效提高多挡位变速箱的换挡平顺性。

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。

图1 离合器液压气助力操纵系统

1.2 重卡变速箱气动换挡助力系统原理简介

图2 变速器气助力操纵系统结构简图

气动换挡助力系统是根据驾驶员的换挡需求，由气动换挡机构根据驾驶员的指令来完成换挡动作的一种系统。离合器控制是AMT控制的核心，而气动换挡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。在换挡时，操纵系统杆系在变速操纵杆作用下，带动换挡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，推动换挡摇臂转动，从而达到助力的目的。如何控制换挡助力时间，是保证换挡平顺性的关键，尤其是16挡变速箱，不但要考虑正常情况下的气助力换挡控制，还要考虑高低挡气路和半挡气路的控制，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挡最佳时间匹配设计

离合气助力系统和变速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，容易造成换挡困难，导致变速箱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，如何保证换挡时间显得格外重要。离合助力器作为连接离合气助力系统和变速气动换挡助力系统的重要元件之一，是研究控制换挡最佳时间的主要对象。

2.1 普通离合助力器的控制原理

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。

图3 普通离合助力器的控制原理

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，下面重点说一下图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，完成选换挡操纵；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。

图4 普通离合助力器简图

图5 带控制气口离合助力器简图

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，再进行选换挡操纵。2.3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挡。下面实例将详细说明设计过程。

图6 控制原理简图

图7 性能曲线图

3 实例验证

图8 变速箱整体气动控制连接图

以某8×4搅拌车，匹配ZF-Ecosplit系列16挡变速箱为例，详细讲解离合助力与换挡的匹配关系。此搅拌车离合器的分离行程为12mm，变速器的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，进行高低挡切换，保证最佳换挡时间。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挡变速箱来说，一般有半挡副箱、四挡主箱、高低挡副箱三部分组成，所以离合系统与变速系统匹配主要考虑三个方面：一是换挡助力，二是半挡控制，三是高低挡切换。如何协调这几方面，保证最佳换挡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，气体会输出到半挡副箱继动阀，继动阀又分出两路气体，一路供给预选阀，进行半挡控制，一路供给换挡助力器，进行正常挡位换挡助力。另外高低挡副箱换挡阀接一路常进气，当变速箱从低挡区空挡（3、4挡）到高挡区空挡（5、6挡）时，阀门打开给高低挡副箱气缸供气，完成高低挡切换。

为了保证气路控制的顺畅，除了预选阀上高低挡气管采用4×1尼龙管以外，其它气管均为8×1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。

以上的气动换挡助力技术已应用于16挡变速器，作为MT向AMT过渡的控制技术，通过试验验证和驾驶员的主观评价，基本上达到了通过对离合助力系统的控制，让驾驶员在踩离合踏板的同时就可以轻松的把握换挡最佳时间，减少了驾驶的疲劳感的要求。另外，通过优化离合助力器和离合总泵的匹配，还可以优化离合踏板的响应时间。

4 总结

以上内容虽然主要针对16挡变速箱，但不失一般性。对于少挡位的变速箱，只需考虑离合助力器和变速箱助力器之间的关系，即在离合器彻底分离时22口直接给变速箱助力器供气。通过使用带控制口的离合助力器以及相关气路的控制，能有效解决多挡位变速箱在最佳时间换挡的问题，在降低驾驶员工作强度的同时，也减少了变速箱损坏。气动换挡助力作为由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, (6)：16-17.

[2] 刘建.重型汽车多挡变速器操纵控制系统改进设计[J].汽车技术. 2008,(8)：6-8.

[3] 徐石安,江发潮.汽车离合器[M].北京:清华大学出版社,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

王凯峰，(1980-)，研究生，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，主要从事重卡底盘总布置及系统设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.057