氣助力操縱系統的設計

巨黎波（陜汽集團寶雞華山工程車輛有限責任公司，陜西 寶雞 721013）

氣助力操縱系統的設計

巨黎波
（陜汽集團寶雞華山工程車輛有限責任公司，陜西 寶雞 721013）

摘 要：中卡汽車目前多采用雙軟軸操縱機構，存在掛擋沉重問題。基于此，設計了一種新型操縱機構。通過在軟軸操縱機構基礎上，加裝助力氣缸的辦法，使駕駛員在掛擋過程中有一個助力操縱的過程，達到掛擋輕便的目的。

關鍵詞：軟軸；操縱機構；助力；離合器分泵

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

眾所周知，在車輛行駛中，駕駛員主要是通過轉向、變速控制、制動、離合、加速等動作來實現車輛在道路上的行進，其中，變速控制是在對車輛控制過程中頻率較高的動作，它的操縱效果，直接影響到車輛的行駛狀況和駕駛員對車輛的評價[1]。現在中卡操縱系統基本上由原來的硬桿操縱轉化為主流的軟軸操縱。軟軸因其結構簡單，操縱靈活，在整車布置時有效避免與其它系統的干涉，節約布置空間等優點在中卡上得到了普遍應用。但因掛擋力與掛擋搖臂在一定條件成反比例關系，故不可避免出現掛擋沉重的缺點。文章在軟軸操縱基礎上設計了一種助力裝置，來解決掛擋沉重的問題。

1、問題分析

軟軸操縱按布置形式有分為左操縱型、右操縱型和左右操縱型3種類型，因中冷器、增壓器、進排氣口的位置限制，軟軸布置最終型式是唯一的，此時，軟軸彎曲度、傳遞效率固定；駕駛室樣式確定，操縱機構樣式確定，多款變速箱在同一系列車型裝配，為了操縱的狀態的統一性，變速箱廠家供給的所有變速箱掛擋軸力統一。在這些條件確定的條件下，由F手*L行程*η掛擋傳動比=F掛擋軸*L掛擋力臂得出，掛擋力與掛擋行程成反比，掛擋力與掛擋搖臂力臂成正比[2]。即掛擋力臂越大，掛擋力越輕，掛擋行程越大；從公式上還能得出，在掛擋力一定的條件下，掛擋行程與掛擋力臂成正比，即在保證掛擋行程在最合適的情況下，掛擋搖臂力臂一定，掛擋力一定，故操縱系統不可避免出現掛擋沉重的問題。

2、措施改進初步方案的確定

由以上分析可知，在軟軸布置很順暢的情況下，改變掛擋力作用力臂、調整變速操縱系統掛擋傳動比，雖能解決掛擋沉重的問題，但同時造成了掛擋行程過長的問題，駕駛員操作不方便，運動行程長，也意味著駕駛員做無用功的操縱多。

面對上述問題，根據力在同方向上疊加原理[3]，只要給變速操縱在掛擋時一個同方向的力就能解決問題，新的問題又來了，產生力的設備在那些呢？液壓缸、氣缸等等，又因卡車的剎車系統目前都是采用的氣剎的方式，整車有足夠的氣源，故我們選用了氣缸來實現助力推動；氣缸確定下來了，那么氣缸安裝在什么位置呢？駕駛室內直接推動操縱桿？軟軸上？掛擋搖臂上？從就近原則考慮，在離氣源近的部位安裝氣缸，以保證有足夠、穩定的氣壓，故將氣缸確定在軟軸與掛擋搖臂之間，一端連接軟軸，另一端連接搖臂；氣缸位置確定的情況下，怎樣實現供氣呢？同樣采用就近原則，離合助力器本身就是靠氣路來是實現開關的，離合助力器有離搖臂最近，氣源有保證，現在在一切具備的情況下，我們就需要一個有效控制氣路的控制系統，踩離合掛擋，故我們選在離合踏板時安裝一個控制離合助力器的系統來是可控操縱，在這樣的環境下，氣助力操縱系統方案確定。

3、氣助力操縱優化設計

3.1 工作原理

駕駛員在踩離合時，切斷了發動機與變速箱之間的動力傳遞，通過操縱系統實現各檔位之間對的轉化，即先踩離合后掛擋，根據上述原理，氣助力操縱在離合踏板上有一個電子操縱閥，離合分泵上安裝有分離保護閥，氣路通過離合助力器與助力氣缸相連，當駕駛員踩離合準備掛擋時，離合踏板上的電子操縱閥給離合助力器一個電控信號，離合助力器打開通往氣缸的氣路，帶壓氣體進入氣缸，駕駛員開始掛擋，通過軟軸使氣缸開始工作，氣壓推動氣缸做伸縮運動，當駕駛員給軟軸一個拉力時，氣缸會給換擋搖臂一個拉力，拉動換擋搖臂向前，即氣缸給換擋搖臂的拉力和駕駛員通過軟軸給搖臂的拉力方向一致；駕駛員操縱方向相反時，氣缸運動方向也變為相反；從而實現助力操縱的目的[4]，使駕駛員操縱更舒適，達到換擋清晰，操縱輕便的目的。

整個助力過程為氣缸作用，因此命名為氣助力操縱系統。

3.2 氣缸

氣缸作為氣助力操縱系統的關鍵性零部件，要滿足①操縱桿在加減擋時，氣缸處于中間位置，以滿足雙向推動的功能。②氣缸工作方向與軟軸遠動方向一致。為此氣缸專門安裝有控制氣缸活塞控制單元以實現上述功能。

3.2.1 氣缸裝配

在整車布置時，不同型號變速箱寬度不同，與車架之間間隙大小不一，以860mm寬車架為例，裝配9JS119B、10JS90A兩款變速箱，變速箱本體寬分別為：589mm、466mm，離車架最小間隙為180mm和303mm，故在設計時選用尺寸小、性能佳的助力氣缸，方便氣缸的裝配。

3.2.2 氣缸工作時推拉力的穩定性

氣缸工作時推拉力的穩定性是其性能評價的重要性指標，穩定的推拉力不僅是駕駛員操縱舒適，而且還可以有效防止變速箱打齒。在設計時，選擇氣缸制造實力有保證的廠家進行供貨，否則將由于氣缸的不穩定性達不到掛擋輕便、舒適的效果，氣缸工作關系如下圖所示。

3.3 離合器分泵

離合器分泵的作用就是控制氣缸氣路的通斷，在離合器分泵上安裝有分離保護閥，當接收到從離合踏板電子操縱閥給的開啟信號后，氣路打開，開始給助力氣缸供氣，氣缸開始工作；反之，駕駛員松開離合踏板后，電子操縱閥給分離保護閥一個關閉信號，氣路關閉，助力氣缸停止工作。

這種帶電子控制的離合伺服機構，打破了常規的機械式離合機構，不但做到了氣路的精確控制，而且還有防止駕駛員誤操縱造成變速箱打齒的現象，有效保護變速箱，延長變速箱使用壽命。

4、結論

文章通過對氣助力操縱系統的介紹，打破了現有國內卡車市場對變速操縱的設計觀念和設計瓶頸，從長遠考慮，對變速操縱系統設計給出了新的思路。

氣助力操縱系統的提出，符合卡車行業的發展，隨著卡車司機對舒適性要求的提高，操縱舒適性更是司機師傅們購車時首選條件之一，氣助力操縱系統將得到普遍的應用。

參考文獻

[1] 王永,基于HFE理論的汽車操縱舒適性研究與測評[M].合肥:合肥工業大學,2008.

[2] 何忠波,梁憲福.ATM換擋過程動力學建模及換擋品質的研究[J].機械與液壓,2004(10):29-31.

[3] 何源.基于力學特征的汽車操縱舒適性測評系統研究[J].合肥:合肥工業大學,2008.

[4] 陳寧,趙丁選,于微波.改善動力換擋變速箱換擋品質的研究[J].機械與液壓,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

作者簡介：巨黎波，助理工程師，就職于陜汽集團寶雞華山工程車輛有限責任公司，從事變速操縱、離合系統的設計開發工作。

中圖分類號：U462.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-19-03