液壓離合系統踏板不回位問題分析

李彬, 羅明軍,程然超, 高家兵

(1.奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241006；2.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009；3.蕪湖凱翼汽車有限公司，安徽蕪湖 241006)

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液壓離合系統踏板不回位問題分析

李彬1,2, 羅明軍3,程然超1, 高家兵1

(1.奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241006；2.合肥工業大學機械與汽車工程學院，安徽合肥 230009；3.蕪湖凱翼汽車有限公司，安徽蕪湖 241006)

某車型液壓離合系統踏板在工作過程中存在不回位的問題，導致車輛駕駛中存在安全隱患。分析該液壓離合系統的工作原理，根據車輛行駛的實際工況，從液體流動性、結構密封性，離合器踏板力等幾個方面，統計了液壓離合系統踏板不回位的故障現象；分析離合系統故障特征及相關試驗數據，找到了液壓離合系統踏板不回位故障的根本原因，即液壓不足、摩擦阻力大以及離合踏板助力過大或回位力不足；并提出了規避離合踏板不回位的改善措施。

液壓離合系統；踏板回位；摩擦阻力

0 引言

離合系統是手動擋整車重要的系統組成部分，起到切斷和傳遞動力，以保證車輛平穩起步及行車過程中進行換擋操作等作用。文獻[1-2]系統敘述了汽車離合器結構、功能和產品設計制造的基本過程；文獻[3]利用離合器踏板特性分析系統，測試了某轎車不同發動機工作轉速下離合器的踏板特性；文獻[4]模擬從液壓離合器踏板至分離軸承的機械運動，并進行運動校核；文獻[5]建立了離合器模型并使用反演法研究離合器的控制特性；文獻[6]分析了離合器踏板抖動原因，并探討了解決方案；文獻[7]對離合回位慢問題進行分析，并提出了解決方案；文獻[8]從故障維修角度敘述了離合器常見故障問題分析。

綜上所述，對離合器不回位問題進行的系統研究較少，有必要對液壓離合操縱系統的工作過程進行分析，結合離合踏板不回位的現象，對故障原因進行分析總結，進而從設計上進行優化，避免故障的發生。

1 離合系統工作過程及踏板不回位故障分類

1.1 液壓離合器工作過程

液壓離合器系統組成如圖1所示。

圖2表達了離合踏板力、踏板行程及液壓管路壓強之間的關系。

圖2 離合踏板力-行程及管路內液壓-行程關系

系統的工作過程如下：

(1)離合踏板踩下，液壓系統與制動液罐相通，駕駛者克服離合踏板回位力、踏板與主缸連接副摩擦力以及主缸活塞皮碗與缸壁摩擦力。

(2)踏板繼續下踩，液壓系統密封并開始建壓，離合器開始起作用，踏板力逐漸增加，液壓也逐步上升后下降，直至踩到踏板下限位為止。此時離合器完全分離，動力中斷。

(3)松開離合踏板，離合器逐漸結合直至完全結合，動力重新傳遞，踏板回位主要依靠系統液壓力驅動返回。

(4)當離合踏板到回位行程末端時，如果離合踏板回位力不足以克服系統摩擦力，那么將出現末端不回位故障。

1.2 離合踏板不回位故障分類

根據離合踏板踩下后抬起最終踏板面停留位置，對踏板不回位故障進行分類[9-10]。

如圖3，離合踏板上限位位置為A，下限位位置為B，踏板回程中間位置為C，踏板回程末端區域起始位置為D(一般與位置A距離20 mm左右)。離合踏板操作為：從位置A踩下離合踏板至位置B，松開踏板，離合踏板由位置B回彈至位置A。當離合踏板由位置A踩至位置B，松開踏板：

(1)踏板面停留在下限位位置B，稱之為完全不回位；

(2)停留在B～D區間，稱之為中間區域不回位；

(3)踏板面停留在回程末端區域，即D～A區間，稱之為末端不回位。

圖3 離合踏板面位置示意圖

2 離合器踏板不回位故障原因分析

離合器踏板不回位故障初步原因見表1。

2.1 踏板不回位故障產生的原因匯總

(1)完全不回位和中間區域不回位

離合踏板完全不回位，說明系統無法建壓或者液壓力不足；離合踏板中間區域不回位，除液壓力不足外，液壓系統摩擦阻力過大或者離合踏板助力在踏板回程前段(B～C段)過大是可能的主要原因。

液壓系統摩擦阻力過大主要體現在離合主缸和工作缸摩擦阻力。另外，冬季溫度降低，制動液黏度明顯增大，離合主缸、工作缸摩擦阻力也會增加。

(2)末端不回位

在離合踏板回程末端區域，液壓逐步減小直至降為零，在此階段導致離合踏板末端不回位的主要原因是離合踏板回位力不足和離合主缸摩擦阻力過大。

2.2 踏板不回位的故障特征及試驗分析

2.2.1 管路及管路連接處漏油

漏油導致油量減少，不能建立油壓以推動離合器分離杠桿，這會導致離合器無法回位。由于此類故障一般和配合結構、尺寸以及管路自身質量相關，文中不展開討論。

2.2.2 離合主缸和工作缸密封不良

如果離合主缸或者工作缸密封不良，進一步分析其漏油根本原因。首先，測量皮碗密封配合處內外徑尺寸，與皮碗新件尺寸進行對比。如果皮碗與缸壁配合處外徑減小或與活塞配合內徑增大，均會導致性能下降、漏油。

2.2.3 離合主缸和工作缸摩擦阻力增大

(1)冬季低溫情況下

隨著溫度降低，制動液的黏度會逐漸并急劇增加，如表2所示。

表2 3種制動液各溫度下運動黏度實測值

隨著溫度下降，制動液運動黏度加大，離合主缸和工作缸摩擦阻力也隨之增加。

(2)非低溫情況下

離合主缸或工作缸摩擦阻力增加，一般情況是皮碗有膨脹，導致與缸壁過盈量增加。而皮碗膨脹的原因主要是皮碗、制動液以及液壓系統管路材料之間不兼容。經驗表明：皮碗外徑膨脹超過3%，缸體摩擦力增加明顯，將嚴重影響離合踏板回位性能。如圖4所示皮碗外徑膨脹量超過6%。

圖4 某離合主缸故障件皮碗與正常皮碗對比圖

2.2.4 換擋時離合器分離力降低

隨著發動機轉速的增加，在離心力作用下，離合器分離力逐步下降，離合踏板力也將降低。當分離力下降一定程度，當系統液壓力不足以克服系統摩擦阻力和離合踏板助力時，踏板將不回位，如圖5和表3所示。

由圖5和表3可知:發動機轉速6 000 r/min時，回程最小踏板力由30 N降低到21 N。如考慮隨著整車里程數增加，系統磨損導致摩擦阻力加大以及冬季低溫時阻力也會加大，此時如在發動機6 000 r/min換擋，離合踏板可能無法回位。

圖5 發動機不同轉速下離合踏板行程-踏板力實測曲線

表3 某整車發動機不同轉速踏板力測試值匯總表

2.2.5 離合踏板助力過大

為降低手動擋離合踏板力，一般情況下是在踏板上增加助力-回位機構，如圖6所示。

圖6 離合踏板助力-回位曲線

在離合踏板行程0～40 mm范圍內，離合踏板輸出回位力；在行程40 mm之后，離合踏板起助力作用。如踏板助力設定過大，在一些工況下(如車輛里程數較多、系統有磨損，冬季低溫及高速換擋等)，會導致離合踏板完全不回位或者中間區域不回位。

2.2.6 離合踏板回位力不足

根據圖2，在離合踏板行程末端區域，系統液壓逐漸減小直至減小到0。如果踏板回位力不足以克服摩擦阻力，那么將出現離合踏板末端不回位故障。

3 離合踏板不回位故障設計規避措施

3.1 制動液兼容性能

為保證離合主缸、工作缸密封性能以及摩擦阻力控制在一定范圍內，就需要在整車壽命范圍內保證皮碗不收縮、膨脹量控制在一定范圍內，需要進行兼容性試驗：

(1)低壓進油軟管、高壓軟管進行耐制動液試驗

在一定的溫度下，管路浸泡在制動液中一定時長，對比試驗前后管路質量和體積的增加情況。質量和體積增加在0～10%范圍內合格。

(2)皮碗耐制動液試驗

在一定的溫度下，皮碗浸泡在制動液中一定時長，對比試驗前后皮碗質量和體積以及外徑增加情況。質量、體積增加在0～10%范圍內，外徑增加在0～3%范圍內合格。

(3)兼容性試驗

管路、皮碗同時浸泡在制動液中，試驗條件和合格判斷依據與單獨耐制動液試驗相同。

3.2 高速換擋工況離合踏板回位性能

為避免該工況下換擋離合踏板不回位問題，根據經驗，需要把發動機6 000 r/min工況下離合踏板回程前半段(圖3中B～C范圍)最小踏板力控制在25 N以上，怠速工況時最小踏板力控制在40 N以上，需要控制如下參數：

(1)離合器回程時分離力波谷值(如圖7所示)不宜過小。

圖7 離合器分離力曲線

(2)離合踏板去程末端時助力值(如圖7所示，離合踏板去程末端行程110～130 mm內，助力值逐漸下降)不宜過大。可通過調整離合踏板助力-回位機構幾何關系及助力-回位彈簧張角來滿足上述要求。

3.3 離合踏板末端回位性能

為保證離合踏板能夠回位徹底，需要離合踏板自身助力-回位機構滿足如下要求：

(1)回位行程足夠，根據經驗，需要30 mm以上(如圖6所示，離合踏板回位行程為40 mm)；

(2)踏板末端回位力足夠，根據經驗，需要10 N以上(如圖6所示，離合踏板末端回位力為17 N)。

4 結論

(1)發現并歸類離合器故障。通過液壓離合操縱系統的工作過程和原理的梳理，結合實際工作故障現象，將離合踏板不回位故障歸類為3種狀態進行研究。

(2)分析引起離合器故障的影響因素。結合具體的故障特征，以及相關的試驗測試數據，較為全面地找到了導致離合踏板不回位故障的原因。

(3)提出改善措施并解決問題。針對故障原因分析，結合實際開發經驗從設計源頭提出了規避離合踏板不回位問題的措施，整車試驗及售后使用過程中不再出現因設計制造引起的離合器踏板不回位故障，取得良好的效果。

【1】徐石安，江發潮.汽車離合器[M].北京:清華大學出版社,2005.

【2】林世裕.膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設計與制造[M].南京:東南大學出版社,1995.

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SUN X Q,HU Z Y,ZHOU H L.Experimental Study on the Factors Affecting Clutch Control Characteristics[J].Automobile Technology,2011(11):53-57.

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HE Y.Research of the AMT Vehicle on Starting Process[J].Machinery Design & Manufacture,2011(5):179-182.

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【10】鄭樹平.汽車離合器常見故障診斷分析[J].汽車維修與保養,2015(2):59-60.

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全球領先的致力于提高商用車安全、效率和智能互聯技術的供應商威伯科推出用于卡車和客車的OnGuardMAXTM先進的自動緊急制動系統 (AEBS)。當遇到前方靜止和行進的車輛時，該系統可提供完全制動。威伯科是業界第一個提供AEBS的獨立系統供應商，而OnGuardMAXTM系統的推出標志著商用車自動駕駛又一關鍵技術的突破。

(來源：威伯科)

Analysis and Solution for Hydraulic Clutch Pedal not Returning

LI Bin1,2, LUO Mingjun3, CHENG Ranchao1, GAO Jiabing1

(1.Chery Automobile Co.,Ltd., Wuhu Anhui 241006,China; 2.School of Automotive and Mechanics Engineering,Hefei University of Technology, Hefei Anhui 230009, China;3. Cowin Automobile Co.,Ltd., Wuhu Anhui 2410006,China)

Because hydraulic clutch pedal can’t return initial position when some vehicle is driving, the power transmission will be interrupted. It is very serious security problem when vehicle is driving. The working principle of the hydraulic clutch system was analyzed. According to actual working conditions, statistical analysis was introduced into the fault problems that hydraulic clutch pedal couldn’t return from liquidity of liquid, sealing of structure, the clutch pedal force.The feature of fault and test data were analyzed and summarized, and root causes that clutch pedal couldn’t return were found. There were lack of hydraulic oil, higher flow resistance，improper clutch pedal force. At last, some improvement measures were put forward for these fault problems.

Hydraulic clutch system; Pedal returning; Frictional resistance

2016-07-21

江西省自然基金項目(20142BAB216028)；江西省教育廳科技項目(GJJ11034)

李彬(1978—)，女，碩士，工程師，研究方向為汽車結構設計與分析。

羅明軍，E-mail:lmjlmh2008@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.10.016

U 463.82

A

1674-1986(2016)10-064-04