氣助力操縱系統(tǒng)的設(shè)計

巨黎波（陜汽集團(tuán)寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721013）

氣助力操縱系統(tǒng)的設(shè)計

巨黎波
（陜汽集團(tuán)寶雞華山工程車輛有限責(zé)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(jī)構(gòu)，存在掛擋沉重問題?；诖耍O(shè)計了一種新型操縱機(jī)構(gòu)。通過在軟軸操縱機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)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(dá)到掛擋輕便的目的。

關(guān)鍵詞：軟軸；操縱機(jī)構(gòu)；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(zhuǎn)向、變速控制、制動、離合、加速等動作來實(shí)現(xiàn)車輛在道路上的行進(jìn)，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(xiàn)在中卡操縱系統(tǒng)基本上由原來的硬桿操縱轉(zhuǎn)化為主流的軟軸操縱。軟軸因其結(jié)構(gòu)簡單，操縱靈活，在整車布置時有效避免與其它系統(tǒng)的干涉，節(jié)約布置空間等優(yōu)點(diǎn)在中卡上得到了普遍應(yīng)用。但因掛擋力與掛擋搖臂在一定條件成反比例關(guān)系，故不可避免出現(xiàn)掛擋沉重的缺點(diǎn)。文章在軟軸操縱基礎(chǔ)上設(shè)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(jìn)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(jī)構(gòu)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(tài)的統(tǒng)一性，變速箱廠家供給的所有變速箱掛擋軸力統(tǒng)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(tǒng)不可避免出現(xiàn)掛擋沉重的問題。

2、措施改進(jìn)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(diào)整變速操縱系統(tǒng)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(yùn)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(jù)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(chǎn)生力的設(shè)備在那些呢？液壓缸、氣缸等等，又因卡車的剎車系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)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(nèi)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(wěn)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)開關(guān)的，離合助力器有離搖臂最近，氣源有保證，現(xiàn)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(tǒng)，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(tǒng)來是可控操縱，在這樣的環(huán)境下，氣助力操縱系統(tǒng)方案確定。

3、氣助力操縱優(yōu)化設(shè)計

3.1 工作原理

駕駛員在踩離合時，切斷了發(fā)動機(jī)與變速箱之間的動力傳遞，通過操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各檔位之間對的轉(zhuǎn)化，即先踩離合后掛擋，根據(jù)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(hù)閥，氣路通過離合助力器與助力氣缸相連，當(dāng)駕駛員踩離合準(zhǔn)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(jìn)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(yùn)動，當(dāng)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(yùn)動方向也變?yōu)橄喾?；從而?shí)現(xiàn)助力操縱的目的[4]，使駕駛員操縱更舒適，達(dá)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(tǒng)。

3.2 氣缸

氣缸作為氣助力操縱系統(tǒng)的關(guān)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)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(shè)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(wěn)定性

氣缸工作時推拉力的穩(wěn)定性是其性能評價的重要性指標(biāo)，穩(wěn)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(shè)計時，選擇氣缸制造實(shí)力有保證的廠家進(jìn)行供貨，否則將由于氣缸的不穩(wěn)定性達(dá)不到掛擋輕便、舒適的效果，氣缸工作關(guān)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(hù)閥，當(dāng)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(hù)閥一個關(guān)閉信號，氣路關(guān)閉，助力氣缸停止工作。

這種帶電子控制的離合伺服機(jī)構(gòu)，打破了常規(guī)的機(jī)械式離合機(jī)構(gòu)，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(xiàn)象，有效保護(hù)變速箱，延長變速箱使用壽命。

4、結(jié)論

文章通過對氣助力操縱系統(tǒng)的介紹，打破了現(xiàn)有國內(nèi)卡車市場對變速操縱的設(shè)計觀念和設(shè)計瓶頸，從長遠(yuǎn)考慮，對變速操縱系統(tǒng)設(shè)計給出了新的思路。

氣助力操縱系統(tǒng)的提出，符合卡車行業(yè)的發(fā)展，隨著卡車司機(jī)對舒適性要求的提高，操縱舒適性更是司機(jī)師傅們購車時首選條件之一，氣助力操縱系統(tǒng)將得到普遍的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[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(yè)大學(xué),2008.

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

[3] 何源.基于力學(xué)特征的汽車操縱舒適性測評系統(tǒng)研究[J].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2008.

[4] 陳寧,趙丁選,于微波.改善動力換擋變速箱換擋品質(zhì)的研究[J].機(jī)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(tuán)寶雞華山工程車輛有限責(zé)任公司，從事變速操縱、離合系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)工作。

中圖分類號：U462.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-19-03