一種非公路寬體自卸車AMT離合器電控操縱系統的設計

王歡歡，李　維，何　丹，李質彬

（西京學院機械工程學院，陜西西安，710123）

一種非公路寬體自卸車AMT離合器電控操縱系統的設計

王歡歡，李維，何丹，李質彬

（西京學院機械工程學院，陜西西安，710123）

本文通過分析非公路寬體自卸車原有的離合器操縱系統存在的問題，設計了一種AMT離合器電控操縱系統，以STC89C52芯片為核心，采用一些新型的功能模塊設計及電控操縱系統使系統自動化，是一種改進現有系統存在問題的新方案，對后期非公路寬體自卸車AMT電控操縱系統的設計有一定的參考意義。

AMT（電控機械式自動變速器）；離合器；單片機；電控操縱

0　引言

非公路寬體自卸車是一種新型的、運輸效率高、經濟性好、具有中國特色的采礦運輸車輛。近年來露天采礦行業的迅速發展，用戶對非公路寬體自卸車的需求越來越廣泛。隨著國家對安全問題日益重視，人們對安全意識也日益提升。國內非公路寬體自卸車企業的設計和制造不僅對動力性、經濟性提出了更高的要求，同時對可靠性、舒適性及安全性的要求也在提高。非公路寬體自卸車多采用手動變速器，長期行駛于有山區坡道的復雜路況中，駕駛員需要頻繁地在低速重載工況下啟動與換擋來保證車輛平穩行駛。這對駕駛員的操作技術也是一種考驗，若操作不及時會使離合器片磨損嚴重，頻繁操作且操作力度大也使駕駛員易疲勞，存在安全隱患。

電控機械式自動變速器（AMT）是在原有的固定軸式機械變速器基礎上增加自動操縱系統，傳動效率高，成本低且易于制造，在自動變速領域具有廣闊的應用前景。本文以某型號非公路寬體自卸車的傳統手動機械傳動系統為研究基礎，設計一種適合該類型車輛用AMT離合器電控操縱系統，實現離合器的電控自動操縱，降低礦區駕駛員的勞動強度，提高傳動系統零部件使用壽命以及駕駛舒適性、安全性。

1　AMT離合器電控操縱方案設計

離合器操縱機構是駕駛員用以使離合器分離，而后又使之柔和接合的一套機構。它起始于離合器踏板，終止于離合器殼內的分離軸承。它根據所需的能源不同有機械式、液壓式、氣壓式。非公路寬體自卸車原有的離合器操縱系統采用的是液壓控制氣壓助力機構，如圖1所示。由駕駛員踩下離合器踏板，驅動離合器總泵，輸出壓力，儲油罐的油壓力上升，通過高壓軟管輸向離合器助力缸，同時一定量的油液使來自氣缸的壓縮空氣進入離合器助力缸（壓縮空氣產生的作用力與離合器踏板行程有一定的遞增函數關系），助力缸的活塞在液壓作用力和氣壓作用力下推動離合撥叉，實現離合器分離。反之，松開踏板，則離合器接合。

原有的控制系統采用的是干式膜片式彈簧離合器，其工作受多種因素影響，需要根據駕駛員較高的駕駛技術和經驗才能合理、高效的控制離合器的接合與分離，加之，非公路寬體自卸車長期處于復雜的工況，不合理的操作易造成各種問題。隨著汽車電子技術的不斷提高及應用，電控離合器操縱系統可以使離合器的分離與結合自動的適時完成，簡化駕駛員的操作從而有望改善上述問題。目前要實現離合器的自動化，依據操縱系統的動力源有電控—氣動、電控—液動、電控—電動：

1）電控—氣動：此種操縱系統以壓縮空氣為動力源，優點是成本低、無污染，但其控制精度較低、響應速度較慢。2）電控—液動：由于液壓油的存在，此種系統具有較好的吸收沖擊能力，響應速度較快，但由于液壓油的黏度受溫度影響，進而影響離合器接合速度和換擋品質。加上液壓系統對液壓元件的加工精度要求高。3）電控—電動：此種系統以電機為動力源，快速發展的電機控制技術使控制更加精確，而且電機在車輛中的布置靈活方便。

綜上所述，本文提出的改進方案是基于電控—電動式的AMT離合器電控操縱系統，具體方案如圖2：

考慮到非公路寬體自卸車使用工況的復雜性及系統故障的發生，在設計方案時保留了原有的操縱系統，同時并聯了一套自動控制系統。通過離合器的電子控制器采集信號，對電機發出指令，使其帶動離合撥叉對離合器進行接合與分離的控制，具體工作過程如下：

當接到電子控制器9發出的分離指令時，電機6轉動，動力經減速機構7傳到絲杠螺母8帶動離合撥叉4向后移動，自動實現離合器的分離；當接到電子控制器9發出的接合指令時，電機6轉動，動力經減速機構7傳到絲杠螺母8帶動離合撥叉4移動，在回位彈簧作用下，自動實現離合器的逐漸接合；當接到電子控制器9發出由駕駛員通過換擋手柄17（上坡起步、掛檔）表達意愿時，電機6轉動，電子控制器9根據傳感器10-16所采集的信號經過模糊PID處理進行控制，實現更精確地離合控制；當接到電子控制器9發出故障信號時，電機6停止轉動，同時語音提示20發出指令“請使用踏板”，輔助執行機構開始工作，自診斷顯示屏22顯示故障代碼，并給出幾種檢修方式供選擇。

2　AMT離合器電控操縱控制系統硬件設計

硬件設計是指對控制器本身及其外圍設備設計，是控制器控制系統的重要組成部分，其結構的合理、可靠與否，將直接影響整個系統的性能。電子控制器是控制系統核心，主要完成各種信號的采集、處理，對操縱機構發出控制指令等功能。控制器采用模塊化結構，主要包括中央處理模塊、電源模塊、傳感器模塊、離合器邏輯模塊、抗干擾模塊等。

1）控制單元STC89C52模塊，選用STC89C52型單片機，它具有精度高、抗干擾能力強等優點，包含豐富的內部資源，能夠滿足系統的需要。

圖1　非公路寬體自卸車離合器操縱系統結構框圖

圖2　非公路寬體自卸車離合器電控操縱系統結構框圖

圖3　電源模塊電路圖

2）電源模塊，穩定可靠的電源模塊能夠為離合器操縱系統提供穩定工作的電源。根據電控操縱系統的需要，由車輛自備的瓦爾塔免維護蓄電池供電。由于各模塊所需的電壓不同，電源模塊提供有12V、5V和3.3V，傳感器模塊需要的電壓是5V。具體電路如圖3：

3）傳感器模塊，該模塊通過采集當前時刻反映駕駛員意圖、發動機工況及車輛行駛狀況各個傳感器的信息，通過軟件濾波處理，消除干擾信號，并將其中的模擬量轉換為數字量，最終傳給處理器。主要包括發動機轉速傳感器、車速傳感器、檔位傳感器、制動傳感器、油壓傳感器、離合撥叉傳感器、節氣門傳感器等。論文發動機轉速傳感器采用霍爾傳感器，安裝于噴油泵凸輪軸。

4）離合器邏輯模塊，該模塊主要用于判斷是否需要通過操縱系統使離合器接合與分離。

3　系統的軟件設計

根據電控操縱系統的功能需要，所設計的控制系統總體結構如圖4所示，主要由主程序、初始化程序、數據采集程序、中斷程序及功能函數這五部分組成。其中，功能函數包括A/D轉換子函數、離合器操縱系統控制子函數、選換擋控制子函數、輸出顯示子函數等。

4　總結

基于原操縱系統提出了一種新的操縱方案，使離合器分離與接合更加準確及時，大大的降低了礦區駕駛員的勞動強度，不僅能實現對非公路寬體自卸車離合器的使用性能及舒適性能的要求，而且提高了安全性能。操縱系統采用自動操縱和手動操縱兩種方式同時并存，避免了因自動執行系統失效而無法繼續行駛，只能停車等問題解決后才能繼續行駛的問題，提高車輛的出勤率。對后期非公路寬體自卸車AMT電控操縱系統的設計有一定的參考意義。

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［6］王福瑞，單片微機測控系統設計大全［M］ .北京航空航天大學出版社，1999.

Design of a highway truck wide AMT clutch control system

Wang Huanhuan，Li Wei，He Dan，Li Zhibin
（School of mechanical engineering， Xijing University， Xi'an，Shaanxi，710123）

In this paper，through the analysis of non wide profile highway dump truck original clutch control system. In the design of a control system for AMT clutch control，STC89C52 chip as the core，using some new functional module design and electric control system to automatic control systems，a new scheme to improve the existing system problems， have certain reference significance to later period is not wide profile highway dump truck AMT electronic control system design.

AMT（electronic controlled mechanical automatic transmission）；clutch；single chip microcomputer；electronic control

圖4　電控操縱系統總體結構

本論文得到西京學院研究生創新基金項目的資助