某微卡離合操縱系統的設計與改進

李大進，胡久強，劉代軍

某微卡離合操縱系統的設計與改進

李大進，胡久強，劉代軍

（四川南駿汽車集團有限公司 技術中心，四川 資陽 641300）

微卡離合操縱系統通常采用液壓真空助力結構，針對某型微卡離合操縱系統使用性能欠佳的情況，進行了設計改進。本研究根據設計輸入參數，從選型匹配和設計計算出發，通過試驗與評價的方式，獲得了該離合操縱系統的主客觀性能指標。經過對測評結果的分析，該離合操縱系統的傳動機構過于冗長，傳遞效率較低，使得離合操縱性能欠佳。為改善其操縱性能，通過取消離合拉索，調整總泵布置和相關設計參數等方法進行了改進，從而提高了傳動效率，使得離合分離徹底，結合柔和順暢，踏板力和行程特性滿足人機工程要求，具有良好的操縱力學特性和操縱舒適性。

離合操縱系統；液壓真空助力；試驗評價

離合器操縱機構是駕駛員用以使離合器結合與分離的機構，它始于駕駛室內的離合踏板，終于離合器內的分離軸承[1]。目前，國內微型卡車的離合系統主要有拉線離合、液壓離合、液壓真空助力、液壓氣助力等形式。離合操縱系統的性能優劣是車輛品質的重要體現，直接影響車輛的駕乘體驗，離合操縱系統應能使離合分離徹底、結合柔和順暢、踏板力和行程特性滿足人機工程要求[2-3]。本文針對某型微卡離合操縱系統進行匹配計算，隨后對所設計的離合操縱系統進行性能測評，并根據測評結果進行設計改進，從而使得該離合操縱系統具有良好的操縱性能和駕乘體驗。

1 離合操縱系統的匹配計算

在離合總成設計完成后，需要匹配離合操縱系統，并對離合泵排量、踏板力、踏板行程進行校核計算，從而確定離合總泵、分泵、踏板、杠桿比等的具體參數與結構形式[4]。該微卡采用是液壓真空助力離合操縱系統，其整體布置如圖1所示，由踏板、拉索、離合轉臂支座、真空助力器、離合總泵、離合硬管、離合軟管、離合分泵等組成。基本工作原理為：踩下離合踏板，通過拉索拉動離合轉臂，使離合總泵活塞移動建立壓力，真空助力器提供助力，液壓能通過管路傳遞給離合分泵，離合分泵再將液壓能轉換為機械能，推動分離軸承移動，從而實現離合器的分離與結合。根據離合操縱機構相關設計理論方法和設計參數分別進行排量、踏板力、踏板行程和效率計算。

設計參數如表1所示。

圖1 真空助力離合操縱系統

表1 設計參數

1.1 排量計算

（1）離合分泵排量

離合分泵的排量是指使離合器徹底分離時，離合分泵的最小需求液量，可根據離合器徹底分離時離合分泵的活塞行程求得，即：

式中：2為離合分泵排量，mm3。

計算得：2＝6725.88

（2）離合總泵排量

離合總泵的排量是指使在離合踏板全行程下，離合總泵的最大排液量，可根據離合踏板全行程下離合總泵的活塞行程求得，即：

式中：1為離合總泵排量，mm3。

計算得：1＝8657.06

（3）離合軟管的膨脹量

式中：3為離合軟管膨脹量，mm3；為離合軟管的總長度，m，該車型的離合軟管的總長度為0.45；為離合軟管的單位膨脹系數，mm3/m，取＝1.08。

計算得：3＝486

1.2 踏板力計算

（1）離合分泵推力

離合分泵推力是指為克服離合器最大分離力，離合分泵所需提供的最小推力為：

計算得：分＝1085.7

（2）系統管路壓力

系統管路壓力是指離合分泵要提供規定推力所需的最小系統壓力為：

式中：為系統管路壓力，MPa。

計算得：＝3.00

（3）所需的助力器輸出力

由于離合總泵與真空助力集成在一起，助力器輸出力既是離合總泵的輸入力，也等于管路壓力與總泵活塞截面積的乘積，即：

（4）助力器端的輸入力

真空助力器的輸入力與輸出力具有一定的線性關系，如圖2所示，計算真空助力器輸入力或輸出力時可根據真空助力器的特性曲線求得：

＝310.7

圖2 真空助力器特性曲線

（5）所需的踏板力

1.3 踏板行程計算

踏板行程共由三部分組成，踏板空行程、踏板工作行程、踏板剩余行程，下面是對三部分行程的計算。

（1）踏板空行程

踏板空行程是指踏板為克服離合助力器總成的間隙所需要的行程為：

式中：1為踏板空行程，mm；為離合助力器間隙，mm。

計算得：1＝8.25

（2）踏板工作行程

踏板工作行程是指離合器完全分離時，所需的踏板行程為：

式中：2為踏板工作行程，mm；η為行程效率。

計算得：2＝136.35

（3）踏板剩余行程

該車型選取的離合踏板的最大行程＝155 mm，則可求出踏板的剩余行程為：

式中：3為踏板的剩余行程，mm。

計算得：3＝10.4

1.4 效率計算

整個離合操縱系統的行程效率和力效率分別為：

式中：η為行程效率；η為力效率。

根據計算結果，該車型的踏板力理論計算結果偏大[5]，踏板空行程適中、工作行程偏大、剩余行程偏小；操縱機構的行程效率和力效率都偏低。因此，在使用過程中易出現離合分離不徹底、掛擋困難、踏板沉重的情況[6]。

2 離合操縱系統的設計改進

通分析，該離合操縱系統的傳動機構過于冗長，導致整個系統的傳遞效率大幅降低[7-8]。為改善其操縱性能，提出優化方案：取消離合拉索，將離合總泵布置在踏板上，縮短傳動機構，以提高傳遞效率；將離合分泵缸徑由24調整為22，將離合總泵缸徑由22.22調整為20.64，以改善操縱力特性。改進后的離合操縱系統結構布置如圖3所示，設計參數如表2所示，真空助力器特性曲線如圖4所示。

圖3 真空助力離合操縱系統

表2 改進后設計參數

計算結果如下：

（1）排量計算

2＝5651.6

1＝8618.85

3＝486

（2）踏板力計算

分＝1085.7

＝3.57

輸出＝1193.8

輸入＝318.24

踏板＝89.3

（3）踏板行程計算（該車型選取的離合踏板最大行程為150 mm）

1＝8.25

3＝32.4

圖4 真空助力器特性曲線

（4）效率計算

經過設計改進后，該車型的踏板力理論計算值減小、工作行程減小、剩余行程增加，操縱機構的行程效率和力效率都提高；因此，極大改善了離合分離不徹底、掛擋困難、踏板沉重的情況。

改進前后踏板力特性如圖5所示。

圖5 踏板力特性

3 離合操縱系統評價

離合操縱系統的實際性能指標與設計結果的符合程度、性能優劣以及駕乘操作體驗只能通過試驗與評價的方式來獲得。離合操縱機構性能評價可通過客觀試驗和主觀評價兩方面進行：客觀試驗是由測評人員根據試驗目的，按照一定方法，采用相應的試驗儀器，在規定的工況條件下，獲取被測物理量等數據，然后對試驗數據進行分析處理，從而對性能進行評價；主觀評價是由測評人員根據評價目的，按照一定的規范，通過對被評價對象的觀察、操作感受、試乘試駕的實施，從用戶使用角度出發，進行評價并給出評語。

對于離合操縱系統，客觀試驗主要從踏板力、踏板行程以及踏板力－行程關系曲線進行評價，測試結果需滿足設計推薦值；主觀評價主要從操縱輕便性、舒適性、分離行程、結合行程、結合柔和性、分離徹底性等方面進行評價，通過主客觀評價能較為完整科學地反應離合操縱系統的實際使用性能[9-10]。如表3所示。

表3 離合操縱系統評價結果

4 結論

綜上所述，針對某型微卡離合操縱系統踏板力偏大、分離不徹底、結合不順暢的情況，從選型匹配和設計計算出發，根據設計輸入參數進行計算校核，并通過試驗與評價的方式，獲得了該離合操縱系統的主客觀性能指標，進而進行原因分析：該離合操縱系統的傳動機構過于冗長，傳遞效率較低，使得離合操縱性能欠佳。為改善其操縱性能，通過取消離合拉索、調整總泵布置和相關參數等方法進行改進，使得傳動效率提高、離合分離徹底、結合柔和順暢、踏板力和行程特性滿足人機工程要求。本研究也探討了液壓真空助力操縱系統的匹配設計要點、離合操縱系統的評價指標和方法以及設計改進方向，為該結構形式離合操縱系統的設計改進提供了參考和幫助。

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The Design and Improvement of a Mini Truck Clutch Control System

LI Dajin，HU Jiuqiang，LIU Daijun

(Technical Center, Sichuan Nanjun Auto Group Co., Ltd., Ziyang 641300,China)

Vacuum-assisted hydraulic structure is commonly applicated in mini truck’s clutch control system. In this paper, the design of a mini truck’s clutch control system is optimized to improve its performance. According to the design parameters, the performance indexes of the clutch control system are obtained through the test and evaluation based on selection matching and design calculation. The results show that the transmission mechanism of the clutch control system is too long, which leads to low transmission efficiency and poor clutch control performance. In order to improve its handling performance, the methods such as canceling the clutch cables, adjusting the main pump’ layout and design parameters are adopted, which increases the transmission efficiency, separates the clutch completely, makes the combination soft and smooth and the pedal force and stroke characteristics meet the ergonomics requirement, and thus leads to good mechanical characteristics and operating comfortableness.

clutch control system； vacuum-assisted hydraulic system；test and evaluation

U463.211+.4

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.06.008

1006－0316 (2020) 06－0051－05

2019－10－17

李大進（1973－），男，四川廣安人，工程師，主要從事汽車底盤的設計匹配與調校工作，E-mail：ldj@nanjunauto.com。