王歡歡，李　維，何　丹，李質(zhì)彬

（西京學(xué)院機(jī)械工程學(xué)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(tǒng)的設(shè)計(jì)

王歡歡，李維，何丹，李質(zhì)彬

（西京學(xué)院機(jī)械工程學(xué)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(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了一種AMT離合器電控操縱系統(tǒng)，以STC89C52芯片為核心，采用一些新型的功能模塊設(shè)計(jì)及電控操縱系統(tǒng)使系統(tǒng)自動(dòng)化，是一種改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)存在問題的新方案，對(duì)后期非公路寬體自卸車AMT電控操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

AMT（電控機(jī)械式自動(dòng)變速器）；離合器；單片機(jī)；電控操縱

0　引言

非公路寬體自卸車是一種新型的、運(yùn)輸效率高、經(jīng)濟(jì)性好、具有中國特色的采礦運(yùn)輸車輛。近年來露天采礦行業(yè)的迅速發(fā)展，用戶對(duì)非公路寬體自卸車的需求越來越廣泛。隨著國家對(duì)安全問題日益重視，人們對(duì)安全意識(shí)也日益提升。國內(nèi)非公路寬體自卸車企業(yè)的設(shè)計(jì)和制造不僅對(duì)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，同時(shí)對(duì)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(dòng)變速器，長期行駛于有山區(qū)坡道的復(fù)雜路況中，駕駛員需要頻繁地在低速重載工況下啟動(dòng)與換擋來保證車輛平穩(wěn)行駛。這對(duì)駕駛員的操作技術(shù)也是一種考驗(yàn)，若操作不及時(shí)會(huì)使離合器片磨損嚴(yán)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(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）是在原有的固定軸式機(jī)械變速器基礎(chǔ)上增加自動(dòng)操縱系統(tǒng)，傳動(dòng)效率高，成本低且易于制造，在自動(dòng)變速領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以某型號(hào)非公路寬體自卸車的傳統(tǒng)手動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)為研究基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種適合該類型車輛用AMT離合器電控操縱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)離合器的電控自動(dòng)操縱，降低礦區(qū)駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高傳動(dòng)系統(tǒng)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(shè)計(jì)

離合器操縱機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)。它起始于離合器踏板，終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。它根據(jù)所需的能源不同有機(jī)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(tǒng)采用的是液壓控制氣壓助力機(jī)構(gòu)，如圖1所示。由駕駛員踩下離合器踏板，驅(qū)動(dòng)離合器總泵，輸出壓力，儲(chǔ)油罐的油壓力上升，通過高壓軟管輸向離合器助力缸，同時(shí)一定量的油液使來自氣缸的壓縮空氣進(jìn)入離合器助力缸（壓縮空氣產(chǎn)生的作用力與離合器踏板行程有一定的遞增函數(shù)關(guān)系），助力缸的活塞在液壓作用力和氣壓作用力下推動(dòng)離合撥叉，實(shí)現(xiàn)離合器分離。反之，松開踏板，則離合器接合。

原有的控制系統(tǒng)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(jù)駕駛員較高的駕駛技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)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(fù)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(shù)的不斷提高及應(yīng)用，電控離合器操縱系統(tǒng)可以使離合器的分離與結(jié)合自動(dòng)的適時(shí)完成，簡化駕駛員的操作從而有望改善上述問題。目前要實(shí)現(xiàn)離合器的自動(dòng)化，依據(jù)操縱系統(tǒng)的動(dòng)力源有電控—?dú)鈩?dòng)、電控—液動(dòng)、電控—電動(dòng)：

1）電控—?dú)鈩?dòng)：此種操縱系統(tǒng)以壓縮空氣為動(dòng)力源，優(yōu)點(diǎn)是成本低、無污染，但其控制精度較低、響應(yīng)速度較慢。2）電控—液動(dòng)：由于液壓油的存在，此種系統(tǒng)具有較好的吸收沖擊能力，響應(yīng)速度較快，但由于液壓油的黏度受溫度影響，進(jìn)而影響離合器接合速度和換擋品質(zhì)。加上液壓系統(tǒng)對(duì)液壓元件的加工精度要求高。3）電控—電動(dòng)：此種系統(tǒng)以電機(jī)為動(dòng)力源，快速發(fā)展的電機(jī)控制技術(shù)使控制更加精確，而且電機(jī)在車輛中的布置靈活方便。

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

考慮到非公路寬體自卸車使用工況的復(fù)雜性及系統(tǒng)故障的發(fā)生，在設(shè)計(jì)方案時(shí)保留了原有的操縱系統(tǒng)，同時(shí)并聯(lián)了一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過離合器的電子控制器采集信號(hào)，對(duì)電機(jī)發(fā)出指令，使其帶動(dòng)離合撥叉對(duì)離合器進(jìn)行接合與分離的控制，具體工作過程如下：

當(dāng)接到電子控制器9發(fā)出的分離指令時(shí)，電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)減速機(jī)構(gòu)7傳到絲杠螺母8帶動(dòng)離合撥叉4向后移動(dòng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)離合器的分離；當(dāng)接到電子控制器9發(fā)出的接合指令時(shí)，電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)減速機(jī)構(gòu)7傳到絲杠螺母8帶動(dòng)離合撥叉4移動(dòng)，在回位彈簧作用下，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)離合器的逐漸接合；當(dāng)接到電子控制器9發(fā)出由駕駛員通過換擋手柄17（上坡起步、掛檔）表達(dá)意愿時(shí)，電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，電子控制器9根據(jù)傳感器10-16所采集的信號(hào)經(jīng)過模糊PID處理進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)更精確地離合控制；當(dāng)接到電子控制器9發(fā)出故障信號(hào)時(shí)，電機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)語音提示20發(fā)出指令“請(qǐng)使用踏板”，輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)是指對(duì)控制器本身及其外圍設(shè)備設(shè)計(jì)，是控制器控制系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)的合理、可靠與否，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。電子控制器是控制系統(tǒng)核心，主要完成各種信號(hào)的采集、處理，對(duì)操縱機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令等功能。控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，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(jī)，它具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，包含豐富的內(nèi)部資源，能夠滿足系統(tǒng)的需要。

圖1　非公路寬體自卸車離合器操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2　非公路寬體自卸車離合器電控操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖3　電源模塊電路圖

2）電源模塊，穩(wěn)定可靠的電源模塊能夠?yàn)殡x合器操縱系統(tǒng)提供穩(wěn)定工作的電源。根據(jù)電控操縱系統(tǒng)的需要，由車輛自備的瓦爾塔免維護(hù)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(dāng)前時(shí)刻反映駕駛員意圖、發(fā)動(dòng)機(jī)工況及車輛行駛狀況各個(gè)傳感器的信息，通過軟件濾波處理，消除干擾信號(hào)，并將其中的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最終傳給處理器。主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、檔位傳感器、制動(dòng)傳感器、油壓傳感器、離合撥叉?zhèn)鞲衅?、?jié)氣門傳感器等。論文發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(tǒng)使離合器接合與分離。

3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)電控操縱系統(tǒng)的功能需要，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由主程序、初始化程序、數(shù)據(jù)采集程序、中斷程序及功能函數(shù)這五部分組成。其中，功能函數(shù)包括A/D轉(zhuǎn)換子函數(shù)、離合器操縱系統(tǒng)控制子函數(shù)、選換擋控制子函數(shù)、輸出顯示子函數(shù)等。

4　總結(jié)

基于原操縱系統(tǒng)提出了一種新的操縱方案，使離合器分離與接合更加準(zhǔn)確及時(shí)，大大的降低了礦區(qū)駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tǒng)采用自動(dòng)操縱和手動(dòng)操縱兩種方式同時(shí)并存，避免了因自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)失效而無法繼續(xù)行駛，只能停車等問題解決后才能繼續(xù)行駛的問題，提高車輛的出勤率。對(duì)后期非公路寬體自卸車AMT電控操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

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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(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本論文得到西京學(xué)院研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目的資助