一种非公路宽体自卸车AMT离合器电控操纵系统的设计

王欢欢，李　维，何　丹，李质彬

（西京学院机械工程学院，陕西西安，710123）

一种非公路宽体自卸车AMT离合器电控操纵系统的设计

王欢欢，李维，何丹，李质彬

（西京学院机械工程学院，陕西西安，710123）

本文通过分析非公路宽体自卸车原有的离合器操纵系统存在的问题，设计了一种AMT离合器电控操纵系统，以STC89C52芯片为核心，采用一些新型的功能模块设计及电控操纵系统使系统自动化，是一种改进现有系统存在问题的新方案，对后期非公路宽体自卸车AMT电控操纵系统的设计有一定的参考意义。

AMT（电控机械式自动变速器）；离合器；单片机；电控操纵

0　引言

非公路宽体自卸车是一种新型的、运输效率高、经济性好、具有中国特色的采矿运输车辆。近年来露天采矿行业的迅速发展，用户对非公路宽体自卸车的需求越来越广泛。随着国家对安全问题日益重视，人们对安全意识也日益提升。国内非公路宽体自卸车企业的设计和制造不仅对动力性、经济性提出了更高的要求，同时对可靠性、舒适性及安全性的要求也在提高。非公路宽体自卸车多采用手动变速器，长期行驶于有山区坡道的复杂路况中，驾驶员需要频繁地在低速重载工况下启动与换挡来保证车辆平稳行驶。这对驾驶员的操作技术也是一种考验，若操作不及时会使离合器片磨损严重，频繁操作且操作力度大也使驾驶员易疲劳，存在安全隐患。

电控机械式自动变速器（AMT）是在原有的固定轴式机械变速器基础上增加自动操纵系统，传动效率高，成本低且易于制造，在自动变速领域具有广阔的应用前景。本文以某型号非公路宽体自卸车的传统手动机械传动系统为研究基础，设计一种适合该类型车辆用AMT离合器电控操纵系统，实现离合器的电控自动操纵，降低矿区驾驶员的劳动强度，提高传动系统零部件使用寿命以及驾驶舒适性、安全性。

1　AMT离合器电控操纵方案设计

离合器操纵机构是驾驶员用以使离合器分离，而后又使之柔和接合的一套机构。它起始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。它根据所需的能源不同有机械式、液压式、气压式。非公路宽体自卸车原有的离合器操纵系统采用的是液压控制气压助力机构，如图1所示。由驾驶员踩下离合器踏板，驱动离合器总泵，输出压力，储油罐的油压力上升，通过高压软管输向离合器助力缸，同时一定量的油液使来自气缸的压缩空气进入离合器助力缸（压缩空气产生的作用力与离合器踏板行程有一定的递增函数关系），助力缸的活塞在液压作用力和气压作用力下推动离合拨叉，实现离合器分离。反之，松开踏板，则离合器接合。

原有的控制系统采用的是干式膜片式弹簧离合器，其工作受多种因素影响，需要根据驾驶员较高的驾驶技术和经验才能合理、高效的控制离合器的接合与分离，加之，非公路宽体自卸车长期处于复杂的工况，不合理的操作易造成各种问题。随着汽车电子技术的不断提高及应用，电控离合器操纵系统可以使离合器的分离与结合自动的适时完成，简化驾驶员的操作从而有望改善上述问题。目前要实现离合器的自动化，依据操纵系统的动力源有电控—气动、电控—液动、电控—电动：

1）电控—气动：此种操纵系统以压缩空气为动力源，优点是成本低、无污染，但其控制精度较低、响应速度较慢。2）电控—液动：由于液压油的存在，此种系统具有较好的吸收冲击能力，响应速度较快，但由于液压油的黏度受温度影响，进而影响离合器接合速度和换挡品质。加上液压系统对液压元件的加工精度要求高。3）电控—电动：此种系统以电机为动力源，快速发展的电机控制技术使控制更加精确，而且电机在车辆中的布置灵活方便。

综上所述，本文提出的改进方案是基于电控—电动式的AMT离合器电控操纵系统，具体方案如图2：

考虑到非公路宽体自卸车使用工况的复杂性及系统故障的发生，在设计方案时保留了原有的操纵系统，同时并联了一套自动控制系统。通过离合器的电子控制器采集信号，对电机发出指令，使其带动离合拨叉对离合器进行接合与分离的控制，具体工作过程如下：

当接到电子控制器9发出的分离指令时，电机6转动，动力经减速机构7传到丝杠螺母8带动离合拨叉4向后移动，自动实现离合器的分离；当接到电子控制器9发出的接合指令时，电机6转动，动力经减速机构7传到丝杠螺母8带动离合拨叉4移动，在回位弹簧作用下，自动实现离合器的逐渐接合；当接到电子控制器9发出由驾驶员通过换挡手柄17（上坡起步、挂档）表达意愿时，电机6转动，电子控制器9根据传感器10-16所采集的信号经过模糊PID处理进行控制，实现更精确地离合控制；当接到电子控制器9发出故障信号时，电机6停止转动，同时语音提示20发出指令“请使用踏板”，辅助执行机构开始工作，自诊断显示屏22显示故障代码，并给出几种检修方式供选择。

2　AMT离合器电控操纵控制系统硬件设计

硬件设计是指对控制器本身及其外围设备设计，是控制器控制系统的重要组成部分，其结构的合理、可靠与否，将直接影响整个系统的性能。电子控制器是控制系统核心，主要完成各种信号的采集、处理，对操纵机构发出控制指令等功能。控制器采用模块化结构，主要包括中央处理模块、电源模块、传感器模块、离合器逻辑模块、抗干扰模块等。

1）控制单元STC89C52模块，选用STC89C52型单片机，它具有精度高、抗干扰能力强等优点，包含丰富的内部资源，能够满足系统的需要。

图1　非公路宽体自卸车离合器操纵系统结构框图

图2　非公路宽体自卸车离合器电控操纵系统结构框图

图3　电源模块电路图

2）电源模块，稳定可靠的电源模块能够为离合器操纵系统提供稳定工作的电源。根据电控操纵系统的需要，由车辆自备的瓦尔塔免维护蓄电池供电。由于各模块所需的电压不同，电源模块提供有12V、5V和3.3V，传感器模块需要的电压是5V。具体电路如图3：

3）传感器模块，该模块通过采集当前时刻反映驾驶员意图、发动机工况及车辆行驶状况各个传感器的信息，通过软件滤波处理，消除干扰信号，并将其中的模拟量转换为数字量，最终传给处理器。主要包括发动机转速传感器、车速传感器、档位传感器、制动传感器、油压传感器、离合拨叉传感器、节气门传感器等。论文发动机转速传感器采用霍尔传感器，安装于喷油泵凸轮轴。

4）离合器逻辑模块，该模块主要用于判断是否需要通过操纵系统使离合器接合与分离。

3　系统的软件设计

根据电控操纵系统的功能需要，所设计的控制系统总体结构如图4所示，主要由主程序、初始化程序、数据采集程序、中断程序及功能函数这五部分组成。其中，功能函数包括A/D转换子函数、离合器操纵系统控制子函数、选换挡控制子函数、输出显示子函数等。

4　总结

基于原操纵系统提出了一种新的操纵方案，使离合器分离与接合更加准确及时，大大的降低了矿区驾驶员的劳动强度，不仅能实现对非公路宽体自卸车离合器的使用性能及舒适性能的要求，而且提高了安全性能。操纵系统采用自动操纵和手动操纵两种方式同时并存，避免了因自动执行系统失效而无法继续行驶，只能停车等问题解决后才能继续行驶的问题，提高车辆的出勤率。对后期非公路宽体自卸车AMT电控操纵系统的设计有一定的参考意义。

［1］罗礼培，非公路宽体自卸车市场研究及前景分析［J］ .工程机械文摘，2012.3：46-48.

［2］陈能诵，许亚楠谈“经济适用”非公路自卸车发展之道［J］ .建设机械技术与管理，2011，07：67-69.

［3］贺继红，宽体自卸车：非公路自卸车市场的宠儿［J］ .专用汽车，2011，5：60-61.

［4］沈锦，汽车底盘构造与检修［M］. 北京：机械工业出版社，2007.9：26.

［5］孙冬野、秦大同，基于环境变化的离合器起步补偿控制［J］ .农业机械学报，2005（3）：8-11.

［6］王福瑞，单片微机测控系统设计大全［M］ .北京航空航天大学出版社，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

图4　电控操纵系统总体结构

本论文得到西京学院研究生创新基金项目的资助