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摘 要：针对重型卡车中的机械油门操纵系统，在简单介绍系统结构与工作原理的基础上，对其优化改进方法进行深入分析，提出具体的优化改进方法。
关键词：重型卡车；机械油门操纵系统；系统优化设计
中图分类号：U464.13 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0339-02
在对机械油门操纵系统进行设计工作时，应重点考虑两项指标，即油门拉索的实际行程与踏板作用力。若踏板作用力相对较大，则车辆驾驶员的实际操纵将较为费力，易疲劳，对驾驶舒适性造成影响，另外，如果踏板作用力较大，则油门拉索将受到很多的力，使油门拉索损坏。若油门拉索实际行程无法满足要求，则即便踏板踩到底，也难以达到最高的转速，对车辆加速造成影响。可见，该系统结构使油门拉索实际行程与踏板作用力相互制约，当想要减小踏板的作用力时，需要减小油门拉索的实际行程。基于此，在设计工作中，应做好综合考虑，即确保发动机可以达到理想转速，又能降低踏板作用力。
1 重型卡车机械油门操纵系统结构与工作原理分析
重型卡车机械油门操纵系统结构如图1所示。
圖1中，1表示踏板臂总成；2表示限位螺栓；3表示控制轴总成；4表示弹簧；5表示油门拉索；6表示弹簧；7表示拉杆总成；8表示停油缸；9表示油门手柄[1]。
当汽车加速时，踏板臂总成将被踩下，使控制轴总成发生转动，对油门拉索开始牵引，带动拉杆总成转动，使停油缸开始移动，由于停油缸和油门手柄直接相连，所以停油缸对油门手柄驱动后，将开始转动，加快车辆的行驶速度。在车辆加速后，放松踏板，在两个弹簧的共同拉力作用之下，发生移动的部件都将回到原处。借助限位螺栓，能避免踏板臂总成发生翻转。通过对系统结构的深入分析可以发现，在加速器实际阻力保持稳定的情况下，要降低油门拉索实际拉力，需对拉杆总成基本结构实施适当的更改，即进行结构优化与改进。
2 结构优化与改进
从售后信息的反馈结果看，该系统存在以下常见问题：油门拉索容易断裂和踏板沉重，因这些问题造成的索赔十分严重。基于此，针对产生此类故障的车辆实施了深入调查与分析，并根据调查与分析的结果，对系统实施正确有效的优化及改进[2]。
2.1 前期测量与分析
测量20辆重型卡车（1～20#）的踏板初始高度，测量结果如表1所示。
从表1数据可以看出，按驾驶舒适性角度判断，以上高度合理可行。与此同时，对踏板工作行程进行测量，测量结果在91～100mm范围内。
在此基础上，对以上车辆踏板作用力实施测量，在踩下踏板之后，当车速达到2400转时的需用力，测量结果如表2所示。
通过实测可知，如果踏板作用力保持在60N左右，则长时间驾驶容易疲劳。可见，售后反映的问题确实存在。
2.2 优化与改进
对拉杆总成而言，其存在油门拉索专门选装连接位置，其中，手油门拉索具体连接位置和转轴之间的距离确定为84mm，而脚油门拉索具体连接位置和转轴之间的距离确定为40mm，可见，对手油门拉索而言，其杠杆效应将比脚油门拉索显著[3]。
车辆运行过程中，脚油门实际操纵频率明显比手油门高，基于此，对油门拉索之后连接处实施更换，这样能提高拉杆作用力，减轻油门力。然而，在装车试验中还发现，在手油门处安设油门拉索后，脚油门和停油缸之间的杠杆比将明显变小，在踏板触地之后，转速仅可以达到1900转，无法满足转速的实际要求。对此，为保证脚油门和油缸之间的杠杆比，应适当增大转轴和油缸连接处之间的距离。经实际测量能发现，当杠杆总成和周围其它零件没有干涉时，对于杠杆总成，其实际长度能增大15mm左右[4]。因此，在设计过程中可将杠杆总成增大15mm，同时将油缸的连接点向下移动至拉索下部。
在改进完成后对加速过程中的踏板作用力进行测量，结果显示作用力可以从60N降低至40N，整体下降近30%，可以满足预期的要求。另外，在踩下踏板之后，转速能达到要求的最高值，且行程达到设计要求。
3 校核计算
3.1 行程分析
油泵油门手柄从怠速位置向全油门位置摆动时如图2所示。油泵油门手柄在从怠速向全油门过渡时，其停油缸实际长度不会变化，在停油缸的后端，油门手柄从A点移至B点以后，停油缸的前端将随着拉杆总成从C点移至D点，而拉索总成的后端，将从E点移至F点，该段实际长度就是拉索总成需要达到的实际行程。从行程与受力分析结果可以看出，该段实际长度在41mm左右。
对踏板而言，其有效工作行程不少于91mm，处于最小范围之内，踏板的前端从H点移至K点，发生25°的转动，而油门拉索的前端从M点移至N点，其长度就是油门拉索需要提供的实际行程。从行程与受力分析结果可以看出，该段实际长度在45mm左右。因该段的实际长度比上一段长，所以从理论上讲，油门拉索实际形成可以符合相关要求[5]（见图2）。
3.2 受力分析
油泵油门手柄实际阻力，以及油门拉索前、后两段的拉力是踩下踏板必须克服的作用力。为了对踏板维持力进行准确计算，需先用拉力计对手柄阻力进行测量。在怠速条件下，油门拉索前端的弹簧，其实际长度114mm，在全油门状态下，弹簧实际长度142mm。经计算，弹簧拉力大小为25.1N，而在全油门状态下，拉力大小为42.9N。在怠速条件下，油门拉索后端的弹簧，其实际长度139mm，在全油门状态下，弹簧实际长度153mm。经计算，弹簧拉力大小为39.1N，在全油门状态下，拉力大小为48N。
在怠速条件下，油门拉索拉力按以下公式进行计算：
FID=（108×Fd×cos11°/cos6°+Fh1d×cos13°×29）/84×sin61°（1）
在怠速条件下，踏板力按以下公式进行计算： Ftd=（103×FId×cos20°）/213+（64×Fh2d×cos22°）/213（2）
将以上结果代入式（1）、（2）可以得出踏板作用力的最大值为44N。
在全油门状态下，油门拉索拉力按以下公式进行计算：
FIq=（108×Fq×cos16°/cos37°+29×Fh1q×cos15°）/84×sin84°（3）
在全油門状态下，踏板力按以下公式进行计算：
Ftq=（103×FIq×sin83°）/213+（64×Fh2q×cos5°）/213（4）
将以上结果代入式（3）、（4）可以得出全油门状态下的维持力为38.4N。经以上计算可以看出，油门的计算踏板力和实测结果基本相符，说明以上优化改进可以达到要求[6]。
4 结束语
就目前来看，在进行有效改进以后，油门操纵系统能彻底替换传统的系统，另外，从新系统的售后反馈结果看，系统的实际故障率得到显著降低，车辆的驾驶舒适性得到有效改善，极大的保证了驾驶安全性与用户满意度，优化和改进方法合理可行，值得大范围推广应用。
参考文献
[1]陈 欢，张 硕，刘 熹.轮胎压路机手脚联动油门双位置操纵系统的改进[J].工程机械与维修，2015（08）：90～91.
[2]周胜利，冯 勇，骆美富.一种简易的汽车防误踩油门电子控制系统的设计[J].科技通报，2015，31（07）：218～221.
[3]孟 超，曹犁歌.远程油门在粉粒物料运输车上的使用[J].专用汽车，2014（08）：100～101.
[4]吴春江，邓 彪.汽车智能防误踩油门系统的设计[J].汽车工程师，2014（07）：24～26.
[5]骆美富，郭海涛，陈红岩.一种新型的汽车防误踩油门踏板系统的设计[J].科技通报，2013，29（03）：188～191+216.
[6]李文生.捷达轿车电子油门系统工作原理及故障诊断实例[J].汽车维修，2012（09）：26～27.
收稿日期：2018-5-23
作者简介：何甘林（1984-），男，工程师，研究生，主要从事汽车设计方面工作。
关键词：重型卡车；机械油门操纵系统；系统优化设计
中图分类号：U464.13 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0339-02
在对机械油门操纵系统进行设计工作时，应重点考虑两项指标，即油门拉索的实际行程与踏板作用力。若踏板作用力相对较大，则车辆驾驶员的实际操纵将较为费力，易疲劳，对驾驶舒适性造成影响，另外，如果踏板作用力较大，则油门拉索将受到很多的力，使油门拉索损坏。若油门拉索实际行程无法满足要求，则即便踏板踩到底，也难以达到最高的转速，对车辆加速造成影响。可见，该系统结构使油门拉索实际行程与踏板作用力相互制约，当想要减小踏板的作用力时，需要减小油门拉索的实际行程。基于此，在设计工作中，应做好综合考虑，即确保发动机可以达到理想转速，又能降低踏板作用力。
1 重型卡车机械油门操纵系统结构与工作原理分析
重型卡车机械油门操纵系统结构如图1所示。
圖1中，1表示踏板臂总成；2表示限位螺栓；3表示控制轴总成；4表示弹簧；5表示油门拉索；6表示弹簧；7表示拉杆总成；8表示停油缸；9表示油门手柄[1]。
当汽车加速时，踏板臂总成将被踩下，使控制轴总成发生转动，对油门拉索开始牵引，带动拉杆总成转动，使停油缸开始移动，由于停油缸和油门手柄直接相连，所以停油缸对油门手柄驱动后，将开始转动，加快车辆的行驶速度。在车辆加速后，放松踏板，在两个弹簧的共同拉力作用之下，发生移动的部件都将回到原处。借助限位螺栓，能避免踏板臂总成发生翻转。通过对系统结构的深入分析可以发现，在加速器实际阻力保持稳定的情况下，要降低油门拉索实际拉力，需对拉杆总成基本结构实施适当的更改，即进行结构优化与改进。
2 结构优化与改进
从售后信息的反馈结果看，该系统存在以下常见问题：油门拉索容易断裂和踏板沉重，因这些问题造成的索赔十分严重。基于此，针对产生此类故障的车辆实施了深入调查与分析，并根据调查与分析的结果，对系统实施正确有效的优化及改进[2]。
2.1 前期测量与分析
测量20辆重型卡车（1～20#）的踏板初始高度，测量结果如表1所示。
从表1数据可以看出，按驾驶舒适性角度判断，以上高度合理可行。与此同时，对踏板工作行程进行测量，测量结果在91～100mm范围内。
在此基础上，对以上车辆踏板作用力实施测量，在踩下踏板之后，当车速达到2400转时的需用力，测量结果如表2所示。
通过实测可知，如果踏板作用力保持在60N左右，则长时间驾驶容易疲劳。可见，售后反映的问题确实存在。
2.2 优化与改进
对拉杆总成而言，其存在油门拉索专门选装连接位置，其中，手油门拉索具体连接位置和转轴之间的距离确定为84mm，而脚油门拉索具体连接位置和转轴之间的距离确定为40mm，可见，对手油门拉索而言，其杠杆效应将比脚油门拉索显著[3]。
车辆运行过程中，脚油门实际操纵频率明显比手油门高，基于此，对油门拉索之后连接处实施更换，这样能提高拉杆作用力，减轻油门力。然而，在装车试验中还发现，在手油门处安设油门拉索后，脚油门和停油缸之间的杠杆比将明显变小，在踏板触地之后，转速仅可以达到1900转，无法满足转速的实际要求。对此，为保证脚油门和油缸之间的杠杆比，应适当增大转轴和油缸连接处之间的距离。经实际测量能发现，当杠杆总成和周围其它零件没有干涉时，对于杠杆总成，其实际长度能增大15mm左右[4]。因此，在设计过程中可将杠杆总成增大15mm，同时将油缸的连接点向下移动至拉索下部。
在改进完成后对加速过程中的踏板作用力进行测量，结果显示作用力可以从60N降低至40N，整体下降近30%，可以满足预期的要求。另外，在踩下踏板之后，转速能达到要求的最高值，且行程达到设计要求。
3 校核计算
3.1 行程分析
油泵油门手柄从怠速位置向全油门位置摆动时如图2所示。油泵油门手柄在从怠速向全油门过渡时，其停油缸实际长度不会变化，在停油缸的后端，油门手柄从A点移至B点以后，停油缸的前端将随着拉杆总成从C点移至D点，而拉索总成的后端，将从E点移至F点，该段实际长度就是拉索总成需要达到的实际行程。从行程与受力分析结果可以看出，该段实际长度在41mm左右。
对踏板而言，其有效工作行程不少于91mm，处于最小范围之内，踏板的前端从H点移至K点，发生25°的转动，而油门拉索的前端从M点移至N点，其长度就是油门拉索需要提供的实际行程。从行程与受力分析结果可以看出，该段实际长度在45mm左右。因该段的实际长度比上一段长，所以从理论上讲，油门拉索实际形成可以符合相关要求[5]（见图2）。
3.2 受力分析
油泵油门手柄实际阻力，以及油门拉索前、后两段的拉力是踩下踏板必须克服的作用力。为了对踏板维持力进行准确计算，需先用拉力计对手柄阻力进行测量。在怠速条件下，油门拉索前端的弹簧，其实际长度114mm，在全油门状态下，弹簧实际长度142mm。经计算，弹簧拉力大小为25.1N，而在全油门状态下，拉力大小为42.9N。在怠速条件下，油门拉索后端的弹簧，其实际长度139mm，在全油门状态下，弹簧实际长度153mm。经计算，弹簧拉力大小为39.1N，在全油门状态下，拉力大小为48N。
在怠速条件下，油门拉索拉力按以下公式进行计算：
FID=（108×Fd×cos11°/cos6°+Fh1d×cos13°×29）/84×sin61°（1）
在怠速条件下，踏板力按以下公式进行计算： Ftd=（103×FId×cos20°）/213+（64×Fh2d×cos22°）/213（2）
将以上结果代入式（1）、（2）可以得出踏板作用力的最大值为44N。
在全油门状态下，油门拉索拉力按以下公式进行计算：
FIq=（108×Fq×cos16°/cos37°+29×Fh1q×cos15°）/84×sin84°（3）
在全油門状态下，踏板力按以下公式进行计算：
Ftq=（103×FIq×sin83°）/213+（64×Fh2q×cos5°）/213（4）
将以上结果代入式（3）、（4）可以得出全油门状态下的维持力为38.4N。经以上计算可以看出，油门的计算踏板力和实测结果基本相符，说明以上优化改进可以达到要求[6]。
4 结束语
就目前来看，在进行有效改进以后，油门操纵系统能彻底替换传统的系统，另外，从新系统的售后反馈结果看，系统的实际故障率得到显著降低，车辆的驾驶舒适性得到有效改善，极大的保证了驾驶安全性与用户满意度，优化和改进方法合理可行，值得大范围推广应用。
参考文献
[1]陈 欢，张 硕，刘 熹.轮胎压路机手脚联动油门双位置操纵系统的改进[J].工程机械与维修，2015（08）：90～91.
[2]周胜利，冯 勇，骆美富.一种简易的汽车防误踩油门电子控制系统的设计[J].科技通报，2015，31（07）：218～221.
[3]孟 超，曹犁歌.远程油门在粉粒物料运输车上的使用[J].专用汽车，2014（08）：100～101.
[4]吴春江，邓 彪.汽车智能防误踩油门系统的设计[J].汽车工程师，2014（07）：24～26.
[5]骆美富，郭海涛，陈红岩.一种新型的汽车防误踩油门踏板系统的设计[J].科技通报，2013，29（03）：188～191+216.
[6]李文生.捷达轿车电子油门系统工作原理及故障诊断实例[J].汽车维修，2012（09）：26～27.
收稿日期：2018-5-23
作者简介：何甘林（1984-），男，工程师，研究生，主要从事汽车设计方面工作。