關(guān)于換檔頓挫感的一些淺析

何 果

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

關(guān)于換檔頓挫感的一些淺析

何 果

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

對(duì)換檔頓挫感的原因和改進(jìn)策略進(jìn)行了分析。結(jié)合整個(gè)換擋分析過程，確定了影響換檔頓挫感的三個(gè)阻力因素，并提出了改進(jìn)策略。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)前后此變速箱換擋性能進(jìn)行了測(cè)試分析，驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)論的有效性。

變速器；換擋；頓挫感；阻力

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-91-03

前言

隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)環(huán)境越來越關(guān)注；同時(shí)國(guó)內(nèi)汽車保有量的快速增長(zhǎng)，已成為影響環(huán)境的一個(gè)巨大因素。為了提高人們賴以生存的環(huán)境質(zhì)量，環(huán)保部對(duì)汽車尾氣的排放要求越來越嚴(yán)格。隨著國(guó)Ⅳ法規(guī)的頒布，商用車國(guó)Ⅳ時(shí)代已經(jīng)真正來臨，國(guó)Ⅳ的到來，不僅影響著商用車的排放，而且對(duì)商用車舒適體驗(yàn)化需求越來越強(qiáng)烈。因?yàn)榘殡S國(guó)Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)的普及,整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲和振動(dòng)都有很大改善。基于這種背景，人們對(duì)商用車的乘用車式駕乘體驗(yàn)化需求也越來越明顯，而換擋性能直接反應(yīng)駕乘體驗(yàn)的舒適化，越來越收到客戶的重視。本文基于此種情況，對(duì)影響換擋手感的換擋頓挫感做一些淺析。

1、對(duì)換檔過程換檔阻力的分析

1.1 對(duì)變速換檔過程的分析

駕駛員在操縱汽車進(jìn)行換檔時(shí)只是瞬時(shí)過程，但實(shí)際上此過程分六個(gè)階段：一、系統(tǒng)在空檔自由階段；二、預(yù)同步階段；三、同步階段；四、自由滑移階段；五、二次沖擊階段；六、完全結(jié)合階段。

換檔操作開始時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)處于自由狀態(tài)，之后滑塊將同步環(huán)推至鎖止位置的這段時(shí)間，換檔力會(huì)有輕微的上升，就是預(yù)同步狀態(tài)。同步階段是指同步器齒套迫使同步環(huán)與齒輪錐體摩擦并最終達(dá)到同步過程，此時(shí)換檔力會(huì)訊速的上升。當(dāng)同步過程結(jié)束后，由于同步環(huán)和齒輪錐體之間不再存在摩擦力，齒套可以自由的穿過同步環(huán)，這個(gè)階段換檔力會(huì)發(fā)生急速的下降。隨后同步器齒套穿過齒環(huán)開始與齒輪結(jié)合齒結(jié)合，由于剛度等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致嚙合過程中可能發(fā)生齒套和結(jié)合齒碰撞，此時(shí)又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力的峰值。最后同步器齒套雖然與結(jié)合齒完全結(jié)合，但司機(jī)卻無法感覺到，只有繼續(xù)推動(dòng)換檔桿感到阻力之后,才意識(shí)到已完成了換檔過程，此時(shí)換檔力會(huì)快速的上升。

1.2 對(duì)換檔過程變速箱內(nèi)部阻力的分析

本文所分析的換擋頓挫感發(fā)生在換檔的第二階段，即預(yù)同步階段，此時(shí)換擋力的上升不僅要克服變速操縱系統(tǒng)的阻力，同時(shí)要克服變速箱內(nèi)部的阻力。因?yàn)椴倏v系統(tǒng)的阻力是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，本文只對(duì)變速箱內(nèi)部阻力進(jìn)行分析。

換檔操作時(shí)，變速箱內(nèi)部受到三個(gè)阻力因素，為定位阻力、自鎖力和軌道阻力。軌道阻力是由于撥叉軸移動(dòng)的時(shí)候，撥叉軸和變速箱撥叉孔所產(chǎn)生的摩擦阻力；定位阻力是滑塊推動(dòng)同步環(huán)時(shí)，要克服定位彈簧所產(chǎn)生的阻力；自鎖力是撥叉軸移動(dòng)時(shí)要克服自鎖彈簧所產(chǎn)生的阻力。進(jìn)行換檔時(shí)，撥叉軸隨之移動(dòng)，撥叉軸首先要克服軌道阻力，然后再克服自鎖力，當(dāng)滑塊碰到同步環(huán)的時(shí)候，此時(shí)克服定位阻力。以某個(gè)變速器測(cè)試進(jìn)2檔為例。

定位阻力、自鎖力和軌道阻力是在三個(gè)不同時(shí)刻發(fā)生，這是由換擋過程中不同的間隙引起的。當(dāng)間隙消除時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻力才會(huì)產(chǎn)生。由于三個(gè)阻力是在不同的時(shí)候發(fā)生，而且最大力值發(fā)生的時(shí)候不一致，進(jìn)檔曲線就會(huì)產(chǎn)生多個(gè)峰值，反映在駕駛員手中就是換檔不順，有頓挫感。在理想的情況下，這些力的最大值發(fā)生在同一時(shí)刻，形成一個(gè)單峰值點(diǎn)、一個(gè)順暢的換檔操作。

2、換檔頓挫感改進(jìn)策略分析

2.1 自鎖機(jī)構(gòu)輪廓改善策略分析

常用換檔結(jié)構(gòu)撥叉軸上兩個(gè)自鎖槽之間有一個(gè)平的部位，換檔期間，自鎖球?qū)⒃谶@個(gè)平臺(tái)上產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，增加了進(jìn)檔阻力。同時(shí)撥叉自鎖槽都在同一個(gè)平面內(nèi)，不僅會(huì)造成換檔吸入感不足外，而且會(huì)造成進(jìn)檔力與摘擋力之間有較大差值，影響換擋手感。

改進(jìn)后的自鎖機(jī)構(gòu)輪廓，中間略高，兩邊低，可以保證換檔時(shí)較大的吸入感。雖然這樣改進(jìn)摘檔力有所增加，但因?yàn)檎獡鯐r(shí)候定位阻力為零，故摘擋力還是小于進(jìn)檔力。改變中間的直線軌道，可以使軌道阻力和支撐力發(fā)生在同一時(shí)刻，減小換擋時(shí)候出現(xiàn)的雙峰值，反應(yīng)在手柄時(shí)時(shí)就是頓挫感有所改善。同時(shí)對(duì)該自鎖機(jī)構(gòu)表面的粗糙度進(jìn)行改善，建議為0.8um～1.6um,這個(gè)改進(jìn)將會(huì)減小換擋力，增加換擋的平順性。

2.2 滑塊端隙改善策略分析

滑塊端隙δ1是指齒套在空檔位置時(shí)，滑塊與同步環(huán)推力面之間的間隙。如果這個(gè)間隙太小，會(huì)造成同步環(huán)不斷的將油擦出齒輪錐面，這將增加拖拽，及明顯的增加同步環(huán)摩擦面的磨損，減小壽命。如果這個(gè)間隙太大，換檔軸上的其它阻力將和支撐力分離，并導(dǎo)致鋸齒狀的感覺。

滑塊端隙不僅要考慮到自身尺寸的因素，還要考慮到軸向尺寸的其它間隙。如它的間隙不能小于結(jié)合套到同步環(huán)之間的間隙δ2，如果小于這個(gè)間隙，會(huì)出現(xiàn)摩擦錐面尚未接觸，還沒有產(chǎn)生使同步環(huán)錐面相對(duì)齒套轉(zhuǎn)動(dòng)一角度并形成鎖止位置的摩擦力矩時(shí)，齒套在沒有同步前就可能通過同步器齒環(huán)，導(dǎo)致不同步就換檔，形成換檔沖擊。不同材料的同步環(huán)的滑塊端隙在移動(dòng)過程中所產(chǎn)生的拖拽扭矩是不同的，下圖是一常見同步環(huán)材料不同間隙和產(chǎn)生的拖拽扭矩的關(guān)系。

由圖7看出，對(duì)于材料為碳、鉬的同步環(huán)，相同的間隙下，其拖拽扭矩要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料為銅的同步環(huán)。對(duì)于商用車，尤其是輕卡所用變速箱的同步環(huán)材料大部分是銅，建議同步器合件的每側(cè)滑塊端隙最小為0.5mm(共1mm)。

2.3 定位阻力的改善策略分析

同步開始時(shí)，通過定位彈簧和滑塊,作用在同步器上的力，對(duì)其定位位置很關(guān)鍵，產(chǎn)生的力將油從同步環(huán)和結(jié)合齒之間推出來，能夠使同步環(huán)引導(dǎo)到正確的位置，并開始同步的發(fā)生。初步分析應(yīng)在開始階段進(jìn)行考慮，但是由于磨損槽的磨損，在同步器壽命期間，應(yīng)考慮到預(yù)期的磨損而產(chǎn)生的影響。以某變速器為例，測(cè)得各個(gè)檔位，同步環(huán)處支撐載荷，和滑塊對(duì)同步環(huán)的壓力。

表1 不同檔位的支撐載荷和壓力

對(duì)于目前大部分材料為銅的同步環(huán)，去除錐面上油的壓力大概需要1MPa， 2/5/6檔時(shí)，滑塊產(chǎn)生的壓力已超過1MPa。2檔定位彈簧產(chǎn)生的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其定位力，這將給靜態(tài)力輪廓增加一附著力。這個(gè)附加的載荷對(duì)同步換檔的系統(tǒng)性能沒有任何好處，僅僅增加了靜態(tài)進(jìn)檔力和摩擦拖拽。3/4檔同步器產(chǎn)生的壓力低于設(shè)計(jì)需要的1MPa，這將導(dǎo)致降低擦出油的性能與產(chǎn)生同時(shí)換擋碰撞增加同步器磨損，因?yàn)槟p將產(chǎn)生更大的表面接觸，需要更大的壓力來完成油的擦出階段。

同步環(huán)在工作過程需要滑塊產(chǎn)生的壓力進(jìn)行排油，不僅要考慮到排油的壓力，同時(shí)還要考慮到排油槽的設(shè)計(jì)。以表1中變速箱2檔為例，當(dāng)前的螺紋設(shè)計(jì)排油6個(gè)軸向槽，這將限制油的排除，并可能導(dǎo)致同步環(huán)在錐面上打滑，進(jìn)而引起檔位碰撞。最重要的是，由于材料磨損,同步器的寬度增加,這個(gè)變化增加了接觸面積。因此為了正確操作增加的需要的定位力。磨損1mm，計(jì)算得到需要的定位力載荷為130N，和現(xiàn)在定位載荷190N相比依然很小，建議將這個(gè)載荷減小至100N。

表2 同步環(huán)磨損前后所需要的定位載荷

3、試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述改進(jìn)策略是否有效，特別對(duì)改進(jìn)內(nèi)容進(jìn)行樣箱制作，然后在整車上進(jìn)行測(cè)試。此樣箱在定位機(jī)構(gòu)和支撐力兩方面按照2.1和2.3方面進(jìn)行了改善。下圖為某變速箱在靜態(tài)下測(cè)試的更改前后換檔力與換擋行程的關(guān)系曲線圖。

由上述曲線圖可以得知更改后的變速箱，2檔曲線雙峰值下降了很多，同時(shí)最大進(jìn)檔力也有所下降，極大提高了換檔舒適性。

4、結(jié)論

通過對(duì)換擋過程的分析，明確了在換擋過程中所受到的各種阻力因素，提出了改進(jìn)對(duì)應(yīng)阻力因素的相應(yīng)措施。通過實(shí)車的測(cè)試，對(duì)改進(jìn)后的變速箱進(jìn)行了對(duì)比分析。試驗(yàn)表明：變速器換擋頓挫感下降了很多，驗(yàn)證了前述有關(guān)結(jié)論和改善措施的有效性。

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì).第四版,北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004年8月.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.第三版,北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2009年2月.

Analysis of frustration about the shift

He Guo
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

Evaluation method and the case of shift sense of frustration were analyzed. Three resistance factors affecting shift sense of frustration were presented based on the shifting process analysis, and proposed the improvement strategies. Through the experiment to improve the transmission shift performance were tested before and after analysis, to verify the effectiveness of the related conclusion .

transmission；shift；Sense of frustration；resistance

U463.2

A

1671-7988(2015)02-91-03

何果，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。