卡車變速操縱機構(gòu)靜態(tài)換擋性能評價與優(yōu)化

鄒本惠,齊超,黃光超,高樹健

(一汽解放青島汽車有限公司研發(fā)部，山東青島 266043)

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卡車變速操縱機構(gòu)靜態(tài)換擋性能評價與優(yōu)化

鄒本惠,齊超,黃光超,高樹健

(一汽解放青島汽車有限公司研發(fā)部，山東青島 266043)

摘要：闡述卡車手動變速器操縱機構(gòu)的靜態(tài)換擋性能評價方法，結(jié)合換擋性能的客觀評價需求目標(biāo)，確定了操縱機構(gòu)關(guān)鍵部件的優(yōu)化策略。通過分析與對比改進前后的測試結(jié)果，驗證了相關(guān)結(jié)論的有效性。

關(guān)鍵詞：卡車；操縱機構(gòu)；靜態(tài)換擋性能；評價；優(yōu)化

0引言

隨著卡車工業(yè)的發(fā)展，駕駛員對車輛變速操縱機構(gòu)的操縱舒適性也提出了更高的要求。部分跨國公司經(jīng)過多年的積累，基于試驗手段，已經(jīng)確立了一套變速操縱換擋性能的評價方法。國內(nèi)眾多乘用車企業(yè)也有自己的評價方法，但卡車行業(yè)起步較晚，多以主觀評價為主，且評價體系并不十分完善。為了提升產(chǎn)品競爭力，某公司開始著手對換擋性能評價體系進行研究，并進行了相關(guān)部件的優(yōu)化工作。

文中以一款卡車A為例，對變速操縱機構(gòu)的評價體系進行了探討，闡述了產(chǎn)品的優(yōu)化策略。

1換擋性能測試系統(tǒng)

如圖1所示，測試系統(tǒng)由以下部件組成：換擋力傳感器1、位移傳感器2、角度傳感器3、固定支架4。另外還有數(shù)據(jù)采集儀、以太網(wǎng)線和筆記本電腦。

安裝方法:

(1)將原車換擋桿球頭拆除，換擋力傳感器固定于換擋桿頂端用于模擬換擋球頭。

(2)換擋位移測量模塊在換擋支撐支架上夾緊固定并與換擋力傳感器連接。

(3)換擋支架支撐在換擋桿右側(cè)位置，固定吸盤固定于前擋風(fēng)玻璃，調(diào)節(jié)緊定機構(gòu)固定設(shè)備支架。

2靜態(tài)評價

靜態(tài)評價的評價指標(biāo)包括靜態(tài)擋位位置、選換擋軌跡、擋位余隙、選擋性能、換擋性能、選擋向剛度以及換擋向剛度，下面以某公司改進前的卡車A進行闡述。

2.1靜態(tài)擋位位置及選換擋軌跡

靜態(tài)擋位位置。圖2中帶圓圈字符代表手柄的靜態(tài)擋位位置。

選換擋軌跡：從空擋位置到相應(yīng)擋位，再回到空擋的軌跡，一般重復(fù)20次；分為進擋線1和回擋線2。此外，圖2右側(cè)為選換擋力值彩譜，由此可以得知擋位軌跡所對應(yīng)的操縱力力值范圍。

結(jié)果評價：

(1)擋位排布較正，換擋力對稱性好，前后排擋換擋位移對稱性較好(差異達到7.7%)；

(2)選換擋軌跡線重合度較差。

2.2擋位余隙

擋位余隙是指手柄掛入各擋位后的自由空間，見圖3。

依據(jù)圖3及表1，結(jié)果評價：

(1)各擋余隙偏大，選擋向最大達到34.37 mm，換擋向達到50.08 mm。

(2)擋位有重合現(xiàn)象，清晰度不佳。

表1擋位余隙測試結(jié)果

2.3選擋性能

選擋性能曲線是手柄緩慢、連續(xù)地將換擋桿由空擋位置順序移動到選擋方向左極限位置，再移動到選擋方向右極限位置，最終回到空擋位置所獲得，重復(fù)次數(shù)一般為15次。

圖4中曲線2為選擋進程線，曲線1為選擋回程線。圖中標(biāo)記3為選擋最左側(cè)的拐點位置，也就是R擋所對應(yīng)的擋口位置；標(biāo)記4所標(biāo)記的拐點位置為1/2擋所對應(yīng)的擋口位置；標(biāo)記5為選擋最右側(cè)的拐點位置，也就是5/6擋所對應(yīng)的擋口位置；零點位置為3/4擋口位置。選擋性能測試結(jié)果見表2。

結(jié)果評價：

(1)擋口之間選擋位移一致性差(差異達60.6%)。

(2)左側(cè)空擋回復(fù)力接近于0，右側(cè)空擋回復(fù)力為4 N，基本實現(xiàn)自動回位。

(3)R擋選擋力小于85 N，其余擋口間選擋力小于50 N，滿足技術(shù)要求。

2.4靜態(tài)換擋性能

換擋性能曲線是手柄由N擋掛入待測擋位并由待測擋位再返回至空擋位置所獲得的，一般重復(fù)15次，見圖5。

下面以1擋為例，其靜態(tài)換擋性能曲線見圖6。

所有擋位測試結(jié)果見表3，結(jié)果評價：

(1)最大入擋力與出擋力合適，小于80 N，滿足技術(shù)要求。

(2)入擋后吸入感一般，與主觀感受一致。

(3)最大入擋力行程一致性較差。

2.5系統(tǒng)剛度

系統(tǒng)剛度分為選擋向和換擋向剛度，獲得方法為當(dāng)選擋或者換擋動作到達極限位置時繼續(xù)發(fā)力直到達到120以上，然后回位，一般重復(fù)10次,見圖7、圖8。

圖7中，選擋剛度計算以進程線為依據(jù)，計算結(jié)果為：左向系統(tǒng)剛度為6.31 N/mm，右向系統(tǒng)剛度為9.75 N/mm。

圖8中，換擋剛度計算以進程線為依據(jù)，計算結(jié)果為：前向系統(tǒng)剛度為34.13 N/mm，后向系統(tǒng)剛度為6.85 N/mm。

綜合來看4個方向的剛度度均大于5 N/mm，滿足技術(shù)要求。

3部件優(yōu)化

從靜態(tài)評價結(jié)果看，有以下幾方面影響了換擋性能：

(1)選換擋軌跡線重合度較差。

(2)各擋選擋余隙偏大，擋位有重合現(xiàn)象，清晰度不佳。

(3)擋口之間選擋位移一致性差(差異達60.6%)。

(4)右側(cè)空擋回復(fù)力為4 N，還需提高回位能力。

其他指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，因此要從以上幾個方面進行部件優(yōu)化。下面對卡車A的變速操縱機構(gòu)進行簡單介紹。

從圖9可以看出，操縱機構(gòu)主體為變速操縱器總成1、變速軟軸2、變速器3。

某公司之前對軟軸軸芯及襯管等加工工藝進行了改進，性能及可靠性得到大幅提升，所以此次把工作重點放到操縱器及變速器的優(yōu)化。

3.1優(yōu)化策略

從評價結(jié)果看，第一、二條都是由擋位余隙過大造成的，此次對操縱器及變速箱內(nèi)部自鎖簧及導(dǎo)塊都做了優(yōu)化，大大降低了擋位余隙。

針對第三條，問題在于變速器本身選擋位移的一致性不好，從而導(dǎo)致手柄選擋位移不一致。此次對變速器選擋機構(gòu)進行了優(yōu)化，效果明顯。

針對第四條，在操縱器上加了選擋回位彈簧，見圖10，提高了操縱器的回位性能。

回位彈簧的剛度要設(shè)計得當(dāng)，過大會增加選擋力，過小回位效果不明顯。

3.2優(yōu)化后的評測結(jié)果

3.2.1靜態(tài)擋位位置及選換擋軌跡

靜態(tài)擋位位置及選換擋軌跡見圖11。

結(jié)果評價：

(1)擋位排布較正，換擋力對稱性好，前后排擋換擋位移對稱性較好(差異達到13.2%)；

(2)選換擋軌跡線重合度提高，一致性更好。

3.2.2擋位余隙

依據(jù)表4及圖12，結(jié)果評價：

(1)各擋余隙基本一致，選擋向最大17.17 mm，換擋向最大30.87 mm。選擋向余隙減少46%，換擋向余隙減少44%。

(2)擋位不存在重合現(xiàn)象，清晰度高。

表4改進后擋位余隙測試結(jié)果

3.2.3選擋性能

依據(jù)圖13及表5，結(jié)果評價：

(1)擋口之間選擋位移一致性差(差異達35.1%)。

(2)左側(cè)空擋回復(fù)力接近于0，右側(cè)空擋回復(fù)力為0 N，自動回位性好。

(3)R擋選擋力小于85 N，其余擋口間選擋力小于50 N，滿足技術(shù)要求。

(4)1/2擋口清晰度提高，見拐角處標(biāo)釋。

(5)選擋位移均勻性提高25% 。

(6)1/2擋口清晰度提高。

3.2.4靜態(tài)換擋性能

改進后靜態(tài)換擋性能測試結(jié)果見表6。

結(jié)果評價：

(1)最大入擋力與出擋力合適，小于80 N，滿足技術(shù)要求。

(2)入擋后吸入感一般，與主觀感受一致。

(3)最大入擋力行程一致性較好。

下面以1擋為例，其改進后的靜態(tài)換擋性能曲線見圖14。

3.2.5系統(tǒng)剛度

改進后選擋向剛度曲線如圖15所示，換擋向剛度曲線如圖16所示。

計算結(jié)果為：左向系統(tǒng)剛度為6.19 N/mm，右向系統(tǒng)剛度為4.94 N/mm；前向系統(tǒng)剛度6.62 N/mm，后向系統(tǒng)剛度6.60 N/mm，滿足技術(shù)要求。

4結(jié)論

結(jié)合設(shè)計及使用要求，明確了卡車換擋性能的評價指標(biāo)體系，并提出了評價指標(biāo)的技術(shù)范圍。在進一步對操縱機構(gòu)進行分析的基礎(chǔ)上，明確了影響靜態(tài)換擋性能評價指標(biāo)的因素，討論了提升靜態(tài)換擋性能的措施。通過實車測試，對優(yōu)化前后的換擋性能指標(biāo)進行了對比分析。數(shù)據(jù)表明，操縱機構(gòu)換擋性能指標(biāo)有了很大提升，驗證了前述相關(guān)結(jié)論和優(yōu)化策略的有效性。

參考文獻:

【1】李益南，方偉榮,劉啟華.手動變速器換檔性能評價方法[C]//中國汽車工程學(xué)會年會論文集，北京，2008.

【2】陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機械工業(yè)出版社，2000.

Evaluation and Optimization for Static Shifting Performance of Truck Shifting Controls

ZOU Benhui,QI Chao,HUANG Guangchao,GAO Shujian

(FAW Jiefang Qingdao Automobile Co.,Ltd.,Qingdao Shandong 266043,China)

Keywords:Truck；Controls；Static shifting performance;Evaluation;Optimization

Abstract:How to evaluate static shifting performance of truck manual shifting controls was expatiated. Optimization strategies were confirmed based on objective requirements. Through analyzing and comparing testing data before and after optimization,the presented conclusions are effective.

收稿日期：2016-01-15

作者簡介：鄒本惠，男，學(xué)士，工程師，從事變速器及操縱機構(gòu)開發(fā)工作。E-mail：zoubenhui1982@163.com。

中圖分類號:U469.2

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)04-068-06