某乘用車自動(dòng)換擋器換擋力分析及優(yōu)化

傅兵 鄭威 陳振文 譚火南

摘? 要：乘用車自動(dòng)換擋操縱機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)開發(fā)、驗(yàn)證過程中，內(nèi)部評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)提出換擋力不合適引起換擋操作不舒適。通過對(duì)相關(guān)自動(dòng)擋車輛換擋力測試和主觀評(píng)價(jià)得分相關(guān)性分析，確定了換擋力優(yōu)化的必要性及提出了換擋力的優(yōu)化目標(biāo)。進(jìn)一步地分析、確認(rèn)換擋器和換擋拉索無負(fù)載操縱力的影響因素，綜合考慮換擋操縱系統(tǒng)的開發(fā)成本和周期，選擇成本低，周期短的優(yōu)化方案來達(dá)到優(yōu)化換擋力目的。最后把優(yōu)化方案的改善樣件進(jìn)行裝車效果確認(rèn)，滿足了優(yōu)化換擋力及操作舒適性要求。

關(guān)鍵詞：換擋器;換擋拉索;換擋力;影響因素

中圖分類號(hào)：U461.99? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2019）04-0047-05

Abstract： In the process of design， development and validation of the gear shift， the internal evaluation team put forward that the inappropriate shift force caused the uncomfortable shift operation. Through the correlation analysis of shift force and subjective evaluation score of relevant automatic transmission vehicles， the necessity of optimization of shift force is determined and the optimization goal is put forward. Further analysis and confirmation of the factors affecting the load-free control force of the gear shift and the shift cable， Considering the development cost and cycle of the shift control system comprehensively， the optimization scheme with low cost and short cycle is selected to achieve the purpose of optimizing the shift force. Finally， the improved prototype of the optimization scheme is loaded into the vehicle to confirm the effect and meet the requirements of optimal shifting force and operational comfort.

乘用車換擋器一般安裝在車輛中通道或者儀表臺(tái)上，為了布置方便，換擋器一般和換擋拉索連接，再通過換擋拉索終端和變速器換擋擺臂相連。駕駛?cè)送ㄟ^手握換擋球頭前后物理運(yùn)動(dòng)推動(dòng)換擋拉索實(shí)現(xiàn)變速器擋位切換功能，實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)说膿Q擋意圖。換擋器和換擋拉索是傳統(tǒng)乘用車的重要零部件[1-2]。換擋力作為駕駛?cè)酥苯痈惺艿囊豁?xiàng)主要主觀評(píng)價(jià)性能項(xiàng)目，在換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)驗(yàn)證過程中，往往需要調(diào)整換擋力來優(yōu)化換擋舒適性[3-5]。由于換擋力的匹配計(jì)算需要換擋器、換擋拉索、變速器換擋擺臂多部件結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)共同決定，在優(yōu)化換擋力的分析、改善過程中，有必要對(duì)具體影響因素通過力學(xué)理論知識(shí)和臺(tái)架試驗(yàn)手段進(jìn)行深層次解析[6-7]、找出一套滿足開發(fā)進(jìn)度的低成本、短周期優(yōu)化方案，并進(jìn)行優(yōu)化方案樣件裝車驗(yàn)證效果。進(jìn)一步，在新車型開發(fā)過程中，可提前參考優(yōu)化方案匹配計(jì)算換擋力要求，保證駕駛員良好的換擋操作舒適性。

1? ? 背景

某乘用車自動(dòng)擋換擋器在開發(fā)驗(yàn)證階段，內(nèi)部主觀評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)提出換擋力偏大，影響換擋操作舒適性，需對(duì)換擋器換擋力進(jìn)行優(yōu)化。

2? ? 問題分析

鑒于換擋力匹配設(shè)計(jì)階段目標(biāo)值已參考國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)車換擋力偏大提出抱怨，可進(jìn)一步通過測試相關(guān)自動(dòng)擋車型換擋力及對(duì)應(yīng)主觀評(píng)價(jià)得分進(jìn)行相關(guān)性分析，明確換擋力偏大引起的用戶抱怨合理性并提出換擋力優(yōu)化目標(biāo)。

測試自動(dòng)擋換擋力擋位及順序如下圖1：

相關(guān)自動(dòng)擋車型換擋力測試及主觀評(píng)價(jià)得分如下表1及表2：

（10分評(píng)價(jià)法）

根據(jù)上表1相關(guān)自動(dòng)擋車型的換擋力及表2對(duì)應(yīng)的主觀評(píng)價(jià)得分，換擋力介于20N～25N，主觀評(píng)價(jià)得分7分以上。

進(jìn)一步對(duì)潛在優(yōu)化車型換擋力及對(duì)應(yīng)主觀評(píng)價(jià)得分相關(guān)性分析，換擋力介于27N～33N，主觀評(píng)價(jià)得分6.5分以下，P<-->R擋主觀得分為5.5分，容易引起用戶抱怨。

基于上述相關(guān)性分析，潛在優(yōu)化車型由于換擋力偏大容易引起客戶抱怨，需對(duì)其換擋力進(jìn)行優(yōu)化，換擋力優(yōu)化目標(biāo)：20N～25N，主觀評(píng)價(jià)得分7分以上。

3? ? 優(yōu)化方案

在進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)之前，首先需對(duì)換擋力影響因素進(jìn)行分解。某自動(dòng)擋換擋器系統(tǒng)主要由換擋器、換擋拉索、變速器換擋擺臂組成，這三部分組件對(duì)換擋力都存在直接影響。

其中F為換擋力，f1為換擋器無負(fù)載操縱力，f2為換擋拉索無負(fù)載操縱力，f3為變速器換擋擺臂輸出力，i為換擋器杠桿比。

為了找出換擋力的主要影響因素并進(jìn)一步的為優(yōu)化方案提供指導(dǎo)方向，分別對(duì)換擋器、換擋拉索無負(fù)載操縱力、變速器換擋擺臂輸出力測試并與理論要求值進(jìn)行對(duì)比分析。

根據(jù)公式1可知，要降低換擋力，可通過降低換擋器無負(fù)載操縱力（f1），換擋拉索無負(fù)載操縱力（f2），變速器換擋擺臂輸出力（f3），加大換擋杠桿比這四種方式或者組合。

綜合考慮優(yōu)化方案更改成本和周期，選取同時(shí)降低換擋器無負(fù)載操縱力（f1）、換擋拉索無負(fù)載操縱力（f2）的組合方式來達(dá)到降低換擋力要求。

降低換擋器無負(fù)載操縱力（f1）、換擋拉索無負(fù)載操縱力（f2）的具體力值如表7：

表7換擋器無負(fù)載操縱力、換擋拉索無負(fù)載操縱力

減少目標(biāo)值匯總表

進(jìn)一步對(duì)換擋器無負(fù)載操縱力影響因子靜力分析，分析如下圖2及圖3：

w為懸臂截面寬度：8mm;

t為懸臂厚度：1mm;

L為懸臂彈簧臂長：35mm;

D為懸臂彈簧預(yù)壓量：3mm;

△X為懸臂彈簧運(yùn)動(dòng)過程最大變形量：4.4mm;

δ為鋼滾輪-鋼軸滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.001mm;

α、a、b、c為換擋桿尺寸參數(shù)，分別為50°、39.4mm、237mm、44.5mm;

根據(jù)公式6可知，要降低換擋無負(fù)載操縱力，可通過上述多種變量進(jìn)行單一或者組合調(diào)整。

綜合考慮優(yōu)化方案更改成本和周期，采取優(yōu)化方案為：

1、減小懸臂彈簧預(yù)壓量D，匹配計(jì)算各擋位切換的換擋桿無負(fù)載操縱力，達(dá)到減小2N的目標(biāo);

2、單獨(dú)減小齒形板尺寸參數(shù)△X（換擋桿P<-->R擋齒形尺寸），匹配計(jì)算P<-->R擋換擋桿無負(fù)載操縱力，達(dá)到減小3N的目標(biāo)。

綜上所述，對(duì)換擋器優(yōu)化方案匯總?cè)缦卤?：

表8 換擋器無負(fù)載操縱力優(yōu)化方案匯總表

進(jìn)一步對(duì)換擋拉索無負(fù)載操縱減少力影響因子分析發(fā)現(xiàn)：

換擋拉索無負(fù)載操縱力影響因子有芯線和護(hù)套內(nèi)涂抹潤滑脂種類，潤滑脂涂抹量，拉索的布置走向等因素都有關(guān)系，且影響機(jī)理復(fù)雜。鑒于此，可根據(jù)得到的臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案來達(dá)到降低換擋拉索無負(fù)載操縱力的目的。

下圖4為換擋拉索走向及結(jié)構(gòu)，圖5為換擋拉索結(jié)構(gòu)截面圖：

在保持換擋拉索走向和潤滑脂類型，換擋拉索按整車坐標(biāo)布置，通過改變潤滑脂涂抹量進(jìn)行換擋拉索無負(fù)載操縱力臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的定量關(guān)系如下表9：

在保持換擋拉索走向和潤滑脂涂抹量（2g），換擋拉索按整車坐標(biāo)布置，通過改變潤滑脂類型進(jìn)行換擋拉索無負(fù)載操縱力臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的定量關(guān)系如下表10：

在保持換擋拉索潤滑脂類型A和潤滑脂涂抹量（2g），換擋拉索走向按不同曲率半徑布置，進(jìn)行換擋拉索無負(fù)載操縱力臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的定量關(guān)系如下表11：

半徑關(guān)系表

綜合考慮優(yōu)化方案更改成本和周期，采取優(yōu)化方案為：減少換擋拉索潤滑脂涂抹量，從2g減少到1.4g。

4? ? 優(yōu)化方案驗(yàn)證

針對(duì)換擋器無負(fù)載操縱力優(yōu)化方案、換擋拉索無負(fù)載操縱力優(yōu)化方案制作樣件，對(duì)優(yōu)化樣件搭載整車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)和換擋力測試，最終滿足優(yōu)化目標(biāo)要求。

測試結(jié)果如下表12：

5? ? 總結(jié)

通過對(duì)自動(dòng)擋換擋器換擋力分析及優(yōu)化方案的制定實(shí)施，到最后優(yōu)化方案的裝車驗(yàn)證，可以總結(jié)出以下結(jié)論：

1、換擋器換擋力和主觀評(píng)價(jià)得分存在相關(guān)性，換擋力在20N～25N之間，主觀評(píng)價(jià)得分7分以上，此換擋力可作為后續(xù)設(shè)計(jì)參考目標(biāo)值;

2、換擋器無負(fù)載操縱力影響因子有滾輪式懸臂彈簧的截面寬度、懸臂厚度、懸臂彈簧臂長、懸臂彈簧預(yù)壓量、懸臂彈簧運(yùn)動(dòng)過程最大變形量以及換擋桿力臂及角度參數(shù);

3、換擋拉索無負(fù)載操縱力影響因子有換擋拉索走向、潤滑脂類型、潤滑脂涂抹量。對(duì)于機(jī)理復(fù)雜的影響因子可通過臺(tái)架試驗(yàn)來測試驗(yàn)證，并通過測試數(shù)據(jù)定量找出其影響換擋拉索無負(fù)載操縱力的范圍，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供可選方案;

4、換擋力影響因子眾多，對(duì)于已開發(fā)出來的樣件進(jìn)行換擋力優(yōu)化方案的制定，需重點(diǎn)考慮到優(yōu)化成本和變更周期，盡量對(duì)單一、較容易實(shí)現(xiàn)的影響因子進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化、最終達(dá)到換擋力優(yōu)化目的。

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