換擋及駐車機構(gòu)幾何精度優(yōu)化方法研究

丁斌 史艷龍 蘇皎 高文娟 李尊

摘 要：汽車換擋及駐車機構(gòu)在車輛駕駛過程中對換擋舒適性及安全性起著至關(guān)重要的作用。目前設(shè)計的換擋自鎖裝置及駐車機構(gòu)形狀復(fù)雜并且加工精度很高，但是受到國內(nèi)工業(yè)加工水平的限制，對設(shè)計過程中的布置方案造成很大的影響。文章設(shè)計了一種換擋及駐車機構(gòu)精度優(yōu)化方案，通過調(diào)整換擋及駐車機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)，彌補其加工及安裝誤差，從而降低對制造工藝及安裝精度的要求，滿足變速箱使用需求。

關(guān)鍵詞：換擋機構(gòu);駐車機構(gòu);精度優(yōu)化

中圖分類號：U463.212 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-35-03

Abstract： The shift and parking mechanism play an important role in the comfort and safety of the shift. At present， the design of shift self-locking device and parking mechanism has complex shape and high processing accuracy， but it is limited by the domestic industrial processing level， which has a great impact on the layout plan in the design process. In this paper， an optimization scheme for the accuracy of gearshift and parking mechanism is designed. By adjusting the mechanical structure of gearshift and parking mechanism， the machining and installation errors are made up， so as to reduce the requirements for manufacturing process and installation accuracy and meet the use requirements of gearbox.

Keywords： Shift mechanism; Parking mechanism; Precision optimization

CLC NO.： U463.212 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-35-03

前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和進步，搭載AT液力自動變速器的汽車因其良好的舒適性以及駕駛的簡便性受到越來越多消費者的歡迎[1]。AT自動變速器內(nèi)部設(shè)有用來實現(xiàn)P擋、R擋、N擋、D擋、S擋等檔位的換擋機構(gòu)，每次換擋完成后需要通過自鎖裝置將檔位鎖定，防止汽車由于受到外界影響而出現(xiàn)檔位誤切換[2]。而為了保證P檔時駐車的可靠性，通常需要靠機械裝置鎖住傳動軸以實現(xiàn)駐車。因此，為了實現(xiàn)車輛的自鎖及駐車功能以及換擋舒適性的要求，在設(shè)計過程中往往會將零件的加工及裝配精度設(shè)計的很高，無形中增加了制造成本以及加工難度。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種換擋自鎖及駐車機構(gòu)精度優(yōu)化方案，通過調(diào)整其機械結(jié)構(gòu)及空間位置，從而彌補了加工及安裝誤差帶來的影響并降低了對制造工藝的要求，實現(xiàn)對幾何精度的優(yōu)化。

1 換擋及駐車機構(gòu)工作原理

換擋及駐車機構(gòu)通常包括自鎖裝置、彈性裝置、駐車桿、導(dǎo)向裝置、駐車棘爪、駐車棘輪、換擋軸等。換擋時，換擋軸驅(qū)動自鎖裝置轉(zhuǎn)動并使之到達需求擋位位置，彈性裝置貼緊自鎖裝置上的凹槽從而實現(xiàn)自鎖。此時，自鎖裝置上方的銷驅(qū)動液壓閥板上的手動閥芯，將液壓油路切換至對應(yīng)的檔位中，從而實現(xiàn)換擋。其中，當(dāng)掛入P檔（駐車）時，自鎖裝置推動駐車桿在導(dǎo)向裝置作用下沿特定方向移動，在駐車桿錐面的作用下，駐車棘爪繞其旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，使駐車棘爪的棘齒插入與傳動軸相連的駐車棘輪的棘槽內(nèi)，實現(xiàn)駐車。退出P檔時，自鎖裝置帶動駐車桿在導(dǎo)向裝置作用下沿反方向移動，駐車桿錐面失去對駐車棘爪的作用力，使駐車棘爪的棘齒與駐車棘輪脫開，從而退出P檔。

在圖1所示的換擋及駐車機構(gòu)中，由于零件數(shù)量多且形狀復(fù)雜，產(chǎn)生的累計尺寸誤差大、導(dǎo)向裝置磨損以及彈簧性能衰退等原因，會導(dǎo)致該機構(gòu)在脫開P檔掛入其他檔位時，駐車棘爪的棘齒不能順利的從駐車棘輪的棘槽內(nèi)脫開，此時會引起掛擋失敗，從而引起車輛故障。

2 優(yōu)化設(shè)計

為了解決這種問題，本文對換擋及駐車機構(gòu)重新進行設(shè)計，將自鎖裝置拆分成用來驅(qū)動手動閥閥芯的驅(qū)動部分和用來實現(xiàn)自鎖功能的鎖止部分。兩部分之間通過螺栓進行連接，并在接觸部分設(shè)有互相嚙合的齒帶，鎖止部分螺栓過孔為腰形孔。另外，在彈性元件和墊片接觸面上設(shè)置了互相嚙合的齒帶。如圖2所示。

如圖2所示，在裝配時，先將自鎖裝置的驅(qū)動部分和鎖止部分用螺栓進行連接，再把彈性元件和墊片用螺栓連接在殼體上，這樣做的原因是先進行初始定位，防止在后續(xù)安裝時位置發(fā)生變化。整個換擋機構(gòu)安裝完成后，將自鎖裝置掛入P檔，測量駐車棘爪棘齒與駐車棘輪棘槽之間的間距L。測量彈性元件上滾柱受到的彈力F。

調(diào)整自鎖裝置驅(qū)動部件和鎖止部件的相對位置，將鎖止部件偏離初始位置距離記為τ1（取鎖止部件遠離駐車桿的方向為正方向），將彈性裝置偏離初始位置距離記為τ2（取遠離駐車桿方向為正方向）如圖3所示。

3 優(yōu)化結(jié)果

圖1所示的現(xiàn)有傳統(tǒng)換擋及駐車機構(gòu)中，駐車棘爪與駐車棘輪之間的間隙L受其他零件尺寸累計誤差影響較大，尤其是駐車桿受制于變速箱空間的布置而形狀復(fù)雜，其形狀誤差十分顯著。表1是某AT自動變速箱傳統(tǒng)換擋及駐車機構(gòu)的各零件對L造成誤差的數(shù)值，表2為各類夾角及旋轉(zhuǎn)半徑。

因此，優(yōu)化后的累計誤差較傳統(tǒng)換擋及駐車機構(gòu)優(yōu)化了66%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該優(yōu)化設(shè)計有以下優(yōu)點。

1）將自鎖裝裝置設(shè)計為分體式結(jié)構(gòu)，使得驅(qū)動部件與自鎖部件的相對位置可調(diào)，降低了對零部件的加工精度及安裝精度的要求，從而降低了生產(chǎn)成本。

2）解決了實際生產(chǎn)中由于駐車部分零件數(shù)量過多，形狀復(fù)雜導(dǎo)致的累計誤差過大等問題。

3）在彈性元件與墊片之間設(shè)置調(diào)整墊，通過改變彈性元件的變形量，調(diào)節(jié)施加在自鎖裝置上的彈力，進而精確控制換擋所需的力，提升駕駛舒適性。

4）當(dāng)零件出現(xiàn)磨損時，無需更換零部件，直接調(diào)整驅(qū)動部件和鎖止部件的相對位置即可，降低了維修成本。

4 結(jié)論

本文對AT自動變速箱的換擋及駐車機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)及工作原理進行了詳細的介紹，并根據(jù)其現(xiàn)有的缺點對其進行了優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化結(jié)果表明，該方案將駐車棘爪掛入和退出P檔時的位置精度優(yōu)化了66%。使用該結(jié)構(gòu)不僅能夠降低零部件的加工及安裝精度，還降低生產(chǎn)成本，為整車布置提供更多的便利。

參考文獻

[1] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谖灏妫M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 郭孔輝，周曉暉，王爽，等.自動變速器換擋機構(gòu)的建模和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].汽車技術(shù)，2008，000（012）：1-3.