重型商用車輛一種伸縮式換擋操縱系統(tǒng)性能探析

偶晨陽，高靜，安俊龍，侯峨明

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

重型商用車輛一種伸縮式換擋操縱系統(tǒng)性能探析

偶晨陽，高靜，安俊龍，侯峨明

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

文章對(duì)一種變速器換擋操縱系統(tǒng)模擬計(jì)算，完成數(shù)學(xué)模型的建立及分析，探究換擋性能和操縱系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系式。從定量和定性的角度對(duì)換擋性能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估，試驗(yàn)采用拉線位移傳感器和主觀評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行，以驗(yàn)證數(shù)學(xué)計(jì)算模型的有效性。開發(fā)建立換擋操縱系統(tǒng)的數(shù)字化模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為現(xiàn)產(chǎn)車型和新車型的開發(fā)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

換擋操縱系統(tǒng)；換擋性能；試驗(yàn)；人機(jī)工程學(xué)

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-102-03

引言

換擋操縱系統(tǒng)是執(zhí)行駕駛員意志，實(shí)現(xiàn)車輛操控的裝置。其換擋性能的好壞對(duì)車輛的操控性，平順性，舒適性，動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性都有很大的影響。換擋操縱系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路重點(diǎn)關(guān)注到了可靠性和功能的實(shí)現(xiàn)。隨著人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展，重型車輛作為一種載運(yùn)工具，其整車的舒適性日益受到客戶，特別是駕駛員的關(guān)注。變速器操縱系統(tǒng)作為一種最直接最明顯的車輛操控裝置，與駕駛室內(nèi)飾中的方向盤，油門和制動(dòng)踏板，儀表板，座椅等共同組成了整車操控性的關(guān)鍵因素。以上特點(diǎn)使得變速器換擋操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度大大增加，換擋過程如何實(shí)現(xiàn)輕便，平順，有吸入感，換擋行程如何設(shè)計(jì)才符合人機(jī)工程學(xué)的范圍，手柄球在空擋位置是否符合最佳人機(jī)點(diǎn)，車輛在怠速下手柄球NVH是否最小，操縱系統(tǒng)杠桿比數(shù)值在選換擋力和行程中如何最佳分配等。這些具體因素都必須從整車角度做系統(tǒng)分析后考慮。以確保換擋操縱系統(tǒng)的滿足性能和功能的雙重提升。最后通過試驗(yàn)測(cè)試，從而得到一個(gè)基于理論建模和實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證的、較為合理且適合企業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用的分析論證過程[1]。

1、模型建立

1.1 三維模型

某重型車輛變速器操縱系統(tǒng)三維模型如下

圖1 變速器操縱三維模型示意圖

說明：1—換擋手柄球；2—防塵罩總成；3—操縱器總成；4—伸縮拉桿總成；5—球鉸接頭；6—選擋支架；7—球鉸接頭；8—螺桿；9—球鉸接頭[2]。

1.2 數(shù)學(xué)模型

圖2 變速器操縱數(shù)學(xué)模型示意圖

當(dāng)拉桿與操縱器成90°時(shí)，選擋時(shí)拉桿的旋轉(zhuǎn)方向是X方向，此時(shí)換擋杠桿比i1公式如下[3]：

式中：i1—換擋杠桿比；L3—換擋時(shí)手柄球旋轉(zhuǎn)半徑；L7—換擋搖臂連接孔中心距；L2—操縱器下端安裝長(zhǎng)度；α—操縱器與拉桿的夾角；L8—換擋撥頭中心距。

當(dāng)拉桿與操縱器成90°時(shí)，選擋時(shí)拉桿的旋轉(zhuǎn)方向是X方向，此時(shí)選擋杠桿比i2公式如下：

式中：i2—選擋杠桿比；L1—選擋時(shí)手柄球旋轉(zhuǎn)半徑；L5—拉桿拐點(diǎn)與連接板固定點(diǎn)高度；

L2—操縱器下端安裝長(zhǎng)度；L6—連接板固定點(diǎn)與搖臂高度差。

當(dāng)拉桿變成直管段時(shí)，選擋時(shí)拉桿的旋轉(zhuǎn)方向是沿拉桿的軸線方向，此時(shí)選擋杠桿比i3公式如下：

式中：i3—選擋杠桿比；L1—選擋時(shí)手柄球旋轉(zhuǎn)半徑；α—操縱器與拉桿的夾角；L4—連接板安裝長(zhǎng)度。

1.3 理論計(jì)算

某重型汽車變速器操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的換擋杠桿比i1=5.6，選檔杠桿比i2=4.0。匹配國(guó)內(nèi)某重型左置12檔鋁殼超速擋變速器（單桿操作）。其變速器換擋搖臂端的性能和行程分別如表1和表2所示[4]：

表1 搖臂端換擋性能

表2 搖臂端換擋行程

按照上述數(shù)學(xué)模型計(jì)算，理論設(shè)計(jì)時(shí)，該操縱系統(tǒng)手柄球端的換擋性能和行程如下表3和表4所示：

表3 手柄球端理論換擋性能

表4 手柄球端理論換擋行程

2、試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)采用拉線與位移傳感器測(cè)試裝配該操縱系統(tǒng)的車輛手柄球端的換擋性能，加速度傳感器測(cè)試手柄球端的NVH性能[5]。

2.1 性能測(cè)試結(jié)果

表5 換擋性能測(cè)試

表6 選檔性能測(cè)試

表7 手柄球NVH性能測(cè)試[6]

表8 主觀評(píng)價(jià)表

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論

重型車輛換擋性能評(píng)價(jià)指標(biāo)如表所示，此表為某企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，僅供參考。

該變速器操縱系統(tǒng)杠桿比設(shè)計(jì)數(shù)值是正確而且合理的，理論換擋性能與實(shí)際樣車測(cè)試數(shù)值能對(duì)應(yīng)。而且符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中換擋性能的指標(biāo)評(píng)價(jià)范圍[7]。

表9

3、結(jié)論

本文通過對(duì)操縱系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，將操縱系統(tǒng)杠桿比與零部件設(shè)計(jì)尺寸的函數(shù)關(guān)系式搭建出來，在換擋性能指標(biāo)評(píng)價(jià)這個(gè)約束條件下，確定操縱系統(tǒng)的杠桿比設(shè)計(jì)范圍，并通過試驗(yàn)測(cè)試得以驗(yàn)證，確立該操縱系統(tǒng)的研究方法，為為現(xiàn)產(chǎn)車型和新車型的開發(fā)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).北京.高等教育出版社,2009.

[3] 孫訓(xùn)方等.材料力學(xué).北京.高等教育出版社,2009.

[4] 劉延柱等.多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué).北京.高等教育出版社,2014.

[5] 張立軍等.車輛隨機(jī)振動(dòng).遼寧.東北大學(xué)出版社,2007.

[6] 何耀華.汽車試驗(yàn)技術(shù).北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[7] 劉顯臣.汽車NVH綜合技術(shù).北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

Heavy commercial vehicles a telescopic shift control system performance analysis

Ou Chenyang, Gao Jing, An Junlong, Hou Eming
( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd Institute of Automotive Engineering R&D, Shaanxi Xi'an 710200 )

In this paper, a kind of transmission shift control system simulation, the complete mathematical model establishment and analysis, to explore the relation between shift performance and parameters of control system. From the Angle of quantitative and qualitative shift performance test evaluation, test meter adopts pedal force and subjective evaluation method, in order to verify the validity of the mathematical calculation model. Development to establish shift control system of digital model and evaluation index system, to produce models and the development of new models to provide data and technical support.

Shift control system; Shift performance; test; ergonomics

U467.3

A

1671-7988(2016)07-102-03

偶晨陽，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，主要從事變速器系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.032