配重塊在換檔品質(zhì)提升中的應(yīng)用

劉宏 孫海鵬 王清海 張未

摘? 要：本文提出了一種針對(duì)某款手動(dòng)變速箱進(jìn)行換檔品質(zhì)優(yōu)化的方法研究。該方法旨在解決該款變速箱比較突出的換檔卡頓問(wèn)題。通過(guò)分析，增大換檔操縱系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣量，可以改善變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)在換檔過(guò)程中反饋到駕駛員手柄上的換檔阻力的特性，通過(guò)此方法可以達(dá)到優(yōu)化換檔操縱力變化趨勢(shì)的效果，經(jīng)實(shí)車驗(yàn)證此方法效果顯著。

關(guān)鍵詞：變速箱;外部操縱系統(tǒng);換檔品質(zhì);配重塊;轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

中圖分類號(hào)：U463.212+.34? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2018）06-0065-03

The Application Of Couter-balance Weight in Promotion of Shift Quality

LIU Hong， SUN Hai-peng， WANG Qing-hai， ZHANG Wei

（ DongFeng Motor Corporation Technical Center， wuhan 430058， China ）

Abstract： This paper present a method for the study of shift quality promotion for one MT gearbox. It aims at solving the stagnation during shifting for this gearbox.By analysis， when increasing the motion inertia， it can improve the resistance of shifting， fed back by shift system when shifting. And it can achieve the purpose of optimizing the trend of shifting force. This method is proved to be very effective after verification in vehicle.

1? ? 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)汽車各方面的品質(zhì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高。近年，雖然國(guó)內(nèi)自動(dòng)檔車型已逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，但手動(dòng)檔車型以其相對(duì)較低的價(jià)格和良好的駕駛樂(lè)趣深深吸引著部分消費(fèi)者。而換檔操縱是手動(dòng)檔車型駕駛樂(lè)趣的主要體現(xiàn)環(huán)節(jié)之一，因而換檔性能的優(yōu)劣也逐漸成為人們選購(gòu)車輛時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目之一。這就勢(shì)必對(duì)手動(dòng)檔車型的換檔品質(zhì)提出了更高要求。

換檔品質(zhì)主要分為靜態(tài)換檔品質(zhì)和動(dòng)態(tài)換檔品質(zhì)，其中靜態(tài)換檔品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)又細(xì)分為靜態(tài)選換檔力和行程，換檔剛度、噪聲、平順性，斜向換檔，檔位間隙等等，動(dòng)態(tài)換檔評(píng)價(jià)指標(biāo)又細(xì)分為1、R檔怠速換檔特性，動(dòng)態(tài)選換檔力以及換檔振動(dòng)和噪音等。

搭載某款變速箱的車型普遍存在換檔卡頓的現(xiàn)象，市場(chǎng)上對(duì)該問(wèn)題的抱怨也較多。本文針對(duì)此問(wèn)題介紹了一種簡(jiǎn)便、易實(shí)施的方法，即在外部操縱系統(tǒng)軟軸支架的擺臂上增加質(zhì)量塊，以實(shí)現(xiàn)改善換檔卡頓的目的。除此之外，該方法還具有改善換檔噪音、改善換檔吸入感的作用，本文重點(diǎn)介紹對(duì)換檔卡頓現(xiàn)象的優(yōu)化。

2? ? 變速箱換檔原理概況

如下圖所示為某手動(dòng)變速箱操縱系統(tǒng)的部分機(jī)構(gòu)示意圖，擺臂兩端分別鉚接了兩個(gè)球頭，一端與換檔軟軸相連，另一端通過(guò)連桿與換檔搖臂相連。工作時(shí)操作換檔手柄，通過(guò)換檔器（圖中未示意）的杠桿效應(yīng)傳遞到軟軸芯線，帶動(dòng)軟軸芯線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的軟軸芯線通過(guò)球頭帶動(dòng)擺臂使其繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)連桿帶動(dòng)變速箱換檔搖臂，最終由換檔搖臂帶動(dòng)撥叉撥動(dòng)同步器實(shí)現(xiàn)換檔操作。

3? ? 換檔卡頓的現(xiàn)象和產(chǎn)生機(jī)理

換檔卡頓現(xiàn)象也稱為換檔卡滯現(xiàn)象，換檔卡頓與換檔二次沖擊均表現(xiàn)為換檔過(guò)程的不平順現(xiàn)象。換檔卡頓現(xiàn)象具體表現(xiàn)為，在換檔操作過(guò)程中操縱桿運(yùn)動(dòng)到某些特定的位置或區(qū)域時(shí)，駕駛者會(huì)感受到突發(fā)的一個(gè)較為明顯的換檔阻力，而當(dāng)過(guò)了該位置后換檔力又恢復(fù)到正常的換檔力水平，這種突然增大的換檔阻力即為換檔卡頓現(xiàn)象。當(dāng)這種突變的阻力越大或突變的阻力次數(shù)越多時(shí)卡頓現(xiàn)象越明顯，而駕駛者的操縱感也越差。分析具有換檔卡滯現(xiàn)象車輛的靜態(tài)換檔力特性圖會(huì)發(fā)現(xiàn)，其換檔力曲線上存在著較為明顯的突兀的波峰，當(dāng)波峰的波動(dòng)量達(dá)到一定程度時(shí)，駕駛者在手柄上便會(huì)感受到卡頓現(xiàn)象。換檔二次沖擊主要表現(xiàn)為在換檔過(guò)程的后期，手柄處感受到的一次較為明顯的沖擊阻力，該阻力值通常較大。換檔卡頓與換檔沖擊產(chǎn)生的原理和階段也不相同，換檔卡頓現(xiàn)象主要出現(xiàn)在換檔過(guò)程的預(yù)同步和同步階段，在靜態(tài)換檔和動(dòng)態(tài)換檔均存在;而換檔二次沖擊則主要出現(xiàn)在同步過(guò)程結(jié)束后，只存在于動(dòng)態(tài)換檔過(guò)程的同步結(jié)束階段。

產(chǎn)生換檔卡頓現(xiàn)象的原因通常也較多，結(jié)合變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理分析，產(chǎn)生卡頓阻力的部位主要在于“雞冠齒”即“M槽”、撥叉

定位槽以及同步器（鎖銷式慣性同步器）等部位。產(chǎn)生換檔卡頓的原因有“M槽”、撥叉定位槽以及同步器鎖銷檔位槽三個(gè)部位最大作用力發(fā)生的時(shí)機(jī)不同步以及同步器滑動(dòng)齒套與鎖銷錐面撞擊所產(chǎn)生的撞擊力。

該變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)含有三個(gè)空檔定位的結(jié)構(gòu)，即“M槽”中間波谷的空檔定位，撥叉與撥叉軸配合處的檔位定位，以及同步器上鎖銷的空檔定位。在換檔過(guò)程中，“M槽”處的選換檔定位銷沿著“M槽”的齒面爬行;撥叉上的撥叉定位銷在撥叉帶動(dòng)下沿著撥叉軸上的空檔定位槽斜面爬行;同步器滑動(dòng)齒套在撥叉撥動(dòng)下沿著鎖銷的軸向運(yùn)動(dòng)，彈簧沿著鎖銷空檔定位槽的斜面爬行。理論上此三個(gè)部位同時(shí)運(yùn)動(dòng)到波峰時(shí)，換檔力達(dá)到最大值，然而實(shí)際中，該傳動(dòng)鏈上零件在加工制造以及裝配時(shí)都存在著一定的誤差，并且此傳動(dòng)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)又為串聯(lián)關(guān)系，誤差經(jīng)過(guò)累積后勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致此三個(gè)部位的達(dá)到波峰的時(shí)機(jī)不同步，即各部位產(chǎn)生的最大作用力不同步，當(dāng)系統(tǒng)誤差達(dá)到一定程度時(shí)便會(huì)在手柄上產(chǎn)生可感知的較為明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，即為換檔卡頓現(xiàn)象。

另一種情況為同步器在同步過(guò)程中滑動(dòng)齒套在撥叉撥動(dòng)下沿鎖銷的軸向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)與鎖銷的錐面產(chǎn)生撞擊時(shí)便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)突增的阻力，再通過(guò)操縱系統(tǒng)反饋到換檔手柄處，當(dāng)撞擊力達(dá)到一定程度時(shí)便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可察覺(jué)到的突變阻力，該現(xiàn)象也即為換檔卡頓現(xiàn)象。由于此撞擊是在滑動(dòng)齒套和鎖銷間產(chǎn)生，故靜動(dòng)態(tài)均存在。

4? ? 換檔卡頓現(xiàn)象的解析

從上述分析的卡滯產(chǎn)生的機(jī)理可知，解決卡滯現(xiàn)象的根本措施是通過(guò)優(yōu)化變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)各配合環(huán)節(jié)零件的加工精度和裝配精度，但由于加工精度和裝配精度的提高勢(shì)必會(huì)帶來(lái)較高的成本增量，此方法性價(jià)比不高。通過(guò)對(duì)上述換檔卡頓現(xiàn)象的表現(xiàn)形式的分析，可以發(fā)現(xiàn)只要通過(guò)一定的方法將變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)所反饋的突變的阻力降低到一定值或過(guò)濾掉，便同樣可達(dá)到改善換檔卡頓現(xiàn)象的目的。

由生活中的常識(shí)可知，具有較大慣性的傳動(dòng)系統(tǒng)，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到特定阻力時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的慣性越大，阻力所起到的阻礙效果就越不明顯。結(jié)合此原理可以設(shè)想通過(guò)增大換檔操縱系統(tǒng)的慣性來(lái)減小突變換檔阻力的表現(xiàn)效果，以達(dá)到改善換檔卡滯現(xiàn)象的目的。

變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)由于受變速箱結(jié)構(gòu)的限制難以在其中某一環(huán)節(jié)增加質(zhì)量塊，而在外部操縱系統(tǒng)最合適增加質(zhì)量塊的部位為換檔手柄和軟軸支架上的擺臂，而換檔手柄又受功能體積限制增加量有限，因而本文主要研究單獨(dú)在擺臂上增加質(zhì)量塊的方案。

目前，關(guān)于換檔卡頓現(xiàn)象中換檔阻力波動(dòng)量與慣性之間的關(guān)系并無(wú)相關(guān)理論，因而開(kāi)發(fā)階段無(wú)法直接通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定最合適的配重塊質(zhì)量。并且換檔品質(zhì)的人為主觀意愿較強(qiáng)，因而目前主要的確定方式為在整車上對(duì)不同質(zhì)量塊方案進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)來(lái)確定該車最合適的質(zhì)量塊增加量。

在解析本體所提到的該變速箱的換檔卡頓現(xiàn)象過(guò)程中，通過(guò)在擺臂末端分別增加184g、246g、369g以及492g的質(zhì)量塊，再對(duì)整車進(jìn)行換檔平順性評(píng)價(jià)，由評(píng)價(jià)的結(jié)果可知增加的質(zhì)量塊越大，換檔平順性的改善效果越明顯，但過(guò)大的質(zhì)量增加量如492g方案，卻會(huì)產(chǎn)生換檔感偏重、退檔時(shí)易帶入其他檔位得問(wèn)題，因而最終綜合評(píng)價(jià)確定的配重質(zhì)量為369g。下圖為改善前后換檔力的客觀測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，從圖中可明顯看出增加質(zhì)量塊后換檔力曲線相對(duì)增加前表現(xiàn)的更為平順。

5? ? 總結(jié)

換檔品質(zhì)主要來(lái)源于變速箱內(nèi)部，其常規(guī)的改善方法也是對(duì)變速箱內(nèi)部進(jìn)行改善，本文重點(diǎn)解析的換檔卡頓現(xiàn)象同樣產(chǎn)生于變速箱內(nèi)部。而本文通過(guò)對(duì)換檔卡頓的現(xiàn)象以及產(chǎn)生機(jī)理的分析，并結(jié)合慣性質(zhì)量塊的緩沖和減震作用，提出了一種僅通過(guò)在外部操縱系統(tǒng)增加質(zhì)量塊便達(dá)到改善變速箱換檔卡頓目的的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]劉杰，李超.乘用車手動(dòng)變速箱動(dòng)態(tài)換檔性能測(cè)試與分析[J].汽車科技，2014，第6期：47-50.

[5]李超，劉杰.乘用車手動(dòng)變速箱靜態(tài)換檔品質(zhì)分析研究[J].汽車科技，2015，第1期：63-70.