機械式變速器起步換擋性能測試方法研究

吳小海，馬驍

（陜西法士特汽車傳動工程研究院實驗中心，陜西 西安 710077）

引言

隨著司機對機械式變速器換擋舒適性要求的提高，以及主機廠對變速器起步舒適性要求的提高，不僅僅局限于靜態(tài)換擋性能，同時對變速器起步換擋性能也有了更多的要求，這就需要變速器有舒適的起步換擋性能，本文結(jié)合實際的部分客戶的需求，提出了一種測試變速器起步換擋性能的方法。

1 起步換擋性能系統(tǒng)的硬件組成

按照車輛起步倒擋的特性，我們團隊搭建了一套起步換擋性能系統(tǒng)，保證模擬整車的起步倒擋特性，如圖1。

圖1 起步換擋性能系統(tǒng)原理圖

在以上系統(tǒng)中，1驅(qū)動電機及飛輪組提供大慣量，保證在起步的時刻，變速器二軸轉(zhuǎn)速為零；2扭矩儀測試起步換擋過程中的二軸扭矩；4和5是選換擋機械手系統(tǒng)，保證換擋過程中，力量和速度的一致性；6電磁離合器開關(guān)，該開關(guān)借用空擋燈開關(guān)，保證當(dāng)變速器在空擋位置時，電磁離合器通電吸合，將一軸電機的扭矩傳遞給變速器一軸，當(dāng)變速器操縱機構(gòu)沒有到空擋位置的時候，電磁離合器開關(guān)斷開，切斷動力輸入； 9轉(zhuǎn)速編碼器，監(jiān)控一軸轉(zhuǎn)速的變化情況；10電磁離合器傳遞或切斷一軸電機的扭矩；11一軸驅(qū)動電機，模擬發(fā)動機為變速器提供動力； 12:24V電源系統(tǒng)，為電磁離合器提供24V直流電源。

2 起步換擋性能系統(tǒng)的測試方法

如圖1所示，當(dāng)變速器掛到空擋，電磁離合器開關(guān)接通，電磁離合器將變速器一軸和一軸電機連接，一軸電機輸出扭矩保證動力輸入，當(dāng)換擋桿離開空擋，電磁離合器開關(guān)斷開，電磁離合器斷開動力輸入，變速器換擋，二軸有大慣量飛輪組保持二軸靜止，從而實現(xiàn)了任何一個擋位（包括倒擋）的起步試驗。圖2為電磁離合器實物圖。

圖2 電磁離合器實物圖

通過上文的描述，我們通過試驗實現(xiàn)了變速器起步換擋性能的測試，但在測試的過程中也一些問題需要優(yōu)化。變速器在空擋的時候電磁離合器開關(guān)接通，一軸轉(zhuǎn)速提高到某一轉(zhuǎn)速（700rpm），機械手換擋開始，在0.1秒后，即圖3中的S1～T1的時間t1=0.1秒，電磁離合器斷電，動力斷開，一軸先有一段自由降速從 T1～S2，后經(jīng)過同步器的同步過程S2～S3，將一軸轉(zhuǎn)速降為零。在以上的過程中，S1～T1之間的時間 t1=0.1S是由于空擋燈開關(guān)的行程產(chǎn)生的。而司機的換擋過程圖4，從離合器踏板踩下，動力中斷T0開始到換擋桿動作S1的過程定義為反應(yīng)時間t0，人的反應(yīng)時間t0大概在0.5～1.0秒之間，人的反應(yīng)時間內(nèi)變速器一軸在自由降速。從圖3和圖4的同步開始S2的一軸轉(zhuǎn)速比較，圖5的一軸轉(zhuǎn)速明顯低于圖 4，所以人在換擋過程中一軸降速更多，因此需要對系統(tǒng)進一步優(yōu)化。

圖3 起步換擋性能系統(tǒng)換擋曲線圖

圖4 人手起步換擋曲線圖

在某一油溫下，變速器掛空擋，電磁離合器開關(guān)接通，一軸升速，升到指定轉(zhuǎn)速；電磁離合器開關(guān)斷開，切斷動力輸入，不換擋，讓一軸自由降速，直到轉(zhuǎn)速為零；從而可以得到被測變速器的一軸轉(zhuǎn)速隨時間自由降速的曲線，在該曲線上可以找到人的反應(yīng)時間t0時刻變速器的一軸轉(zhuǎn)速值。圖5為油溫19℃，某變速器，一軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到700rpm，600rpm，500rpm，400rpm四種一軸轉(zhuǎn)速下自由降速的時間和轉(zhuǎn)速曲線的擬合。

圖5 一軸自由降速與時間的擬合曲線

表1是油溫19℃，一軸穩(wěn)定轉(zhuǎn)速700rpm，一軸自由降速的數(shù)據(jù)。

表1

從圖5，可以看出， 4種指定一軸轉(zhuǎn)速自由降速的擬合度很好，所以就可以得到人在換擋過程中，人的反應(yīng)時間t0對應(yīng)的一軸轉(zhuǎn)速，是t0+t1（t1=0.1s）時刻，表1中的一軸轉(zhuǎn)速，將該轉(zhuǎn)速作為起步換擋性能系統(tǒng)一軸轉(zhuǎn)速。

3 測試數(shù)據(jù)分析

圖6 油溫19℃，空擋→1擋起步換擋性能曲線圖

試驗使用某變速器，油溫 19℃，模擬發(fā)動機的怠速為700rpm時，人的反應(yīng)時間為t0=0.6和t0=0.8秒時的起步換擋性能。所以從表1可以得到t1=0.7和0.9秒的一軸轉(zhuǎn)速是186rpm和122rpm。

表2

圖6為一軸轉(zhuǎn)速186rpm，從空擋→1擋的起步換擋曲線圖。從S1機械手開始換擋，T1一軸轉(zhuǎn)速開始降速，T1～S2為變速器一軸自由降速階段，S2～S3為同步過程，從 S1到S5為整個起步換擋過程。

測試的試驗數(shù)據(jù)見表2。

從以上的數(shù)據(jù)可以得到，一軸的轉(zhuǎn)速越高，同步時間越長，同步?jīng)_量就越大，這符合同步器的換擋規(guī)律。

4 總結(jié)

起步換擋性能系統(tǒng)的搭建和起步換擋測試方法的研究現(xiàn)在沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文的方法是結(jié)合車輛的起步換擋特性和客戶對起步換擋性能的要求而設(shè)計的，通過試驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的對比，兩者數(shù)據(jù)很接近，從而證明了該方法的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。