某乘用車自動換擋器換擋力匹配及換擋主觀感受優(yōu)化

靖寧　凌新新　陳振文　譚火南　梁建剛

摘 要：某乘用車配置的自動變速器，其換擋搖臂僅有P擋和非P擋兩個物理位置，其他擋位（R/N/D）通過換擋器本體的電信號發(fā)出，從整個換擋系統(tǒng)來看，P擋與R擋之間的切換力不僅包含換擋器本體P擋與R擋切換力，還包含變速器P擋與非P擋之間的切換力，而R/N/D之間的擋位切換力僅由換擋器本體提供，換擋器本體換擋力的產(chǎn)生主要由螺旋彈簧和齒形板的配合實(shí)現(xiàn)，換擋器換擋力在設(shè)計過程中不僅要考慮變速箱P擋和非P擋切換帶來的影響，而且要考慮與R/N/D之間切換時主觀感受的銜接，本文旨在說明換擋器本體換擋力是如何實(shí)現(xiàn)與變速器換擋力進(jìn)行匹配，以及如何進(jìn)行局部優(yōu)化以獲得良好主觀感受。關(guān)鍵詞：換擋器;換擋力;主觀感受優(yōu)化中圖分類號：U463.22+1.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）08-64-04

Abstract： A passenger car equipped with the Automatic Gear box whose shifting arm only has P and not P positions. Other gears?（R/N/D） are achieved by electronic signals. From the view of system， the shifting force of P and not P not only includes the gear shift itself， but also from the gear box shifting arm， while the shifting force of R/N/D is only from the gear shift， the shifting force of gear box is realized by coil spring and teeth board， so in the design of shifting force for gear shift， the influence of gear box from P to not P and the smooth?between R/N/D has to be considered， here is to describe how to match the shifting force of gear shift and gear box， how to optimize to get better subjective evaluation.Keywords： Gear shift; Shifting force; Subjective evaluating optimizationCLC NO.： U463.22+1.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-64-04

前言

該乘用車換擋器布置在車輛儀表臺，通過換擋拉索與變速器換擋擺臂相連。駕駛員手握換擋手柄前后操作以換入意向擋位。本文中，將重點(diǎn)闡述影響換擋器力值以及與變速器換擋力匹配、換擋主觀感受的評價以及優(yōu)化，其他影響因素如換擋拉索布置、負(fù)載效率等已提前考慮，本文將不做敖述。在系統(tǒng)換擋力的計算中，以15～25N為目標(biāo)作為輸入，在主觀評價中，以換擋吸入感和擋位之間的銜接作為輸入。本文中用到的設(shè)計輸入?yún)?shù)已做過特殊處理，與該乘用車的真實(shí)數(shù)據(jù)有一定出入，主觀評價表除外。

1?背景

某乘用車自動擋換擋器在開發(fā)設(shè)計階段，通過對預(yù)設(shè)目標(biāo)的分解、計算，完成對換擋器內(nèi)部子零件結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)設(shè)定，通過樣件制作并使用換擋性能測試設(shè)備獲取客觀數(shù)據(jù)，再結(jié)合主觀評價結(jié)論對個別結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)成目標(biāo)。

2 目標(biāo)分解

2.1?換擋力分配

通過前期大量數(shù)據(jù)采集，選取合適的換擋力為設(shè)計目標(biāo)，結(jié)合變速換擋搖臂P擋和非P擋切換力，以及當(dāng)前總布置下的換擋器杠桿比，將設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行以下分解，圖1為該自動擋車型擋位布置。

目標(biāo)分解見表1：

表1中，換擋器杠桿比是根據(jù)人機(jī)位置、設(shè)計目標(biāo)多個因素綜合而定，這里不做展開描述。

初步將系統(tǒng)換擋力定為20N，根據(jù)目標(biāo)分解，各擋位換擋力分配如下：

2.2 換擋力相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于換擋器換擋力分配結(jié)果，將換擋機(jī)構(gòu)力相關(guān)部分簡化為結(jié)構(gòu)模型，本設(shè)計重點(diǎn)在于齒形槽α角的計算，其他參數(shù)作為輸入，來自平臺化參數(shù)選型或設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)模型見圖2。

設(shè)計輸入與需求見表3：

根據(jù)結(jié)構(gòu)模型及設(shè)計輸入，以P?R切換為例建立力學(xué)模型，進(jìn)行α角的計算，見圖3：

3 第一輪客觀測試

基于擬合后的齒形槽，制作3D打印快速樣件，對運(yùn)動副部位進(jìn)行打磨以保證表面粗糙度，組裝總成時需在運(yùn)動副部位涂抹潤滑脂。完成總成件裝配后，使用換擋性能測試設(shè)備對系統(tǒng)進(jìn)行測試。

以下為測試設(shè)備測試、輸出的各擋位換擋力和位移曲線：

將數(shù)據(jù)整理：

4?第一輪主觀評價

擋位切換除了考察峰值力是否達(dá)成設(shè)計目標(biāo)，還要兼顧擋位切換過程帶給人的主觀感受，比如吸入感是否強(qiáng)烈，目標(biāo)擋位是否定位準(zhǔn)確等。通過邀請20位持有C照且有5年以上駕齡人員對該車輛進(jìn)行主觀評價，其中滿分10分，及格6分，綜合評價統(tǒng)計見表6：

根據(jù)主觀評價結(jié)果，P?R的峰值切換力雖然滿足要求，但是吸入感較差，影響了最終得分，其他擋位評價情況較好，符合設(shè)計預(yù)期。下一步將針對P?R的切換吸入感著手進(jìn)行優(yōu)化。

5 方案優(yōu)化

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）及表4，在現(xiàn)有輸入條件下，如要提高換擋吸入力，需調(diào)整α角度，調(diào)整優(yōu)化方向多次調(diào)整最終確定如下結(jié)果。

根據(jù)調(diào)整后角度，反推換擋力，見表8：

根據(jù)齒形槽角度重新擬合齒形槽，見圖9：

6 第二輪客觀測試及主觀評價

6.1 客觀測試

根據(jù)新的齒形槽再次制作快速樣件，裝車并利用換擋性能測試設(shè)備進(jìn)行測試，輸出曲線如下：

再次將數(shù)據(jù)整理，見表9：

6.2 主觀評價

再次邀請第一次主觀評價的全部人員進(jìn)行主觀評價，?將評價信息匯總，見表10：

7 總結(jié)

通過調(diào)整，客觀測試數(shù)據(jù)方面P?R擋位切換力略大于設(shè)定目標(biāo)，但是通過主觀評價，評價人員對于力的增大認(rèn)可，且整體目標(biāo)仍然處于25N以下舒適區(qū)間，最終改善結(jié)果明顯。

本文旨在描述專門針影響換擋力和吸入力感受的重要影響之一即擋位齒形槽的設(shè)計方法，從客觀測試及主觀評價兩方面入手，反向驗證設(shè)計目標(biāo)的達(dá)成情況，形成閉環(huán)設(shè)計，該計算方法同樣適用于類似結(jié)構(gòu)的換擋器如桿式電子換擋器、旋鈕電子換擋器等，適用范圍廣，對于該類型換擋器換擋力的設(shè)計具有一定參考價值和指導(dǎo)意義。

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