基于Benchmarking的轎車手動變速器關鍵指標的分析和評價

摘要:以轎車手動變速器評價指標為研究對象，應用Benchmarking技術對同一規格的樣機進行評價指標的詳細分析，最后采用決策矩陣法進行定性的評價。

關鍵詞: 變速器;Benchmarking;評價

中圖分類號：U462.1 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）05-0067-04

Analysis and Evaluation on the Key Indicators of Gearbox Based on Benchmarking

LEI Jun

(Dongfeng Motor Co.，Technical Center，Wuhan 430058，China)

Abstract：In this paper，author researched on the key indicators of gearbox.Application Benchmarking techniques analyzed these indicators of the same specification prototype.Finally， hese indicators were qualitative evaluated with matrix method.Key words：gearbox；benchmarking；analysis

汽車變速器是汽車中的一個關鍵總成，其性能直接影響到汽車的動力性、燃油經濟性和操縱舒適性。在一款全新的變速器總成開發中，項目初期的產品定義尤為關鍵。

本文從Benchmarking的角度出發，結合項目的戰略規劃，調研選取典型的變速器總成進行詳細的技術分析，最后利用決策矩陣法進行定性評價，確定產品標桿和設計指標。

1 轎車手動變速器總成評價指標的探討

評價轎車手動變速器總成好與不好的因素很多，目前國內外都沒有統一的說法和指標，本文首次從用戶的角度出發，通過能用、好用及性價比三個方面提煉出變速器總成的五個指標，見表1。

整車動力性和燃油經濟性指標是用戶非常關注的兩項指標，變速器速比及擋間比對這兩項指標有較大影響，但一個平臺的變速器在匹配不同的發動機、或不同的整車可以設計不同的速比，即速比的系列化，通常一個平臺的變速器都有兩款以上的速比供用戶選擇。因此，在變速器競品分析階段，速比作為總成內部能隨時優化的參數可暫不考慮，所以整車動力性和燃油經濟性指標沒有作為變速器標桿對比的指標。

表1對五個指標的內容進行了簡要說明，并且將變速器的新技術、新材料、新工藝按照評價內容進行歸類，從中可以清晰地看出各項新技術發展的目的。最后將指標分解到具體的數據或評價方法，以便定性評價。

2 典型轎車手動變速器的Benchmarking分析

所謂Benchmarking，是將自己的產品、服務或其他業務活動過程同競爭對手或其他產業的領袖企業進行對照分析，通過學習他們的優點而改善自己的產品、服務或經營活動，以提高自身競爭力的過程。簡而言之，Benchmarking是一種非常出色的超越競爭對手的方法［1］。

轎車手動變速器的開發首先要滿足整車的戰略規劃，同時作為動力總成的關鍵部件，還應滿足發動機匹配的要求。本項目圍繞1.6 L發動機及相關平臺車型展開，在制定產品目標初期對當前市場同規格的變速器總成進行了廣泛的調查研究。

2.1 樣機的初步篩選

首先從發動機排量的信息入手，廣泛收集目前國產1.6 L手動變速器的資料，進行初步的數據分析，見表2。

表2 國產1.6 L手動變速器重要參數匯總

中心距系數：

K=A/

式中：A為變速器主軸中心距，mm；Memax為最大輸入扭矩，Nm。

上述變速器中6#樣機中心距系數最小，中心距功率密度最大，體現的技術水平最高，其它各款變速器總成水平相當，K值總體都控制在12～13之間。

經過分析，選取四款K值最小、具有典型代表意義的總成，圍繞評價指標進行詳細分析：

樣機1（4#）：國內某合資公司生產，20世紀80年代開發的產品，不斷改進并一直延用至今，全單錐同步器，結構簡單，中心距小，軸向尺寸不緊湊，但成本低。

樣機2（5#）：國內某公司許可證生產，該產品在歐洲市場保有量較大。

樣機3（6#）：國內某合資公司生產，是該公司最經典的手動變速器、換擋舒適性好、用戶評價很高。

樣機4（7#）：國外獨資公司生產，近幾年與發動機同步開發的新總成，輕量化與集成式設計的集大成者，結構緊湊、重量輕、換擋輕便、但成本高。

2.2 基于Benchmarking的樣機評價指標的分析

2.2.1 整車搭載性的分析

表3列出了樣機安裝長度和中心距的相關數據，數值越小越有利于整車布置，因此搭載性越好，每項評分按排隊順序，最高分為4分，最低分為1分；綜合評分最高分仍是4分。

表3 整車搭載性分析

權重說明：由于受整車左右縱梁寬度的限制，同時考慮碰撞安全性，變速器長度方向的尺寸一直是整車布置優先考慮的指標，中心距的尺寸則可以通過動力總成的合理布置妥善解決，因此對上述兩個指標進行評價時權重上進行了差異化處理，綜合得分分值越高表明整車搭載性越好。

2.2.2 行駛可靠性的分析

變速器最大扭矩容量=輸入軸額定輸入扭矩×1擋速比×主減速比。

表4列出了樣機的最大扭矩容量數據，采用變速器最大扭矩容量替代輸入軸額定輸入扭矩能更全面的評價變速器的承載能力，扭矩越大得分越高，表明行駛可靠性越好。

表4 行駛可靠性分析

2.2.3 操縱輕便性

對于操縱輕便性的分析有三種方式：1）整車操縱性能的主觀評價；2）利用儀器和軟件對整車或總成臺架進行換擋品質的測試和分析；3）通過對操縱機構部件和同步器性能進行測試或結構仿真分析。

三種方式分析的結果在數值上可能不同，但作為對比分析，相對值作為趨勢性的判斷依據，結果仍是一致的。

國外公司對操縱性能的評價即保留有主觀評價，也在推廣運用儀器和軟件進行客觀的分析，為操縱機構的改進和優化提供量化的數值。

四個競品樣機的主觀評價結果見表5。

表5 操縱輕便性主觀評價結果

結構拆解分析見表6。

評價說明：

集成式的操縱機構依靠工裝輔具來保證零件的位置，與裝配式的操縱機構相比，由于尺寸環節少，更易保證機構運動的準確性和穩定性。

同步器的同步時間與作用在同步環上的力成反比，同步器時間越短或換擋力越小說明同步器容量越大；同步器的行程決定了換擋機構的杠桿比，短行程的同步器在整車相同的換擋操作空間下能擁有更大的杠桿比，使得換擋更輕便。

碳纖維摩擦系數高、磨耗小、性能穩定，近幾年在變速器中的應用逐步增加，尤其是在自動變速器中。多錐同步器由于摩擦面積的增加也能在有限的徑向空間提升同步容量。鉬的摩擦系數在銅和碳纖維之間。

表6的數據是在相同條件下，假定2擋→1擋同步時間為1 s，利用Benchmark的結果，計算四款樣機的換擋力，通過手柄換擋力的大小來客觀評價操縱輕便性。

2.2.4 乘坐舒適性

整車的乘坐舒適性指標是一個系統的概念，具體到對變速器總成的要求是指在與發動機一起工作的情況下沒有異響、沒有沖擊、沒有嘯叫，振動加速度控制在評價指標內。

上述幾款變速器都是國外的技術，在噪聲指標上都做的相當好，因此，在舒適性指標上沒有區別。

2.2.5 成本經濟性

變速器總成的制造成本是一個企業的機密，不可能在競品分析中得到，但可以通過總成的銷售價格進行評估。由于4款樣機年產量均超過十萬臺，產量對成本的影響忽略不計。評價結果見表7。

表7 成本經濟性分析

評價說明：使用成本是一個調查統計分析的工作，可以通過4S店的咨詢、網絡的搜索、期刊雜志的檢索等渠道收集各種變速器在用戶中的抱怨或典型故障。樣機1和樣機3進入中國市場較早，總成保有量很大，在用戶中有少許抱怨；樣機2和樣機4均處于市場開拓階段，綜合分析收集到的數據后，為避免誤導樣機評價結果，對故障率的評價暫不考慮。

3 決策矩陣法對Benchmark結果的定性評價

決策矩陣法是一種多因素定性決策工具，因為簡便易行而應用較廣。在甄選變速器標桿的定性分析中，首先對各項指標進行排序，然后鑒于不同指標之間的重要性差異，確認各項指標的權重因子，最后通過加權平均的辦法得到各樣機的最終得分，得分最高者成為標桿。評價結果見表8。

表8 變速器評價指標量化分析結果

各指標權重因子選擇說明：

新產品的開發必須緊緊地圍繞用戶展開，用戶決定了產品開發的目標和前景；因此，各指標的權重也是根據用戶的期望來分配。

1）整車搭載性：變速器總成滿足整車搭載是最基本的要求，否則就沒有用武之地，因此該指標所占的權重最小。

2）行駛可靠性：變速器總成在按規范完成8萬公里整車道路試驗的基礎上，變速器在可靠性方面的差異基本上不會導致用戶的抱怨，因此該指標的權重比搭載性略高。

3）操縱輕便性：轎車走進千家萬戶是人們生活質量提高的標志，變速器的操縱性能是留給用戶的第一感覺，因此，權重比前兩項指標更高。

4）乘坐舒適性：變速器無論在靜態或動態中都應該沒有異響、嘯叫、共振等導致用戶不舒適的工況，否則，大量的抱怨將導致該產品失去市場，因此，轎車手動變速器的NVH指標是一個非常重要的指標，權重與操縱輕便性的要求相同。

5）成本經濟性：對于1.6 L以下排量的轎車，價格仍然是用戶最關注的因素，因此，成本經濟性的權重在所有指標中最大。

通過分析：樣機3成為新產品開發的標桿，這一結果與行業及用戶的評價一致。

4 小結

變速器總成的Benchmarking是全新總成開發過程中的一項重要工作，文章圍繞用戶目標，首次提出變速器的五項評價指標，并利用決策矩陣法來進行定性評價，評價的結果成為新品開發的標桿。

目前國內外在此領域的文獻資料較少。此研究工作來源于某轎車手動變速器的開發項目，可以為國內手動變速器的開發提供參考。當然，文章中的一些指標在提法上和權重的分配上還有待斟酌和探討。

當前我國汽車工業正處在迅速發展階段，能否以最短的周期、最少的開發費用、最好的質量和性能開發出用戶滿意的產品直接關系到汽車企業的生存和發展。如何將Benchmarking的理念貫穿到變速器開發的領域，提高產品方案設計的水平，全面提升我國汽車自主開發能力，促進變速器總成等關鍵技術的跨越式發展，這具有重要意義。

參考文獻：

［1］ 祁鵬華，褚超美，張軼.Benchmarking技術在汽車開發領域中的應用［J］.機械設計與制造.2008，（10）: 64～66.