關于換檔頓挫感的一些淺析

何 果

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

關于換檔頓挫感的一些淺析

何 果

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

對換檔頓挫感的原因和改進策略進行了分析。結合整個換擋分析過程，確定了影響換檔頓挫感的三個阻力因素，并提出了改進策略。通過實驗對改進前后此變速箱換擋性能進行了測試分析，驗證了相關結論的有效性。

變速器；換擋；頓挫感；阻力

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-91-03

前言

隨著生活質量的提高，人們對環境越來越關注；同時國內汽車保有量的快速增長，已成為影響環境的一個巨大因素。為了提高人們賴以生存的環境質量，環保部對汽車尾氣的排放要求越來越嚴格。隨著國Ⅳ法規的頒布，商用車國Ⅳ時代已經真正來臨，國Ⅳ的到來，不僅影響著商用車的排放，而且對商用車舒適體驗化需求越來越強烈。因為伴隨國Ⅳ發動機的普及,整個傳動系統的噪聲和振動都有很大改善。基于這種背景，人們對商用車的乘用車式駕乘體驗化需求也越來越明顯，而換擋性能直接反應駕乘體驗的舒適化，越來越收到客戶的重視。本文基于此種情況，對影響換擋手感的換擋頓挫感做一些淺析。

1、對換檔過程換檔阻力的分析

1.1 對變速換檔過程的分析

駕駛員在操縱汽車進行換檔時只是瞬時過程，但實際上此過程分六個階段：一、系統在空檔自由階段；二、預同步階段；三、同步階段；四、自由滑移階段；五、二次沖擊階段；六、完全結合階段。

換檔操作開始時，整個系統處于自由狀態，之后滑塊將同步環推至鎖止位置的這段時間，換檔力會有輕微的上升，就是預同步狀態。同步階段是指同步器齒套迫使同步環與齒輪錐體摩擦并最終達到同步過程，此時換檔力會訊速的上升。當同步過程結束后，由于同步環和齒輪錐體之間不再存在摩擦力，齒套可以自由的穿過同步環，這個階段換檔力會發生急速的下降。隨后同步器齒套穿過齒環開始與齒輪結合齒結合，由于剛度等因素的影響，會導致嚙合過程中可能發生齒套和結合齒碰撞，此時又會產生一個力的峰值。最后同步器齒套雖然與結合齒完全結合，但司機卻無法感覺到，只有繼續推動換檔桿感到阻力之后,才意識到已完成了換檔過程，此時換檔力會快速的上升。

1.2 對換檔過程變速箱內部阻力的分析

本文所分析的換擋頓挫感發生在換檔的第二階段，即預同步階段，此時換擋力的上升不僅要克服變速操縱系統的阻力，同時要克服變速箱內部的阻力。因為操縱系統的阻力是一個相對穩定的數值，本文只對變速箱內部阻力進行分析。

換檔操作時，變速箱內部受到三個阻力因素，為定位阻力、自鎖力和軌道阻力。軌道阻力是由于撥叉軸移動的時候，撥叉軸和變速箱撥叉孔所產生的摩擦阻力；定位阻力是滑塊推動同步環時，要克服定位彈簧所產生的阻力；自鎖力是撥叉軸移動時要克服自鎖彈簧所產生的阻力。進行換檔時，撥叉軸隨之移動，撥叉軸首先要克服軌道阻力，然后再克服自鎖力，當滑塊碰到同步環的時候，此時克服定位阻力。以某個變速器測試進2檔為例。

定位阻力、自鎖力和軌道阻力是在三個不同時刻發生，這是由換擋過程中不同的間隙引起的。當間隙消除時，對應的阻力才會產生。由于三個阻力是在不同的時候發生，而且最大力值發生的時候不一致，進檔曲線就會產生多個峰值，反映在駕駛員手中就是換檔不順，有頓挫感。在理想的情況下，這些力的最大值發生在同一時刻，形成一個單峰值點、一個順暢的換檔操作。

2、換檔頓挫感改進策略分析

2.1 自鎖機構輪廓改善策略分析

常用換檔結構撥叉軸上兩個自鎖槽之間有一個平的部位，換檔期間，自鎖球將在這個平臺上產生滑動摩擦，增加了進檔阻力。同時撥叉自鎖槽都在同一個平面內，不僅會造成換檔吸入感不足外，而且會造成進檔力與摘擋力之間有較大差值，影響換擋手感。

改進后的自鎖機構輪廓，中間略高，兩邊低，可以保證換檔時較大的吸入感。雖然這樣改進摘檔力有所增加，但因為摘擋時候定位阻力為零，故摘擋力還是小于進檔力。改變中間的直線軌道，可以使軌道阻力和支撐力發生在同一時刻，減小換擋時候出現的雙峰值，反應在手柄時時就是頓挫感有所改善。同時對該自鎖機構表面的粗糙度進行改善，建議為0.8um～1.6um,這個改進將會減小換擋力，增加換擋的平順性。

2.2 滑塊端隙改善策略分析

滑塊端隙δ1是指齒套在空檔位置時，滑塊與同步環推力面之間的間隙。如果這個間隙太小，會造成同步環不斷的將油擦出齒輪錐面，這將增加拖拽，及明顯的增加同步環摩擦面的磨損，減小壽命。如果這個間隙太大，換檔軸上的其它阻力將和支撐力分離，并導致鋸齒狀的感覺。

滑塊端隙不僅要考慮到自身尺寸的因素，還要考慮到軸向尺寸的其它間隙。如它的間隙不能小于結合套到同步環之間的間隙δ2，如果小于這個間隙，會出現摩擦錐面尚未接觸，還沒有產生使同步環錐面相對齒套轉動一角度并形成鎖止位置的摩擦力矩時，齒套在沒有同步前就可能通過同步器齒環，導致不同步就換檔，形成換檔沖擊。不同材料的同步環的滑塊端隙在移動過程中所產生的拖拽扭矩是不同的，下圖是一常見同步環材料不同間隙和產生的拖拽扭矩的關系。

由圖7看出，對于材料為碳、鉬的同步環，相同的間隙下，其拖拽扭矩要遠遠小于材料為銅的同步環。對于商用車，尤其是輕卡所用變速箱的同步環材料大部分是銅，建議同步器合件的每側滑塊端隙最小為0.5mm(共1mm)。

2.3 定位阻力的改善策略分析

同步開始時，通過定位彈簧和滑塊,作用在同步器上的力，對其定位位置很關鍵，產生的力將油從同步環和結合齒之間推出來，能夠使同步環引導到正確的位置，并開始同步的發生。初步分析應在開始階段進行考慮，但是由于磨損槽的磨損，在同步器壽命期間，應考慮到預期的磨損而產生的影響。以某變速器為例，測得各個檔位，同步環處支撐載荷，和滑塊對同步環的壓力。

表1 不同檔位的支撐載荷和壓力

對于目前大部分材料為銅的同步環，去除錐面上油的壓力大概需要1MPa， 2/5/6檔時，滑塊產生的壓力已超過1MPa。2檔定位彈簧產生的力遠遠超過其定位力，這將給靜態力輪廓增加一附著力。這個附加的載荷對同步換檔的系統性能沒有任何好處，僅僅增加了靜態進檔力和摩擦拖拽。3/4檔同步器產生的壓力低于設計需要的1MPa，這將導致降低擦出油的性能與產生同時換擋碰撞增加同步器磨損，因為磨損將產生更大的表面接觸，需要更大的壓力來完成油的擦出階段。

同步環在工作過程需要滑塊產生的壓力進行排油，不僅要考慮到排油的壓力，同時還要考慮到排油槽的設計。以表1中變速箱2檔為例，當前的螺紋設計排油6個軸向槽，這將限制油的排除，并可能導致同步環在錐面上打滑，進而引起檔位碰撞。最重要的是，由于材料磨損,同步器的寬度增加,這個變化增加了接觸面積。因此為了正確操作增加的需要的定位力。磨損1mm，計算得到需要的定位力載荷為130N，和現在定位載荷190N相比依然很小，建議將這個載荷減小至100N。

表2 同步環磨損前后所需要的定位載荷

3、試驗驗證

為了驗證上述改進策略是否有效，特別對改進內容進行樣箱制作，然后在整車上進行測試。此樣箱在定位機構和支撐力兩方面按照2.1和2.3方面進行了改善。下圖為某變速箱在靜態下測試的更改前后換檔力與換擋行程的關系曲線圖。

由上述曲線圖可以得知更改后的變速箱，2檔曲線雙峰值下降了很多，同時最大進檔力也有所下降，極大提高了換檔舒適性。

4、結論

通過對換擋過程的分析，明確了在換擋過程中所受到的各種阻力因素，提出了改進對應阻力因素的相應措施。通過實車的測試，對改進后的變速箱進行了對比分析。試驗表明：變速器換擋頓挫感下降了很多，驗證了前述有關結論和改善措施的有效性。

[1] 王望予.汽車設計.第四版,北京: 機械工業出版社,2004年8月.

[2] 陳家瑞.汽車構造.第三版,北京: 機械工業出版社,2009年2月.

Analysis of frustration about the shift

He Guo
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

Evaluation method and the case of shift sense of frustration were analyzed. Three resistance factors affecting shift sense of frustration were presented based on the shifting process analysis, and proposed the improvement strategies. Through the experiment to improve the transmission shift performance were tested before and after analysis, to verify the effectiveness of the related conclusion .

transmission；shift；Sense of frustration；resistance

U463.2

A

1671-7988(2015)02-91-03

何果，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。