手動變速器換擋性能評價方法淺析

李興宇

(安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 230601)

手動變速器換擋性能評價方法淺析

李興宇

(安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 230601)

摘要：詳細介紹了手動擋變速器選換擋性能的客觀測試方法，對國內外成熟車型和自主開發車型的客觀數據進行對比與分析，并總結出主觀評價表及評分機制，為提升自主研發車型的換擋品質提供數據依據。

關鍵詞：手動擋變速器；選換擋性能；客觀測試

0　引言

隨著人機工程學在車輛上應用的深入，人們對車輛變速操縱系統的操控舒適性也提出了更高的要求。為了提高車輛品質，增強車型在市場中的形象與地位，作者開始著手對手動擋車輛換擋性能的研究，并建立評價體系。試驗采用GSA換擋分析系統，對車輛在靜止與運動換擋過程中不同的換擋階段(預同步、同步、自由滑移、二次沖擊)鎖止銷特性、換擋桿行程、選換擋力、系統剛度、各擋位自由間隙、換擋沖量等參數進行數據采集，結合標桿、競品車輛的數據分析對比與主觀評價，發現車輛的換擋質量問題，為提升手動擋變速器的換擋性能提供指導依據。

文中僅以A、B兩款車的試驗數據舉例，A車為合資公司成熟品牌車輛，B車為某本地品牌自主開發車輛。限于篇幅，文中僅選取了部分具有代表性的典型圖形。

1　客觀測試與分析

1.1靜態測試

靜態測試主要的試驗內容有選換擋力及行程、選換擋剛度、斜向換擋特性、各擋位自由間隙的測量。試驗時車輛靜止，發動機熄火，離合器處于分離狀態。在試驗之前，駕駛員需要熟悉試驗車輛的換擋方式，并進行多次演練，掌握試驗要領。

1.1.1選換擋力及行程

通過對靜止狀態下換擋桿選換擋力和行程的測量，能夠反映出鎖止銷和選擋復位簧對選換擋性能的影響，以及其敏感區域提醒和吸入感等特性是否得到了充分的體現，最終對變速器的鎖止銷和選擋復位簧的特性做出評價。換擋行程曲線見圖1，各擋位行程見表1。

從圖1及表1可以看出：A車各擋位換擋行程較均勻、平整，對稱性較好，而B車的各擋換擋行程參差不齊，對稱性極差，非常容易使駕駛員掛錯擋。

1.1.2選換擋剛度

對變速操縱系統進行選擋與換擋方向剛度的測量，目的主要是評價其選換擋功能的可靠性。換擋剛度選取三擋與四擋測量即可，首先將換擋桿推入三擋，用大于100 N的力向前推，然后松開換擋桿，讓其自動回到自由位置，重復操作10次以上，正向換擋剛度測試完成。負向換擋剛度與左右選擋剛度測試方法同上。

由表2可知：A車換擋剛度大于B車，而較為理想的換擋剛度值一般為5～10 N/mm。選換擋剛度如果過小，給駕駛者的安全感就較差。

1.1.3斜向換擋

斜向換擋試驗主要目的是評價斜向換擋的準確性、導向性以及平順性。通過對數據的分析，得出換擋桿斜向通過的范圍以及角度。理想的斜向換擋主要特點是換擋路線清晰、順暢、

無阻滯，能夠快速準確地換入目標擋位。試驗時將換擋桿從斜對的二擋三擋、四擋五擋相互切換，重復多次。

1.1.4自由間隙

車輛擋位的自由間隙會直接影響到駕駛員的換擋感覺。擋位間隙過大，會造成各擋位間的不對稱，影響駕駛員的擋位感，容易使駕駛員誤掛或者掛錯擋位。間隙過小又會造成換擋生硬、無柔性，使駕駛人員感覺不適。

數據采集時，用最小的力在各擋位間攪動，在攪動的過程中，將力逐漸增加15 N以上。在進行數據處理時，僅選擇5 N以下的力所產生的區域面積，一般認為10 mm×10 mm的自由間隙為優秀的換擋桿自由間隙。

由表3可以看出：A車的擋位對稱性很好，且各擋位間隙較均勻；而B車的擋位對稱性極差，各擋位間隙大小不均，這樣的擋位布置非常容易使駕駛人員誤判擋位而掛錯擋。

1.2動態測試

動態換擋測試是對車輛換擋系統的主體評價，是換擋性能的綜合體現。通過對換擋過程不同階段的劃分以及對換擋力、同步沖量、二次沖擊等方面的分析，來評價換擋性能的好壞。換擋過程至少可以劃分為圖2所示的幾個階段。

需要指出的是：二次沖擊是隨機且難以被預先檢測到的，它是一個突然出現在同步之后、完全進擋之前的軸向力，這個力的產生是由于同步滑套花鍵齒是整數分布的，但是結合齒的位置又不能在同步過程中進行定義，再加之結合套和結合齒各自的慣性不同，在結合前存在轉速差，所以在結合套與結合齒結合的過程中，就有可能產生齒與齒之間的碰撞，從而在換擋桿上產生一個能被感知的力，當這個力小于換擋力的50%時，駕駛員一般察覺不到該力的純在，此時可以忽略二次沖擊對駕駛舒適性的影響。動態換擋試驗分運動模式與舒適模式兩種換擋方式進行測試。

1.2.1運動模式換擋測試

運動模式換擋主要體現換擋的順暢性以及換擋沖量。換擋沖量即為換擋過程中換擋力與時間的積分。而在換擋的各階段中，同步階段產生的同步沖量對動態換擋的評估最為重要。

試驗前將發動機與變速器預熱，進行發動機轉速為2 000、2 500、3 000 r/min工況下各相鄰擋位之間的快速切換，換擋時間小于0.5 s，重復換擋操作30次以上。

由于數據較多，表4中只列出一擋、二擋在不同轉速下的相互切換數據。從表4可以看出:A車的換擋同步沖量要明顯小于B車，也就是說駕駛員對A車的換擋操作要相對B車容易些。

1.2.2舒適模式換擋測試

舒適模式換擋主要評價換擋所需要的最小力值及換擋的綜合性能。試驗前將發動機與變速器預熱，用盡可能小的換擋力輕柔換擋，從一擋升到五擋過程中，發動機轉速為2 000 r/min時升擋。從五擋降到一擋的過程中，發動機轉速為1 500 r/min時降擋。重復上述過程10次以上。

由圖3可見：B車的換擋力顯然要大于A，且換擋過程中伴隨較為明顯的二次沖擊。

2　主觀評價

對于車輛的整體評價來講，單單依靠客觀數據所得出的結論是遠遠不夠的。因為車輛的使用者畢竟是人，有很多感知因素是無法通過客觀數據反饋的，例如換擋桿球頭的觸感、外觀等。評價內容主要是根據市場的反饋、人機工程學及系統設計

理念所提出的。文中采用十分制的評價機制進行評分，同時對評價人員的要求也相對高一些，不僅要求評價人員有較好的駕駛技能和豐富的經驗，還要求其對人機工程學有充分的認識，并掌握一定的設計理念。主觀評價內容見表5。

3　結束語

詳細闡述了客觀測試與主觀評價的具體方法。通過客觀測試，可以開展對選換擋力與行程、斜向換擋特性、自由間隙、系統剛度、換擋沖量、二次沖擊、最小換擋力等的研究，由于試驗數據較多，文中僅列出了部分試驗數據以供分析。通過主觀評價，可以更好地從人性的角度出發，彌補通過試驗設備無法采集到的感官因素，使對車輛的整體評價更加全面。

參考文獻:

【1】毛恩榮，張紅，宋正河．車輛人機工程學[M]．2版．北京：北京理工大學出版社，2007．

【2】王望予．汽車設計[M]．4版．北京：機械工業出版社，2004．

【3】葛安林，沈波．AMT換擋品質的研究[J]．汽車技術，2003(2):43-45．

Preliminary Analysis of Evaluation Method for Gear Shift Performance of Manual Transmission

LI Xingyu

(R & D Center,Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

Abstract:Objective testing method for crossing and shifting performance of manual transmission was introduced. The objective data from domestic & overseas vehicles and autonomous developed vehicles were compared and analyzed. Subjective chart and grade system were summed up. It provides data support for advancing shifting performance of autonomous development vehicles.

Keywords:Manual transmission; Crossing and shifting performance; Objective testing

收稿日期：2014-12-05

作者簡介：李興宇(1982—)，男，學士，主要從事整車操縱穩定性能、制動性能、變速操縱性能及電磁兼容性能等領域試驗技術研究。E-mail:pestlxy@163.com。