配重塊在換檔品質提升中的應用

劉宏 孫海鵬 王清海 張未

摘? 要：本文提出了一種針對某款手動變速箱進行換檔品質優化的方法研究。該方法旨在解決該款變速箱比較突出的換檔卡頓問題。通過分析，增大換檔操縱系統的運動慣量，可以改善變速箱內部操縱系統在換檔過程中反饋到駕駛員手柄上的換檔阻力的特性，通過此方法可以達到優化換檔操縱力變化趨勢的效果，經實車驗證此方法效果顯著。

關鍵詞：變速箱;外部操縱系統;換檔品質;配重塊;轉動慣量

中圖分類號：U463.212+.34? ?文獻標識碼：? ? 文章編號：1005-2550（2018）06-0065-03

The Application Of Couter-balance Weight in Promotion of Shift Quality

LIU Hong， SUN Hai-peng， WANG Qing-hai， ZHANG Wei

（ DongFeng Motor Corporation Technical Center， wuhan 430058， China ）

Abstract： This paper present a method for the study of shift quality promotion for one MT gearbox. It aims at solving the stagnation during shifting for this gearbox.By analysis， when increasing the motion inertia， it can improve the resistance of shifting， fed back by shift system when shifting. And it can achieve the purpose of optimizing the trend of shifting force. This method is proved to be very effective after verification in vehicle.

1? ? 引言

隨著汽車行業的不斷發展以及人們生活水平的不斷提高，消費者對汽車各方面的品質質量要求也越來越高。近年，雖然國內自動檔車型已逐漸占據了主導地位，但手動檔車型以其相對較低的價格和良好的駕駛樂趣深深吸引著部分消費者。而換檔操縱是手動檔車型駕駛樂趣的主要體現環節之一，因而換檔性能的優劣也逐漸成為人們選購車輛時重點關注的項目之一。這就勢必對手動檔車型的換檔品質提出了更高要求。

換檔品質主要分為靜態換檔品質和動態換檔品質，其中靜態換檔品質評價指標又細分為靜態選換檔力和行程，換檔剛度、噪聲、平順性，斜向換檔，檔位間隙等等，動態換檔評價指標又細分為1、R檔怠速換檔特性，動態選換檔力以及換檔振動和噪音等。

搭載某款變速箱的車型普遍存在換檔卡頓的現象，市場上對該問題的抱怨也較多。本文針對此問題介紹了一種簡便、易實施的方法，即在外部操縱系統軟軸支架的擺臂上增加質量塊，以實現改善換檔卡頓的目的。除此之外，該方法還具有改善換檔噪音、改善換檔吸入感的作用，本文重點介紹對換檔卡頓現象的優化。

2? ? 變速箱換檔原理概況

如下圖所示為某手動變速箱操縱系統的部分機構示意圖，擺臂兩端分別鉚接了兩個球頭，一端與換檔軟軸相連，另一端通過連桿與換檔搖臂相連。工作時操作換檔手柄，通過換檔器（圖中未示意）的杠桿效應傳遞到軟軸芯線，帶動軟軸芯線運動，運動的軟軸芯線通過球頭帶動擺臂使其繞轉軸轉動，再通過連桿帶動變速箱換檔搖臂，最終由換檔搖臂帶動撥叉撥動同步器實現換檔操作。

3? ? 換檔卡頓的現象和產生機理

換檔卡頓現象也稱為換檔卡滯現象，換檔卡頓與換檔二次沖擊均表現為換檔過程的不平順現象。換檔卡頓現象具體表現為，在換檔操作過程中操縱桿運動到某些特定的位置或區域時，駕駛者會感受到突發的一個較為明顯的換檔阻力，而當過了該位置后換檔力又恢復到正常的換檔力水平，這種突然增大的換檔阻力即為換檔卡頓現象。當這種突變的阻力越大或突變的阻力次數越多時卡頓現象越明顯，而駕駛者的操縱感也越差。分析具有換檔卡滯現象車輛的靜態換檔力特性圖會發現，其換檔力曲線上存在著較為明顯的突兀的波峰，當波峰的波動量達到一定程度時，駕駛者在手柄上便會感受到卡頓現象。換檔二次沖擊主要表現為在換檔過程的后期，手柄處感受到的一次較為明顯的沖擊阻力，該阻力值通常較大。換檔卡頓與換檔沖擊產生的原理和階段也不相同，換檔卡頓現象主要出現在換檔過程的預同步和同步階段，在靜態換檔和動態換檔均存在;而換檔二次沖擊則主要出現在同步過程結束后，只存在于動態換檔過程的同步結束階段。

產生換檔卡頓現象的原因通常也較多，結合變速箱內部操縱系統的結構和原理分析，產生卡頓阻力的部位主要在于“雞冠齒”即“M槽”、撥叉

定位槽以及同步器（鎖銷式慣性同步器）等部位。產生換檔卡頓的原因有“M槽”、撥叉定位槽以及同步器鎖銷檔位槽三個部位最大作用力發生的時機不同步以及同步器滑動齒套與鎖銷錐面撞擊所產生的撞擊力。

該變速箱內部操縱系統含有三個空檔定位的結構，即“M槽”中間波谷的空檔定位，撥叉與撥叉軸配合處的檔位定位，以及同步器上鎖銷的空檔定位。在換檔過程中，“M槽”處的選換檔定位銷沿著“M槽”的齒面爬行;撥叉上的撥叉定位銷在撥叉帶動下沿著撥叉軸上的空檔定位槽斜面爬行;同步器滑動齒套在撥叉撥動下沿著鎖銷的軸向運動，彈簧沿著鎖銷空檔定位槽的斜面爬行。理論上此三個部位同時運動到波峰時，換檔力達到最大值，然而實際中，該傳動鏈上零件在加工制造以及裝配時都存在著一定的誤差，并且此傳動鏈上各個環節又為串聯關系，誤差經過累積后勢必會導致此三個部位的達到波峰的時機不同步，即各部位產生的最大作用力不同步，當系統誤差達到一定程度時便會在手柄上產生可感知的較為明顯的波動現象，即為換檔卡頓現象。

另一種情況為同步器在同步過程中滑動齒套在撥叉撥動下沿鎖銷的軸向運動，當與鎖銷的錐面產生撞擊時便會產生一個瞬時突增的阻力，再通過操縱系統反饋到換檔手柄處，當撞擊力達到一定程度時便會產生一個可察覺到的突變阻力，該現象也即為換檔卡頓現象。由于此撞擊是在滑動齒套和鎖銷間產生，故靜動態均存在。

4? ? 換檔卡頓現象的解析

從上述分析的卡滯產生的機理可知，解決卡滯現象的根本措施是通過優化變速箱內部操縱系統各配合環節零件的加工精度和裝配精度，但由于加工精度和裝配精度的提高勢必會帶來較高的成本增量，此方法性價比不高。通過對上述換檔卡頓現象的表現形式的分析，可以發現只要通過一定的方法將變速箱內部操縱系統所反饋的突變的阻力降低到一定值或過濾掉，便同樣可達到改善換檔卡頓現象的目的。

由生活中的常識可知，具有較大慣性的傳動系統，在其運動過程中遇到特定阻力時，當系統的慣性越大，阻力所起到的阻礙效果就越不明顯。結合此原理可以設想通過增大換檔操縱系統的慣性來減小突變換檔阻力的表現效果，以達到改善換檔卡滯現象的目的。

變速箱內部操縱系統由于受變速箱結構的限制難以在其中某一環節增加質量塊，而在外部操縱系統最合適增加質量塊的部位為換檔手柄和軟軸支架上的擺臂，而換檔手柄又受功能體積限制增加量有限，因而本文主要研究單獨在擺臂上增加質量塊的方案。

目前，關于換檔卡頓現象中換檔阻力波動量與慣性之間的關系并無相關理論，因而開發階段無法直接通過理論計算來確定最合適的配重塊質量。并且換檔品質的人為主觀意愿較強，因而目前主要的確定方式為在整車上對不同質量塊方案進行主觀評價來確定該車最合適的質量塊增加量。

在解析本體所提到的該變速箱的換檔卡頓現象過程中，通過在擺臂末端分別增加184g、246g、369g以及492g的質量塊，再對整車進行換檔平順性評價，由評價的結果可知增加的質量塊越大，換檔平順性的改善效果越明顯，但過大的質量增加量如492g方案，卻會產生換檔感偏重、退檔時易帶入其他檔位得問題，因而最終綜合評價確定的配重質量為369g。下圖為改善前后換檔力的客觀測量數據對比，從圖中可明顯看出增加質量塊后換檔力曲線相對增加前表現的更為平順。

5? ? 總結

換檔品質主要來源于變速箱內部，其常規的改善方法也是對變速箱內部進行改善，本文重點解析的換檔卡頓現象同樣產生于變速箱內部。而本文通過對換檔卡頓的現象以及產生機理的分析，并結合慣性質量塊的緩沖和減震作用，提出了一種僅通過在外部操縱系統增加質量塊便達到改善變速箱換檔卡頓目的的方法。

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