輕型卡車選換檔卡片失效問題的分析與改進

倪冬，徐順，朱琳，李陽，王其云

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

隨著城市交通日益繁忙、道路阻塞日趨加劇，用于長短途運輸的輕型卡車，頻繁換檔給汽車司機帶來了眾多不便，如：司機易疲勞、注意力分散，導致客戶對輕型卡車的操控性、舒適性、安全性等方面提出了更高的要求[1]。為了降低客戶對檔位難掛的抱怨率，提升換擋質量，文章對變速操縱系統中引起的檔位難掛故障率最大的選換檔卡片失效問題進行分析。

1 現狀分析

從功能性、舒適性、安全性三個方面分析，客戶對無法換檔抱怨最大。從零部件組成和安全性角度分析，操縱系統引起的故障，客戶可能無法及時感知，誤以為已換入目標檔位，產生進一步的誤操作，導致安全事故的發生。對操縱系統引起檔位難掛的故障率進行統計，發現選換檔卡片故障率最高，所以解決卡片失效問題，對降低選換檔卡片的故障率尤其重要。

通過對市場56例故障進行統計調查，選換檔卡片故障主要表現在：駕駛室內小卡片故障；卡片斷裂和卡片脫落；96%故障分布在匹配三種操縱座；故障里程主要分布在20000km以下。

2 原因分析

2.1 工作原理分析

駕駛員的換擋力和變速箱選換擋力作用在軟軸上，形成軟軸對卡片的外作用力；卡片在軟軸和操縱座限制下自身產生安裝預緊力，與軟軸外作用力平衡。整車上一般用檢測卡片拉脫力來反映卡片預緊力大小，如圖1所示。

圖1 駕駛室卡片工作原理

為了保證卡片固定可靠，不會產生脫落或斷裂，需滿足以下幾個條件：

1）保證卡片不會被擠出，導致脫落；

2）保證卡片受附加外力作用，不產生二次壓縮；

3）卡片在壓縮量范圍內，所受應力σ小于材料的許用屈服強度極限[σs][2]

圖2 卡片受力分析

其中：Fs-軟軸所受阻力；F0-卡片所受預緊力；f1、f2、f3-卡片所受摩擦力；N1、N2-卡片所受支撐力；Δx-卡片壓縮量；θ-卡片安裝狀態下與操縱座平面間夾角。

2.2 故障樹分析

通過產生機理的分析，逐級深入，制定了如下樹圖：

圖3 樹圖

3 要因確認

通過使用FTA工具對逐個問題進行分析和調查，發現有三個因素是卡片（駕駛室內）脫落或斷裂的主要原因。

3.1 卡片弧高設計過小

弧高實測滿足設計值要求 2±0.1mm，質量無問題；在圖紙弧高設計值狀態下，卡片理論和實測預緊力均不能滿足設計標準要求（預緊力kΔx-f3*sinθ＞Fs=200N），確定是一個主要因素。

表1 卡片弧高計算與實測對比

3.2 操縱座底板厚度設計過小

操縱座底板厚度實測滿足設計值要求，質量無問題；在底板厚度 4.3±0.1mm 情況下，卡片預緊力理論（120N～200N）不能滿足設計標準要求（＞200N）；市場96%故障分布在底板厚度為 4.3mm的操縱座上，厚度設計過小影響較大，是一個主要因素。

3.3 結構剛度設計不滿足實際要求

表2 卡片剛度理論與實測對比

卡片剛度與某標桿對比，剛度過低，卡片安裝狀態下彈性預緊力不能滿足設計要求，卡片反復被二次壓縮，產生疲勞斷裂或脫落現象。臺架耐久試驗表明，卡片結構剛度過低，耐久可靠性明顯下降，如表2所示。所以，剛度設計過低影響較大。

4 改進措施與驗證

4.1 優化弧高和操縱座底板厚度

考慮卡片弧高不能設計太高，否則會超出卡片屈服強度極限，但僅增加弧高又不能滿足預緊力需求。所以，需要同時考慮增加卡片弧高和操縱座底板厚度，如表3所示。

表3 弧高和操縱座底板厚度優化

4.2 優化卡片結構剛度

表4 卡片結構剛度優化

卡片尺寸修改后，經過CAE分析，理論剛度相對改進前提升一倍。在壓縮量0.6mm下，預緊力為240N，可有效抵抗軟軸外力產生的二次變形。

4.3 驗證

圖4 拉脫力檢測及市場驗證

經過以上對策實施，對在半個月內生產的28臺下線車輛進行隨機抽查，通過檢測卡片的拉脫力 F1來衡量卡片的松緊程度，其中F1≥f1+f2+f3*cosθ=70N；并對其后續三個月市場表現進行跟蹤。整改后拉脫力檢測結果表明均滿足標準要求，且市場最大驗證行駛里程達4萬多公里，均未反饋卡片失效問題，整改效果明顯，如圖4所示。

5 總結

文章對輕卡駕駛室內選換檔卡片失效問題進行了分析，從變速系統結構組成及卡片工作原理識別問題來源，利用理論計算、臺架測試、對比等方法確定了卡片失效問題的主要因素，有針對性地進行了改進，并并通過了市場驗證，有效地降低了選換檔卡片故障率問題，降低了客戶的抱怨率。