換擋及駐車機構幾何精度優化方法研究

丁斌 史艷龍 蘇皎 高文娟 李尊

摘 要：汽車換擋及駐車機構在車輛駕駛過程中對換擋舒適性及安全性起著至關重要的作用。目前設計的換擋自鎖裝置及駐車機構形狀復雜并且加工精度很高，但是受到國內工業加工水平的限制，對設計過程中的布置方案造成很大的影響。文章設計了一種換擋及駐車機構精度優化方案，通過調整換擋及駐車機構的機械結構，彌補其加工及安裝誤差，從而降低對制造工藝及安裝精度的要求，滿足變速箱使用需求。

關鍵詞：換擋機構;駐車機構;精度優化

中圖分類號：U463.212 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-35-03

Abstract： The shift and parking mechanism play an important role in the comfort and safety of the shift. At present， the design of shift self-locking device and parking mechanism has complex shape and high processing accuracy， but it is limited by the domestic industrial processing level， which has a great impact on the layout plan in the design process. In this paper， an optimization scheme for the accuracy of gearshift and parking mechanism is designed. By adjusting the mechanical structure of gearshift and parking mechanism， the machining and installation errors are made up， so as to reduce the requirements for manufacturing process and installation accuracy and meet the use requirements of gearbox.

Keywords： Shift mechanism; Parking mechanism; Precision optimization

CLC NO.： U463.212 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-35-03

前言

隨著汽車工業的發展和進步，搭載AT液力自動變速器的汽車因其良好的舒適性以及駕駛的簡便性受到越來越多消費者的歡迎[1]。AT自動變速器內部設有用來實現P擋、R擋、N擋、D擋、S擋等檔位的換擋機構，每次換擋完成后需要通過自鎖裝置將檔位鎖定，防止汽車由于受到外界影響而出現檔位誤切換[2]。而為了保證P檔時駐車的可靠性，通常需要靠機械裝置鎖住傳動軸以實現駐車。因此，為了實現車輛的自鎖及駐車功能以及換擋舒適性的要求，在設計過程中往往會將零件的加工及裝配精度設計的很高，無形中增加了制造成本以及加工難度。在此基礎上，本文設計了一種換擋自鎖及駐車機構精度優化方案，通過調整其機械結構及空間位置，從而彌補了加工及安裝誤差帶來的影響并降低了對制造工藝的要求，實現對幾何精度的優化。

1 換擋及駐車機構工作原理

換擋及駐車機構通常包括自鎖裝置、彈性裝置、駐車桿、導向裝置、駐車棘爪、駐車棘輪、換擋軸等。換擋時，換擋軸驅動自鎖裝置轉動并使之到達需求擋位位置，彈性裝置貼緊自鎖裝置上的凹槽從而實現自鎖。此時，自鎖裝置上方的銷驅動液壓閥板上的手動閥芯，將液壓油路切換至對應的檔位中，從而實現換擋。其中，當掛入P檔（駐車）時，自鎖裝置推動駐車桿在導向裝置作用下沿特定方向移動，在駐車桿錐面的作用下，駐車棘爪繞其旋轉軸轉動，使駐車棘爪的棘齒插入與傳動軸相連的駐車棘輪的棘槽內，實現駐車。退出P檔時，自鎖裝置帶動駐車桿在導向裝置作用下沿反方向移動，駐車桿錐面失去對駐車棘爪的作用力，使駐車棘爪的棘齒與駐車棘輪脫開，從而退出P檔。

在圖1所示的換擋及駐車機構中，由于零件數量多且形狀復雜，產生的累計尺寸誤差大、導向裝置磨損以及彈簧性能衰退等原因，會導致該機構在脫開P檔掛入其他檔位時，駐車棘爪的棘齒不能順利的從駐車棘輪的棘槽內脫開，此時會引起掛擋失敗，從而引起車輛故障。

2 優化設計

為了解決這種問題，本文對換擋及駐車機構重新進行設計，將自鎖裝置拆分成用來驅動手動閥閥芯的驅動部分和用來實現自鎖功能的鎖止部分。兩部分之間通過螺栓進行連接，并在接觸部分設有互相嚙合的齒帶，鎖止部分螺栓過孔為腰形孔。另外，在彈性元件和墊片接觸面上設置了互相嚙合的齒帶。如圖2所示。

如圖2所示，在裝配時，先將自鎖裝置的驅動部分和鎖止部分用螺栓進行連接，再把彈性元件和墊片用螺栓連接在殼體上，這樣做的原因是先進行初始定位，防止在后續安裝時位置發生變化。整個換擋機構安裝完成后，將自鎖裝置掛入P檔，測量駐車棘爪棘齒與駐車棘輪棘槽之間的間距L。測量彈性元件上滾柱受到的彈力F。

調整自鎖裝置驅動部件和鎖止部件的相對位置，將鎖止部件偏離初始位置距離記為τ1（取鎖止部件遠離駐車桿的方向為正方向），將彈性裝置偏離初始位置距離記為τ2（取遠離駐車桿方向為正方向）如圖3所示。

3 優化結果

圖1所示的現有傳統換擋及駐車機構中，駐車棘爪與駐車棘輪之間的間隙L受其他零件尺寸累計誤差影響較大，尤其是駐車桿受制于變速箱空間的布置而形狀復雜，其形狀誤差十分顯著。表1是某AT自動變速箱傳統換擋及駐車機構的各零件對L造成誤差的數值，表2為各類夾角及旋轉半徑。

因此，優化后的累計誤差較傳統換擋及駐車機構優化了66%。與現有技術相比，該優化設計有以下優點。

1）將自鎖裝裝置設計為分體式結構，使得驅動部件與自鎖部件的相對位置可調，降低了對零部件的加工精度及安裝精度的要求，從而降低了生產成本。

2）解決了實際生產中由于駐車部分零件數量過多，形狀復雜導致的累計誤差過大等問題。

3）在彈性元件與墊片之間設置調整墊，通過改變彈性元件的變形量，調節施加在自鎖裝置上的彈力，進而精確控制換擋所需的力，提升駕駛舒適性。

4）當零件出現磨損時，無需更換零部件，直接調整驅動部件和鎖止部件的相對位置即可，降低了維修成本。

4 結論

本文對AT自動變速箱的換擋及駐車機構的機械結構及工作原理進行了詳細的介紹，并根據其現有的缺點對其進行了優化設計。優化結果表明，該方案將駐車棘爪掛入和退出P檔時的位置精度優化了66%。使用該結構不僅能夠降低零部件的加工及安裝精度，還降低生產成本，為整車布置提供更多的便利。

參考文獻

[1] 余志生.汽車理論（第五版）[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2] 郭孔輝，周曉暉，王爽，等.自動變速器換擋機構的建模和結構參數優化[J].汽車技術，2008，000（012）：1-3.