某乘用車電子換擋手感評價體系建立

梁建剛 凌新新 譚火南 李明 靖寧

摘要：某款桿式電子換擋器上市后，市場反饋換擋器手感不佳引起客戶抱怨。因此需要對換擋手感進行優化提升。通過對手感分析，建立了換擋手感主、客觀評價體系，對換擋手感各影響因素確定了優化目標。根據目標值對某款電子換擋器進行結構優化，優化后的換擋器樣件裝車后進行效果評價，得到評價團隊及市場的一致認可，相關投訴明顯減少。通過建立換擋手感體系，能夠有效的評價出換擋手感的優劣，為電子換擋器手感優化奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：電子換擋器;換擋手感;換擋力;間隙;吸入感

中圖分類號：U461.91 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）04-0080-04

梁建剛

畢業于南京工程學院，學士學歷，現任廣汽研究院操縱主管工程師，主要研究方向：操縱系統零部件研發。

乘用車電子換擋器一般安裝在車輛中通道或者儀表臺上，電子換擋器通過整車線束與變速箱上的執行器相連接。駕駛人通過手握換擋球頭前后運動來推動換擋桿運動，電子換擋器控制器GSM識別到換擋請求后，將擋位信號通過整車線束傳遞給執行器，執行器推動變速箱搖臂進行擋位切換，從而實現變速箱換擋。由于電子換擋器通過電信號來進行換擋控制，擺脫了變速箱對傳統換擋手感的束縛，使電子換擋器手感設計可以按照人體最舒適的手感進行設計。本文通過主觀評價及客觀數據相結合的方法，總結出影響換擋手感的因素，并對相關因素進行客觀數據量化，總結出優良的換擋手感目標值，以此建立換擋手感的評價體系，達到提高換擋手感品質的目的。

1換擋手感原理分析

某車型電子換擋器的結構（單穩態5點式）簡圖如圖1所示，駕駛員用手推動換擋球頭，換擋桿會隨著旋轉中心轉動，換擋桿底部安裝一個彈簧和子彈頭，子彈頭頂部貼緊齒形槽的底部。駕駛員在球頭上施加一個F力，使換擋桿上的子彈頭沿著齒形槽的運動。換擋器只停留在初始點（O點）位置，向前或后方向推動，各有兩個位置，在前后各兩個位置處松手后，換擋桿均自動回到初始點（O點）位置。將向前兩個位置命名為F1和F2，向后的兩個位置定義為B1和B2。本文主要研究單穩態5點桿式電子換擋器的手感。

換擋手感即：在一定行程內，換擋力F的變化。可以通過相關試驗設備測量出換擋力F的變化曲線。試驗設備上有角度傳感器，角度傳感器與換擋器旋轉中心同心，球頭通過仿形工裝夾緊，仿形工裝與一段連桿連接，連桿后面通過氣缸推動，在連桿上布置有力傳感器。氣缸推動連桿前后運動時，會帶動換擋球頭工裝一起運動，球頭工裝會帶動另外一個擺臂繞旋轉中心轉動，角度傳感器會識別出擺臂的轉動角度，力傳感器會識別氣缸施加的作用力，從而輸出一組力與換擋角度的曲線圖嗍。對某款電子換擋器進行測試，圖2為測試設備及測量出的換擋曲線。其中F為向前方向，F1為第一位置，F2為第二位置;B為向后方向。B1為第一位置，B2為第二位置。F方向和B方向力值行程相同，方向相反。本文后續只討論F方向。

2換擋手感影響因素

市場上客戶反饋換擋器手感問題如：晃動大、力太重、換擋不順暢、操作行程太短、容易推過頭等，我們對市場問題進行分類總結，共總結出6項因素：換擋力、換擋行程、間隙、清晰度、吸人感和澀感。對理想的換擋手感曲線圖3的解析，在曲線中可以反應出相關影響因素：

換擋力：即換擋過程中的每一段的最大換擋力;F方向手感有兩段，第一段（從初始位置到f1行程）最大力為F1，第二段（從f1行程點到f2行程點）最大力為F3。

換擋行程：即換擋桿的轉動角度;F方向手感有兩段，第一段：換擋桿轉動到f1行程點的角度，第二段換擋桿轉動到f2行程點的角度。

間隙：換擋桿在初始狀態下的晃動量;間隙過大容易引起松垮感，影響換擋品質。

清晰度：駕駛員可以感知到從F1段到F2段的力值變化，即F3-F2的差值;清晰度過大容易給人感覺坎太明顯不舒服。清晰度過小又容易感知不到F2位置，因此合理的清晰度對換擋手感影響較大。

吸入感：通過最大換擋力到f1行程點的斜率變化趨勢;評價吸入感主觀性強，客觀數據難體現，因此以主觀評價為主。

澀感：換擋手感曲線的光滑度;澀感影響換擋過程中的順滑度，越順滑手感越好，評價澀感主觀性強，客觀數據難體現，因此以主觀評價為主。

即換擋手感的主要影響因素由換擋力、換擋行程、間隙、清晰度、吸入感、澀感組成。其中前四項可以進行客觀數據與主觀評價相結合的評價方法，吸入感和澀感客觀數據難量化，主要以主觀評價為準。

3換擋手感影響因素的目標值

通過對現有市場上8款主流車型的電子換擋器進行對標，對其進行客觀數據測量及主觀評價，其客觀測量結果如下表1所示：

再通過對8款電子換擋器進行主觀評價，其中對換擋力、換擋行程、間隙及清晰度主觀評價采用5分制，即：最高分5分，最差分為1分。對吸人感、澀感、整體表現的主觀評價，由于其無法采用客觀數據進行量化及其對手感的影響較大，因此采用10分制。即：最高10分，最低2分。評價團隊由專業評價人員和普通消費者組成，人員>20人，其中女性>5名。換擋手感主觀評價表如表2所示：

按照上表2的評價方法，對8款電子換擋器主觀評價結果（去極值取平均）如下表3所示：

其中，換擋力、行程、間隙、清晰度、吸人感和澀感6項均是整體手感的影響因素。為探究這6項對整體手感的影響程度，以整體手感評分為因變量，該6項的評分為自變量，列出多元線性回歸方程如下：

通過對以上的數據進行分析，可以得出每個影響因素對整體手感的影響程度，按照影響程度從高到低排序，即：澀感>吸入感>間隙>清晰度>換擋力>換擋行程。

即，澀感對整體的換擋手感影響最大，換擋行程對整體手感的影響最小。在設計過程中可以根據影響程度進行取舍，優先保障排名靠前的影響因素。

對表1和表3的分析，可以將每個單項最優的主、客觀數據提取，組合成最優的換擋手感目標值，即表4所示：

4換擋手感評價體系驗證

對某款電子換擋器進行結構優化，通過對子彈頭與換擋桿的配合來優化間隙;對齒形槽形狀優化來改善換擋力、行程、吸入感和清晰度;對零件材料及潤滑脂的優化來改善澀感。其中齒形槽的形狀、材料對換擋手感影響較大，因此齒形槽的設計是換擋器設計重點和難點。本文重點在于手感評價體系的建立，因此對結構優化不進行深入討論。某款電子換擋器優化前后主、客觀數據對比結果如表5所示：

通過表5可以發現改善后的樣件在各項的主、客觀評價上有明顯改善，達到了設定目標。在組織的手感主觀評審過程中，得到專業人員及普通消費者的一致認可。應用在上市車型上，換擋手感相關投訴明顯減小，得到了市場的認可。

5總結

換擋手感的主、客觀評價體系及評價目標的建立，能夠有效的幫助我們找到換擋手感的優缺點，有針對性的進行換擋手感的優化，通過相關項目的驗證，此評價體系得到一致認可。為換擋手感品質提升及品牌競爭力的提高，提供了堅實的技術保障。