某MPV車型手動變速器選型分析

關鍵詞：手動變速器；選型；技術要求；中心距；速比；漏斗模型

0引言

隨著汽車行業的發展，國內汽車零部件行業也從建國初期的起步階段，發展到目前的快速發展階段[1]。變速器廠家也從最初只能與規定主機廠配套，發展到配合整車主機廠同步開發新車型的系統或零部件的協同開發。很多變速器生產廠家能夠根據自身研發能力和企業優勢，陸續研發成功了不同型式、不同規格的平臺化、系列化的變速器總成供主機廠配套選型。

汽車更新換代迅速，產品的快速迭代能夠解決問題，減少客戶抱怨，同時也符合事物更新變化發展的規律。因此，為了適應日益激烈的市場競爭，主機廠致力于縮短整車研發周期，提高有利競爭力以搶占市場。對于核心零部件之一的變速器，選用現有成熟的平臺，通過較小幅度設計更改以滿足主機廠開發周期要求，可以有效縮短變速器零部件的研發周期。本研究針對某款家用MPV車型進行了手動變速器的選型，選型過程科學、規范，為后續車型手動變速器的選型提供了很好地參考示例。

1選型前技術信息梳理及分析

1.1車型整車信息

該車型研發設定目標為家庭使用為主、宜家宜商的MPV車型，發動機前置前輪驅動。發動機橫向布置，采用手動換擋模式，擋位設定為5個前進擋加一個倒擋，整車相關技術參數如表1所示。

1.2發動機信息

該MPV車型采用B15系列前置前驅發動機，發動機排量為1.5L，配置雙連續可變氣門正時系統（DVCP）。發動機主要參數和性能指標如表2所示。

1.3發動機艙總布置要求

按照該MPV車型的發動機艙總布置物理集成方案，對變速器的外形輪廓尺寸需控制在520.0mm×470.0mm×380.0mm之內。變速器外形輪廓及附件可根據實際發動機艙布置，進行相應的調整。

1.4整車性能要求

按照整車性能理論分析，匹配B15發動機的MPV車型，通過模擬工況，分析整車的動力性和燃油經濟性等因素，初步推薦了變速器理論速比，如表3所示。

2變速器主要技術要求

2.1變速器擋位要求

根據整車性能分析要求，該MPV車型的變速器采用5個前進擋加1個倒擋設計。根據整車總布置方案，操縱機構的換擋手柄的擋位布置參考傳統車型的換擋習慣，倒擋位置放在5擋下方或在1擋左側。為避免誤操作換入倒檔，變速器內部設置倒擋鎖機構（倒擋在5擋下方時），或手動換擋器上設置防倒擋誤換機構（倒擋在1擋左側時）。擋位布置形式推薦如圖1所示。

2.2變速器的中心距

手動變速器的中心距是變速器很重要的參數，它對變速器整體尺寸及質量有很大影響，通常根據經驗公式初選中心距。該MPV車型設計類型參考乘用車，根據轎車的經驗公式選取變速器中心距A。變速器中心距經驗公式如下[2]：

式中：A為變速器中心距的數值，單位mm；KA為變速器中心距系數的數值，對于轎車KA取8.9～9.3，對于載貨汽車KA取8.6～9.6；Temax為發動機最大扭矩的數值，單位N·m；i1為變速器第1擋速比的數值；ηg為變速器傳動效率的數值，取0.95。

由于發動機最大扭矩為147N·m（3600～4000r/min），車型推薦的1擋理論速比3.538，KA參考轎車設計要求，根據公式（1）可計算出變速器中心距A的理論推薦值為70.3～73.4mm。

2.3變速器1擋速比

依據汽車理論，根據汽車最大爬坡度來確定1擋傳動比。當車輛在最大上坡路面上行駛時，最大驅動力應能克服輪胎與路面間滾動阻力及上坡阻力，由汽車行駛方程得[3]：

根據整車參數和發動機參數，計算車輛所需的1擋速比和主減速比。車輛設計最大爬坡度30%，換算為道路最大阻力系數Ψ為0.30；前置前驅汽車傳動總系數η的經驗值為0.8；理論主減速比為4.111，由此可計算其1擋傳動比，i1≥3.507。由于前置前驅變速器總成帶主減速比，因此1擋速比和主減速比可根據實際進行優化調整，即要求滿足最大傳動比[4]。該車最大傳動比itmax≥14.416。

2.4變速器齒輪、齒軸、軸承強度要求

根據《變速箱承載能力分析評價標準》，按我司載荷譜分析，當發動機最大扭矩為147N·m時，變速器各軸承的損傷率須在安全范圍之內。

2.5變速器總成模態要求

根據該MPV車型整車技術的要求，匹配的變速器總成須滿足最低固有頻率≥210Hz。

2.6變速器總成的其他技術要求

環境要求：變速器總成必須完全滿足下列環境下的正常使用。

（1）周圍環境溫度的變化（-40～52℃）及發動機散發的熱量。

（2）周圍環境相對濕度變化（從0～100%）。

（3）在飛濺的雨水、泥漿、暴雪或鹽堿環境中。

（4）發動機振動。

（5）與底盤使用的化學物質接觸（例如發動機冷卻液、機油、制動液或潤滑脂等）。

傳動效率要求：變速器總成的傳動效率不得低于95%。

換檔性能要求：參考GM汽車公司測試程序，手動擋變速器所有擋位（包括倒擋）進行的主觀評估要求如下。

（1）選擋精確性能≥8分。

（2）選擋舒適性能≥8分。

（3）換擋噪聲水平≥8分。

（4）正常行駛跳擋≥10分。

噪聲要求：變速器總成的噪聲要求：前進擋齒輪（除超速擋）噪聲水平不應超過85dB，超速擋和倒車擋齒輪噪聲水平不應超過87dB。噪聲試驗依照國家試驗標準細則QC/T568-1999《汽車機械式變速器臺架試驗方法》。

密封性要求：變速器總成在使用過程中不得出現任何變速器油泄漏、滲漏或水滲入等現象。

耐久性要求：變速器總成須滿足10年或17.0萬km之內無故障（以先到的為準）。

3變速器選型漏斗模型及應用

變速器選型不同于全新變速器總成的零部件開發。選型是通過整車技術參數確定對變速器的基本參數要求，探尋現有供應鏈廠商和行業內成熟變速器平臺，通過小范圍的技術更改，以較短的零件開發周期實現滿足整車的應用需求。由此構建了變速器選型漏斗模型，用于指導快速選型工作。變速器選型模型簡圖如圖2所示。

3.1潛在供應商選擇

結合現有供應鏈系統的變速器總成供應商，以及潛在的變速器總成供應商資源，變速器供應商反饋或推薦的可供選擇變速器機型/平臺如表4所示。

經與4家變速器供應商就技術及商務方面進行溝通，得到如下結果。

（1）供應商D沒有可適用于該車型的變速器機型，且目前暫無研發近似規格的變速器平臺的計劃，因此供應商D不符合此車型開發要求。

（2）供應商C擁有65.0mm中心距的變速器平臺，通過齒輪齒軸及殼體材料加強，基本能夠滿足該車型的發動機扭矩。經與供應商溝通交流，其公司產品設計權限在合資方，目前暫無技術能力進行較大技術改動，最終決定放棄。

（3）供應商B擁有68.0mm中心距的變速器平臺，與推薦值較為接近。供應商技術確認，可以通過齒輪齒軸的材料加強，確保能夠滿足該車型的發動機扭矩。且該平臺變速器可根據整車需求更改或優化速比以及周邊零部件布置。因此可將供應商B列入潛在供應商名單。

（4）供應商A擁有72.0mm中心距的變速器平臺，可滿足該車型的變速器使用需求。且可根據整車需求更改或優化速比以及周邊零部件布置，因此可將供應商A列入潛在供應商名單。

3.2具體技術指標評判

3.2.1變速器速比分析

由于供應商的變速器中心距不同，2家供應商分別推薦了實配速比（表5）。對2家供應商提供的實配速比進行分析如下。

（1）供應商A推薦的變速器，其速比與理論速比較為接近，1擋總速比為14.804，滿足最大傳動比itmax≥14.416。經整車性能分析，供應商A推薦的變速器可以滿足該MPV車型對動力性和燃油經濟性的設計要求。

（2）供應商B推薦的變速器平臺中心距較小，考慮變速器及齒軸強度，變速器總成增大了主減速比。其他各擋位速比適當減小，一擋總速比為14.535，滿足最大傳動比itmax≥14.416的要求。經整車性能分析，供應商B推薦的變速器平臺也可以滿足該MPV車型對動力性和燃油經濟性的設計要求。

3.2.2變速器齒輪、齒軸、軸承和殼體強度分析

通過專業軟件模擬理論分析，根據《變速箱承載能力分析評價標準》，按我司載荷譜分析，供應商A和供應商B推薦的變速器總成輸入軸、輸出軸、主減速齒輪強度及各擋齒輪均滿足強度要求。當最大扭矩為147N·m時，變速器各軸承的損傷率在安全范圍內，滿足強度要求。

3.2.3變速器總成模態分析

供應商A的變速器總成模態≥270Hz，供應商B的變速器總成模態≥210Hz，均滿足技術要求。

3.2.4變速器總成噪聲分析

通過軟件模擬分析，供應商A和供應商B推薦的變速器總成，均滿足該車型的噪聲要求。1～4擋的噪聲均低于85dB；超速擋（5擋）和倒擋齒輪噪聲均低于87dB。

3.3變速器商務定點

該MPV車型的變速器選型，通過對整車的功能、性能、質量、成本貢獻、維修便利性以及其他各方面綜合因素的評估，最終變速器總成零件商務定點為供應商B，該MPV車型匹配MF515平臺變速器總成。應用變速器選型漏斗模型，最終的選型結果如表6所示。

4變速器實際應用情況

4.1變速器速比確定

通過理論速比匹配的變速器速比進行軟工裝樣件實車驗證，結合動力性和燃油經濟性，變速器定型速比確定值如表7所示。

4.2變速器試驗驗證

變速器詳細設計由變速器供應商完成，確定最終速比之后的正式工裝變速器總成，分別進行了變速器總成臺架試驗、整車4.0萬km道路可靠性試驗以及動力總成3.2萬km可靠性試驗等零部件及整車驗證。驗證結果證明，MF515平臺變速器完全滿足該MPV整車的各項技術指標要求。

4.3變速器應用結論

在整車開發周期內，供應商B完成了MF515變速器總成的研發任務。整機的功能和性能完全滿足該MPV的整車要求，允許在整車上集成應用。通過100萬輛已售車型的市場反饋，MF515平臺變速器滿足車輛使用的功能要求。同時，匹配該MPV車型的MF515變速器在整車表現出換擋準確、符合人機工程要求等特性，有效地提高了駕駛舒適性，降低了駕駛員疲勞強度，提高了顧客的滿意度。最終，達到企業的設計宗旨：設計面向顧客。

5結束語

汽車市場競爭也越來越激烈，新車型更新換代的周期越來越短，而全新變速器平臺的開發周期較長，在新車型研發項目上開發全新變速器總成很難滿足整車研發時間要求。同時，為了降低油耗并提高駕駛樂趣，傳遞轉矩逐級增大，手動變速器中6擋位變速器將成為主流[5]。手動變速器在中國乃至全球的份額下降已成必然，但并不代表手動變速器就是夕陽產業，以后相當長一段時間內，它仍將具有自己的發展空間[6]。

因此，在未來整車研發中，采用現有手動變速器平臺開發適用于新車型需求的手動變速器總成，將成為主機廠的更好選擇方案。應用變速器選型漏斗模型，結合整車研發實際場景需求，快速合理地選定恰當的手動變速器平臺，可以縮短變速器總成的研發周期，對整車項目縮短研發周期具有實際的指導意義。