基于Benchmarking的轎車手動變速器關(guān)鍵指標(biāo)的分析和評價

摘要:以轎車手動變速器評價指標(biāo)為研究對象，應(yīng)用Benchmarking技術(shù)對同一規(guī)格的樣機(jī)進(jìn)行評價指標(biāo)的詳細(xì)分析，最后采用決策矩陣法進(jìn)行定性的評價。

關(guān)鍵詞: 變速器;Benchmarking;評價

中圖分類號：U462.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）05-0067-04

Analysis and Evaluation on the Key Indicators of Gearbox Based on Benchmarking

LEI Jun

(Dongfeng Motor Co.，Technical Center，Wuhan 430058，China)

Abstract：In this paper，author researched on the key indicators of gearbox.Application Benchmarking techniques analyzed these indicators of the same specification prototype.Finally， hese indicators were qualitative evaluated with matrix method.Key words：gearbox；benchmarking；analysis

汽車變速器是汽車中的一個關(guān)鍵總成，其性能直接影響到汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和操縱舒適性。在一款全新的變速器總成開發(fā)中，項(xiàng)目初期的產(chǎn)品定義尤為關(guān)鍵。

本文從Benchmarking的角度出發(fā)，結(jié)合項(xiàng)目的戰(zhàn)略規(guī)劃，調(diào)研選取典型的變速器總成進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)分析，最后利用決策矩陣法進(jìn)行定性評價，確定產(chǎn)品標(biāo)桿和設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1 轎車手動變速器總成評價指標(biāo)的探討

評價轎車手動變速器總成好與不好的因素很多，目前國內(nèi)外都沒有統(tǒng)一的說法和指標(biāo)，本文首次從用戶的角度出發(fā)，通過能用、好用及性價比三個方面提煉出變速器總成的五個指標(biāo)，見表1。

整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是用戶非常關(guān)注的兩項(xiàng)指標(biāo)，變速器速比及擋間比對這兩項(xiàng)指標(biāo)有較大影響，但一個平臺的變速器在匹配不同的發(fā)動機(jī)、或不同的整車可以設(shè)計(jì)不同的速比，即速比的系列化，通常一個平臺的變速器都有兩款以上的速比供用戶選擇。因此，在變速器競品分析階段，速比作為總成內(nèi)部能隨時優(yōu)化的參數(shù)可暫不考慮，所以整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)沒有作為變速器標(biāo)桿對比的指標(biāo)。

表1對五個指標(biāo)的內(nèi)容進(jìn)行了簡要說明，并且將變速器的新技術(shù)、新材料、新工藝按照評價內(nèi)容進(jìn)行歸類，從中可以清晰地看出各項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的目的。最后將指標(biāo)分解到具體的數(shù)據(jù)或評價方法，以便定性評價。

2 典型轎車手動變速器的Benchmarking分析

所謂Benchmarking，是將自己的產(chǎn)品、服務(wù)或其他業(yè)務(wù)活動過程同競爭對手或其他產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)袖企業(yè)進(jìn)行對照分析，通過學(xué)習(xí)他們的優(yōu)點(diǎn)而改善自己的產(chǎn)品、服務(wù)或經(jīng)營活動，以提高自身競爭力的過程。簡而言之，Benchmarking是一種非常出色的超越競爭對手的方法［1］。

轎車手動變速器的開發(fā)首先要滿足整車的戰(zhàn)略規(guī)劃，同時作為動力總成的關(guān)鍵部件，還應(yīng)滿足發(fā)動機(jī)匹配的要求。本項(xiàng)目圍繞1.6 L發(fā)動機(jī)及相關(guān)平臺車型展開，在制定產(chǎn)品目標(biāo)初期對當(dāng)前市場同規(guī)格的變速器總成進(jìn)行了廣泛的調(diào)查研究。

2.1 樣機(jī)的初步篩選

首先從發(fā)動機(jī)排量的信息入手，廣泛收集目前國產(chǎn)1.6 L手動變速器的資料，進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)分析，見表2。

表2 國產(chǎn)1.6 L手動變速器重要參數(shù)匯總

中心距系數(shù)：

K=A/

式中：A為變速器主軸中心距，mm；Memax為最大輸入扭矩，Nm。

上述變速器中6#樣機(jī)中心距系數(shù)最小，中心距功率密度最大，體現(xiàn)的技術(shù)水平最高，其它各款變速器總成水平相當(dāng)，K值總體都控制在12～13之間。

經(jīng)過分析，選取四款K值最小、具有典型代表意義的總成，圍繞評價指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析：

樣機(jī)1（4#）：國內(nèi)某合資公司生產(chǎn)，20世紀(jì)80年代開發(fā)的產(chǎn)品，不斷改進(jìn)并一直延用至今，全單錐同步器，結(jié)構(gòu)簡單，中心距小，軸向尺寸不緊湊，但成本低。

樣機(jī)2（5#）：國內(nèi)某公司許可證生產(chǎn)，該產(chǎn)品在歐洲市場保有量較大。

樣機(jī)3（6#）：國內(nèi)某合資公司生產(chǎn)，是該公司最經(jīng)典的手動變速器、換擋舒適性好、用戶評價很高。

樣機(jī)4（7#）：國外獨(dú)資公司生產(chǎn)，近幾年與發(fā)動機(jī)同步開發(fā)的新總成，輕量化與集成式設(shè)計(jì)的集大成者，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、換擋輕便、但成本高。

2.2 基于Benchmarking的樣機(jī)評價指標(biāo)的分析

2.2.1 整車搭載性的分析

表3列出了樣機(jī)安裝長度和中心距的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)值越小越有利于整車布置，因此搭載性越好，每項(xiàng)評分按排隊(duì)順序，最高分為4分，最低分為1分；綜合評分最高分仍是4分。

表3 整車搭載性分析

權(quán)重說明：由于受整車左右縱梁寬度的限制，同時考慮碰撞安全性，變速器長度方向的尺寸一直是整車布置優(yōu)先考慮的指標(biāo)，中心距的尺寸則可以通過動力總成的合理布置妥善解決，因此對上述兩個指標(biāo)進(jìn)行評價時權(quán)重上進(jìn)行了差異化處理，綜合得分分值越高表明整車搭載性越好。

2.2.2 行駛可靠性的分析

變速器最大扭矩容量=輸入軸額定輸入扭矩×1擋速比×主減速比。

表4列出了樣機(jī)的最大扭矩容量數(shù)據(jù)，采用變速器最大扭矩容量替代輸入軸額定輸入扭矩能更全面的評價變速器的承載能力，扭矩越大得分越高，表明行駛可靠性越好。

表4 行駛可靠性分析

2.2.3 操縱輕便性

對于操縱輕便性的分析有三種方式：1）整車操縱性能的主觀評價；2）利用儀器和軟件對整車或總成臺架進(jìn)行換擋品質(zhì)的測試和分析；3）通過對操縱機(jī)構(gòu)部件和同步器性能進(jìn)行測試或結(jié)構(gòu)仿真分析。

三種方式分析的結(jié)果在數(shù)值上可能不同，但作為對比分析，相對值作為趨勢性的判斷依據(jù)，結(jié)果仍是一致的。

國外公司對操縱性能的評價即保留有主觀評價，也在推廣運(yùn)用儀器和軟件進(jìn)行客觀的分析，為操縱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供量化的數(shù)值。

四個競品樣機(jī)的主觀評價結(jié)果見表5。

表5 操縱輕便性主觀評價結(jié)果

結(jié)構(gòu)拆解分析見表6。

評價說明：

集成式的操縱機(jī)構(gòu)依靠工裝輔具來保證零件的位置，與裝配式的操縱機(jī)構(gòu)相比，由于尺寸環(huán)節(jié)少，更易保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

同步器的同步時間與作用在同步環(huán)上的力成反比，同步器時間越短或換擋力越小說明同步器容量越大；同步器的行程決定了換擋機(jī)構(gòu)的杠桿比，短行程的同步器在整車相同的換擋操作空間下能擁有更大的杠桿比，使得換擋更輕便。

碳纖維摩擦系數(shù)高、磨耗小、性能穩(wěn)定，近幾年在變速器中的應(yīng)用逐步增加，尤其是在自動變速器中。多錐同步器由于摩擦面積的增加也能在有限的徑向空間提升同步容量。鉬的摩擦系數(shù)在銅和碳纖維之間。

表6的數(shù)據(jù)是在相同條件下，假定2擋→1擋同步時間為1 s，利用Benchmark的結(jié)果，計(jì)算四款樣機(jī)的換擋力，通過手柄換擋力的大小來客觀評價操縱輕便性。

2.2.4 乘坐舒適性

整車的乘坐舒適性指標(biāo)是一個系統(tǒng)的概念，具體到對變速器總成的要求是指在與發(fā)動機(jī)一起工作的情況下沒有異響、沒有沖擊、沒有嘯叫，振動加速度控制在評價指標(biāo)內(nèi)。

上述幾款變速器都是國外的技術(shù)，在噪聲指標(biāo)上都做的相當(dāng)好，因此，在舒適性指標(biāo)上沒有區(qū)別。

2.2.5 成本經(jīng)濟(jì)性

變速器總成的制造成本是一個企業(yè)的機(jī)密，不可能在競品分析中得到，但可以通過總成的銷售價格進(jìn)行評估。由于4款樣機(jī)年產(chǎn)量均超過十萬臺，產(chǎn)量對成本的影響忽略不計(jì)。評價結(jié)果見表7。

表7 成本經(jīng)濟(jì)性分析

評價說明：使用成本是一個調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析的工作，可以通過4S店的咨詢、網(wǎng)絡(luò)的搜索、期刊雜志的檢索等渠道收集各種變速器在用戶中的抱怨或典型故障。樣機(jī)1和樣機(jī)3進(jìn)入中國市場較早，總成保有量很大，在用戶中有少許抱怨；樣機(jī)2和樣機(jī)4均處于市場開拓階段，綜合分析收集到的數(shù)據(jù)后，為避免誤導(dǎo)樣機(jī)評價結(jié)果，對故障率的評價暫不考慮。

3 決策矩陣法對Benchmark結(jié)果的定性評價

決策矩陣法是一種多因素定性決策工具，因?yàn)楹啽阋仔卸鴳?yīng)用較廣。在甄選變速器標(biāo)桿的定性分析中，首先對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行排序，然后鑒于不同指標(biāo)之間的重要性差異，確認(rèn)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重因子，最后通過加權(quán)平均的辦法得到各樣機(jī)的最終得分，得分最高者成為標(biāo)桿。評價結(jié)果見表8。

表8 變速器評價指標(biāo)量化分析結(jié)果

各指標(biāo)權(quán)重因子選擇說明：

新產(chǎn)品的開發(fā)必須緊緊地圍繞用戶展開，用戶決定了產(chǎn)品開發(fā)的目標(biāo)和前景；因此，各指標(biāo)的權(quán)重也是根據(jù)用戶的期望來分配。

1）整車搭載性：變速器總成滿足整車搭載是最基本的要求，否則就沒有用武之地，因此該指標(biāo)所占的權(quán)重最小。

2）行駛可靠性：變速器總成在按規(guī)范完成8萬公里整車道路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，變速器在可靠性方面的差異基本上不會導(dǎo)致用戶的抱怨，因此該指標(biāo)的權(quán)重比搭載性略高。

3）操縱輕便性：轎車走進(jìn)千家萬戶是人們生活質(zhì)量提高的標(biāo)志，變速器的操縱性能是留給用戶的第一感覺，因此，權(quán)重比前兩項(xiàng)指標(biāo)更高。

4）乘坐舒適性：變速器無論在靜態(tài)或動態(tài)中都應(yīng)該沒有異響、嘯叫、共振等導(dǎo)致用戶不舒適的工況，否則，大量的抱怨將導(dǎo)致該產(chǎn)品失去市場，因此，轎車手動變速器的NVH指標(biāo)是一個非常重要的指標(biāo)，權(quán)重與操縱輕便性的要求相同。

5）成本經(jīng)濟(jì)性：對于1.6 L以下排量的轎車，價格仍然是用戶最關(guān)注的因素，因此，成本經(jīng)濟(jì)性的權(quán)重在所有指標(biāo)中最大。

通過分析：樣機(jī)3成為新產(chǎn)品開發(fā)的標(biāo)桿，這一結(jié)果與行業(yè)及用戶的評價一致。

4 小結(jié)

變速器總成的Benchmarking是全新總成開發(fā)過程中的一項(xiàng)重要工作，文章圍繞用戶目標(biāo)，首次提出變速器的五項(xiàng)評價指標(biāo)，并利用決策矩陣法來進(jìn)行定性評價，評價的結(jié)果成為新品開發(fā)的標(biāo)桿。

目前國內(nèi)外在此領(lǐng)域的文獻(xiàn)資料較少。此研究工作來源于某轎車手動變速器的開發(fā)項(xiàng)目，可以為國內(nèi)手動變速器的開發(fā)提供參考。當(dāng)然，文章中的一些指標(biāo)在提法上和權(quán)重的分配上還有待斟酌和探討。

當(dāng)前我國汽車工業(yè)正處在迅速發(fā)展階段，能否以最短的周期、最少的開發(fā)費(fèi)用、最好的質(zhì)量和性能開發(fā)出用戶滿意的產(chǎn)品直接關(guān)系到汽車企業(yè)的生存和發(fā)展。如何將Benchmarking的理念貫穿到變速器開發(fā)的領(lǐng)域，提高產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)的水平，全面提升我國汽車自主開發(fā)能力，促進(jìn)變速器總成等關(guān)鍵技術(shù)的跨越式發(fā)展，這具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 祁鵬華，褚超美，張軼.Benchmarking技術(shù)在汽車開發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2008，（10）: 64～66.