卡車變速操縱機構靜態換擋性能評價與優化

鄒本惠,齊超,黃光超,高樹健

(一汽解放青島汽車有限公司研發部，山東青島 266043)

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卡車變速操縱機構靜態換擋性能評價與優化

鄒本惠,齊超,黃光超,高樹健

(一汽解放青島汽車有限公司研發部，山東青島 266043)

摘要：闡述卡車手動變速器操縱機構的靜態換擋性能評價方法，結合換擋性能的客觀評價需求目標，確定了操縱機構關鍵部件的優化策略。通過分析與對比改進前后的測試結果，驗證了相關結論的有效性。

關鍵詞：卡車；操縱機構；靜態換擋性能；評價；優化

0引言

隨著卡車工業的發展，駕駛員對車輛變速操縱機構的操縱舒適性也提出了更高的要求。部分跨國公司經過多年的積累，基于試驗手段，已經確立了一套變速操縱換擋性能的評價方法。國內眾多乘用車企業也有自己的評價方法，但卡車行業起步較晚，多以主觀評價為主，且評價體系并不十分完善。為了提升產品競爭力，某公司開始著手對換擋性能評價體系進行研究，并進行了相關部件的優化工作。

文中以一款卡車A為例，對變速操縱機構的評價體系進行了探討，闡述了產品的優化策略。

1換擋性能測試系統

如圖1所示，測試系統由以下部件組成：換擋力傳感器1、位移傳感器2、角度傳感器3、固定支架4。另外還有數據采集儀、以太網線和筆記本電腦。

安裝方法:

(1)將原車換擋桿球頭拆除，換擋力傳感器固定于換擋桿頂端用于模擬換擋球頭。

(2)換擋位移測量模塊在換擋支撐支架上夾緊固定并與換擋力傳感器連接。

(3)換擋支架支撐在換擋桿右側位置，固定吸盤固定于前擋風玻璃，調節緊定機構固定設備支架。

2靜態評價

靜態評價的評價指標包括靜態擋位位置、選換擋軌跡、擋位余隙、選擋性能、換擋性能、選擋向剛度以及換擋向剛度，下面以某公司改進前的卡車A進行闡述。

2.1靜態擋位位置及選換擋軌跡

靜態擋位位置。圖2中帶圓圈字符代表手柄的靜態擋位位置。

選換擋軌跡：從空擋位置到相應擋位，再回到空擋的軌跡，一般重復20次；分為進擋線1和回擋線2。此外，圖2右側為選換擋力值彩譜，由此可以得知擋位軌跡所對應的操縱力力值范圍。

結果評價：

(1)擋位排布較正，換擋力對稱性好，前后排擋換擋位移對稱性較好(差異達到7.7%)；

(2)選換擋軌跡線重合度較差。

2.2擋位余隙

擋位余隙是指手柄掛入各擋位后的自由空間，見圖3。

依據圖3及表1，結果評價：

(1)各擋余隙偏大，選擋向最大達到34.37 mm，換擋向達到50.08 mm。

(2)擋位有重合現象，清晰度不佳。

表1擋位余隙測試結果

2.3選擋性能

選擋性能曲線是手柄緩慢、連續地將換擋桿由空擋位置順序移動到選擋方向左極限位置，再移動到選擋方向右極限位置，最終回到空擋位置所獲得，重復次數一般為15次。

圖4中曲線2為選擋進程線，曲線1為選擋回程線。圖中標記3為選擋最左側的拐點位置，也就是R擋所對應的擋口位置；標記4所標記的拐點位置為1/2擋所對應的擋口位置；標記5為選擋最右側的拐點位置，也就是5/6擋所對應的擋口位置；零點位置為3/4擋口位置。選擋性能測試結果見表2。

結果評價：

(1)擋口之間選擋位移一致性差(差異達60.6%)。

(2)左側空擋回復力接近于0，右側空擋回復力為4 N，基本實現自動回位。

(3)R擋選擋力小于85 N，其余擋口間選擋力小于50 N，滿足技術要求。

2.4靜態換擋性能

換擋性能曲線是手柄由N擋掛入待測擋位并由待測擋位再返回至空擋位置所獲得的，一般重復15次，見圖5。

下面以1擋為例，其靜態換擋性能曲線見圖6。

所有擋位測試結果見表3，結果評價：

(1)最大入擋力與出擋力合適，小于80 N，滿足技術要求。

(2)入擋后吸入感一般，與主觀感受一致。

(3)最大入擋力行程一致性較差。

2.5系統剛度

系統剛度分為選擋向和換擋向剛度，獲得方法為當選擋或者換擋動作到達極限位置時繼續發力直到達到120以上，然后回位，一般重復10次,見圖7、圖8。

圖7中，選擋剛度計算以進程線為依據，計算結果為：左向系統剛度為6.31 N/mm，右向系統剛度為9.75 N/mm。

圖8中，換擋剛度計算以進程線為依據，計算結果為：前向系統剛度為34.13 N/mm，后向系統剛度為6.85 N/mm。

綜合來看4個方向的剛度度均大于5 N/mm，滿足技術要求。

3部件優化

從靜態評價結果看，有以下幾方面影響了換擋性能：

(1)選換擋軌跡線重合度較差。

(2)各擋選擋余隙偏大，擋位有重合現象，清晰度不佳。

(3)擋口之間選擋位移一致性差(差異達60.6%)。

(4)右側空擋回復力為4 N，還需提高回位能力。

其他指標均滿足技術要求，因此要從以上幾個方面進行部件優化。下面對卡車A的變速操縱機構進行簡單介紹。

從圖9可以看出，操縱機構主體為變速操縱器總成1、變速軟軸2、變速器3。

某公司之前對軟軸軸芯及襯管等加工工藝進行了改進，性能及可靠性得到大幅提升，所以此次把工作重點放到操縱器及變速器的優化。

3.1優化策略

從評價結果看，第一、二條都是由擋位余隙過大造成的，此次對操縱器及變速箱內部自鎖簧及導塊都做了優化，大大降低了擋位余隙。

針對第三條，問題在于變速器本身選擋位移的一致性不好，從而導致手柄選擋位移不一致。此次對變速器選擋機構進行了優化，效果明顯。

針對第四條，在操縱器上加了選擋回位彈簧，見圖10，提高了操縱器的回位性能。

回位彈簧的剛度要設計得當，過大會增加選擋力，過小回位效果不明顯。

3.2優化后的評測結果

3.2.1靜態擋位位置及選換擋軌跡

靜態擋位位置及選換擋軌跡見圖11。

結果評價：

(1)擋位排布較正，換擋力對稱性好，前后排擋換擋位移對稱性較好(差異達到13.2%)；

(2)選換擋軌跡線重合度提高，一致性更好。

3.2.2擋位余隙

依據表4及圖12，結果評價：

(1)各擋余隙基本一致，選擋向最大17.17 mm，換擋向最大30.87 mm。選擋向余隙減少46%，換擋向余隙減少44%。

(2)擋位不存在重合現象，清晰度高。

表4改進后擋位余隙測試結果

3.2.3選擋性能

依據圖13及表5，結果評價：

(1)擋口之間選擋位移一致性差(差異達35.1%)。

(2)左側空擋回復力接近于0，右側空擋回復力為0 N，自動回位性好。

(3)R擋選擋力小于85 N，其余擋口間選擋力小于50 N，滿足技術要求。

(4)1/2擋口清晰度提高，見拐角處標釋。

(5)選擋位移均勻性提高25% 。

(6)1/2擋口清晰度提高。

3.2.4靜態換擋性能

改進后靜態換擋性能測試結果見表6。

結果評價：

(1)最大入擋力與出擋力合適，小于80 N，滿足技術要求。

(2)入擋后吸入感一般，與主觀感受一致。

(3)最大入擋力行程一致性較好。

下面以1擋為例，其改進后的靜態換擋性能曲線見圖14。

3.2.5系統剛度

改進后選擋向剛度曲線如圖15所示，換擋向剛度曲線如圖16所示。

計算結果為：左向系統剛度為6.19 N/mm，右向系統剛度為4.94 N/mm；前向系統剛度6.62 N/mm，后向系統剛度6.60 N/mm，滿足技術要求。

4結論

結合設計及使用要求，明確了卡車換擋性能的評價指標體系，并提出了評價指標的技術范圍。在進一步對操縱機構進行分析的基礎上，明確了影響靜態換擋性能評價指標的因素，討論了提升靜態換擋性能的措施。通過實車測試，對優化前后的換擋性能指標進行了對比分析。數據表明，操縱機構換擋性能指標有了很大提升，驗證了前述相關結論和優化策略的有效性。

參考文獻:

【1】李益南，方偉榮,劉啟華.手動變速器換檔性能評價方法[C]//中國汽車工程學會年會論文集，北京，2008.

【2】陳家瑞.汽車構造[M].北京:機械工業出版社，2000.

Evaluation and Optimization for Static Shifting Performance of Truck Shifting Controls

ZOU Benhui,QI Chao,HUANG Guangchao,GAO Shujian

(FAW Jiefang Qingdao Automobile Co.,Ltd.,Qingdao Shandong 266043,China)

Keywords:Truck；Controls；Static shifting performance;Evaluation;Optimization

Abstract:How to evaluate static shifting performance of truck manual shifting controls was expatiated. Optimization strategies were confirmed based on objective requirements. Through analyzing and comparing testing data before and after optimization,the presented conclusions are effective.

收稿日期：2016-01-15

作者簡介：鄒本惠，男，學士，工程師，從事變速器及操縱機構開發工作。E-mail：zoubenhui1982@163.com。

中圖分類號:U469.2

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)04-068-06