淺析商用車換擋性能的影響因素

張艷，徐順，李青章，倪冬

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析商用車換擋性能的影響因素

張艷，徐順，李青章，倪冬

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為提升目前商用車的換擋性能，對(duì)其理論計(jì)算公式進(jìn)行分析，詳細(xì)梳理影響換擋性能的相關(guān)因素，并對(duì)梳理的影響因素進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，提出改進(jìn)的方法和思路。

換擋性能；同步器

CLC NO.:U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-178-03

引言

隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)車輛駕乘舒適性的要求越來越高，而針對(duì)手動(dòng)檔車型來說，換檔性能是車輛舒適性能的一個(gè)重要的內(nèi)容。對(duì)于商用車領(lǐng)域，駕駛員也越來越關(guān)注換擋性能方面的感受，這樣要求各商用車主機(jī)廠需在提升換擋性能方面進(jìn)行全面的提升。本文結(jié)合換擋性能的理論計(jì)算公式，推導(dǎo)出影響換擋性能的相關(guān)因素，并結(jié)合商用車的實(shí)際情況進(jìn)行分析，提出相關(guān)的改進(jìn)方法和建議，為商用車換擋性能的提升提供一些解決思路。

1、換擋性能的理論計(jì)算方法

在之前的國內(nèi)商用車上匹配的變速箱技術(shù)比較落后，普遍采用了結(jié)合套換擋的方式，其具有可靠性好，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但換擋性能差，對(duì)駕駛員的要求較高。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)舒適性要求的不斷提升，目前商用車變速箱也大部分匹配了同步器結(jié)構(gòu)的換擋機(jī)構(gòu)，部分高端的車型甚至采用了與乘用車相當(dāng)?shù)亩噱F結(jié)構(gòu)的同步器產(chǎn)品。對(duì)于匹配同步器結(jié)構(gòu)的變速箱及整車產(chǎn)品的換擋性能計(jì)算分析也顯得尤為重要，現(xiàn)階段通過與國內(nèi)外設(shè)計(jì)公司及同步器的廠家進(jìn)行溝通交流，對(duì)于換擋性能的計(jì)算公式主要依據(jù)下面的公式進(jìn)行：

其中：Mc—同步力矩；

F—作用在同步環(huán)上的軸向力；

μc—同步環(huán)摩擦系數(shù)；

Rc—同步環(huán)錐度半徑；

φ—同步環(huán)錐度半角；

Mg—慣性力矩；

Jω—輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

Δω—轉(zhuǎn)速差；

t—同步時(shí)間；

Mz—阻力力矩。

換擋性能的計(jì)算可以針對(duì)在指定的換擋力、換擋時(shí)間及車速下，同步器提供的同步力矩是否能夠大于或等于此時(shí)目標(biāo)檔位的慣性力矩，只有大于等于慣性力矩時(shí)，變速箱才能順利換入檔位，否則就會(huì)出現(xiàn)卡滯及換擋力大的問題。

設(shè)計(jì)時(shí)就要盡量使Mc（同步力矩）大，同時(shí)盡量降低Mg（慣性力矩）及Mz（阻力矩）。下面分別對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。

2、提升同步力矩（Mc）的措施分析

通過公式進(jìn)行分析，可以增加F、μc、Rc的數(shù)值，同時(shí)減小?的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)提升同步力矩。

◆ F的提升：主要是增加變速箱內(nèi)部撥叉撥動(dòng)同步環(huán)的軸向力，可以通過加大駕駛員的換擋操縱力、提升換擋系統(tǒng)效率及加大系統(tǒng)杠桿比來實(shí)現(xiàn)；而駕駛員操縱力過大會(huì)引起卡滯及檔位難掛的反饋，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中主要依靠提升系統(tǒng)效率及加大系統(tǒng)杠桿比來實(shí)現(xiàn)。

◆ (μc?Rc) / sin?的提升：該參數(shù)是同步環(huán)本身的固有屬性，可以稱作為同步環(huán)容量參數(shù)，用來評(píng)價(jià)同步環(huán)本身性能的優(yōu)劣。其中：

μc值的提升：摩擦系數(shù)和同步環(huán)表面的材料相關(guān)，可以選用摩擦系數(shù)高的材料來提升該數(shù)值，如采用貼碳工藝、鋼基噴鉬；

Rc值的提升：同步環(huán)平均作用半徑受制于變速箱內(nèi)部空間的限制，一般無法進(jìn)行提升；

sinφ值的降低：同步環(huán)錐角半徑與同步環(huán)能夠提供的同步力大小及同步完成后能否順利自動(dòng)的與錐面分開相關(guān)，過大及過小均不可取，一般也不進(jìn)行調(diào)整。

受限于變速箱內(nèi)部空間尺寸，目前能夠顯著提高同步環(huán)容量的措施為采用多錐同步器，相當(dāng)于在有限的空間內(nèi)幾個(gè)同步器可以一同工作，因此上述公式可以為：

其中n為錐面數(shù)，目前最高為三錐同步器。

3、降低慣性力矩（Mg）和阻力矩（Mz）的措施分析

3.1 降低慣性力矩分析

通過公式進(jìn)行分析，可以降低Jw、Δω的數(shù)值，同時(shí)增大t的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)降低慣性力矩。

◆ Jw的降低：輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量包含了齒輪系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和離合器從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過對(duì)具體數(shù)據(jù)的分析，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)該數(shù)值影響較大，因此一般會(huì)通過降低離合從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來實(shí)現(xiàn)該數(shù)值的降低。

一般能夠采用越小的從動(dòng)盤，對(duì)變速箱的換擋性能越好，但商用車在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到某些極限工況（超載），從動(dòng)盤直徑一般都比較大，因此換擋性能很難達(dá)到乘用車的水平。與采埃孚及賀爾碧格廠家進(jìn)行交流，商用車在達(dá)到700Nm時(shí)需要配置換擋助力器來滿足操縱舒適性的要求，如ZF6S700變速箱就配置有換擋助力器。

◆ Δω的降低：轉(zhuǎn)速差主要影響因素為換擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（車速）及同步時(shí)的兩檔齒輪的速比差值。

其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（車速）降低會(huì)影響車輛的動(dòng)力性，因此設(shè)計(jì)時(shí)一般按升檔2000rpm，降檔1500rpm進(jìn)行分析校核；通過優(yōu)化齒輪的速比，可以很好的降低轉(zhuǎn)速差，商用車考慮到車輛的動(dòng)力性需求，一般低檔位的相鄰檔位速比差不得大于1.7～1.8。

◆ t的提升：換擋時(shí)間的提升會(huì)影響駕駛員的操縱感覺，一般換擋時(shí)間大于0.5s會(huì)使駕駛員感覺檔位卡滯及入檔困難。目前對(duì)換擋性能的校核一般選擇換擋時(shí)間為0.3s進(jìn)行計(jì)算。

3.2 阻力矩分析

阻力矩主要包含了齒輪油的攪動(dòng)阻力及軸承轉(zhuǎn)動(dòng)、齒套滑動(dòng)等系統(tǒng)的摩擦力；其中在升檔過程中，由于欲同步的齒輪轉(zhuǎn)速要高于現(xiàn)有的齒輪轉(zhuǎn)速，同步過程為將欲同步的齒輪轉(zhuǎn)速降低到現(xiàn)有的齒輪轉(zhuǎn)速，而此時(shí)阻力矩也是可以降低欲同步的齒輪轉(zhuǎn)速，因此在升檔的操作中，阻力矩是做正功的；而減檔過程正好相反，阻力距做負(fù)功；這也說明了一般情況下，減檔更加困難。

◆ 攪油阻力的降低：目前可以采用粘度較低的齒輪油或降低齒輪油量來實(shí)現(xiàn)，其中降低齒輪油粘度目前已經(jīng)采用75W/90來替代85W/90，特別能夠降低低溫下的齒輪油粘度，提高低溫下的換擋性能；降低齒輪油量的方法涉及到變速箱的潤(rùn)滑，需要進(jìn)行變速箱的潤(rùn)滑試驗(yàn)及可靠性驗(yàn)證工作，一般很少采用。

◆ 系統(tǒng)摩擦力的降低：一方面可以選用用低摩擦阻力的軸承產(chǎn)品，還可以提高齒套等滑動(dòng)零部件的精度，保證較低的摩擦力。

4、總結(jié)

本文從換擋性能的計(jì)算公式出發(fā)，結(jié)合商用車的現(xiàn)狀，對(duì)其中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了分析并提出了一些改進(jìn)措施及建議。但整車的換擋系統(tǒng)是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的，除了上述分析的影響因素，駕駛員的換擋時(shí)機(jī)、離合分離系統(tǒng)的匹配及整車的工況都會(huì)對(duì)換擋性能產(chǎn)生影響，因此針對(duì)具體的換擋問題還需要進(jìn)行針對(duì)性的分析改進(jìn)。

[1] 劉惟信,汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社,2001.

[2] 陳家瑞,汽車構(gòu)造(第二版)[M]．北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2005．

[3] 蘭燕東,汽車同步器換擋性能的評(píng)價(jià) [C]．汽車工程學(xué)會(huì)傳動(dòng)委員會(huì)第五屆年會(huì)論文,1990．

[4] 趙世琴,黃宗益,陳明等,同步器換擋接合過程的數(shù)學(xué)模型 [J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,26(6)：676—680.

Analyses The Influence Factors of Commercial Vehicle Shift Performance

Zhang Yan, Xu Shun, Li Qingzhang, Ni Dong
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In order to promote the shift of the commercial vehicle performance, analyzes its theoretical calculation formula, combing the related factors influencing the shift performance in detail, and analyzes the influence factors of carding, and connecting with the actual, put forward the improvement method and train of thought.

Shift Performance; Synchronizer

U462

A

1671-7988 (2017)08-178-03

張艷（1982-），女，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心重型商用車研究院電氣設(shè)計(jì)部。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.060