機械式變速器起步換擋性能測試方法研究

吳小海，馬驍

（陜西法士特汽車傳動工程研究院實驗中心，陜西 西安 710077）

引言

隨著司機對機械式變速器換擋舒適性要求的提高，以及主機廠對變速器起步舒適性要求的提高，不僅僅局限于靜態換擋性能，同時對變速器起步換擋性能也有了更多的要求，這就需要變速器有舒適的起步換擋性能，本文結合實際的部分客戶的需求，提出了一種測試變速器起步換擋性能的方法。

1 起步換擋性能系統的硬件組成

按照車輛起步倒擋的特性，我們團隊搭建了一套起步換擋性能系統，保證模擬整車的起步倒擋特性，如圖1。

圖1 起步換擋性能系統原理圖

在以上系統中，1驅動電機及飛輪組提供大慣量，保證在起步的時刻，變速器二軸轉速為零；2扭矩儀測試起步換擋過程中的二軸扭矩；4和5是選換擋機械手系統，保證換擋過程中，力量和速度的一致性；6電磁離合器開關，該開關借用空擋燈開關，保證當變速器在空擋位置時，電磁離合器通電吸合，將一軸電機的扭矩傳遞給變速器一軸，當變速器操縱機構沒有到空擋位置的時候，電磁離合器開關斷開，切斷動力輸入； 9轉速編碼器，監控一軸轉速的變化情況；10電磁離合器傳遞或切斷一軸電機的扭矩；11一軸驅動電機，模擬發動機為變速器提供動力； 12:24V電源系統，為電磁離合器提供24V直流電源。

2 起步換擋性能系統的測試方法

如圖1所示，當變速器掛到空擋，電磁離合器開關接通，電磁離合器將變速器一軸和一軸電機連接，一軸電機輸出扭矩保證動力輸入，當換擋桿離開空擋，電磁離合器開關斷開，電磁離合器斷開動力輸入，變速器換擋，二軸有大慣量飛輪組保持二軸靜止，從而實現了任何一個擋位（包括倒擋）的起步試驗。圖2為電磁離合器實物圖。

圖2 電磁離合器實物圖

通過上文的描述，我們通過試驗實現了變速器起步換擋性能的測試，但在測試的過程中也一些問題需要優化。變速器在空擋的時候電磁離合器開關接通，一軸轉速提高到某一轉速（700rpm），機械手換擋開始，在0.1秒后，即圖3中的S1～T1的時間t1=0.1秒，電磁離合器斷電，動力斷開，一軸先有一段自由降速從 T1～S2，后經過同步器的同步過程S2～S3，將一軸轉速降為零。在以上的過程中，S1～T1之間的時間 t1=0.1S是由于空擋燈開關的行程產生的。而司機的換擋過程圖4，從離合器踏板踩下，動力中斷T0開始到換擋桿動作S1的過程定義為反應時間t0，人的反應時間t0大概在0.5～1.0秒之間，人的反應時間內變速器一軸在自由降速。從圖3和圖4的同步開始S2的一軸轉速比較，圖5的一軸轉速明顯低于圖 4，所以人在換擋過程中一軸降速更多，因此需要對系統進一步優化。

圖3 起步換擋性能系統換擋曲線圖

圖4 人手起步換擋曲線圖

在某一油溫下，變速器掛空擋，電磁離合器開關接通，一軸升速，升到指定轉速；電磁離合器開關斷開，切斷動力輸入，不換擋，讓一軸自由降速，直到轉速為零；從而可以得到被測變速器的一軸轉速隨時間自由降速的曲線，在該曲線上可以找到人的反應時間t0時刻變速器的一軸轉速值。圖5為油溫19℃，某變速器，一軸轉速穩定到700rpm，600rpm，500rpm，400rpm四種一軸轉速下自由降速的時間和轉速曲線的擬合。

圖5 一軸自由降速與時間的擬合曲線

表1是油溫19℃，一軸穩定轉速700rpm，一軸自由降速的數據。

表1

從圖5，可以看出， 4種指定一軸轉速自由降速的擬合度很好，所以就可以得到人在換擋過程中，人的反應時間t0對應的一軸轉速，是t0+t1（t1=0.1s）時刻，表1中的一軸轉速，將該轉速作為起步換擋性能系統一軸轉速。

3 測試數據分析

圖6 油溫19℃，空擋→1擋起步換擋性能曲線圖

試驗使用某變速器，油溫 19℃，模擬發動機的怠速為700rpm時，人的反應時間為t0=0.6和t0=0.8秒時的起步換擋性能。所以從表1可以得到t1=0.7和0.9秒的一軸轉速是186rpm和122rpm。

表2

圖6為一軸轉速186rpm，從空擋→1擋的起步換擋曲線圖。從S1機械手開始換擋，T1一軸轉速開始降速，T1～S2為變速器一軸自由降速階段，S2～S3為同步過程，從 S1到S5為整個起步換擋過程。

測試的試驗數據見表2。

從以上的數據可以得到，一軸的轉速越高，同步時間越長，同步沖量就越大，這符合同步器的換擋規律。

4 總結

起步換擋性能系統的搭建和起步換擋測試方法的研究現在沒有統一的標準，本文的方法是結合車輛的起步換擋特性和客戶對起步換擋性能的要求而設計的，通過試驗數據和理論數據的對比，兩者數據很接近，從而證明了該方法的科學性和準確性。