變速器加油量對二次沖擊的影響

馬驍，吳小海

（陜西法士特齒輪有限責任公司實驗中心，陜西 西安 710119）

引言

二次沖擊現象是手動變速器在換擋過程中產生的一種惡劣的換擋感受，二次沖擊的大小以及發生頻率的高低對于汽車換擋舒適性有極大的影響。汽車行業標準中 QC/T 568.1_2010明確規定變速器換擋過程中二次沖擊力峰值不能高于同步力的70%，否則視為換擋性能不合格，良好的變速器操縱性能應包括較小的二次沖擊力以及較低的二次沖擊發生頻率，因此通過臺架試驗對二次沖擊的大小以及發生頻率的高低進行研究分析對于變速器換擋舒適性有重要意義。影響二次沖擊的因素有很多，如同步器齒套與接合齒圈鎖止角的配合、換擋力以及換擋速度等，本文以變速器加油量為研究方向，通過同步器試驗臺架對某6擋手動變速器2→1擋進行動態換擋性能測試，統計了不同加油量工況下2→1擋過程中的二次沖擊頻率，為合理設計變速器加油量從而改善二次沖擊現象提供了實驗依據。

1 同步器的二次沖擊

汽車同步器是保證駕駛人在換擋時能夠平順換擋的重要部件，現階段已經廣泛應用于各類機械式變速器產品中。近年來由于用戶對變速器性能要求的不斷提升，換擋舒適性也已成為其中一個重要的性能指標，換擋過程中的二次沖擊是影響換擋舒適性的一項重要因素，對于用戶的主觀換擋手感評價有很大影響，因此減小二次沖擊現象對于改善換擋手感有很大作用。

對于手動變速器而言，在換擋過程中，同步器通常會經過以下六個工作階段：

（1）預同步階段：在換擋力的作用下，換擋撥叉撥動接合套，接合套滑動。此階段接合套所受阻力小且位移變化快。

（2）鎖止過程：軸向力使滑套壓下柱銷，滑套鎖止面迅速與鎖環鎖止面接觸，同步器進入鎖止過程。

（3）解鎖過程：在鎖止過程中，摩擦力矩大于作用在鎖止面上的撥環力矩，滑套鎖止面受到鎖環鎖止面阻擋，不能繼續軸向移動；隨著齒圈與鎖環的角速度差逐漸減小，當摩擦力矩小于撥環力矩時，（由于軸向力的作用，兩個摩擦錐面還是緊密的接合著，因而此時切向力形成的撥環力矩便使鎖環連同接合齒圈及與其相連的所有零件一起相對滑套向后退轉一個角度），此時滑套壓下柱銷繼續移動，與鎖環的花鍵齒開始進入接合。

（4）自由滑行：解鎖完成后，滑套不再受鎖環的阻礙而快速滑行直到與接合齒圈的鎖止面相接觸，此過程為自由滑行過程。

（5）二次沖擊階段：接合套越過同步環繼續滑動后與接合齒圈接觸，產生二次沖擊。

（6）接合套與接合齒圈撥環階段：接合齒圈所受撥環力矩促使其轉動一個角度后繼續移動，接合套與接合齒圈嚙合，換擋完成。

在二次沖擊階段，如圖(f)所示，接合套鎖止齒與接合齒圈接觸時，由于每次接觸面面積大小不同，產生的二次沖擊力大小也就不同。當接合套鎖止齒齒端正好與接合齒圈齒端相觸時，產生的沖擊最大；當接合套鎖止齒齒端正好嚙人接合齒圈兩齒間間隙時，產生的沖擊為零。因此，二次沖擊力的大小在兩者之間。

圖1

2 試驗方案設計

2.1 臺架試驗原理

二次沖擊的測試通過同步器換擋試驗臺實現，試驗臺原理如下：變速器輸出軸(二軸)采用電機驅動模擬實際汽車行駛速度，二軸上安裝慣性飛輪模擬汽車的行駛慣量；變速器輸入軸(一軸)安裝所匹配的離合器從動盤總成作為同步部分慣量；自動換擋機構實現駕駛員換擋動作，換擋速度和換擋力量要求精確可調。在換擋過程中實時采集換擋力、同步扭矩、一軸轉速、二軸轉速、換擋位移、同步時間，根據這些特征參數對同步器性能進行評價。

2.2 試驗工況

試驗所選取的某6擋手動變速器使用（GL-4） 85W/90變速器齒輪油作為測試潤滑油，試驗溫度為60攝氏度，試驗擋位為2降1擋，試驗轉速取發動機輸出軸端2100pm?，F選取以下 4種工況對同步器換擋所產生的二次沖擊進行統計，每種工況進行50次換擋測試，采用相同的換擋條件進行換擋測試。

表1

3 試驗結果分析

在對二次沖擊統計時，由于持續時間較長的二次沖擊發生時會對駕駛員的換擋舒適性產生較大影響，因此本文僅對持續時間大于0.2s的二次沖擊進行次數統計。

表2

圖2 二次沖擊發生頻率對比

圖3 二次沖擊平均持續時間對比

結論 1：隨著加油量的增加，二次沖擊發生頻率呈現增加趨勢；

結論 2：隨著加油量的增加，二次沖擊的平均持續時間不斷增加，當加油量加至 7L以上時，平均持續時間增加趨勢放緩。

圖4 二次沖擊力產生的沖量對比

結論 3：隨著加油量的增加，二次沖擊力產生的沖量不斷增加，當加油量加至7L以上時，二次沖擊力產生的沖量增加趨勢放緩。

4 總結

本文以變速器加油量為研究方向，通過同步器試驗臺架對某6擋變速器進行動態換擋性能測試，通過換擋過程中采集的的換擋力、扭矩、位移以及轉速，得到了2→1擋過程中的換擋性能曲線，并對不同加油量工況下的二次沖擊進行了頻次分析，為合理設計變速器加油量從而改善二次沖擊現象提供了實驗依據。