輕型卡車選換檔卡片失效問題的分析與改進

倪冬，徐順，朱琳，李陽，王其云

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

隨著城市交通日益繁忙、道路阻塞日趨加劇，用于長短途運輸?shù)妮p型卡車，頻繁換檔給汽車司機帶來了眾多不便，如：司機易疲勞、注意力分散，導(dǎo)致客戶對輕型卡車的操控性、舒適性、安全性等方面提出了更高的要求[1]。為了降低客戶對檔位難掛的抱怨率，提升換擋質(zhì)量，文章對變速操縱系統(tǒng)中引起的檔位難掛故障率最大的選換檔卡片失效問題進行分析。

1 現(xiàn)狀分析

從功能性、舒適性、安全性三個方面分析，客戶對無法換檔抱怨最大。從零部件組成和安全性角度分析，操縱系統(tǒng)引起的故障，客戶可能無法及時感知，誤以為已換入目標(biāo)檔位，產(chǎn)生進一步的誤操作，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。對操縱系統(tǒng)引起檔位難掛的故障率進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)選換檔卡片故障率最高，所以解決卡片失效問題，對降低選換檔卡片的故障率尤其重要。

通過對市場56例故障進行統(tǒng)計調(diào)查，選換檔卡片故障主要表現(xiàn)在：駕駛室內(nèi)小卡片故障；卡片斷裂和卡片脫落；96%故障分布在匹配三種操縱座；故障里程主要分布在20000km以下。

2 原因分析

2.1 工作原理分析

駕駛員的換擋力和變速箱選換擋力作用在軟軸上，形成軟軸對卡片的外作用力；卡片在軟軸和操縱座限制下自身產(chǎn)生安裝預(yù)緊力，與軟軸外作用力平衡。整車上一般用檢測卡片拉脫力來反映卡片預(yù)緊力大小，如圖1所示。

圖1 駕駛室卡片工作原理

為了保證卡片固定可靠，不會產(chǎn)生脫落或斷裂，需滿足以下幾個條件：

1）保證卡片不會被擠出，導(dǎo)致脫落；

2）保證卡片受附加外力作用，不產(chǎn)生二次壓縮；

3）卡片在壓縮量范圍內(nèi)，所受應(yīng)力σ小于材料的許用屈服強度極限[σs][2]

圖2 卡片受力分析

其中：Fs-軟軸所受阻力；F0-卡片所受預(yù)緊力；f1、f2、f3-卡片所受摩擦力；N1、N2-卡片所受支撐力；Δx-卡片壓縮量；θ-卡片安裝狀態(tài)下與操縱座平面間夾角。

2.2 故障樹分析

通過產(chǎn)生機理的分析，逐級深入，制定了如下樹圖：

圖3 樹圖

3 要因確認(rèn)

通過使用FTA工具對逐個問題進行分析和調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有三個因素是卡片（駕駛室內(nèi)）脫落或斷裂的主要原因。

3.1 卡片弧高設(shè)計過小

弧高實測滿足設(shè)計值要求 2±0.1mm，質(zhì)量無問題；在圖紙弧高設(shè)計值狀態(tài)下，卡片理論和實測預(yù)緊力均不能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求（預(yù)緊力kΔx-f3*sinθ＞Fs=200N），確定是一個主要因素。

表1 卡片弧高計算與實測對比

3.2 操縱座底板厚度設(shè)計過小

操縱座底板厚度實測滿足設(shè)計值要求，質(zhì)量無問題；在底板厚度 4.3±0.1mm 情況下，卡片預(yù)緊力理論（120N～200N）不能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求（＞200N）；市場96%故障分布在底板厚度為 4.3mm的操縱座上，厚度設(shè)計過小影響較大，是一個主要因素。

3.3 結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計不滿足實際要求

表2 卡片剛度理論與實測對比

卡片剛度與某標(biāo)桿對比，剛度過低，卡片安裝狀態(tài)下彈性預(yù)緊力不能滿足設(shè)計要求，卡片反復(fù)被二次壓縮，產(chǎn)生疲勞斷裂或脫落現(xiàn)象。臺架耐久試驗表明，卡片結(jié)構(gòu)剛度過低，耐久可靠性明顯下降，如表2所示。所以，剛度設(shè)計過低影響較大。

4 改進措施與驗證

4.1 優(yōu)化弧高和操縱座底板厚度

考慮卡片弧高不能設(shè)計太高，否則會超出卡片屈服強度極限，但僅增加弧高又不能滿足預(yù)緊力需求。所以，需要同時考慮增加卡片弧高和操縱座底板厚度，如表3所示。

表3 弧高和操縱座底板厚度優(yōu)化

4.2 優(yōu)化卡片結(jié)構(gòu)剛度

表4 卡片結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化

卡片尺寸修改后，經(jīng)過CAE分析，理論剛度相對改進前提升一倍。在壓縮量0.6mm下，預(yù)緊力為240N，可有效抵抗軟軸外力產(chǎn)生的二次變形。

4.3 驗證

圖4 拉脫力檢測及市場驗證

經(jīng)過以上對策實施，對在半個月內(nèi)生產(chǎn)的28臺下線車輛進行隨機抽查，通過檢測卡片的拉脫力 F1來衡量卡片的松緊程度，其中F1≥f1+f2+f3*cosθ=70N；并對其后續(xù)三個月市場表現(xiàn)進行跟蹤。整改后拉脫力檢測結(jié)果表明均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且市場最大驗證行駛里程達(dá)4萬多公里，均未反饋卡片失效問題，整改效果明顯，如圖4所示。

5 總結(jié)

文章對輕卡駕駛室內(nèi)選換檔卡片失效問題進行了分析，從變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及卡片工作原理識別問題來源，利用理論計算、臺架測試、對比等方法確定了卡片失效問題的主要因素，有針對性地進行了改進，并并通過了市場驗證，有效地降低了選換檔卡片故障率問題，降低了客戶的抱怨率。