某乘用車自動換擋器換擋力匹配及換擋主觀感受優化

靖寧　凌新新　陳振文　譚火南　梁建剛

摘 要：某乘用車配置的自動變速器，其換擋搖臂僅有P擋和非P擋兩個物理位置，其他擋位（R/N/D）通過換擋器本體的電信號發出，從整個換擋系統來看，P擋與R擋之間的切換力不僅包含換擋器本體P擋與R擋切換力，還包含變速器P擋與非P擋之間的切換力，而R/N/D之間的擋位切換力僅由換擋器本體提供，換擋器本體換擋力的產生主要由螺旋彈簧和齒形板的配合實現，換擋器換擋力在設計過程中不僅要考慮變速箱P擋和非P擋切換帶來的影響，而且要考慮與R/N/D之間切換時主觀感受的銜接，本文旨在說明換擋器本體換擋力是如何實現與變速器換擋力進行匹配，以及如何進行局部優化以獲得良好主觀感受。關鍵詞：換擋器;換擋力;主觀感受優化中圖分類號：U463.22+1.2 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）08-64-04

Abstract： A passenger car equipped with the Automatic Gear box whose shifting arm only has P and not P positions. Other gears?（R/N/D） are achieved by electronic signals. From the view of system， the shifting force of P and not P not only includes the gear shift itself， but also from the gear box shifting arm， while the shifting force of R/N/D is only from the gear shift， the shifting force of gear box is realized by coil spring and teeth board， so in the design of shifting force for gear shift， the influence of gear box from P to not P and the smooth?between R/N/D has to be considered， here is to describe how to match the shifting force of gear shift and gear box， how to optimize to get better subjective evaluation.Keywords： Gear shift; Shifting force; Subjective evaluating optimizationCLC NO.： U463.22+1.2 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-64-04

前言

該乘用車換擋器布置在車輛儀表臺，通過換擋拉索與變速器換擋擺臂相連。駕駛員手握換擋手柄前后操作以換入意向擋位。本文中，將重點闡述影響換擋器力值以及與變速器換擋力匹配、換擋主觀感受的評價以及優化，其他影響因素如換擋拉索布置、負載效率等已提前考慮，本文將不做敖述。在系統換擋力的計算中，以15～25N為目標作為輸入，在主觀評價中，以換擋吸入感和擋位之間的銜接作為輸入。本文中用到的設計輸入參數已做過特殊處理，與該乘用車的真實數據有一定出入，主觀評價表除外。

1?背景

某乘用車自動擋換擋器在開發設計階段，通過對預設目標的分解、計算，完成對換擋器內部子零件結構及相關參數設定，通過樣件制作并使用換擋性能測試設備獲取客觀數據，再結合主觀評價結論對個別結構參數進行調整，最終達成目標。

2 目標分解

2.1?換擋力分配

通過前期大量數據采集，選取合適的換擋力為設計目標，結合變速換擋搖臂P擋和非P擋切換力，以及當前總布置下的換擋器杠桿比，將設計目標進行以下分解，圖1為該自動擋車型擋位布置。

目標分解見表1：

表1中，換擋器杠桿比是根據人機位置、設計目標多個因素綜合而定，這里不做展開描述。

初步將系統換擋力定為20N，根據目標分解，各擋位換擋力分配如下：

2.2 換擋力相關結構設計

基于換擋器換擋力分配結果，將換擋機構力相關部分簡化為結構模型，本設計重點在于齒形槽α角的計算，其他參數作為輸入，來自平臺化參數選型或設計經驗，結構模型見圖2。

設計輸入與需求見表3：

根據結構模型及設計輸入，以P?R切換為例建立力學模型，進行α角的計算，見圖3：

3 第一輪客觀測試

基于擬合后的齒形槽，制作3D打印快速樣件，對運動副部位進行打磨以保證表面粗糙度，組裝總成時需在運動副部位涂抹潤滑脂。完成總成件裝配后，使用換擋性能測試設備對系統進行測試。

以下為測試設備測試、輸出的各擋位換擋力和位移曲線：

將數據整理：

4?第一輪主觀評價

擋位切換除了考察峰值力是否達成設計目標，還要兼顧擋位切換過程帶給人的主觀感受，比如吸入感是否強烈，目標擋位是否定位準確等。通過邀請20位持有C照且有5年以上駕齡人員對該車輛進行主觀評價，其中滿分10分，及格6分，綜合評價統計見表6：

根據主觀評價結果，P?R的峰值切換力雖然滿足要求，但是吸入感較差，影響了最終得分，其他擋位評價情況較好，符合設計預期。下一步將針對P?R的切換吸入感著手進行優化。

5 方案優化

根據公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）及表4，在現有輸入條件下，如要提高換擋吸入力，需調整α角度，調整優化方向多次調整最終確定如下結果。

根據調整后角度，反推換擋力，見表8：

根據齒形槽角度重新擬合齒形槽，見圖9：

6 第二輪客觀測試及主觀評價

6.1 客觀測試

根據新的齒形槽再次制作快速樣件，裝車并利用換擋性能測試設備進行測試，輸出曲線如下：

再次將數據整理，見表9：

6.2 主觀評價

再次邀請第一次主觀評價的全部人員進行主觀評價，?將評價信息匯總，見表10：

7 總結

通過調整，客觀測試數據方面P?R擋位切換力略大于設定目標，但是通過主觀評價，評價人員對于力的增大認可，且整體目標仍然處于25N以下舒適區間，最終改善結果明顯。

本文旨在描述專門針影響換擋力和吸入力感受的重要影響之一即擋位齒形槽的設計方法，從客觀測試及主觀評價兩方面入手，反向驗證設計目標的達成情況，形成閉環設計，該計算方法同樣適用于類似結構的換擋器如桿式電子換擋器、旋鈕電子換擋器等，適用范圍廣，對于該類型換擋器換擋力的設計具有一定參考價值和指導意義。

參考文獻

[1] 陳家瑞.汽車構造：上冊[M].北京：人民交通出版社，1993.

[2] 胡運康，景榮春.理論力學.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 孫海.換擋操縱總成設計與換擋性能研究[D].重慶大學.2016.