李興宇

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

手動(dòng)變速器換擋性能評(píng)價(jià)方法淺析

李興宇

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

摘要：詳細(xì)介紹了手動(dòng)擋變速器選換擋性能的客觀測試方法，對(duì)國內(nèi)外成熟車型和自主開發(fā)車型的客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與分析，并總結(jié)出主觀評(píng)價(jià)表及評(píng)分機(jī)制，為提升自主研發(fā)車型的換擋品質(zhì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：手動(dòng)擋變速器；選換擋性能；客觀測試

0　引言

隨著人機(jī)工程學(xué)在車輛上應(yīng)用的深入，人們對(duì)車輛變速操縱系統(tǒng)的操控舒適性也提出了更高的要求。為了提高車輛品質(zhì)，增強(qiáng)車型在市場中的形象與地位，作者開始著手對(duì)手動(dòng)擋車輛換擋性能的研究，并建立評(píng)價(jià)體系。試驗(yàn)采用GSA換擋分析系統(tǒng)，對(duì)車輛在靜止與運(yùn)動(dòng)換擋過程中不同的換擋階段(預(yù)同步、同步、自由滑移、二次沖擊)鎖止銷特性、換擋桿行程、選換擋力、系統(tǒng)剛度、各擋位自由間隙、換擋沖量等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，結(jié)合標(biāo)桿、競品車輛的數(shù)據(jù)分析對(duì)比與主觀評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)車輛的換擋質(zhì)量問題，為提升手動(dòng)擋變速器的換擋性能提供指導(dǎo)依據(jù)。

文中僅以A、B兩款車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例，A車為合資公司成熟品牌車輛，B車為某本地品牌自主開發(fā)車輛。限于篇幅，文中僅選取了部分具有代表性的典型圖形。

1　客觀測試與分析

1.1靜態(tài)測試

靜態(tài)測試主要的試驗(yàn)內(nèi)容有選換擋力及行程、選換擋剛度、斜向換擋特性、各擋位自由間隙的測量。試驗(yàn)時(shí)車輛靜止，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，離合器處于分離狀態(tài)。在試驗(yàn)之前，駕駛員需要熟悉試驗(yàn)車輛的換擋方式，并進(jìn)行多次演練，掌握試驗(yàn)要領(lǐng)。

1.1.1選換擋力及行程

通過對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下?lián)Q擋桿選換擋力和行程的測量，能夠反映出鎖止銷和選擋復(fù)位簧對(duì)選換擋性能的影響，以及其敏感區(qū)域提醒和吸入感等特性是否得到了充分的體現(xiàn)，最終對(duì)變速器的鎖止銷和選擋復(fù)位簧的特性做出評(píng)價(jià)。換擋行程曲線見圖1，各擋位行程見表1。

從圖1及表1可以看出：A車各擋位換擋行程較均勻、平整，對(duì)稱性較好，而B車的各擋換擋行程參差不齊，對(duì)稱性極差，非常容易使駕駛員掛錯(cuò)擋。

1.1.2選換擋剛度

對(duì)變速操縱系統(tǒng)進(jìn)行選擋與換擋方向剛度的測量，目的主要是評(píng)價(jià)其選換擋功能的可靠性。換擋剛度選取三擋與四擋測量即可，首先將換擋桿推入三擋，用大于100 N的力向前推，然后松開換擋桿，讓其自動(dòng)回到自由位置，重復(fù)操作10次以上，正向換擋剛度測試完成。負(fù)向換擋剛度與左右選擋剛度測試方法同上。

由表2可知：A車換擋剛度大于B車，而較為理想的換擋剛度值一般為5～10 N/mm。選換擋剛度如果過小，給駕駛者的安全感就較差。

1.1.3斜向換擋

斜向換擋試驗(yàn)主要目的是評(píng)價(jià)斜向換擋的準(zhǔn)確性、導(dǎo)向性以及平順性。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，得出換擋桿斜向通過的范圍以及角度。理想的斜向換擋主要特點(diǎn)是換擋路線清晰、順暢、

無阻滯，能夠快速準(zhǔn)確地?fù)Q入目標(biāo)擋位。試驗(yàn)時(shí)將換擋桿從斜對(duì)的二擋三擋、四擋五擋相互切換，重復(fù)多次。

1.1.4自由間隙

車輛擋位的自由間隙會(huì)直接影響到駕駛員的換擋感覺。擋位間隙過大，會(huì)造成各擋位間的不對(duì)稱，影響駕駛員的擋位感，容易使駕駛員誤掛或者掛錯(cuò)擋位。間隙過小又會(huì)造成換擋生硬、無柔性，使駕駛?cè)藛T感覺不適。

數(shù)據(jù)采集時(shí)，用最小的力在各擋位間攪動(dòng)，在攪動(dòng)的過程中，將力逐漸增加15 N以上。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，僅選擇5 N以下的力所產(chǎn)生的區(qū)域面積，一般認(rèn)為10 mm×10 mm的自由間隙為優(yōu)秀的換擋桿自由間隙。

由表3可以看出：A車的擋位對(duì)稱性很好，且各擋位間隙較均勻；而B車的擋位對(duì)稱性極差，各擋位間隙大小不均，這樣的擋位布置非常容易使駕駛?cè)藛T誤判擋位而掛錯(cuò)擋。

1.2動(dòng)態(tài)測試

動(dòng)態(tài)換擋測試是對(duì)車輛換擋系統(tǒng)的主體評(píng)價(jià)，是換擋性能的綜合體現(xiàn)。通過對(duì)換擋過程不同階段的劃分以及對(duì)換擋力、同步?jīng)_量、二次沖擊等方面的分析，來評(píng)價(jià)換擋性能的好壞。換擋過程至少可以劃分為圖2所示的幾個(gè)階段。

需要指出的是：二次沖擊是隨機(jī)且難以被預(yù)先檢測到的，它是一個(gè)突然出現(xiàn)在同步之后、完全進(jìn)擋之前的軸向力，這個(gè)力的產(chǎn)生是由于同步滑套花鍵齒是整數(shù)分布的，但是結(jié)合齒的位置又不能在同步過程中進(jìn)行定義，再加之結(jié)合套和結(jié)合齒各自的慣性不同，在結(jié)合前存在轉(zhuǎn)速差，所以在結(jié)合套與結(jié)合齒結(jié)合的過程中，就有可能產(chǎn)生齒與齒之間的碰撞，從而在換擋桿上產(chǎn)生一個(gè)能被感知的力，當(dāng)這個(gè)力小于換擋力的50%時(shí)，駕駛員一般察覺不到該力的純?cè)?，此時(shí)可以忽略二次沖擊對(duì)駕駛舒適性的影響。動(dòng)態(tài)換擋試驗(yàn)分運(yùn)動(dòng)模式與舒適模式兩種換擋方式進(jìn)行測試。

1.2.1運(yùn)動(dòng)模式換擋測試

運(yùn)動(dòng)模式換擋主要體現(xiàn)換擋的順暢性以及換擋沖量。換擋沖量即為換擋過程中換擋力與時(shí)間的積分。而在換擋的各階段中，同步階段產(chǎn)生的同步?jīng)_量對(duì)動(dòng)態(tài)換擋的評(píng)估最為重要。

試驗(yàn)前將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器預(yù)熱，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000、2 500、3 000 r/min工況下各相鄰擋位之間的快速切換，換擋時(shí)間小于0.5 s，重復(fù)換擋操作30次以上。

由于數(shù)據(jù)較多，表4中只列出一擋、二擋在不同轉(zhuǎn)速下的相互切換數(shù)據(jù)。從表4可以看出:A車的換擋同步?jīng)_量要明顯小于B車，也就是說駕駛員對(duì)A車的換擋操作要相對(duì)B車容易些。

1.2.2舒適模式換擋測試

舒適模式換擋主要評(píng)價(jià)換擋所需要的最小力值及換擋的綜合性能。試驗(yàn)前將發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器預(yù)熱，用盡可能小的換擋力輕柔換擋，從一擋升到五擋過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)升擋。從五擋降到一擋的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500 r/min時(shí)降擋。重復(fù)上述過程10次以上。

由圖3可見：B車的換擋力顯然要大于A，且換擋過程中伴隨較為明顯的二次沖擊。

2　主觀評(píng)價(jià)

對(duì)于車輛的整體評(píng)價(jià)來講，單單依靠客觀數(shù)據(jù)所得出的結(jié)論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)檐囕v的使用者畢竟是人，有很多感知因素是無法通過客觀數(shù)據(jù)反饋的，例如換擋桿球頭的觸感、外觀等。評(píng)價(jià)內(nèi)容主要是根據(jù)市場的反饋、人機(jī)工程學(xué)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

理念所提出的。文中采用十分制的評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行評(píng)分，同時(shí)對(duì)評(píng)價(jià)人員的要求也相對(duì)高一些，不僅要求評(píng)價(jià)人員有較好的駕駛技能和豐富的經(jīng)驗(yàn)，還要求其對(duì)人機(jī)工程學(xué)有充分的認(rèn)識(shí)，并掌握一定的設(shè)計(jì)理念。主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容見表5。

3　結(jié)束語

詳細(xì)闡述了客觀測試與主觀評(píng)價(jià)的具體方法。通過客觀測試，可以開展對(duì)選換擋力與行程、斜向換擋特性、自由間隙、系統(tǒng)剛度、換擋沖量、二次沖擊、最小換擋力等的研究，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，文中僅列出了部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)以供分析。通過主觀評(píng)價(jià)，可以更好地從人性的角度出發(fā)，彌補(bǔ)通過試驗(yàn)設(shè)備無法采集到的感官因素，使對(duì)車輛的整體評(píng)價(jià)更加全面。

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Preliminary Analysis of Evaluation Method for Gear Shift Performance of Manual Transmission

LI Xingyu

(R & D Center,Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

Abstract:Objective testing method for crossing and shifting performance of manual transmission was introduced. The objective data from domestic & overseas vehicles and autonomous developed vehicles were compared and analyzed. Subjective chart and grade system were summed up. It provides data support for advancing shifting performance of autonomous development vehicles.

Keywords:Manual transmission; Crossing and shifting performance; Objective testing

收稿日期：2014-12-05

作者簡介：李興宇(1982—)，男，學(xué)士，主要從事整車操縱穩(wěn)定性能、制動(dòng)性能、變速操縱性能及電磁兼容性能等領(lǐng)域試驗(yàn)技術(shù)研究。E-mail:pestlxy@163.com。