劉宏 孫海鵬 王清海 張未

摘? 要：本文提出了一種針對某款手動變速箱進行換檔品質優(yōu)化的方法研究。該方法旨在解決該款變速箱比較突出的換檔卡頓問題。通過分析，增大換檔操縱系統(tǒng)的運動慣量，可以改善變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)在換檔過程中反饋到駕駛員手柄上的換檔阻力的特性，通過此方法可以達到優(yōu)化換檔操縱力變化趨勢的效果，經(jīng)實車驗證此方法效果顯著。

關鍵詞：變速箱;外部操縱系統(tǒng);換檔品質;配重塊;轉動慣量

中圖分類號：U463.212+.34? ?文獻標識碼：? ? 文章編號：1005-2550（2018）06-0065-03

The Application Of Couter-balance Weight in Promotion of Shift Quality

LIU Hong， SUN Hai-peng， WANG Qing-hai， ZHANG Wei

（ DongFeng Motor Corporation Technical Center， wuhan 430058， China ）

Abstract： This paper present a method for the study of shift quality promotion for one MT gearbox. It aims at solving the stagnation during shifting for this gearbox.By analysis， when increasing the motion inertia， it can improve the resistance of shifting， fed back by shift system when shifting. And it can achieve the purpose of optimizing the trend of shifting force. This method is proved to be very effective after verification in vehicle.

1? ? 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，消費者對汽車各方面的品質質量要求也越來越高。近年，雖然國內(nèi)自動檔車型已逐漸占據(jù)了主導地位，但手動檔車型以其相對較低的價格和良好的駕駛樂趣深深吸引著部分消費者。而換檔操縱是手動檔車型駕駛樂趣的主要體現(xiàn)環(huán)節(jié)之一，因而換檔性能的優(yōu)劣也逐漸成為人們選購車輛時重點關注的項目之一。這就勢必對手動檔車型的換檔品質提出了更高要求。

換檔品質主要分為靜態(tài)換檔品質和動態(tài)換檔品質，其中靜態(tài)換檔品質評價指標又細分為靜態(tài)選換檔力和行程，換檔剛度、噪聲、平順性，斜向換檔，檔位間隙等等，動態(tài)換檔評價指標又細分為1、R檔怠速換檔特性，動態(tài)選換檔力以及換檔振動和噪音等。

搭載某款變速箱的車型普遍存在換檔卡頓的現(xiàn)象，市場上對該問題的抱怨也較多。本文針對此問題介紹了一種簡便、易實施的方法，即在外部操縱系統(tǒng)軟軸支架的擺臂上增加質量塊，以實現(xiàn)改善換檔卡頓的目的。除此之外，該方法還具有改善換檔噪音、改善換檔吸入感的作用，本文重點介紹對換檔卡頓現(xiàn)象的優(yōu)化。

2? ? 變速箱換檔原理概況

如下圖所示為某手動變速箱操縱系統(tǒng)的部分機構示意圖，擺臂兩端分別鉚接了兩個球頭，一端與換檔軟軸相連，另一端通過連桿與換檔搖臂相連。工作時操作換檔手柄，通過換檔器（圖中未示意）的杠桿效應傳遞到軟軸芯線，帶動軟軸芯線運動，運動的軟軸芯線通過球頭帶動擺臂使其繞轉軸轉動，再通過連桿帶動變速箱換檔搖臂，最終由換檔搖臂帶動撥叉撥動同步器實現(xiàn)換檔操作。

3? ? 換檔卡頓的現(xiàn)象和產(chǎn)生機理

換檔卡頓現(xiàn)象也稱為換檔卡滯現(xiàn)象，換檔卡頓與換檔二次沖擊均表現(xiàn)為換檔過程的不平順現(xiàn)象。換檔卡頓現(xiàn)象具體表現(xiàn)為，在換檔操作過程中操縱桿運動到某些特定的位置或區(qū)域時，駕駛者會感受到突發(fā)的一個較為明顯的換檔阻力，而當過了該位置后換檔力又恢復到正常的換檔力水平，這種突然增大的換檔阻力即為換檔卡頓現(xiàn)象。當這種突變的阻力越大或突變的阻力次數(shù)越多時卡頓現(xiàn)象越明顯，而駕駛者的操縱感也越差。分析具有換檔卡滯現(xiàn)象車輛的靜態(tài)換檔力特性圖會發(fā)現(xiàn)，其換檔力曲線上存在著較為明顯的突兀的波峰，當波峰的波動量達到一定程度時，駕駛者在手柄上便會感受到卡頓現(xiàn)象。換檔二次沖擊主要表現(xiàn)為在換檔過程的后期，手柄處感受到的一次較為明顯的沖擊阻力，該阻力值通常較大。換檔卡頓與換檔沖擊產(chǎn)生的原理和階段也不相同，換檔卡頓現(xiàn)象主要出現(xiàn)在換檔過程的預同步和同步階段，在靜態(tài)換檔和動態(tài)換檔均存在;而換檔二次沖擊則主要出現(xiàn)在同步過程結束后，只存在于動態(tài)換檔過程的同步結束階段。

產(chǎn)生換檔卡頓現(xiàn)象的原因通常也較多，結合變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)的結構和原理分析，產(chǎn)生卡頓阻力的部位主要在于“雞冠齒”即“M槽”、撥叉

定位槽以及同步器（鎖銷式慣性同步器）等部位。產(chǎn)生換檔卡頓的原因有“M槽”、撥叉定位槽以及同步器鎖銷檔位槽三個部位最大作用力發(fā)生的時機不同步以及同步器滑動齒套與鎖銷錐面撞擊所產(chǎn)生的撞擊力。

該變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)含有三個空檔定位的結構，即“M槽”中間波谷的空檔定位，撥叉與撥叉軸配合處的檔位定位，以及同步器上鎖銷的空檔定位。在換檔過程中，“M槽”處的選換檔定位銷沿著“M槽”的齒面爬行;撥叉上的撥叉定位銷在撥叉帶動下沿著撥叉軸上的空檔定位槽斜面爬行;同步器滑動齒套在撥叉撥動下沿著鎖銷的軸向運動，彈簧沿著鎖銷空檔定位槽的斜面爬行。理論上此三個部位同時運動到波峰時，換檔力達到最大值，然而實際中，該傳動鏈上零件在加工制造以及裝配時都存在著一定的誤差，并且此傳動鏈上各個環(huán)節(jié)又為串聯(lián)關系，誤差經(jīng)過累積后勢必會導致此三個部位的達到波峰的時機不同步，即各部位產(chǎn)生的最大作用力不同步，當系統(tǒng)誤差達到一定程度時便會在手柄上產(chǎn)生可感知的較為明顯的波動現(xiàn)象，即為換檔卡頓現(xiàn)象。

另一種情況為同步器在同步過程中滑動齒套在撥叉撥動下沿鎖銷的軸向運動，當與鎖銷的錐面產(chǎn)生撞擊時便會產(chǎn)生一個瞬時突增的阻力，再通過操縱系統(tǒng)反饋到換檔手柄處，當撞擊力達到一定程度時便會產(chǎn)生一個可察覺到的突變阻力，該現(xiàn)象也即為換檔卡頓現(xiàn)象。由于此撞擊是在滑動齒套和鎖銷間產(chǎn)生，故靜動態(tài)均存在。

4? ? 換檔卡頓現(xiàn)象的解析

從上述分析的卡滯產(chǎn)生的機理可知，解決卡滯現(xiàn)象的根本措施是通過優(yōu)化變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)各配合環(huán)節(jié)零件的加工精度和裝配精度，但由于加工精度和裝配精度的提高勢必會帶來較高的成本增量，此方法性價比不高。通過對上述換檔卡頓現(xiàn)象的表現(xiàn)形式的分析，可以發(fā)現(xiàn)只要通過一定的方法將變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)所反饋的突變的阻力降低到一定值或過濾掉，便同樣可達到改善換檔卡頓現(xiàn)象的目的。

由生活中的常識可知，具有較大慣性的傳動系統(tǒng)，在其運動過程中遇到特定阻力時，當系統(tǒng)的慣性越大，阻力所起到的阻礙效果就越不明顯。結合此原理可以設想通過增大換檔操縱系統(tǒng)的慣性來減小突變換檔阻力的表現(xiàn)效果，以達到改善換檔卡滯現(xiàn)象的目的。

變速箱內(nèi)部操縱系統(tǒng)由于受變速箱結構的限制難以在其中某一環(huán)節(jié)增加質量塊，而在外部操縱系統(tǒng)最合適增加質量塊的部位為換檔手柄和軟軸支架上的擺臂，而換檔手柄又受功能體積限制增加量有限，因而本文主要研究單獨在擺臂上增加質量塊的方案。

目前，關于換檔卡頓現(xiàn)象中換檔阻力波動量與慣性之間的關系并無相關理論，因而開發(fā)階段無法直接通過理論計算來確定最合適的配重塊質量。并且換檔品質的人為主觀意愿較強，因而目前主要的確定方式為在整車上對不同質量塊方案進行主觀評價來確定該車最合適的質量塊增加量。

在解析本體所提到的該變速箱的換檔卡頓現(xiàn)象過程中，通過在擺臂末端分別增加184g、246g、369g以及492g的質量塊，再對整車進行換檔平順性評價，由評價的結果可知增加的質量塊越大，換檔平順性的改善效果越明顯，但過大的質量增加量如492g方案，卻會產(chǎn)生換檔感偏重、退檔時易帶入其他檔位得問題，因而最終綜合評價確定的配重質量為369g。下圖為改善前后換檔力的客觀測量數(shù)據(jù)對比，從圖中可明顯看出增加質量塊后換檔力曲線相對增加前表現(xiàn)的更為平順。

5? ? 總結

換檔品質主要來源于變速箱內(nèi)部，其常規(guī)的改善方法也是對變速箱內(nèi)部進行改善，本文重點解析的換檔卡頓現(xiàn)象同樣產(chǎn)生于變速箱內(nèi)部。而本文通過對換檔卡頓的現(xiàn)象以及產(chǎn)生機理的分析，并結合慣性質量塊的緩沖和減震作用，提出了一種僅通過在外部操縱系統(tǒng)增加質量塊便達到改善變速箱換檔卡頓目的的方法。

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