馬驍，吳小海

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司實驗中心，陜西 西安 710119）

引言

二次沖擊現(xiàn)象是手動變速器在換擋過程中產(chǎn)生的一種惡劣的換擋感受，二次沖擊的大小以及發(fā)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)中 QC/T 568.1_2010明確規(guī)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(yīng)包括較小的二次沖擊力以及較低的二次沖擊發(fā)生頻率，因此通過臺架試驗對二次沖擊的大小以及發(fā)生頻率的高低進(jìn)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(jìn)行動態(tài)換擋性能測試，統(tǒng)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(shè)計變速器加油量從而改善二次沖擊現(xiàn)象提供了實驗依據(jù)。

1 同步器的二次沖擊

汽車同步器是保證駕駛?cè)嗽趽Q擋時能夠平順換擋的重要部件，現(xiàn)階段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類機械式變速器產(chǎn)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(biāo)，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(xiàn)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(jīng)過以下六個工作階段：

（1）預(yù)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(huán)鎖止面接觸，同步器進(jìn)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(huán)力矩，滑套鎖止面受到鎖環(huán)鎖止面阻擋，不能繼續(xù)軸向移動；隨著齒圈與鎖環(huán)的角速度差逐漸減小，當(dāng)摩擦力矩小于撥環(huán)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(huán)力矩便使鎖環(huán)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(zhuǎn)一個角度），此時滑套壓下柱銷繼續(xù)移動，與鎖環(huán)的花鍵齒開始進(jìn)入接合。

（4）自由滑行：解鎖完成后，滑套不再受鎖環(huán)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(huán)繼續(xù)滑動后與接合齒圈接觸，產(chǎn)生二次沖擊。

（6）接合套與接合齒圈撥環(huán)階段：接合齒圈所受撥環(huán)力矩促使其轉(zhuǎn)動一個角度后繼續(xù)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(chǎn)生的二次沖擊力大小也就不同。當(dāng)接合套鎖止齒齒端正好與接合齒圈齒端相觸時，產(chǎn)生的沖擊最大；當(dāng)接合套鎖止齒齒端正好嚙人接合齒圈兩齒間間隙時，產(chǎn)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(shè)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(xiàn)，試驗臺原理如下：變速器輸出軸(二軸)采用電機驅(qū)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(gòu)實現(xiàn)駕駛員換擋動作，換擋速度和換擋力量要求精確可調(diào)。在換擋過程中實時采集換擋力、同步扭矩、一軸轉(zhuǎn)速、二軸轉(zhuǎn)速、換擋位移、同步時間，根據(jù)這些特征參數(shù)對同步器性能進(jìn)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(zhuǎn)速取發(fā)動機輸出軸端2100pm?，F(xiàn)選取以下 4種工況對同步器換擋所產(chǎn)生的二次沖擊進(jìn)行統(tǒng)計，每種工況進(jìn)行50次換擋測試，采用相同的換擋條件進(jìn)行換擋測試。

表1

3 試驗結(jié)果分析

在對二次沖擊統(tǒng)計時，由于持續(xù)時間較長的二次沖擊發(fā)生時會對駕駛員的換擋舒適性產(chǎn)生較大影響，因此本文僅對持續(xù)時間大于0.2s的二次沖擊進(jìn)行次數(shù)統(tǒng)計。

表2

圖2 二次沖擊發(fā)生頻率對比

圖3 二次沖擊平均持續(xù)時間對比

結(jié)論 1：隨著加油量的增加，二次沖擊發(fā)生頻率呈現(xiàn)增加趨勢；

結(jié)論 2：隨著加油量的增加，二次沖擊的平均持續(xù)時間不斷增加，當(dāng)加油量加至 7L以上時，平均持續(xù)時間增加趨勢放緩。

圖4 二次沖擊力產(chǎn)生的沖量對比

結(jié)論 3：隨著加油量的增加，二次沖擊力產(chǎn)生的沖量不斷增加，當(dāng)加油量加至7L以上時，二次沖擊力產(chǎn)生的沖量增加趨勢放緩。

4 總結(jié)

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(jìn)行動態(tài)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(zhuǎn)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(jìn)行了頻次分析，為合理設(shè)計變速器加油量從而改善二次沖擊現(xiàn)象提供了實驗依據(jù)。