王志強(qiáng)，趙 建，于 闊

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

隨著轎車(chē)保有量的逐年增加，人們?cè)絹?lái)越注重轎車(chē)“人性化設(shè)計(jì)”的感受，用戶(hù)對(duì)選換擋品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。在城市工況下，由于換擋[1]頻繁造成駕駛員的疲勞直接影響到行駛安全，因而駕駛員對(duì)于選換擋性能的舒適性十分敏感，此項(xiàng)性能直接影響到駕駛員對(duì)某款車(chē)型的評(píng)價(jià)。本文所描述的某款CVT自動(dòng)變速器轎車(chē)在實(shí)際使用過(guò)程中，存在選換擋性能差問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：D擋掛N擋換擋卡滯。通過(guò)改進(jìn)換擋路徑匹配結(jié)構(gòu)等相關(guān)措施，最終改善了整車(chē)換擋操縱性能。

圖1 變速器端部件配合結(jié)構(gòu)

圖2 變速操縱機(jī)構(gòu)端配合結(jié)構(gòu)

1 原因分析

利用質(zhì)量管理工具中的故障樹(shù)分析法（FTA），對(duì)可能導(dǎo)致整車(chē)選換擋性能差的原因進(jìn)行了多層次的詳細(xì)分析，其故障樹(shù)分析如圖3所示。

圖3 故障樹(shù)分析圖[2]

從圖中可以看出，導(dǎo)致整車(chē)換擋性能[3]差的因素有：（1）變速操縱機(jī)構(gòu)[4]性能差；（2）換擋拉絲性能差；（3）換擋搖臂設(shè)計(jì)不合理；（4）可調(diào)拉桿設(shè)計(jì)不合理；（5）換擋系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)不合理。

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：

（1）變速操縱機(jī)構(gòu)借用同平臺(tái)車(chē)型，其內(nèi)部杠桿比、剛度及齒形塊設(shè)計(jì)與原車(chē)型一致，原車(chē)型未反饋此問(wèn)題，故認(rèn)定變速操縱機(jī)構(gòu)性能不存在問(wèn)題。

（2）換擋拉絲內(nèi)部接頭及芯軸護(hù)管結(jié)構(gòu)與同平臺(tái)車(chē)型相同，換擋拉絲不存在相關(guān)問(wèn)題。

（3）實(shí)車(chē)測(cè)量換擋搖臂及搖臂襯套單件尺寸，可滿(mǎn)足我司要求，換擋搖臂兩臂長(zhǎng)度尺寸為1:1關(guān)系，傳遞相同的轉(zhuǎn)矩，故認(rèn)定換擋搖臂及搖臂襯套不存在相應(yīng)問(wèn)題。

（4）經(jīng)過(guò)確認(rèn)可調(diào)拉桿狀態(tài)，可調(diào)拉桿活動(dòng)端轉(zhuǎn)動(dòng)順暢，可調(diào)拉桿中間段可調(diào)行程為± 6mm，實(shí)物與設(shè)計(jì)值符合。故可認(rèn)定可調(diào)拉桿單件不存在相應(yīng)問(wèn)題。

（5）通過(guò)數(shù)據(jù)分析及實(shí)車(chē)測(cè)量，各擋位換擋拉絲與換擋搖臂之間的夾角如表1?？梢钥闯?，處于D擋時(shí)，換擋拉絲與換擋搖臂之間夾角最大，達(dá)到123.8°，偏離90°數(shù)值為33.8°（夾角為90°時(shí)受力效果最好，力矩垂直）。此現(xiàn)象與實(shí)車(chē)D擋換擋卡滯現(xiàn)象吻合，故可認(rèn)定此為要因之一。

表1 換擋拉絲與換擋搖臂各擋位夾角

（6）換擋系統(tǒng)間隙匹配如下：

1）變速操縱機(jī)構(gòu)端換擋拉絲安裝公差±0.5 mm。

2）換擋拉絲尺寸公差±1.5 mm。

3）變速器端換擋拉絲安裝公差±1 mm。

4）拉絲端部球窩中心尺寸公差為±0.1 mm。

5）換擋搖臂內(nèi)孔公差尺寸（+0.02，+0.04）mm。

6）換擋搖臂球銷(xiāo)外徑公差尺寸（?0.07，?0.02）mm。

7）襯套外徑公差尺寸（?0.02，0）mm；

8）拉桿球窩公差±1 mm。

9）拉桿長(zhǎng)度尺寸公差（+0.1，+0.3）mm。

10）轉(zhuǎn)換搖臂襯套極限位置球銷(xiāo)運(yùn)動(dòng)公差值為±0.28 mm。

取換擋拉絲向變速器端運(yùn)動(dòng)：

操縱機(jī)構(gòu)安裝尺寸?0.5 mm，拉絲伸長(zhǎng)量取最大值1.5 mm，拉絲支架取1 mm，此時(shí)不考慮球窩間隙變形及襯套配合變形，拉桿長(zhǎng)度尺寸公差取0.3 mm，搖臂兩球中心尺寸公差取0.28 mm。

單邊極限公差為：

（0.5+1.5+1+0.3+0.28）mm = 3.58 mm。

取換擋拉絲向變速操縱機(jī)構(gòu)端運(yùn)動(dòng)：

操縱機(jī)構(gòu)安裝尺寸+0.5 mm，拉絲縮短量取最小值?1.5 mm，拉絲支架取?1 mm，此時(shí)考慮球窩與球配合間隙變形0.22 mm，兩處為?0.44 mm，搖臂上兩球心間距公差取?0.28 mm，拉桿尺寸變形取?0.1 mm，換擋搖臂與襯套配合尺寸間距?0.06 mm。

單邊極限公差為：

（0.5+1.5+1+0.44+0.28+0.1+0.06）mm=3.88 mm。

變速器換擋操縱系統(tǒng)換擋過(guò)程中雙邊極限位置公差值分別為3.88 mm及3.58 mm，當(dāng)前變速器換擋操縱系統(tǒng)內(nèi)存在兩處可調(diào)結(jié)構(gòu)，可調(diào)拉桿為第一處可調(diào)，調(diào)節(jié)行程為±6 mm，拉桿端部與變速器可調(diào)端為第二處可調(diào)，調(diào)節(jié)行程為±6 mm，因換擋系統(tǒng)當(dāng)前行程調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)共2處，可調(diào)拉桿中間為第一處可調(diào)，可調(diào)拉桿端部與變速器換擋搖臂上矩形槽配合處為第二處可調(diào)，兩處調(diào)節(jié)行程均為±6 mm。但由于可調(diào)拉桿端部與變速器矩形槽配合處無(wú)定位結(jié)構(gòu)，若可調(diào)拉桿螺栓打緊后處于矩形槽端部，可調(diào)拉桿的調(diào)整行程也被抵消6 mm，剩余可調(diào)行程0 mm。

0 mm＜3.88 mm/3.58 mm，會(huì)導(dǎo)致可調(diào)擋拉絲裝配后受初始應(yīng)力（推或拉）。

通過(guò)上述分析可以看出，目前CVT變速器換擋操縱系統(tǒng)間隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)不合理。

圖4 可調(diào)拉桿示意圖

表2 換擋力及換擋行程目標(biāo)值

換擋行程參數(shù)僅由變速操縱機(jī)構(gòu)自身決定，自動(dòng)擋車(chē)型變速操縱機(jī)構(gòu)端換擋行程參數(shù)與變速器端換擋行程參數(shù)一致，則換擋手柄端換擋行程滿(mǎn)足設(shè)定的目標(biāo)性能要求，此項(xiàng)設(shè)計(jì)無(wú)問(wèn)題。

表3 換擋行程計(jì)算

由于CVT變速器[5]換擋操縱系統(tǒng)換擋力路徑上有變速器搖臂、可調(diào)拉桿、轉(zhuǎn)換搖臂、換擋拉絲、變速操縱機(jī)構(gòu)等配合部件，駕駛員從換擋手柄（變速操縱機(jī)構(gòu)）端施加作用力，則下面分別對(duì)換擋力的傳遞路徑進(jìn)行分析：

圖5 可調(diào)拉桿與變速器搖臂受力分析

可調(diào)拉桿與換擋搖臂支架夾角為a°，駕駛員換擋手柄上的主動(dòng)力為F1，分解為實(shí)際作用在變速器搖臂上的作用力為F2，與換擋搖臂軸線(xiàn)方向抵消的作用力為F3。由于F2已知，則可求出可調(diào)拉桿上作用力F1為：

圖6 可調(diào)拉桿與換擋搖臂受力分析

可調(diào)拉桿上的軸線(xiàn)拉力由垂直于換擋搖臂的主動(dòng)力F4提供，換擋搖臂與可調(diào)拉桿之間夾角為b°。則可求出：

圖7 換擋拉絲與換擋搖臂受力分析

因換擋搖臂兩臂之間為1:1的長(zhǎng)度關(guān)系，所傳遞的垂直力矩相等，等效后可知垂直于換擋搖臂的力矩F4由換擋拉絲上的拉力F6提供，換擋拉絲與換擋搖臂之間的夾角為c°，故換擋拉絲拉力F6計(jì)算如下：

圖8 拉絲與操縱機(jī)構(gòu)搖臂受力分析

此處求解換擋拉絲上的空載阻力按2 N計(jì)算，則變速操縱機(jī)構(gòu)端換擋拉絲上作用力為（F6+2）N，操縱機(jī)構(gòu)搖臂與換擋拉絲之間夾角為d°，可計(jì)算出垂直于操縱機(jī)構(gòu)搖臂的換擋力F8：

變速操縱機(jī)構(gòu)杠桿比計(jì)算為L(zhǎng)1/L2，則可計(jì)算出換擋手柄克服變速器搖臂作用力需要施加的主動(dòng)操作力為F變=F8/（L1/L2）。

變速操縱機(jī)構(gòu)自身的阻力為F操。

則計(jì)算駕駛員換擋手柄上的實(shí)際換擋力為F=F變+F操。 按上述公式對(duì)換擋手柄上實(shí)際換擋力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表4：

表4 換擋力值計(jì)算結(jié)果

結(jié)合上述換擋力目標(biāo)值計(jì)算可以看出，D擋換擋力最高值達(dá)到40 N，換擋力遠(yuǎn)大于我司換擋力標(biāo)準(zhǔn)值，與整車(chē)表現(xiàn)D擋換擋力大吻合，故認(rèn)定此為要因。

2 制定措施

通過(guò)調(diào)查標(biāo)桿車(chē)/競(jìng)品車(chē)的選換擋數(shù)據(jù)，設(shè)定整改目標(biāo)：（1）調(diào)整換擋拉絲與換擋搖臂之間夾角；（2）優(yōu)化可調(diào)拉桿匹配間隙設(shè)計(jì)；（3）優(yōu)化換擋力，滿(mǎn)足我司標(biāo)準(zhǔn)。制定整改措施如下[3]：

（1）調(diào)整換擋搖臂兩臂之間夾角，保證換擋拉絲與換擋搖臂之間夾角向90°靠攏，調(diào)整前后各檔位換擋拉絲與可調(diào)拉桿之間夾角值如下：

表5 優(yōu)化后換擋拉絲與換擋搖臂各擋位夾角

優(yōu)化后對(duì)換擋力進(jìn)行計(jì)算，得出各檔位換擋力如表6：

表6 優(yōu)化后換擋力值計(jì)算結(jié)果

（2）可以看出，換擋拉絲與換擋搖臂夾角調(diào)整后，換擋力也相應(yīng)改變。為解決兩處可調(diào)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)失效現(xiàn)象，對(duì)可調(diào)拉桿間隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，由兩處可調(diào)結(jié)構(gòu)修改為一處可調(diào)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化前后的零部件示意圖如下：

圖9 可調(diào)拉桿與變速器配合示意圖

圖10 優(yōu)化后可調(diào)拉桿與變速器配合示意圖

（3）優(yōu)化后消除了可調(diào)拉桿與變速器搖臂之間的可調(diào)結(jié)構(gòu)，保留拉桿總成中間位置可調(diào)結(jié)構(gòu)。中間位置可調(diào)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)公差為±6 mm，可滿(mǎn)足極限位置間隙設(shè)計(jì)要求。

3 測(cè)試驗(yàn)證

通過(guò)優(yōu)化換擋拉絲與換擋搖臂之間的工作夾角，以及優(yōu)化間隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，很好地改善了整車(chē)換擋手感，解決了整車(chē)D擋換擋卡滯的問(wèn)題。優(yōu)化后的整車(chē)實(shí)際換擋力如下。

表7 優(yōu)化后換擋力值計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

（1）通過(guò)優(yōu)化換擋拉絲與換擋搖臂之間的夾角，改善了受力狀態(tài)，解決了整車(chē)D擋掛N擋產(chǎn)生的卡滯問(wèn)題；并且降低了整車(chē)D擋換擋力，提升了駕駛舒適性。

（2）通過(guò)分析變速系統(tǒng)間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，識(shí)別出當(dāng)前結(jié)構(gòu)存在的相應(yīng)缺陷，并且將系統(tǒng)可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)由兩處改為一處，成功解決了整車(chē)換擋卡滯問(wèn)題。