吳江 趙培生 黃東東

摘 要：文章針對(duì)某中型卡車1/2擋難掛問(wèn)題，對(duì)離合器系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器換擋力、操縱系統(tǒng)阻力、軟軸性能及其布置形式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)換擋困難的根本原因?yàn)檐涊S布置不合理和軟軸性能低。據(jù)此，提出了優(yōu)化軟軸的結(jié)構(gòu)和布置的改善方法，并對(duì)所提出的優(yōu)化方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明所提出的優(yōu)化方法解決了該車型1/2擋難掛的問(wèn)題，提升了整車的換擋性能，并為以后的換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：離合器；換擋力；軟軸；換擋性能

中圖分類號(hào)：U462.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-139-04

Abstract： In this paper， an experimental analysis is carried out on the clutch system， engine speed， transmission gear shifting force， control system resistance， soft shaft performance and its layout of a medium-sized truck. It is found that the root cause of the shifting difficulty is the improper placement of soft shaft and low performance of soft shaft. Based on this， an improved method to optimize the structure and layout of the soft shaft is proposed， and the proposed optimization scheme is tested and verified. The results show that the proposed optimization method can solve the problem of gear shifting， improve the gear-shifting performance of the whole car， and provide a theoretical basis for the future gear-shifting system design.

Keywords： Clutch； Shift force； Soft shaft； Shift performance

CLC NO.： U462.3 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-139-04

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。用戶對(duì)商用車駕駛舒適性要求越來(lái)越高，而換擋性能作為駕駛舒適性的一個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，成為提升汽車駕駛體驗(yàn)的重點(diǎn)難題。本文主要針對(duì)某中卡車型1/2擋難掛的問(wèn)題通過(guò)進(jìn)行系統(tǒng)性的分析及驗(yàn)證。

1 問(wèn)題描述

某款中卡市場(chǎng)反饋“擋位難掛”，通過(guò)對(duì)該公司市場(chǎng)故障反饋系統(tǒng)（DMS）反饋的擋位難問(wèn)題進(jìn)行梳理并走訪市場(chǎng)后確認(rèn)，用戶新車主要主要存在起步1/2擋掛擋力大的問(wèn)題。

根據(jù)客戶反饋的情況，隨機(jī)抽取4臺(tái)車輛進(jìn)行1/2擋怠速換擋力進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如表1。

由測(cè)試結(jié)果可以得出， 1/2擋換擋力均遠(yuǎn)大于目標(biāo)值（≤55N），由此可確認(rèn)新下線車型存在1/2擋怠速掛擋力大的問(wèn)題。

2 換擋原理及過(guò)程分析

如圖1所示，為某中卡車型變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。對(duì)于手動(dòng)變速器，駕駛員在進(jìn)行換擋操縱時(shí)，通過(guò)操作換擋手把進(jìn)入指定擋位來(lái)實(shí)現(xiàn)。

上述換擋過(guò)程中，影響駕駛員操作力的主要有變速操縱座總成的阻力，操縱座的杠桿比，軟軸的阻力及變速箱本身的換擋力大小；怠速狀態(tài)下進(jìn)行換擋操作，還需要對(duì)變速箱的動(dòng)態(tài)換擋性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以基于下面的公式（1）對(duì)影響動(dòng)態(tài)換擋性能的因素進(jìn)行說(shuō)明[3]：

式中：MC為同步力矩；F為作用在同步環(huán)上的軸向力；μC為同步環(huán)摩擦系數(shù)；Rc為同步環(huán)錐度半徑；θ為同步環(huán)錐度半角；Mg為慣性力矩；Jw為輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；?ω為轉(zhuǎn)速差；t為同步時(shí)間。

在適當(dāng)?shù)牧和同步時(shí)間t下，同步器提供的同步力矩MC必須大于或等于此時(shí)目標(biāo)擋位的慣性力矩Mg，這樣才能順利換入目標(biāo)擋位，否則會(huì)導(dǎo)致駕駛員感覺(jué)換擋力大或者換擋沖擊。

從公式（1）分析，除了排查同步器本身的設(shè)計(jì)因素外，影響動(dòng)態(tài)換擋的要素主要為輸入端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw，其中關(guān)鍵是與其匹配的離合器從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般要求在滿足整車使用的情況下從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小越好；同時(shí)必須保證換擋時(shí)，離合器分離徹底，否則會(huì)導(dǎo)致整體輸入端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量劇增，嚴(yán)重影響換擋性能。其次是轉(zhuǎn)速差?ω，理論要求轉(zhuǎn)速差越小越好，而在怠速狀態(tài)下，由于車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，影響轉(zhuǎn)速差的關(guān)鍵是發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速。

利用質(zhì)量管理工具中的故障樹(shù)，對(duì)可能導(dǎo)致變速操縱換擋力過(guò)大的的原因進(jìn)行了多層次的詳細(xì)分析，其故障樹(shù)分析如圖3所示。

3 原因分析

3.1 離合器系統(tǒng)檢查

對(duì)離合器系統(tǒng)的從動(dòng)盤慣量和離合器的分離兩個(gè)方面分別進(jìn)行分析。

3.1.1 離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量檢查

從公式（1）可以看出，離合器從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)量是決定換擋水平的一個(gè)重要因素。隨機(jī)抽取3個(gè)離合器從動(dòng)盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由表2測(cè)試結(jié)果可知所選的5個(gè)離合器從動(dòng)盤符合設(shè)計(jì)要求（≤0.075kg·m2 ）?，F(xiàn)將合格的離合器裝到故障車輛上，進(jìn)行換擋實(shí)驗(yàn)，換擋性能沒(méi)有變化，可以判斷從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為非主要原因。

3.1.2 離合器分離檢查

分析可知，當(dāng)推桿行程≥23.1mm即可徹底分離。現(xiàn)對(duì)測(cè)試換擋力的10臺(tái)車進(jìn)行推桿行程測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

由圖3可知，推桿行程測(cè)量最小值為24mm，均滿足要求。可以判定離合分離不是主要原因。

3.2 操縱系統(tǒng)桿杠比確認(rèn)

通過(guò)對(duì)標(biāo)桿及同類車型的手柄端換擋行程進(jìn)行對(duì)比本車型換擋行程及杠桿比是合適的，判定操縱系統(tǒng)杠桿比不是主要原因。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速檢查

由公式（1）可知怠速轉(zhuǎn)速可能對(duì)換擋力產(chǎn)生影響，對(duì)比同類車型在相同輸出扭矩下發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速狀態(tài)的轉(zhuǎn)速，從對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出同一輸出扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速基本相當(dāng)，可以判定發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速不是主要因素。

3.4 變速器換擋力檢查

駕駛員手柄處換擋力為[4] 。

當(dāng)系統(tǒng)效率η及操縱機(jī)構(gòu)換擋比i比一定時(shí)，手柄端換擋力主要受變速器端換擋力影響，根據(jù)此公式計(jì)算，整車手柄端換擋力F≤55N時(shí)，變速器端換擋力F變≤155N，抽取不同批次的變速器進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)滿足要求。更換檢測(cè)后的變速器進(jìn)行評(píng)價(jià)：換擋性能無(wú)變化，可排除變速器換擋力大因素。

3.5 操縱系統(tǒng)阻力分析

3.5.1 操縱座檢查

隨機(jī)抽取5套操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其操縱座的阻力分別進(jìn)行測(cè)量，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5.2 軟軸阻力檢查

在如圖4所示的軟軸測(cè)試臺(tái)架上模擬整車布置對(duì)軟軸空載阻力進(jìn)行測(cè)試[5]，測(cè)試結(jié)果如表3。

從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出軟軸空載阻力偏大，不滿足設(shè)計(jì)要求（阻力≤8N），軟軸阻力大的原因，一是軟軸布置不合理，二是軟軸性能差。

a）軟軸布置不合理

對(duì)整車軟軸布置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軟軸彎曲半徑較小，且軟軸管夾固定過(guò)緊，對(duì)軟軸布置進(jìn)行調(diào)整，換擋力下降，可判定其為主要原因。

b）軟軸性能檢查

抽取3套軟軸按行標(biāo)《QC/T 29101 汽車用操縱拉索總成》對(duì)軟軸進(jìn)行測(cè)試[6]。測(cè)試結(jié)果軟軸性能符合行標(biāo)要求（效率≥85%，阻力≤8N）。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析可知換擋力過(guò)大的主要原因是軟軸布置不合理和軟軸性能差，現(xiàn)針對(duì)這兩個(gè)主要原因進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.1 優(yōu)化軟軸的布置

將軟軸固定位置從車架腹面改為上翼面固定，增大軟軸的轉(zhuǎn)彎半徑；固定方式由夾緊固定改為間隙固定如圖5所示，減小阻力。

經(jīng)過(guò)以上對(duì)策實(shí)施，對(duì)整車換擋力進(jìn)行測(cè)試及主觀評(píng)價(jià)，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

從改進(jìn)后的測(cè)試結(jié)果可以看出，改進(jìn)軟軸布置后換擋力明顯降低，但未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明分析排查過(guò)程存在問(wèn)題，需要進(jìn)行二次確認(rèn)。經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)軟軸布置和整車對(duì)比，發(fā)現(xiàn)軟軸測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)軟軸布置和實(shí)車布置不一致，標(biāo)準(zhǔn)不能完全代替實(shí)際狀態(tài)；按整車布置狀態(tài)進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出軟軸的空載阻力不滿足設(shè)計(jì)要求（阻力≤8N）。所以在整車布置條件下，軟軸性能差，不符合設(shè)計(jì)要求，也是1/2擋換擋力大的主要原因，軟軸性能需進(jìn)一步提升。

4.2 優(yōu)化軟軸結(jié)構(gòu)

對(duì)軟軸進(jìn)行改進(jìn)。如圖10所示，內(nèi)襯采用具有自潤(rùn)滑性能的PTFE材料；芯軸表面增加注塑芯軸，減小摩擦面積，降低阻力；

將改進(jìn)后的軟軸，模擬整車布置進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表6所示。

改進(jìn)后軟軸的空載阻力滿足要求（阻力≤8N）。

5 整車測(cè)試

現(xiàn)抽取安裝優(yōu)化后的軟軸進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表7所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，安裝優(yōu)化后的軟軸，此款車型的換擋力都小于目標(biāo)設(shè)定值55N以下。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)逐步驗(yàn)證的方法找到了影響某中卡車型1/2選換困難的原因是因?yàn)檐涊S布置不合理和軟軸性能較差。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)了軟軸的結(jié)構(gòu)和布置，有效解決了某中卡車型1/2選換困難的問(wèn)題。

（3）優(yōu)化后感受換擋力有明顯下降，且換擋手感較以前明顯變好，整車換擋性能大幅提升。

參考文獻(xiàn)

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