手动变速器换挡性能评价方法浅析

李兴宇

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)

手动变速器换挡性能评价方法浅析

李兴宇

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)

摘要：详细介绍了手动挡变速器选换挡性能的客观测试方法，对国内外成熟车型和自主开发车型的客观数据进行对比与分析，并总结出主观评价表及评分机制，为提升自主研发车型的换挡品质提供数据依据。

关键词：手动挡变速器；选换挡性能；客观测试

0　引言

随着人机工程学在车辆上应用的深入，人们对车辆变速操纵系统的操控舒适性也提出了更高的要求。为了提高车辆品质，增强车型在市场中的形象与地位，作者开始着手对手动挡车辆换挡性能的研究，并建立评价体系。试验采用GSA换挡分析系统，对车辆在静止与运动换挡过程中不同的换挡阶段(预同步、同步、自由滑移、二次冲击)锁止销特性、换挡杆行程、选换挡力、系统刚度、各挡位自由间隙、换挡冲量等参数进行数据采集，结合标杆、竞品车辆的数据分析对比与主观评价，发现车辆的换挡质量问题，为提升手动挡变速器的换挡性能提供指导依据。

文中仅以A、B两款车的试验数据举例，A车为合资公司成熟品牌车辆，B车为某本地品牌自主开发车辆。限于篇幅，文中仅选取了部分具有代表性的典型图形。

1　客观测试与分析

1.1静态测试

静态测试主要的试验内容有选换挡力及行程、选换挡刚度、斜向换挡特性、各挡位自由间隙的测量。试验时车辆静止，发动机熄火，离合器处于分离状态。在试验之前，驾驶员需要熟悉试验车辆的换挡方式，并进行多次演练，掌握试验要领。

1.1.1选换挡力及行程

通过对静止状态下换挡杆选换挡力和行程的测量，能够反映出锁止销和选挡复位簧对选换挡性能的影响，以及其敏感区域提醒和吸入感等特性是否得到了充分的体现，最终对变速器的锁止销和选挡复位簧的特性做出评价。换挡行程曲线见图1，各挡位行程见表1。

从图1及表1可以看出：A车各挡位换挡行程较均匀、平整，对称性较好，而B车的各挡换挡行程参差不齐，对称性极差，非常容易使驾驶员挂错挡。

1.1.2选换挡刚度

对变速操纵系统进行选挡与换挡方向刚度的测量，目的主要是评价其选换挡功能的可靠性。换挡刚度选取三挡与四挡测量即可，首先将换挡杆推入三挡，用大于100 N的力向前推，然后松开换挡杆，让其自动回到自由位置，重复操作10次以上，正向换挡刚度测试完成。负向换挡刚度与左右选挡刚度测试方法同上。

由表2可知：A车换挡刚度大于B车，而较为理想的换挡刚度值一般为5～10 N/mm。选换挡刚度如果过小，给驾驶者的安全感就较差。

1.1.3斜向换挡

斜向换挡试验主要目的是评价斜向换挡的准确性、导向性以及平顺性。通过对数据的分析，得出换挡杆斜向通过的范围以及角度。理想的斜向换挡主要特点是换挡路线清晰、顺畅、

无阻滞，能够快速准确地换入目标挡位。试验时将换挡杆从斜对的二挡三挡、四挡五挡相互切换，重复多次。

1.1.4自由间隙

车辆挡位的自由间隙会直接影响到驾驶员的换挡感觉。挡位间隙过大，会造成各挡位间的不对称，影响驾驶员的挡位感，容易使驾驶员误挂或者挂错挡位。间隙过小又会造成换挡生硬、无柔性，使驾驶人员感觉不适。

数据采集时，用最小的力在各挡位间搅动，在搅动的过程中，将力逐渐增加15 N以上。在进行数据处理时，仅选择5 N以下的力所产生的区域面积，一般认为10 mm×10 mm的自由间隙为优秀的换挡杆自由间隙。

由表3可以看出：A车的挡位对称性很好，且各挡位间隙较均匀；而B车的挡位对称性极差，各挡位间隙大小不均，这样的挡位布置非常容易使驾驶人员误判挡位而挂错挡。

1.2动态测试

动态换挡测试是对车辆换挡系统的主体评价，是换挡性能的综合体现。通过对换挡过程不同阶段的划分以及对换挡力、同步冲量、二次冲击等方面的分析，来评价换挡性能的好坏。换挡过程至少可以划分为图2所示的几个阶段。

需要指出的是：二次冲击是随机且难以被预先检测到的，它是一个突然出现在同步之后、完全进挡之前的轴向力，这个力的产生是由于同步滑套花键齿是整数分布的，但是结合齿的位置又不能在同步过程中进行定义，再加之结合套和结合齿各自的惯性不同，在结合前存在转速差，所以在结合套与结合齿结合的过程中，就有可能产生齿与齿之间的碰撞，从而在换挡杆上产生一个能被感知的力，当这个力小于换挡力的50%时，驾驶员一般察觉不到该力的纯在，此时可以忽略二次冲击对驾驶舒适性的影响。动态换挡试验分运动模式与舒适模式两种换挡方式进行测试。

1.2.1运动模式换挡测试

运动模式换挡主要体现换挡的顺畅性以及换挡冲量。换挡冲量即为换挡过程中换挡力与时间的积分。而在换挡的各阶段中，同步阶段产生的同步冲量对动态换挡的评估最为重要。

试验前将发动机与变速器预热，进行发动机转速为2 000、2 500、3 000 r/min工况下各相邻挡位之间的快速切换，换挡时间小于0.5 s，重复换挡操作30次以上。

由于数据较多，表4中只列出一挡、二挡在不同转速下的相互切换数据。从表4可以看出:A车的换挡同步冲量要明显小于B车，也就是说驾驶员对A车的换挡操作要相对B车容易些。

1.2.2舒适模式换挡测试

舒适模式换挡主要评价换挡所需要的最小力值及换挡的综合性能。试验前将发动机与变速器预热，用尽可能小的换挡力轻柔换挡，从一挡升到五挡过程中，发动机转速为2 000 r/min时升挡。从五挡降到一挡的过程中，发动机转速为1 500 r/min时降挡。重复上述过程10次以上。

由图3可见：B车的换挡力显然要大于A，且换挡过程中伴随较为明显的二次冲击。

2　主观评价

对于车辆的整体评价来讲，单单依靠客观数据所得出的结论是远远不够的。因为车辆的使用者毕竟是人，有很多感知因素是无法通过客观数据反馈的，例如换挡杆球头的触感、外观等。评价内容主要是根据市场的反馈、人机工程学及系统设计

理念所提出的。文中采用十分制的评价机制进行评分，同时对评价人员的要求也相对高一些，不仅要求评价人员有较好的驾驶技能和丰富的经验，还要求其对人机工程学有充分的认识，并掌握一定的设计理念。主观评价内容见表5。

3　结束语

详细阐述了客观测试与主观评价的具体方法。通过客观测试，可以开展对选换挡力与行程、斜向换挡特性、自由间隙、系统刚度、换挡冲量、二次冲击、最小换挡力等的研究，由于试验数据较多，文中仅列出了部分试验数据以供分析。通过主观评价，可以更好地从人性的角度出发，弥补通过试验设备无法采集到的感官因素，使对车辆的整体评价更加全面。

参考文献:

【1】毛恩荣，张红，宋正河．车辆人机工程学[M]．2版．北京：北京理工大学出版社，2007．

【2】王望予．汽车设计[M]．4版．北京：机械工业出版社，2004．

【3】葛安林，沈波．AMT换挡品质的研究[J]．汽车技术，2003(2):43-45．

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

作者简介：李兴宇(1982—)，男，学士，主要从事整车操纵稳定性能、制动性能、变速操纵性能及电磁兼容性能等领域试验技术研究。E-mail:pestlxy@163.com。