配重块在换档品质提升中的应用

刘宏 孙海鹏 王清海 张未

摘  要：本文提出了一种针对某款手动变速箱进行换档品质优化的方法研究。该方法旨在解决该款变速箱比较突出的换档卡顿问题。通过分析，增大换档操纵系统的运动惯量，可以改善变速箱内部操纵系统在换档过程中反馈到驾驶员手柄上的换档阻力的特性，通过此方法可以达到优化换档操纵力变化趋势的效果，经实车验证此方法效果显著。

关键词：变速箱;外部操纵系统;换档品质;配重块;转动惯量

中图分类号：U463.212+.34   文献标识码：    文章编号：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

随着汽车行业的不断发展以及人们生活水平的不断提高，消费者对汽车各方面的品质质量要求也越来越高。近年，虽然国内自动档车型已逐渐占据了主导地位，但手动档车型以其相对较低的价格和良好的驾驶乐趣深深吸引着部分消费者。而换档操纵是手动档车型驾驶乐趣的主要体现环节之一，因而换档性能的优劣也逐渐成为人们选购车辆时重点关注的项目之一。这就势必对手动档车型的换档品质提出了更高要求。

换档品质主要分为静态换档品质和动态换档品质，其中静态换档品质评价指标又细分为静态选换档力和行程，换档刚度、噪声、平顺性，斜向换档，档位间隙等等，动态换档评价指标又细分为1、R档怠速换档特性，动态选换档力以及换档振动和噪音等。

搭载某款变速箱的车型普遍存在换档卡顿的现象，市场上对该问题的抱怨也较多。本文针对此问题介绍了一种简便、易实施的方法，即在外部操纵系統软轴支架的摆臂上增加质量块，以实现改善换档卡顿的目的。除此之外，该方法还具有改善换档噪音、改善换档吸入感的作用，本文重点介绍对换档卡顿现象的优化。

2    变速箱换档原理概况

如下图所示为某手动变速箱操纵系统的部分机构示意图，摆臂两端分别铆接了两个球头，一端与换档软轴相连，另一端通过连杆与换档摇臂相连。工作时操作换档手柄，通过换档器（图中未示意）的杠杆效应传递到软轴芯线，带动软轴芯线运动，运动的软轴芯线通过球头带动摆臂使其绕转轴转动，再通过连杆带动变速箱换档摇臂，最终由换档摇臂带动拨叉拨动同步器实现换档操作。

3    换档卡顿的现象和产生机理

换档卡顿现象也称为换档卡滞现象，换档卡顿与换档二次冲击均表现为换档过程的不平顺现象。换档卡顿现象具体表现为，在换档操作过程中操纵杆运动到某些特定的位置或区域时，驾驶者会感受到突发的一个较为明显的换档阻力，而当过了该位置后换档力又恢复到正常的换档力水平，这种突然增大的换档阻力即为换档卡顿现象。当这种突变的阻力越大或突变的阻力次数越多时卡顿现象越明显，而驾驶者的操纵感也越差。分析具有换档卡滞现象车辆的静态换档力特性图会发现，其换档力曲线上存在着较为明显的突兀的波峰，当波峰的波动量达到一定程度时，驾驶者在手柄上便会感受到卡顿现象。换档二次冲击主要表现为在换档过程的后期，手柄处感受到的一次较为明显的冲击阻力，该阻力值通常较大。换档卡顿与换档冲击产生的原理和阶段也不相同，换档卡顿现象主要出现在换档过程的预同步和同步阶段，在静态换档和动态换档均存在;而换档二次冲击则主要出现在同步过程结束后，只存在于动态换档过程的同步结束阶段。

产生换档卡顿现象的原因通常也较多，结合变速箱内部操纵系统的结构和原理分析，产生卡顿阻力的部位主要在于“鸡冠齿”即“M槽”、拨叉

定位槽以及同步器（锁销式惯性同步器）等部位。产生换档卡顿的原因有“M槽”、拨叉定位槽以及同步器锁销档位槽三个部位最大作用力发生的时机不同步以及同步器滑动齿套与锁销锥面撞击所产生的撞击力。

该变速箱内部操纵系统含有三个空档定位的结构，即“M槽”中间波谷的空档定位，拨叉与拨叉轴配合处的档位定位，以及同步器上锁销的空档定位。在换档过程中，“M槽”处的选换档定位销沿着“M槽”的齿面爬行;拨叉上的拨叉定位销在拨叉带动下沿着拨叉轴上的空档定位槽斜面爬行;同步器滑动齿套在拨叉拨动下沿着锁销的轴向运动，弹簧沿着锁销空档定位槽的斜面爬行。理论上此三个部位同时运动到波峰时，换档力达到最大值，然而实际中，该传动链上零件在加工制造以及装配时都存在着一定的误差，并且此传动链上各个环节又为串联关系，误差经过累积后势必会导致此三个部位的达到波峰的时机不同步，即各部位产生的最大作用力不同步，当系统误差达到一定程度时便会在手柄上产生可感知的较为明显的波动现象，即为换档卡顿现象。

另一种情况为同步器在同步过程中滑动齿套在拨叉拨动下沿锁销的轴向运动，当与锁销的锥面产生撞击时便会产生一个瞬时突增的阻力，再通过操纵系统反馈到换档手柄处，当撞击力达到一定程度时便会产生一个可察觉到的突变阻力，该现象也即为换档卡顿现象。由于此撞击是在滑动齿套和锁销间产生，故静动态均存在。

4    换档卡顿现象的解析

从上述分析的卡滞产生的机理可知，解决卡滞现象的根本措施是通过优化变速箱内部操纵系统各配合环节零件的加工精度和装配精度，但由于加工精度和装配精度的提高势必会带来较高的成本增量，此方法性价比不高。通过对上述换档卡顿现象的表现形式的分析，可以发现只要通过一定的方法将变速箱内部操纵系统所反馈的突变的阻力降低到一定值或过滤掉，便同样可达到改善换档卡顿现象的目的。

由生活中的常识可知，具有较大惯性的传动系统，在其运动过程中遇到特定阻力时，当系统的惯性越大，阻力所起到的阻碍效果就越不明显。结合此原理可以设想通过增大换档操纵系统的惯性来减小突变换档阻力的表现效果，以达到改善换档卡滞现象的目的。

变速箱内部操纵系统由于受变速箱结构的限制难以在其中某一环节增加质量块，而在外部操纵系统最合适增加质量块的部位为换档手柄和软轴支架上的摆臂，而换档手柄又受功能体积限制增加量有限，因而本文主要研究单独在摆臂上增加质量块的方案。

目前，关于换档卡顿现象中换档阻力波动量与惯性之间的关系并无相关理论，因而开发阶段无法直接通过理论计算来确定最合适的配重块质量。并且换档品质的人为主观意愿较强，因而目前主要的确定方式为在整车上对不同质量块方案进行主观评价来确定该车最合適的质量块增加量。

在解析本体所提到的该变速箱的换档卡顿现象过程中，通过在摆臂末端分别增加184g、246g、369g以及492g的质量块，再对整车进行换档平顺性评价，由评价的结果可知增加的质量块越大，换档平顺性的改善效果越明显，但过大的质量增加量如492g方案，却会产生换档感偏重、退档时易带入其他档位得问题，因而最终综合评价确定的配重质量为369g。下图为改善前后换档力的客观测量数据对比，从图中可明显看出增加质量块后换档力曲线相对增加前表现的更为平顺。

5    总结

换档品质主要来源于变速箱内部，其常规的改善方法也是对变速箱内部进行改善，本文重点解析的换档卡顿现象同样产生于变速箱内部。而本文通过对换档卡顿的现象以及产生机理的分析，并结合惯性质量块的缓冲和减震作用，提出了一种仅通过在外部操纵系统增加质量块便达到改善变速箱换档卡顿目的的方法。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]哈尔滨工业大学理论力学教研室[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]刘杰，李超.乘用车手动变速箱动态换档性能测试与分析[J].汽车科技，2014，第6期：47-50.

[5]李超，刘杰.乘用车手动变速箱静态换档品质分析研究[J].汽车科技，2015，第1期：63-70.