商用车变速器的斜向换挡性能研究

文/刘 记 董德敏 葛 佳（安徽星瑞齿轮传动有限公司）

变速器换挡性能评价分为客观评价和主观评价两方面[1]。客观评价项目主要有换挡力、换挡冲量、换挡吸入感、挡位间隙与二次冲击等。主观评价项目主要有挡位清晰度和换挡平顺性。我国目前使用的商用车大多为手动变速器，由于驾驶时换挡频繁，该性能的好坏影响驾驶员对整车的评价[2]。随着汽车的日益普及，驾驶员对换挡性能的要求不再局限于客观评价，开始越来越注重主观驾驶感受。变速器的斜向换挡性能主要由互锁机构决定，本文将对商用车变速器互锁机构的斜向换挡性能进行研究，以提高换挡平顺性，改善驾驶员的主观驾驶感受。

一、互锁机构的类型及原理

互锁机构是防止同时挂入两个挡位的一种装置。商用车变速器的互锁机构类型主要为锁球式和互锁板式。

1.锁球式互锁机构

锁球式互锁机构如图1所示，其互锁原理为：空挡状态时，所有拨叉轴的侧面凹槽与钢球、互锁销都在同一直线上。在移动其中一根拨叉轴时，该轴两侧的钢球从其侧面凹槽中被挤出，两侧面外钢球分别嵌入其余两根拨叉轴侧面凹槽中，将这两根轴锁止在空挡位置，从而实现互锁。

图1 锁球式互锁机构示意图

锁球式互锁机构受结构限制，当挂上某一挡后，该拨叉轴必须先回到空挡位置，才能移动另外的拨叉轴，实现换挡。因此2-3挡或4-5挡换挡过程中没有一个平顺的对角线路径，即该互锁机构无法实现斜向换挡，导致驾驶员在2-3挡或4-5挡换挡过程不顺畅。另外，该互锁机构还存在一些潜在的问题：当拨叉轴与钢球之间的间隙过小时，换挡过程中可能会产生卡滞，导致换挡力较大；当间隙较大时，可能会使两根拨叉轴同时移动，导致互锁功能失效，影响换挡性能。因此，目前该互锁机构逐渐被互锁板式机构取代。

2.互锁板式互锁机构

互锁板式机构如图2所示，其互锁原理为：换挡头置于互锁板叉口中，换挡时，选挡臂先拨动换挡头，使其处于某一换挡拨叉叉口中，然后拨动该拨叉挂入某一挡位，此时其余两个拨叉叉口被互锁板卡爪挡住，从而实现互锁功能。

与锁球式互锁机构相比，同样挡位数互锁板机构所用的拨叉轴数量较少，结构较简单，还可以实现斜向换挡，有利于提高换挡平顺性。

图2 互锁板式机构示意图

二、改进的互锁板机构斜向换挡分析

本文对一款五挡商用车变速器的互锁板机构的斜向换挡性能进行了研究。通过研究，最终形成如图3所示的互锁机构。斜向换挡路径主要由换挡拨叉叉口形状、换挡头形状及互锁板叉口形状决定，该路径与挡位布置有关。为实现2-3挡与4-5挡的斜向换挡路径，相关的换挡拨叉、换挡头及互锁板的倒角较大，具体见图3。

该变速器的斜向换挡路径如图4所示。红色虚线区域由换挡头和拨叉叉口形状决定，黑色实线区域由互锁板叉口形状和拨叉叉口形状决定。换挡头的运动路径由换挡头和拨叉叉口形状决定，如果红色虚线区域与黑色实线区域有交叉，说明交叉区域是由互锁板叉口形状决定，则该换挡机构的换挡质量较差。因此，当红色虚线区域与黑色实线区域无交叉，且斜向换挡间隙a与b均大于零时，才能实现斜向换挡。另外，各挡换挡起始点位置相同，且斜向换挡间隙a等于b时，换挡手感较好。

图3 改进的互锁板式机构截面图

图4 改进的互锁板机构的斜向换挡路径

由图4可以看出，该变速器互锁机构的斜向换挡间隙a与b均大于零，且二者相同。经过整车主观换挡性能评价，该变速器在2-3挡与4-5挡换挡过程中，可实现斜向换挡，换挡平顺性较好。

三、整车主观换挡性能评价

经整车搭载验证及驾驶员主观换挡性能评价，采用改进后互锁板机构的五挡变速器可实现2-3挡与4-5挡斜向换挡，换挡过程平顺，换挡手感较好。

四、结论

通过对变速器锁球式互锁机构与互锁板式互锁机构的对比分析可以看出，互锁板机构较简单，互锁性能较可靠；且经过理论分析及整车主观换挡性能评价，带互锁板机构的变速器可实现斜向换挡，换挡平顺性较好，可获得良好的主观驾驶感受。