论文部分内容阅读
摘 要：根据乘用车手动变速箱的研究，提出了静态挡位品质的概念。依据该概念的研究，提出多项静态挡位品质性能参数，并结合试验数据制定出各性能参数的性能指标。
关键词：手动变速箱；静态挡位品质；换挡；选挡；力；行程；刚度
中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）01-0063-08
用车在市场上的不断普及，以及消费者对车辆认知的不断加深，人们也越来越重视车辆各个方面的质量品质，相应的针对车辆各零部件的研发和评估也越加细致和深入。目前各大汽车针对变速箱的研发有两个明显的趋势，一个就是倾向于增加自动变速箱的挡位数以及提高其各方面性能的开发，另一个则是倾向于如何提高手动变速箱的挡位品质。
手动变速箱的挡位品质是由静态挡位品质和动态挡位品质两部分组成。当分析手动变速箱的静态挡位品质时，如何选取性能评估参数以及怎样评判各项性能参数的优劣都是手动变速箱开发中的难点。本文针对手动变速箱静态挡位品质分析的难点，提出了一套具有可操作性的分析方法。
1 静态挡位品质介绍
所谓静态挡位品质，就是指车辆在静止状态下进行换挡操作的舒适性及便利性。对变速箱静态挡位品质的数据采集及分析处理统称为静态挡位品质分析。变速箱静态挡位品质的好坏直接影响到驾驶员的实际操作感受。
在对一台手动变速箱进行静态挡位品质分析时，我们通常希望这台变速箱能够具有以下几个特点：
1）清晰的挡位吸入感；
2）长短适中的挡位行程；
3）大小适中的换挡力和选挡力；
4）各个挡位内较小的自由间隙；
5）换挡过程中无异常阻力（摩擦力、卡滞等）。
这些特点清楚的显示出我们需要对变速箱的哪些性能参数进行分析研究，针对这些性能参数进行全面系统的分析评价，从而正确评估一台变速箱的挡位品质的优劣。
2 静态挡位品质分析
静态挡位品质分析是由挡位布置图分析、静态换挡特性分析、静态选挡特性分析、换挡球头自由间隙分析、斜向换挡性能分析和换挡系统刚度分析这六部分组成的。
通常对事物的分析都是由主观评价和客观测量这两方面构成的，静态挡位品质分析也不例外。由十名驾驶经验丰富的试验员组成评价组，其中包括三名女性试验员，按照表1中的挡位品质主观评价计分标准对至少50辆以上的不同品牌、不同型号的车辆进行挡位品质主观评价，再由两名可熟练操作测试仪器的试验员分别对上述车辆进行挡位品质客观测量，将主观评价和客观测量所得到的试验数据进行统计分析得到乘用车静态挡位品质数据库，以便于静态挡位品质分析。
2.1 挡位布置图的分析
挡位布置图是对于各个挡位布置的一种最直观的展示，在挡位布置图中可以看到换挡球头在各挡位的自由位置（图1中圆点位置）以及实际换挡轨迹（图1中的彩色线条）。
在理想状态下，换挡球头的自由位置应与实际换挡轨迹重合，但是，由于整个换挡系统中必然存在的间隙以及各零部件在制造和装配过程中产生的误差，实际换挡轨迹与自由位置之间必然会存在差距。
选挡及换挡行程的长短直接影响到驾驶员的主观操作感受。如果挡位行程太小则会使得挡位不清晰，而如果挡位行程过大则会容易造成换挡操作不便或者换挡杆与车内其他部件干涉。
选取乘用车静态挡位品质数据库中挡位布置主观评价得分超过7分的车辆，对这些车辆的挡位布置客观测量数据进行分析，得出以下结论：
1）实际换挡轨迹与自由位置之间的差距值均15mm以下（图2所示）；
2）自由位置的单边换挡行程值分布在50-70mm之间（图2所示）；
3）自由位置的单边选挡行程值分布在20-30mm之间（图2所示）。
因此，实际换挡轨迹与自由位置之间的差距值推荐最大不超过15mm；自由位置的单边换挡行程推荐在50-70mm之间、单边选挡行程推荐在20-30mm之间。
变速箱挡位布置的整体对称性也是一项需要评估的重要特性。理论上来说，相对挡位的换挡行程及选挡行程的长短应当是一致的，例如三挡与四挡的换挡行程理论上应当长短一致，但是由于零部件的制造装配误差，两者的换挡行程也必然存在一定的误差，但这个误差不应大于5mm，否则会产生行程不一致的操作感受，该原则也同样适用于选挡行程。
2.2 静态换挡特性的分析
静态换挡特性是挡位品质的一个重要指标，静态换挡特性的优劣直接影响到消费者对于车辆挡位品质好坏的判断。静态换挡特性的分析主要从以下四个方面进行：
1）进挡力和脱挡力的大小；
2）进挡和脱挡时的吸入感；
3）换挡曲线的特性；
4）换挡力的整体一致性。
换挡力是由进挡力和脱挡力共同组成的。进挡力是指换挡杆在入挡过程中遇到的最大阻力，而脱挡力则是指换挡杆在脱挡过程中遇到的最大阻力（图3所示）。进挡力和脱挡力的大小直接影响到驾驶员的操作感受。
由于车辆用途的不同及驾驶员操作习惯的差异，对于进挡力和脱挡力大小的要求也不尽相同。经济型轿车希望能有较小的换挡操作力来使得换挡更为轻便，而运动型轿车则希望较大的换挡操作力以获得强烈的换挡手感；女性驾驶员相较于男性驾驶员则更倾向于较小的换挡操作力。因此，进挡力和脱挡力的大小需要综合考虑多方面的因素来进行设计。
在乘用车静态挡位品质数据库中选取换挡力主观评价得分超过7分的车辆，分析这些车辆的客观测量数据值，分别将各个挡位的换挡力最大值和最小值编入表2中，从表2中我们可以看出前进挡中换挡力数值分布在12.1-24.9 N之间，而倒挡由于其结构的不同以及倒挡开关的存在，所以其换挡力一般要比前进挡大，其数值集中在16.1-29.4 N之间。因此，前进挡的换挡力推荐在12-25 N间，倒挡的换挡力推荐在16-30 N间。
关键词：手动变速箱；静态挡位品质；换挡；选挡；力；行程；刚度
中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）01-0063-08
用车在市场上的不断普及，以及消费者对车辆认知的不断加深，人们也越来越重视车辆各个方面的质量品质，相应的针对车辆各零部件的研发和评估也越加细致和深入。目前各大汽车针对变速箱的研发有两个明显的趋势，一个就是倾向于增加自动变速箱的挡位数以及提高其各方面性能的开发，另一个则是倾向于如何提高手动变速箱的挡位品质。
手动变速箱的挡位品质是由静态挡位品质和动态挡位品质两部分组成。当分析手动变速箱的静态挡位品质时，如何选取性能评估参数以及怎样评判各项性能参数的优劣都是手动变速箱开发中的难点。本文针对手动变速箱静态挡位品质分析的难点，提出了一套具有可操作性的分析方法。
1 静态挡位品质介绍
所谓静态挡位品质，就是指车辆在静止状态下进行换挡操作的舒适性及便利性。对变速箱静态挡位品质的数据采集及分析处理统称为静态挡位品质分析。变速箱静态挡位品质的好坏直接影响到驾驶员的实际操作感受。
在对一台手动变速箱进行静态挡位品质分析时，我们通常希望这台变速箱能够具有以下几个特点：
1）清晰的挡位吸入感；
2）长短适中的挡位行程；
3）大小适中的换挡力和选挡力；
4）各个挡位内较小的自由间隙；
5）换挡过程中无异常阻力（摩擦力、卡滞等）。
这些特点清楚的显示出我们需要对变速箱的哪些性能参数进行分析研究，针对这些性能参数进行全面系统的分析评价，从而正确评估一台变速箱的挡位品质的优劣。
2 静态挡位品质分析
静态挡位品质分析是由挡位布置图分析、静态换挡特性分析、静态选挡特性分析、换挡球头自由间隙分析、斜向换挡性能分析和换挡系统刚度分析这六部分组成的。
通常对事物的分析都是由主观评价和客观测量这两方面构成的，静态挡位品质分析也不例外。由十名驾驶经验丰富的试验员组成评价组，其中包括三名女性试验员，按照表1中的挡位品质主观评价计分标准对至少50辆以上的不同品牌、不同型号的车辆进行挡位品质主观评价，再由两名可熟练操作测试仪器的试验员分别对上述车辆进行挡位品质客观测量，将主观评价和客观测量所得到的试验数据进行统计分析得到乘用车静态挡位品质数据库，以便于静态挡位品质分析。
2.1 挡位布置图的分析
挡位布置图是对于各个挡位布置的一种最直观的展示，在挡位布置图中可以看到换挡球头在各挡位的自由位置（图1中圆点位置）以及实际换挡轨迹（图1中的彩色线条）。
在理想状态下，换挡球头的自由位置应与实际换挡轨迹重合，但是，由于整个换挡系统中必然存在的间隙以及各零部件在制造和装配过程中产生的误差，实际换挡轨迹与自由位置之间必然会存在差距。
选挡及换挡行程的长短直接影响到驾驶员的主观操作感受。如果挡位行程太小则会使得挡位不清晰，而如果挡位行程过大则会容易造成换挡操作不便或者换挡杆与车内其他部件干涉。
选取乘用车静态挡位品质数据库中挡位布置主观评价得分超过7分的车辆，对这些车辆的挡位布置客观测量数据进行分析，得出以下结论：
1）实际换挡轨迹与自由位置之间的差距值均15mm以下（图2所示）；
2）自由位置的单边换挡行程值分布在50-70mm之间（图2所示）；
3）自由位置的单边选挡行程值分布在20-30mm之间（图2所示）。
因此，实际换挡轨迹与自由位置之间的差距值推荐最大不超过15mm；自由位置的单边换挡行程推荐在50-70mm之间、单边选挡行程推荐在20-30mm之间。
变速箱挡位布置的整体对称性也是一项需要评估的重要特性。理论上来说，相对挡位的换挡行程及选挡行程的长短应当是一致的，例如三挡与四挡的换挡行程理论上应当长短一致，但是由于零部件的制造装配误差，两者的换挡行程也必然存在一定的误差，但这个误差不应大于5mm，否则会产生行程不一致的操作感受，该原则也同样适用于选挡行程。
2.2 静态换挡特性的分析
静态换挡特性是挡位品质的一个重要指标，静态换挡特性的优劣直接影响到消费者对于车辆挡位品质好坏的判断。静态换挡特性的分析主要从以下四个方面进行：
1）进挡力和脱挡力的大小；
2）进挡和脱挡时的吸入感；
3）换挡曲线的特性；
4）换挡力的整体一致性。
换挡力是由进挡力和脱挡力共同组成的。进挡力是指换挡杆在入挡过程中遇到的最大阻力，而脱挡力则是指换挡杆在脱挡过程中遇到的最大阻力（图3所示）。进挡力和脱挡力的大小直接影响到驾驶员的操作感受。
由于车辆用途的不同及驾驶员操作习惯的差异，对于进挡力和脱挡力大小的要求也不尽相同。经济型轿车希望能有较小的换挡操作力来使得换挡更为轻便，而运动型轿车则希望较大的换挡操作力以获得强烈的换挡手感；女性驾驶员相较于男性驾驶员则更倾向于较小的换挡操作力。因此，进挡力和脱挡力的大小需要综合考虑多方面的因素来进行设计。
在乘用车静态挡位品质数据库中选取换挡力主观评价得分超过7分的车辆，分析这些车辆的客观测量数据值，分别将各个挡位的换挡力最大值和最小值编入表2中，从表2中我们可以看出前进挡中换挡力数值分布在12.1-24.9 N之间，而倒挡由于其结构的不同以及倒挡开关的存在，所以其换挡力一般要比前进挡大，其数值集中在16.1-29.4 N之间。因此，前进挡的换挡力推荐在12-25 N间，倒挡的换挡力推荐在16-30 N间。