汽车手动挡变速器换挡性能评价方法初探

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇汽车手动挡变速器换挡性能评价方法初探范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文详细介绍了手动挡变速器换挡性能的客观测试与主观评价方法。对国内外成熟车型和本公司自主开发车型的客观数据研究分析与对比，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，提供数据支持。

关键词：手动挡变速器 换挡性能 客观测试 主观评价

1 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。而目前国内机械式手动变速器的换挡困难等问题严重影响了该类车辆在消费者心中的形象。为了提高车辆品质，增强公司品牌在市场中的形象与地位，本公司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GIF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。

2 客观测试与分析

2.1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。整个试验过程都由驾驶经验丰富、操作熟练的驾驶员完成。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。

2.1.1 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机构对选换挡性能的影响，以及其吸入感和敏感区域提醒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机构的特性做出评价。如图1所示，该车选挡机构为斜面与锁销配合机构，选挡过程顺畅、清晰，在克服锁止销力时，阻力平缓，且左右对称性较好。但进挡阻滞感较大，进挡不顺畅，吸入感较差，同时可以反映出换挡系统不佳及锁止机构作用面工艺粗糙。

2.1.2 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。换挡刚度测量三挡与四挡的换挡刚度即可，首先将换挡杆推入三挡，用大于100N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。最后采用40N～60N之间的曲线斜率作为系统刚度值。结果如图2所示，较为理想的换挡刚度值一般在（5～10）N/mm，该车选换挡刚度大小适中。

2.1.3 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，可得出换挡杆斜向通过的范围以及角度，从而判断换挡指斜角、拨叉换挡块斜角以及互锁板斜角的设计及工艺水平是否符合要求。理想的斜向换挡主要特点是换挡路线清晰、顺畅、无阻滞，能够快速准确的换入目标挡位。试验时驾驶员将换挡杆从斜对的二挡三挡、四挡五挡相互切换，重复多次。

2.1.4 自由间隙

车辆挡位的自由间隙的大小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，将力逐渐增加到15N以上。在进行数据处理时，仅选择5N及5N以下的力所产生的区域面积为自由间隙，一般认为自由间隙反映在换挡杆上的轨迹区域面积应不大于10mm×10mm。

2.2 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。其中参杂着换挡机构的影响因素和变速器同步性能等的换挡信息。通过对不同换挡阶段的划分、换挡力、同步冲量、二次冲击等方面的分析，来评价换挡性能的优劣。

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，完全进挡之前的一个轴向力，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由于各自的惯性不同，在结合前存在转速差，所以当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出一个能被感知的力，这个力就叫做二次冲击力。通常用力比来定义二次冲击的水平，即二次冲击力值Fdouble占最大同步力Fmax的百分比，如下式所示：

当二次冲击力小于换挡力的50%时，驾驶员一般察觉不到该力的存在，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。该部分试验需要驾驶员严格控制车速与发动机转速。

2.2.1 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。因为在换挡过程中，由于驾驶员的驾驶习惯等因素的不同，换挡速度就不同，作用在结合套上的同步力也就不同，单独用换挡力或者换挡时间则无法评价换挡性能的优劣，因为驾驶员可以用很大的力和很短的换挡时间达到同步，也可以用很小的力和很长的换挡时间达到同步。因此就需要研究与驾驶员操做无关的同步冲量，该值是换挡系统固有的，不是随着驾驶员特性变化而变化的。

换挡冲量即为换挡过程中换挡力与换挡时间的积分。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。根据同步器的工作过程，可知其具有三方面的功能。首先在空挡位置实现定位功能。这主要是借助于定位销及定位销弹簧和结合套内表面的凹槽形状实现的。其次在换挡过程中，实现所选挡位的两个齿轮的转速趋于一致，避免由于两齿轮转速不一致而提前啮合。最后，在同步器同步时，待啮合齿轮能够迅速结合，实现同步后，必须保证同步器处于锁止状态，以避免产生冲击、噪音等现象。在正常行驶过程中，驾驶员每一次换挡操作，都会感受到一个最大的换挡力值，一般情况下，该峰值力就是换挡同步力值。

试验前将发动机与变速器预热。试验时进行发动机转速为2000r/min、2500r/min、3000r/min三个工况下各相邻挡位之间的快速切换，换挡时间小于0.5秒，重复换挡操作30次以上。

2.2.2 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。通过描述换挡力与换挡位移之间的关系，并找出至新挡位后的换挡力数值，该力值应在一定的范围之内，过大或者过小，驾驶员都会感觉不适。因此，定义在换挡过程中的平均换挡力作为评价该过程是否舒适的一个方面，其主要目的是评估驾驶员实现换挡过程的最小换挡力。试验前将发动机与变速器预热，用最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2000r/min时升挡。从五挡降到一挡的过程中，发动机转速为1500r/min时降挡。重复换挡操作10次以上。

3 主观评价

机械式变速器换挡性能的优劣，对于驾驶的影响是非常巨大的，特别是对于经常开车的驾驶者来说，优秀的变速器性能可以减少驾驶过程中产生的焦躁情绪，能够缓解驾驶者的精神压力。而对于喜欢开车，尤其是对于那些热衷于驾驶操纵杆强劲的汽车爱好者而言，一个好的机械式变速器所带来的乐趣，并不亚于一台好发动机带来的驾驶。对于换挡舒适性，消费者要求改善其现状的期望值越来越高。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。因为车辆的驾乘者毕竟是人，有很多感知因素是无法通过客观数据直接反馈的，例如换挡杆球头的触感、外观等。

与驾驶员主观感受密切相关的人机工程学的设计方面，通常包括驾驶员能否在正常驾驶状态下舒适、方便地操作换挡手柄；换挡杆在换入指定挡位时是否与驾驶室仪表板或驻车制动器手柄发生干涉；换挡杆的空间运行轨迹，即换挡行程与选挡行程的长度是否能被大多数驾驶者所接受；驾驶员对换挡行程的方向设计是否满意等。

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。在静态条件下，对产品的外形设计、颜色及制造工艺等进行评价；在动态条件下，对操纵性、舒适性等进行评价。驾驶员在评价时，选挡力与换挡力之间的关系是换挡感觉不容忽视的一个部分，然而目前尚不能用明确的数值指标进行定义，主要还是采用主观评价的方法，一般根据经验，在选挡操作终了时刻的力值，应明显大于换挡操作时的同步力值，这样驾驶员会有很好的选换挡力感觉。

结论

本文详细描述了手动挡变速器换挡性能的客观测试与主观评价的具体方法。试验数据通过对合资品牌成熟车型和本公司自主开发车型的测试得来。客观测试分为动态测试与静态测试两个方面，通过客观测试可以开展对选换挡力、选换挡行程、斜向换挡特性、自由间隙、系统刚度、换挡冲量、二次冲击、最小换挡力等参数的分析、对比与研究，由于试验数据较多，本文仅列出了部分试验数据以供分析。通过主观评价，可以更好的从人性的角度出发，弥补了通过试验设备无法采集到的感官因素，如触感、外观等方面的评价，使评价者对车辆变速操纵系统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》 -2版.-北京：北京理工大学出版社，2007.

[2]王望予.《汽车设计》 -4版.-北京：机械工业出版社，2004.

[3]向立明.《汽车变速器的发展历史及未来趋势》 公路与汽运，2007.