某手动变速器动态二次冲击的分析及优化
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摘 要：对某乘用车手动变速器动态换挡性能进行了主观评估及客观GSA测试可知，此手动变速器动态换挡性能2升3存在 “二次冲击”等问题，结合某对标变速器主客观评价指标，理论分析了二次冲击产生的原因，在保证倒锥接触长度不减小的基础上，通过减小同步器齿厚和模数可减小变速器的二次冲击，并再次通过主客观测试评估，验证了改进方案的合理性及有效性。
关键词：手动变速器；二次冲击；小模数；小齿厚
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2019）06-108-03
Analysis and Optimization to Minimize Double Bump for Manual Transmission
Wang Wei
（Shanghai Automobile Gear works， Shanghai 201807）
Abstract： It shows that the manual transmission has 'double bump' shifting 2→3 through the objective test--GSA，The paper theoretically analyzes the cause of the 'double bump'， and the 'double bump' of the transmission can be reduced by reducing the tooth thickness and modulus of the synchronizer. Through the subjective and objective test evaluation， the rationality and effectiveness of the improvement scheme are verified.
Keywords： Manual transmission； double bump； Small modulus； Small tooth thickness
CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2019）06-108-03
引言
隨着国内乘用车的普及，用户对车辆操纵性能的感知质量要求不断提升。手动变速器换挡性能作为驾驶员最直接的感知质量，在国内变速器开发过程中，越来越受到关注。优秀的换挡性能不仅是变速器厂商开发变速器能力的一个重要指标，也是主机厂评估变速器的优秀与否重要参数。许多跨国整车企业及变速器厂经历了长期的经验及积累，已具备完整的换挡性能开发和评价能力，而对于中国自主开发的变速器，如何提升换挡性能具有重要的现实意义[1，2]，文献[1]列出了采用GSA测试手动变速器换挡性能主观和客观评价指标，为提升换挡性能提供数据支持，但文献并没有提出改善换挡性能方法，文献[2]列出了改善手动变速器静态换挡性能方法，但未提出改善二次冲击的方案。文献[3，4]分析了换挡冲量的理论计算，但未对二次冲击原因进行探讨，文献[5]采用偏梅角的方案改善了手动变速器二次冲击，虽然偏梅角方案对减小二次冲击具有较大的改善，但偏梅角会减小同步器倒锥接触长度，在轴向空间紧凑的同步器系统中不易实现。本文在保证倒锥接触长度不减小的基础上，通过减小同步器齿厚和模数可减小变速器的二次冲击，并再次通过主客观测试评估，验证了改进方案的合理性及有效性。
1 变速器二次冲击问题解析
某手动变速器是我司开发的一款扭矩横置6速手动变速器，但在设计开发阶段，客户抱怨变速器动态换挡性能方面存在2升3存在 “二次冲击”等问题，而静态换挡手感和动态换挡冲量良好。同时，我司针对客户提出的问题进行了客观GSA测试，并结合某对标变速器GSA测试报告，客观复现了客户抱怨的换挡性能问题。
2 减小二次冲击的理论分析
二次冲击产生的原因：当同步器系统同步结束后，由于拖曳力矩Mv作用，齿套与结合齿产生一新角速度差Δw，造成齿套与结合齿啮合过程中锁止面之间发生碰撞，产生二次冲击现象。同时，在齿套与结合齿锁止面碰撞时，作用在齿套二次冲击力f会产生一拨环力F1来为实现齿套、结合齿角速度一致，进而实现啮合。
图3为此变速器动态2升3档同步器系统啮合过程示意图，从图4可知，当同步器系统位于同步阶段时，齿套角速度w1、同步环角速度w2、结合齿角速度w3一致。在拨环阶段时，齿套需行进一段拨环行程s1，由于拖曳力矩Mv和拨环力矩Mb作用，导致齿套角速度w1减小，并小于结合齿角速度w3，即产生一角速度差Δw1。在自由滑行阶段（齿套、结合齿梅角鼻梁径轴向距离为零时为自由滑行结束位置），齿套需行进一段自由滑行行程s2，此时由于拖曳力矩Mv作用，导致齿套角速度w1再次减小，即再次产生一角速度差Δw2。在二次冲击前阶段，由于拖曳力矩Mv作用，齿套仍可能行进一段行程S3（S3min=0，S3max=齿套梅角深度L1+结合齿梅角深度L2），导致齿套角速度w1进一步减小，即再次产生角速度差Δw3。公式1、2、3分别是拨环、自由滑行、二次冲击前阶段齿套减小的角速度计算公式。
4 结论
1）通过GSA测试客观复现了客户抱怨的动态换挡性能问题，为换挡性能优化提供分析基础。
2）在二次冲击理论分析，较全面地分析了二次冲击影响因子，并推导出二次冲击平均力计算公式。
3）列出了提升动态换挡性能优化方案--即同步器系统由大模数大齿厚改为小模数小齿厚，通过GSA测试对优化前后换挡性能指标进行对比分析，试验表明，优化方案对换挡性能改善取得显著效果，解决了客户抱怨，满足了设计要求。
参考文献
[1] 杨士钦，王应，卢剑伟.乘用车手动变速器动态换挡性能评价方法及改进策略.汽车工程学报，2014.
[2] 范文波，方伟荣.乘用车手动变速器换挡性能的开发和优化.第七届国际汽车变速及驱动技术研讨会，2015.
[3] 高维山.汽车设计丛书——变速箱.北京：人民交通出版社，1991.
[4] H rald Naunheimer 汽车变速器理论基础，选择，设计与应用.机械工业出版社，2014.
[5] 刘荔斌，张银超等.乘用车手动变速器换挡二次冲击改善策略.汽车工程学报，2018.
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