重型商用车辆一种伸缩式换挡操纵系统性能探析

偶晨阳，高静，安俊龙，侯峨明

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

重型商用车辆一种伸缩式换挡操纵系统性能探析

偶晨阳，高静，安俊龙，侯峨明

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

文章对一种变速器换挡操纵系统模拟计算，完成数学模型的建立及分析，探究换挡性能和操纵系统参数之间的关系式。从定量和定性的角度对换挡性能进行试验评估，试验采用拉线位移传感器和主观评价的方法进行，以验证数学计算模型的有效性。开发建立换挡操纵系统的数字化模型和评价指标体系，为现产车型和新车型的开发提供数据和技术支持。

换挡操纵系统；换挡性能；试验；人机工程学

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-102-03

引言

换挡操纵系统是执行驾驶员意志，实现车辆操控的装置。其换挡性能的好坏对车辆的操控性，平顺性，舒适性，动力性，经济性都有很大的影响。换挡操纵系统的传统设计思路重点关注到了可靠性和功能的实现。随着人机工程学的发展，重型车辆作为一种载运工具，其整车的舒适性日益受到客户，特别是驾驶员的关注。变速器操纵系统作为一种最直接最明显的车辆操控装置，与驾驶室内饰中的方向盘，油门和制动踏板，仪表板，座椅等共同组成了整车操控性的关键因素。以上特点使得变速器换挡操纵系统的设计难度大大增加，换挡过程如何实现轻便，平顺，有吸入感，换挡行程如何设计才符合人机工程学的范围，手柄球在空挡位置是否符合最佳人机点，车辆在怠速下手柄球NVH是否最小，操纵系统杠杆比数值在选换挡力和行程中如何最佳分配等。这些具体因素都必须从整车角度做系统分析后考虑。以确保换挡操纵系统的满足性能和功能的双重提升。最后通过试验测试，从而得到一个基于理论建模和实车试验验证的、较为合理且适合企业设计开发应用的分析论证过程[1]。

1、模型建立

1.1 三维模型

某重型车辆变速器操纵系统三维模型如下

图1 变速器操纵三维模型示意图

说明：1—换挡手柄球；2—防尘罩总成；3—操纵器总成；4—伸缩拉杆总成；5—球铰接头；6—选挡支架；7—球铰接头；8—螺杆；9—球铰接头[2]。

1.2 数学模型

图2 变速器操纵数学模型示意图

当拉杆与操纵器成90°时，选挡时拉杆的旋转方向是X方向，此时换挡杠杆比i1公式如下[3]：

式中：i1—换挡杠杆比；L3—换挡时手柄球旋转半径；L7—换挡摇臂连接孔中心距；L2—操纵器下端安装长度；α—操纵器与拉杆的夹角；L8—换挡拨头中心距。

当拉杆与操纵器成90°时，选挡时拉杆的旋转方向是X方向，此时选挡杠杆比i2公式如下：

式中：i2—选挡杠杆比；L1—选挡时手柄球旋转半径；L5—拉杆拐点与连接板固定点高度；

L2—操纵器下端安装长度；L6—连接板固定点与摇臂高度差。

当拉杆变成直管段时，选挡时拉杆的旋转方向是沿拉杆的轴线方向，此时选挡杠杆比i3公式如下：

式中：i3—选挡杠杆比；L1—选挡时手柄球旋转半径；α—操纵器与拉杆的夹角；L4—连接板安装长度。

1.3 理论计算

某重型汽车变速器操纵系统设计的换挡杠杆比i1=5.6，选档杠杆比i2=4.0。匹配国内某重型左置12档铝壳超速挡变速器（单杆操作）。其变速器换挡摇臂端的性能和行程分别如表1和表2所示[4]：

表1 摇臂端换挡性能

表2 摇臂端换挡行程

按照上述数学模型计算，理论设计时，该操纵系统手柄球端的换挡性能和行程如下表3和表4所示：

表3 手柄球端理论换挡性能

表4 手柄球端理论换挡行程

2、试验验证

试验采用拉线与位移传感器测试装配该操纵系统的车辆手柄球端的换挡性能，加速度传感器测试手柄球端的NVH性能[5]。

2.1 性能测试结果

表5 换挡性能测试

表6 选档性能测试

表7 手柄球NVH性能测试[6]

表8 主观评价表

2.2 试验验证结论

重型车辆换挡性能评价指标如表所示，此表为某企业内部标准，仅供参考。

该变速器操纵系统杠杆比设计数值是正确而且合理的，理论换挡性能与实际样车测试数值能对应。而且符合企业标准中换挡性能的指标评价范围[7]。

表9

3、结论

本文通过对操纵系统数学模型的建立，将操纵系统杠杆比与零部件设计尺寸的函数关系式搭建出来，在换挡性能指标评价这个约束条件下，确定操纵系统的杠杆比设计范围，并通过试验测试得以验证，确立该操纵系统的研究方法，为为现产车型和新车型的开发提供数据和技术支持。

[1] 陈家瑞.汽车构造.北京:机械工业出版社,2002.

[2] 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学.北京.高等教育出版社,2009.

[3] 孙训方等.材料力学.北京.高等教育出版社,2009.

[4] 刘延柱等.多体系统动力学.北京.高等教育出版社,2014.

[5] 张立军等.车辆随机振动.辽宁.东北大学出版社,2007.

[6] 何耀华.汽车试验技术.北京.机械工业出版社,2010.

[7] 刘显臣.汽车NVH综合技术.北京.机械工业出版社,2014.

Heavy commercial vehicles a telescopic shift control system performance analysis

Ou Chenyang, Gao Jing, An Junlong, Hou Eming
( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd Institute of Automotive Engineering R&D, Shaanxi Xi'an 710200 )

In this paper, a kind of transmission shift control system simulation, the complete mathematical model establishment and analysis, to explore the relation between shift performance and parameters of control system. From the Angle of quantitative and qualitative shift performance test evaluation, test meter adopts pedal force and subjective evaluation method, in order to verify the validity of the mathematical calculation model. Development to establish shift control system of digital model and evaluation index system, to produce models and the development of new models to provide data and technical support.

Shift control system; Shift performance; test; ergonomics

U467.3

A

1671-7988(2016)07-102-03

偶晨阳，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，主要从事变速器系统设计开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.032