变速器加油量对二次冲击的影响

马骁，吴小海

（陕西法士特齿轮有限责任公司实验中心，陕西 西安 710119）

引言

二次冲击现象是手动变速器在换挡过程中产生的一种恶劣的换挡感受，二次冲击的大小以及发生频率的高低对于汽车换挡舒适性有极大的影响。汽车行业标准中 QC/T 568.1_2010明确规定变速器换挡过程中二次冲击力峰值不能高于同步力的70%，否则视为换挡性能不合格，良好的变速器操纵性能应包括较小的二次冲击力以及较低的二次冲击发生频率，因此通过台架试验对二次冲击的大小以及发生频率的高低进行研究分析对于变速器换挡舒适性有重要意义。影响二次冲击的因素有很多，如同步器齿套与接合齿圈锁止角的配合、换挡力以及换挡速度等，本文以变速器加油量为研究方向，通过同步器试验台架对某6挡手动变速器2→1挡进行动态换挡性能测试，统计了不同加油量工况下2→1挡过程中的二次冲击频率，为合理设计变速器加油量从而改善二次冲击现象提供了实验依据。

1 同步器的二次冲击

汽车同步器是保证驾驶人在换挡时能够平顺换挡的重要部件，现阶段已经广泛应用于各类机械式变速器产品中。近年来由于用户对变速器性能要求的不断提升，换挡舒适性也已成为其中一个重要的性能指标，换挡过程中的二次冲击是影响换挡舒适性的一项重要因素，对于用户的主观换挡手感评价有很大影响，因此减小二次冲击现象对于改善换挡手感有很大作用。

对于手动变速器而言，在换挡过程中，同步器通常会经过以下六个工作阶段：

（1）预同步阶段：在换挡力的作用下，换挡拨叉拨动接合套，接合套滑动。此阶段接合套所受阻力小且位移变化快。

（2）锁止过程：轴向力使滑套压下柱销，滑套锁止面迅速与锁环锁止面接触，同步器进入锁止过程。

（3）解锁过程：在锁止过程中，摩擦力矩大于作用在锁止面上的拨环力矩，滑套锁止面受到锁环锁止面阻挡，不能继续轴向移动；随着齿圈与锁环的角速度差逐渐减小，当摩擦力矩小于拨环力矩时，（由于轴向力的作用，两个摩擦锥面还是紧密的接合着，因而此时切向力形成的拨环力矩便使锁环连同接合齿圈及与其相连的所有零件一起相对滑套向后退转一个角度），此时滑套压下柱销继续移动，与锁环的花键齿开始进入接合。

（4）自由滑行：解锁完成后，滑套不再受锁环的阻碍而快速滑行直到与接合齿圈的锁止面相接触，此过程为自由滑行过程。

（5）二次冲击阶段：接合套越过同步环继续滑动后与接合齿圈接触，产生二次冲击。

（6）接合套与接合齿圈拨环阶段：接合齿圈所受拨环力矩促使其转动一个角度后继续移动，接合套与接合齿圈啮合，换挡完成。

在二次冲击阶段，如图(f)所示，接合套锁止齿与接合齿圈接触时，由于每次接触面面积大小不同，产生的二次冲击力大小也就不同。当接合套锁止齿齿端正好与接合齿圈齿端相触时，产生的冲击最大；当接合套锁止齿齿端正好啮人接合齿圈两齿间间隙时，产生的冲击为零。因此，二次冲击力的大小在两者之间。

图1

2 试验方案设计

2.1 台架试验原理

二次冲击的测试通过同步器换挡试验台实现，试验台原理如下：变速器输出轴(二轴)采用电机驱动模拟实际汽车行驶速度，二轴上安装惯性飞轮模拟汽车的行驶惯量；变速器输入轴(一轴)安装所匹配的离合器从动盘总成作为同步部分惯量；自动换挡机构实现驾驶员换挡动作，换挡速度和换挡力量要求精确可调。在换挡过程中实时采集换挡力、同步扭矩、一轴转速、二轴转速、换挡位移、同步时间，根据这些特征参数对同步器性能进行评价。

2.2 试验工况

试验所选取的某6挡手动变速器使用（GL-4） 85W/90变速器齿轮油作为测试润滑油，试验温度为60摄氏度，试验挡位为2降1挡，试验转速取发动机输出轴端2100pm。现选取以下 4种工况对同步器换挡所产生的二次冲击进行统计，每种工况进行50次换挡测试，采用相同的换挡条件进行换挡测试。

表1

3 试验结果分析

在对二次冲击统计时，由于持续时间较长的二次冲击发生时会对驾驶员的换挡舒适性产生较大影响，因此本文仅对持续时间大于0.2s的二次冲击进行次数统计。

表2

图2 二次冲击发生频率对比

图3 二次冲击平均持续时间对比

结论 1：随着加油量的增加，二次冲击发生频率呈现增加趋势；

结论 2：随着加油量的增加，二次冲击的平均持续时间不断增加，当加油量加至 7L以上时，平均持续时间增加趋势放缓。

图4 二次冲击力产生的冲量对比

结论 3：随着加油量的增加，二次冲击力产生的冲量不断增加，当加油量加至7L以上时，二次冲击力产生的冲量增加趋势放缓。

4 总结

本文以变速器加油量为研究方向，通过同步器试验台架对某6挡变速器进行动态换挡性能测试，通过换挡过程中采集的的换挡力、扭矩、位移以及转速，得到了2→1挡过程中的换挡性能曲线，并对不同加油量工况下的二次冲击进行了频次分析，为合理设计变速器加油量从而改善二次冲击现象提供了实验依据。