汽车换挡器与副仪表板之间的配合设计

王珂 傅杰 喻大伟

摘 要：随着汽车换挡器市场上对用户感知的极限追求而不断演变提升，汽车换挡器与副仪表板的配合形式也在不断提升，从最初常用的遮蔽式配合提升到间隙式配合，到目前市面上常用的球形配合，如何能更好地把握用户的使用心理和服务需求来提升用户感知已经成为在未来的市场竞争中占据先机的关键，而换挡器与副仪表板护罩的结构设计上为了不断满足提升的配合要求，需要对结构和定位设计不断优化，来实现相应的配合提升。

关键词：换挡器；副仪表板；换挡面罩；遮蔽式配合；间隙式配合；球形配合

中图分类号：U463.83+9 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2018）05-0014-06

Abstract： Along with the pursuit for the perfect customer feeling， the automobile gear shifting has passed through continuous evolution in the market.so the fitting form between the automobile gear shifting and console has improved a lot. From the initial masking fitting form to the advanced gap fitting form， then to the senior sphere fitting form， Grasping users 'mental and service demands to improve using perception has become the key of occupying the future market. Consequently the structure and position of automobile gear shifting and the gear shifting cover in the console should be optimized to guarantee the constantly improving fitting form.

Key Words： Automobile gear shifting； console； cover of gear shifting； masking fitting form； gap fitting form； sphere fitting form

1 引言

产品设计的演变与追求，都是为了不断迎合客户的需求，而设计的最高境界莫过于为客户发现他们潜在的需求，也就是说在客户还没意识到他的需求时，设计师已经创造出了这个功能，当客户使用新的产品时，可以由衷的赞叹这这个功能正是我的需求。

汽车换挡器作为底盘件的重要组成部分，近年来不断推陈出新，设计师们对换挡力减小的极致追求衍生出了电子换挡器，大大提升了客户的使用感知。而换挡器与副仪表板换挡面罩的配合设计也随着换挡器的不断升级而不断演变，最早车型上常用的是遮蔽式配合，就是业内常说的皮老虎式配合，这种配合的形式，客户常常不能直观看到档位的止位，不能确定档位是否到位，只能凭借手感和经验去感知。而后随着自动变速箱的普及配置，市面上越来越多的车型对换挡器与副仪表板的换挡护罩采用间隙式配合，这种配合形式，客户挂挡时，直接可以看到档位的止位，视觉感受更直观，客户出了手感和经验外，视觉还能直观确认档位是否到位。最后随着电子换挡器的大量应用，换挡器工作时的运动轨迹摒弃了过去的几个档位的传统路径，而定义为360度旋转，这样对档杆和换挡面罩之间的配合提出了更高的要求。需要重新去设计能满足换挡器运动路径的面罩定位形式。

2 汽车换挡器与副仪表板配合概述

2.1 汽车换挡器与副仪表板配合分類

汽车换挡器与副仪表板上的换挡护罩之间的配合目前主要分为三类，一类是遮蔽式的配合，也称皮老虎式配合，这类换挡机构多为手动变速箱（MT）的换挡机构，如图1所示，一类是档杆与护罩之间间隙配合，这类换挡机构多为自动变速箱（AT）的换挡机构，如图2所示，还有一类是球形配合，这类换挡机构多为近年来广泛应用的电子换挡器，如图3所示。

这三类换挡器与副仪表板的配合在不同时期，不同品牌上和同一品牌的不同配置车型上都有所应用，很多主机厂是三种配合形式都在使用。这三类换挡器与仪表板的配合形式成本变化也比较大，目前第一类和第二类是大部分品牌的低端车型的配置，大众、日产、本田、现代等主流品牌的MT和AT配置的变速箱都在使用。而第三类电子换挡器的球形配合形式就跟电子换挡器的选择有关了。选择不同结构的电子换挡器，这个配合形式也会变化，目前推荐的这种球形配合形式在标致雪铁龙的中高端车型上均有良好使用。

2.2 汽车换挡器与副仪表板之间的装配关系

所以换挡器一般都装配在车身地板的钣金支架上，钣金支架的强度可以满足换挡力的要求，而对于电子换挡器来说，定义的换挡力较小，副仪表板的塑料骨架可以为换挡器提供安装点。

而副仪表板的装配，一般前部定位安装在主仪表板上，后部均安装在地板的钣金支架上。所以对于第一类和第二类手动变速箱（MT）和自动变速箱（AT）的换挡机构与副仪表板配合的装配顺序是装配换挡支架在车身地板上装配换挡结构在换挡支架上，并紧固。将副仪表板穿过换挡支架，装配副仪表板到车身地板支架上。从第四步开始，第一类和第二类有区别，第一类的第四步是将换挡面罩穿在换挡档杆，卡接在副仪表板上，这个类型的换挡球头是和换挡面罩集成在一起供件的。而对于第二类的第四步是将换挡面罩穿在换挡档杆，卡接在副仪表板上。安装手球在换挡杆上。如图4所示。第二类的配合形式比第一类多一步装配操作。

而对于第三类电子换挡器与副仪表板的装配顺序是将换挡支架与副仪表板在副仪表板供应商处分装，将副仪表板装配在车身地板的钣金支架上，并紧固。将电子换挡器装配在副仪表板内部的换挡支架上。将仪表板面罩穿过换挡器，卡接在副仪表板上。将换挡面罩卡接在副仪表板面罩上。如图5所示。

坦白地说，这一类型的装配可以将电子换挡器与副仪表板在供应商处集成，送总成在主机厂线上装配，这样可以节约更多装配工时，匹配的效果也可以在供应商处检查确认，但是缺点是，电子换挡器的成本较高，一般情况下，副仪表板的供应商不愿意集成成本高的电器件，报废率和来件质量接收等都会是供应商首要考虑的。所以目前大部分的主机厂还是在厂内按照以下顺序在线上装配电子换挡器。

对于第一类遮蔽式配合，专业上叫做皮老虎式配合，由于档杆与副仪表板上护罩没有直接的间隙配合，而是用一块软皮子做了遮盖，基本没有美学要求，保证上最容易实现。只需要保证整个罩盖与副仪表板的配合，但是这种配合形式由于不能直接看到档杆的位置，所以给用户的感知不是很好，而且软皮子由于起到遮盖和吸收公差的作用，所以褶皱较多，精致度不好。这个配合只有换挡面罩与副仪表板有周圈的间隙配合，如图6所示，由于换挡面罩的X、Y、Z均定位在副仪表板上，所以这个间隙可以定义0.5mm，公差是正负0.5，如图7所示：

对于第二类档杆与护罩间隙配合形式，因为档杆是运动件，所以要求档杆在各个换挡止位与换

挡面罩要留有间隙，保证不干涉，同时还要保证在P档位时，档杆与换挡面罩的左右间隙要居中并间隙对称，如图8所示，所以一般设计上，档杆的各个止位与换挡面罩边缘之间留有5mm的设计间隙。如图9所示：

而第三类电子换挡器，由于档杆的运动是绕汽车坐标系的Y轴前后旋转，所以档杆与护罩之间的间隙要求更小，配合界面主要是電子换挡器与罩盖一圈的X向和Y向间隙，需要保证间隙均匀，且档杆在副仪表面罩的对中性要求更高。如图10所示，而换挡器档杆与面罩之间由于X向的间隙是法向间隙，为了保证档杆旋转时，不发生干涉，所以一般X向设计理论间隙3mm，如图11断面所示，而Y向配合，由于是纯Y向间隙配合，所以一般设计理论间隙Y向为2mm，如图12断面所示：

3 汽车换挡器与副仪表板的定位设计

3.1 第一类档杆与换挡面罩遮蔽式配合的定位设计

这类配合美学要求不高，所以在设计时只要保证换挡器与的塑料底座与副仪表板内部结构有足够大的防干涉的间隙就够了。换挡器与副仪表的装配与定位设计与第二类相似，不同的是，这一类配合对车身地板上钣金支架的安装孔的相对位置要求不高，对于焊接的白车身地板，这个相对精度保证在通用要求的正负2就可以了。

3.2 第二类档杆与换挡面罩间隙配合的定位设计

这类配合最易出现质量问题，如果配合不良，会在商品车下线的检查中发现，换挡不能到位的功能缺陷，换挡护罩会挡住档杆，使得档杆不能达到相应的止位，对定位设计和零件尺寸保证都有很严格的要求，最好能将换挡器在车身地板上的装配支架与副仪表板在车身地板上的装配支架能产生关联可以减少尺寸链环。但是一般无法做成一个钣金支架，主要原因是换挡器在车身地板上的装配位置一般在副仪表板的中部区域，而副仪表板在车身地板上的安装支架一般需要设计在副仪表板的尾部区域，这样可以最大化保证防转和后部手套箱的稳固。如果做成一个钣金支架，支架会比较大，贯穿

大半个副仪表板，同时增加车身重量，对燃油经济性和成本都有影响。

对于换挡器与副仪表板的配合界面，定位设计会考虑以下几个方面，首先换挡支架自定位并紧固在车身地板上，副仪表板装配支架自定位并紧固在车身地板上，接着换挡器自定位在换挡支架上，副仪表板前部定位在主仪表板上，后部定位在副仪表板装配支架上。最后换挡面罩定位并卡接在副仪表板上。如下图13所示：

对于第二类配合，因为换挡面罩的定位在副仪表板上，而换挡器和副仪表板分别定位在不同的地板支架上，所以尺寸链比较长，见下图14的计算结果，这个定位方案对车身地板上换挡支架和副仪表板装配支架的安装孔的相对位置有精确的要求，对于焊接的白车身地板，这个相对精度可以保证在正负1，需要作为车身的关键尺寸来监控。对于第二类的配合，各零件和车身地板都在严格公差控制下，档杆和换挡面罩的间隙可以达到正负2的散差。对于理论间隙5mm来说，基本可以实现换挡不干涉及档杆在换挡面罩的间隙对中的要求。

3.3 第三类档杆与换挡面罩球形配合的定位设计

这类配合的美学要求最高，由于散差要求较小，档杆与换挡面罩的X向和Y向间隙配合散差需要达到正负1.5，所以我们需要将换挡器尽量定位在副仪表板的塑料骨架上，还有一个原因是电子换挡器的换挡力降低了50%，它对安装点的强度要求也随之降低，所以我们可以把电子换挡器定位在塑料支架上。这样才能实现与车身地板的钣金支架脱离装配。如图15所示：

这样换挡器和副仪表板护罩的配合就完全脱离了车身地板，尺寸链环最短，可以进行直接的匹配，所有的链环均来自于零件自身尺寸的配合，对白车身地板上的支架安装点没有了尺寸要求，配合主要由副仪表板的供应商负责集成，具体的尺寸链见如16所示。对于这种定位及结构设计，电子换挡器和换挡面罩间隙可以保证正负1.5的散差。

因为副仪表板上换挡护罩与换挡杆之间有直接的间隙配合，为了进一步缩短尺寸链，标致系的

车型均将换挡面罩的X和Y向定位在换挡器上，而Z向卡接在副仪表板骨架上，这样可以直接保证换挡器与换挡面罩的X和Y向间隙，而换挡面罩由于是直接卡接在副仪表板骨架上，所以换挡面罩与副仪表板的Z向间隙也可以得到保证。

4 汽车换挡器与副仪表板配合设计展

在最近几年里车展及4S店展厅中，车主可能会惊讶地发现，本该是自动挡变速箱换挡器的地方却看到了一个旋钮或者干脆就是一排按钮。还有一些第一眼看起来像是熟悉的换挡器，但被放置在中控上或是在方向盘转向柱上，这类新式换挡器完全脱离了与副仪表板的配合，但是这些换挡器使用起来往往是复杂和不直观的。

这样的结果是换挡器作为汽车中最基础的部件之一反而会让驾驶者感到困惑，并且在使用不当的情况下会导致危险事故的发生。因为这些不熟悉的换挡器没办法直观明显的显示出当前档位状态是在 N 档还是 P 档，当司机离开汽车的时候有可能会发成溜车事故。

宝马最先是在 2000 年后的车型上采用这种新式设计的换挡器，从那时开始，很多其他主机厂在更主流的汽车上引入新设计替代传统的换挡器。

目前国际上很多主管感知评价体系及消费者售后调研中认为这种类型的换挡器设计有潜在的安全风险，所以在其车辆评分报告中会对采用这种难以操控或让人困惑的换挡器的车型予以扣分。另外如果接受评测的车辆在熄火或是启动状态同时驾驶室门打开的时候没有自动将档位挂到 P 档或进行停车制动，也会被额外扣分。

国家鼓励汽车厂商在设计和工程上的创新，但同时安全必须是放在首位的，所以还是有很多自主品牌在目前最主流的电子换挡设计上还是选择了传统的布置位置和球形配合形式，让用户还是能够体验到档杆的运动，利用手感经验和电子屏幕显示相结合的形式来确认档位的止位。

我相信未来很长一段时间，低端车型还是会优选遮盖式配合和间隙式配合这两种传统形式，而配置电子换挡的车型还是会优选球形配合形式，来保留客户心中对换挡的最初记忆。

参考文献：

[1]高吕和.自动变速器换档规律的研究[J].北京工业职业技术学院学报，2008年01期.

[2]邹林峰，王光良.N200车型换挡操纵系统设计[J].企业科技与发展，2009年24期.

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[5]逯子荣，田青龙，张国萍.汽车换挡机构噪声的研究[J].北京汽车，2017年01期.