某乘用车电子换挡手感评价体系建立

梁建刚 凌新新 谭火南 李明 靖宁

摘要：某款杆式电子换挡器上市后，市场反馈换挡器手感不佳引起客户抱怨。因此需要对换挡手感进行优化提升。通过对手感分析，建立了换挡手感主、客观评价体系，对换挡手感各影响因素确定了优化目标。根据目标值对某款电子换挡器进行结构优化，优化后的换挡器样件装车后进行效果评价，得到评价团队及市场的一致认可，相关投诉明显减少。通过建立换挡手感体系，能够有效的评价出换挡手感的优劣，为电子换挡器手感优化奠定了坚实的基础。

关键词：电子换挡器;换挡手感;换挡力;间隙;吸入感

中图分类号：U461.91 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）04-0080-04

梁建刚

毕业于南京工程学院，学士学历，现任广汽研究院操纵主管工程师，主要研究方向：操纵系统零部件研发。

乘用车电子换挡器一般安裝在车辆中通道或者仪表台上，电子换挡器通过整车线束与变速箱上的执行器相连接。驾驶人通过手握换挡球头前后运动来推动换挡杆运动，电子换挡器控制器GSM识别到换挡请求后，将挡位信号通过整车线束传递给执行器，执行器推动变速箱摇臂进行挡位切换，从而实现变速箱换挡。由于电子换挡器通过电信号来进行换挡控制，摆脱了变速箱对传统换挡手感的束缚，使电子换挡器手感设计可以按照人体最舒适的手感进行设计。本文通过主观评价及客观数据相结合的方法，总结出影响换挡手感的因素，并对相关因素进行客观数据量化，总结出优良的换挡手感目标值，以此建立换挡手感的评价体系，达到提高换挡手感品质的目的。

1换挡手感原理分析

某车型电子换挡器的结构（单稳态5点式）简图如图1所示，驾驶员用手推动换挡球头，换挡杆会随着旋转中心转动，换挡杆底部安装一个弹簧和子弹头，子弹头顶部贴紧齿形槽的底部。驾驶员在球头上施加一个F力，使换挡杆上的子弹头沿着齿形槽的运动。换挡器只停留在初始点（O点）位置，向前或后方向推动，各有两个位置，在前后各两个位置处松手后，换挡杆均自动回到初始点（O点）位置。将向前两个位置命名为F1和F2，向后的两个位置定义为B1和B2。本文主要研究单稳态5点杆式电子换挡器的手感。

换挡手感即：在一定行程内，换挡力F的变化。可以通过相关试验设备测量出换挡力F的变化曲线。试验设备上有角度传感器，角度传感器与换挡器旋转中心同心，球头通过仿形工装夹紧，仿形工装与一段连杆连接，连杆后面通过气缸推动，在连杆上布置有力传感器。气缸推动连杆前后运动时，会带动换挡球头工装一起运动，球头工装会带动另外一个摆臂绕旋转中心转动，角度传感器会识别出摆臂的转动角度，力传感器会识别气缸施加的作用力，从而输出一组力与换挡角度的曲线图嗍。对某款电子换挡器进行测试，图2为测试设备及测量出的换挡曲线。其中F为向前方向，F1为第一位置，F2为第二位置;B为向后方向。B1为第一位置，B2为第二位置。F方向和B方向力值行程相同，方向相反。本文后续只讨论F方向。

2换挡手感影响因素

市场上客户反馈换挡器手感问题如：晃动大、力太重、换挡不顺畅、操作行程太短、容易推过头等，我们对市场问题进行分类总结，共总结出6项因素：换挡力、换挡行程、间隙、清晰度、吸人感和涩感。对理想的换挡手感曲线图3的解析，在曲线中可以反应出相关影响因素：

换挡力：即换挡过程中的每一段的最大换挡力;F方向手感有两段，第一段（从初始位置到f1行程）最大力为F1，第二段（从f1行程点到f2行程点）最大力为F3。

换挡行程：即换挡杆的转动角度;F方向手感有两段，第一段：换挡杆转动到f1行程点的角度，第二段换挡杆转动到f2行程点的角度。

间隙：换挡杆在初始状态下的晃动量;间隙过大容易引起松垮感，影响换挡品质。

清晰度：驾驶员可以感知到从F1段到F2段的力值变化，即F3-F2的差值;清晰度过大容易给人感觉坎太明显不舒服。清晰度过小又容易感知不到F2位置，因此合理的清晰度对换挡手感影响较大。

吸入感：通过最大换挡力到f1行程点的斜率变化趋势;评价吸入感主观性强，客观数据难体现，因此以主观评价为主。

涩感：换挡手感曲线的光滑度;涩感影响换挡过程中的顺滑度，越顺滑手感越好，评价涩感主观性强，客观数据难体现，因此以主观评价为主。

即换挡手感的主要影响因素由换挡力、换挡行程、间隙、清晰度、吸入感、涩感组成。其中前四项可以进行客观数据与主观评价相结合的评价方法，吸入感和涩感客观数据难量化，主要以主观评价为准。

3换挡手感影响因素的目标值

通过对现有市场上8款主流车型的电子换挡器进行对标，对其进行客观数据测量及主观评价，其客观测量结果如下表1所示：

再通过对8款电子换挡器进行主观评价，其中对换挡力、换挡行程、间隙及清晰度主观评价采用5分制，即：最高分5分，最差分为1分。对吸人感、涩感、整体表现的主观评价，由于其无法采用客观数据进行量化及其对手感的影响较大，因此采用10分制。即：最高10分，最低2分。评价团队由专业评价人员和普通消费者组成，人员>20人，其中女性>5名。换挡手感主观评价表如表2所示：

按照上表2的评价方法，对8款电子换挡器主观评价结果（去极值取平均）如下表3所示：

其中，换挡力、行程、间隙、清晰度、吸人感和涩感6项均是整体手感的影响因素。为探究这6项对整体手感的影响程度，以整体手感评分为因变量，该6项的评分为自变量，列出多元线性回归方程如下：

通过对以上的数据进行分析，可以得出每个影响因素对整体手感的影响程度，按照影响程度从高到低排序，即：涩感>吸入感>间隙>清晰度>换挡力>换挡行程。

即，涩感对整体的换挡手感影响最大，换挡行程对整体手感的影响最小。在设计过程中可以根据影响程度进行取舍，优先保障排名靠前的影响因素。

对表1和表3的分析，可以将每个单项最优的主、客观数据提取，组合成最优的换挡手感目标值，即表4所示：

4换挡手感评价体系验证

对某款电子换挡器进行结构优化，通过对子弹头与换挡杆的配合来优化间隙;对齿形槽形状优化来改善换挡力、行程、吸入感和清晰度;对零件材料及润滑脂的优化来改善涩感。其中齿形槽的形状、材料对换挡手感影响较大，因此齿形槽的设计是换挡器设计重点和难点。本文重点在于手感评价体系的建立，因此对结构优化不进行深入讨论。某款电子换挡器优化前后主、客观数据对比结果如表5所示：

通过表5可以发现改善后的样件在各项的主、客观评价上有明显改善，达到了设定目标。在组织的手感主观评审过程中，得到专业人员及普通消费者的一致认可。应用在上市车型上，换挡手感相关投诉明显减小，得到了市场的认可。

5总结

换挡手感的主、客观评价体系及评价目标的建立，能够有效的帮助我们找到换挡手感的优缺点，有针对性的进行换挡手感的优化，通过相关项目的验证，此评价体系得到一致认可。为换挡手感品质提升及品牌竞争力的提高，提供了坚实的技术保障。