汽车换挡机构设计指南

底盘系统设计指南

2 设计构想

2.1 设计原则

1.该零件的功能要求 1) 能够可靠地实现换档;

2) 保证操纵机构总成可靠的操纵力及操纵行程输出;

3) 涉及到电子通讯部分，须保证对输入信号的准确识别、可靠处理及精确输出，并具备相应的抗干扰能力； 4) 寿命要求； 2.该零件的顾客要求

1) 操纵须轻便、准确、换档平顺；

2) 外观应与内饰搭配协调，做工较精细，手感应较好； 3.该零件的性能要求

1) 通过性能试验及整车可靠性试验要求； 2) 工作性能应稳定、可靠，使用寿命长；

3) 应保证在－40°C至90°C温度区间内，可靠的实现功能；

4) 力求做到结构简单、紧凑、重量轻、制造工艺性好及拆装维修调整方便等。 2.2 设计参数

1. 决定尺寸的因素

1) 布置因素：总成周边的边界空间是决定总成外廓尺寸和软轴走向的直接因素； 2) 变速箱对输入的要求：主要涉及换档行程和换档力的输入要求； 3) 结合人机工程的布置及总体杠杆比调校，即可确定总成的运动尺寸； 2. 决定重量的因素 1) 零部件外廓尺寸；

2) 加工工艺及材质：目前广泛采用的是整体注塑成型工艺，一般为工业塑料；部分高档产品也采用铸铝件；

★ 机密文件 严禁外传 ★

6

底盘系统设计指南

3) 冲压焊接件因其重量大，工艺复杂，质量过程控制困难等因素，已渐有减少的趋势。

3.手动换档操纵装置的行程及杠杆比的设计 1) 换档操纵手柄的行程Lc

换档操纵装置手柄的行程Lc是影响换档操纵手感的主要技术性能指标之一，在选取换档操纵装置手柄的行程时要符合以下原则：

a. 轿车手动变速器操纵装置手柄的换档行程Lc，一般为100～150（mm）； b. 选档行程（多数用换档操纵杆的摆角控制）要小于换档行程； c. 倒档换档行程要等于或大于前进档的换档行程。

d.选取操纵装置手柄行程时要注意以下两点：第一，手柄位置应适应整车布置的要求，接近性好，便于操纵；第二，手柄向前换档时不能碰到仪表板，选档和向后换档时不能碰到座椅垫和手制动手柄等。 2) 换档操纵装置的杠杆比 ic

首先根据同步器换档（或移动齿轮换档）所需的行程，设计换档拨叉轴上的档位锁止槽的距离Ls，然后用下式计算出操纵装置所需的杠杆比ic:

ic?LcLs?is??D

式中：is ——变速器换档机构的杠杆比。

因此在计算时要考虑软换?D——FF变速器换档操纵装置多采用软操纵装置，

档操纵装置的位移效率。

4.换档操纵手柄的作用力Fc和杠杆比ic的校核

换档操纵装置杠杆比ic的另一个约束条件是作用在手柄上的换档力，推荐轿车操纵

～40?N?[7]。 手柄的换档力Fc?20在“摘档→同步效应→挂档”的全过程中，同步效应时的作用力Fs最大，因此用Fs校核换档操纵装置杠杆比ic。校核表达式如下：

★ 机密文件 严禁外传 ★

7

底盘系统设计指南

Fc?Fs/?ic?is???F?20～　40?N? 式中：Fs—— 同步效应时作用力；

?F—— 现代变速器换档操纵装置多采用软操纵装置，因此在计算时要考虑软换档

操纵装置的传动效率。

当操纵手柄的换档力Fc不在推荐范围内时，可适当的调整换档操纵装置的杠杆比

ic，同时也应兼顾换档操纵手柄的行程Lc是否理想。

换档操纵装置的杠杆比ic最终确定以后，还要根据换档操纵装置的结构特点，把计算的总杠杆比ic合理的分解到各个杆件，并确定各个杆件的最终设计长度。 5.换档操纵装置的杆系运动学分析

换档操纵装置是三维空间运动杆系。当换档操纵手柄的运动轨迹确定以后，需要对换档操纵装置的各个杆件和铰接点的自由度、约束、运动干涉等作机构运动学分析。

通常情况下，可用简便可靠的“作图法”进行定性的分析；当需要作定量的分析时，则可用比较麻烦的“解析法”求解。不过，现在一般的三维软件都有机构运动学分析的功能，这为换档操纵装置的设计和分析提供了极大的方便。 6.拉线式变速操纵机构的校核计算

FxhFhax换档杆选档臂cbed拉线Fh1hFx1x

★ 机密文件 严禁外传 ★

8

底盘系统设计指南

图4 拉线式换档机构的简化模型

Fh =

b11××× Fh1 (N) a?f ?H =

a1×× h1 (mm) b?x ce11× × × ×Fx1 (N) ad??f Fx =

X =

ad1××× X1 (mm) ce?x Fh1-换档力,变速箱换档所需力 (N); Fx1-选档力,变速箱选档所需力(N); h1-换档位移量,变速箱换档所需行程 (mm); ηx — 拉线位移效率 X1-选档位移量,变速箱选档所需行程 (mm); η

f

— 拉线载荷效率

Fh-驾驶员操纵换档机构所需换档力(N); ? — 换档机构传动效率 Fx-驾驶员操纵换档机构所需选档力(N); h－ 驾驶员操纵换档机构所需换档行程(mm); X－驾驶员操纵换档机构所需选档行程(mm);

7.自动换档操纵机构的参数设计 1) 自动变速箱的类型及特点

汽车自动变速箱常见的有三种型式，分别是液力自动变速箱（简称AT）、机械无级自动变速箱（简称CVT）、电控机械自动变速箱（简称AMT）。目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速箱的代名词。

与手动变速箱相比，液力自动变速箱（AT）在结构和使用上有很大的不同。手动变速箱主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。其中液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，直接输入发动机动力传递扭矩和离合作用。

CVT采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相

★ 机密文件 严禁外传 ★

9

底盘系统设计指南

应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等。CVT是真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与AT比较具有较高的运行效率，油耗较低。但CVT的缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，因此在自动变速器占有率约4%以下。 AMT在机械变速器（手动变速箱）原有基础上进行改造，主要改变手动换档操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化。因此AMT实际上是由一个 机器人系统来完成操作离合器和选档 的两个动作。其优点是效率高，成本低，由于AMT能在现生产的手动变速箱基础上进行改造，生产继承性好，投入的责用也较低，容易被生产厂接受。其缺陷是换档过程中动力中断，有负加速。AMT的核心技术是微机控制，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。据悉我国今后的汽车自动变速箱国产化将重点发展AMT。

近年来在欧洲流行一种双离合器自动变速器，简称DCT。DCT将单数档和双数档的齿轮分给两组离合器控制，变速箱由双中间轴。其优点是换档时间缩短，动力不中断。双离合器自动变速器将是未来变速箱的一种趋势。 2) 自动换档操纵机构的参数设计

对于AT和CVT的变速箱,换档机构的形式和控制策略是差不多的,而AMT的换档操纵机构则完全由电讯号驱动.自动换档操纵机构装置行程及换档力的设定方法可以参照手动换档机构;但由于自动换档操纵机构装置涉及到电讯号,因此首先要有功能定义,是否需要P档锁止机构、手动解锁机构、档位显示等功能,根据变速箱TCU以及整电器提供的输入来设计开发自动换档操纵机构的电讯号驱动装置. 3 )自动换档机构的设计标准

★ 机密文件 严禁外传 ★ 10