影响车辆换挡性能的主要因素

影响车辆换挡性能的主要因素
由于工程车辆的工况复杂，影响其变速箱换挡性能的因素也很多。

换挡平顺性是评价一台变速器换挡性能优劣的重要指标，但是如何评定换挡的平顺性目前还没有完善统一的评定指标和评定方法。

一般只能分为主观评定和客观评定两大类。

主观评定主要依据的是驾驶者的主观感受，但往往对同一台变速器，不同人有不同的感受，因此很难作为评判标准；客观方面采用冲击度作为评价指标，冲击度是纵向加速度的变化率。

影响换挡平顺性的因素主要有：换挡执行元件的结合和分离的控制时间、旋转零件释放的惯性能量和换挡过程中增长速度过快的摩擦力矩。

第一个因素主要原因是在换挡时如若出现档位重叠，将产生较大的负荷，随之产生较大的换挡冲击；反之则会出现动力的中断，使发动机趋于“飞车”，力矩急剧增大，产生更大的换挡冲击，严重影响装载机换挡的平顺性。

第三个因素中由于离合器的传递转矩要依赖于足够大的摩擦力矩，而由摩擦力矩的计算公式：
M r p s μ=⋅⋅⋅ (1)
其中μ ——摩擦元件的摩擦系数；
r ——摩擦片半径（m ）；
P ——离合器油缸内的油压（Pa ）；
S ——离合器油缸活塞的面积（m2）；
由式（1）可以看出，当机械结构确定后，摩擦力矩的增长速度主要与离合器油缸的油压和摩擦元件的摩擦系数有关，当离合器液压缸油压增长过快时，离合器摩擦力矩也相应的增长过快，这不利于换挡的平稳进行，易产生较大的换挡冲击。

因此，控制好离合器的油压变化对于提高变速箱换挡性能有重要意义。

常见的改善换挡性能的控制方法
前面分析了影响变速箱换挡性能的因素后，下面将简要介绍几种常见的改善变速箱换挡性能的控制方法。

常用的方法有：结合元件定时控制法、缓冲控制法、主油路油压法、发动机油门控制法等。

1结合元件定时控制法
对装载机变速箱换挡性能的要求有两点，一是合理的控制换挡时间，二是尽量使换挡平稳。

为了使换挡既平稳，响应又快，换挡时就要对结合元件的结合和分离时间进行合理的控制。

避免出现换挡执行元件结合重叠过多或不足的现象，进而避免由此带来的换挡冲击。

理想的换挡过程应该是同步换挡，但实际上往往很难实现。

为了尽可能的实现这种同步换挡，采用定时控制方法对两个液压换挡执行元件的充放油过程协调控制，达到档位交替最佳效果。

通常具体的操作方法是在控制系统中加入定时阀、缓冲定时阀或干预换挡定时阀等控制元件。

对于此种方法吉林大学的赵丁选老师进行了相应的实验测试，得出不同定时时间所产生的放油油压变化规律示意图如下。

图1 不同定时时间产生的放油油压变化规律示意图
2缓冲控制法
变速箱输出转矩的波动和摩擦元件结合过程有很大关系，在结合过程中，充油速度变化越快，充油压力变化越快，输出的转矩波动也就越剧烈。

因此，控制摩擦元件油压上升或下降的速度，使油压在一定时间内相对缓慢的变化，实现平稳结合，便能降低变速箱输出轴的转矩波动，提高换挡的平顺性，进而提高装载机换挡的性能。

目前市场上的装载机普遍采用缓冲控制方法来降低换挡冲击，具体方法是在换挡阀和换挡执行元件的控制油路中安装蓄能器、缓冲阀（缓冲阀有液压缓冲阀、电液比例调压阀、高速开关阀等）、限流阀和节流孔等装置。

比如，在换挡阀和离合器之间的控制油路中加入节流阀，便会对流入离合器的液压油起
到节流的作用，使离合器摩擦片在结合时延缓油压的变化速度，以减少换挡冲击。

在离合器摩擦片分离时，油液同样需要经过节流孔才能与油箱连通，节流孔的缓冲作用同样延缓了油压的下降速度，从而延长了离心倒空阀的打开时间，不同形式和不同尺寸的节流孔对时间延缓长短不同。

下图所示为采用不同节流孔的缓冲控制方法时放油油压的变化规律。

图2 不同节流孔对放油油
3发动机油门控制
由于装载机的冲击度和发动机输出转矩对时间的一阶导数存在正比关系，因此在换挡过程中调节对发动机的供油规律对于提高装载机换挡性能，增强驾驶平稳性，降低冲击度也有很大帮助。

在换挡过程中发动机油门主要控制其输出转速和转矩，使离合器在接合时能够适应新的输入轴转速，进而减少换挡后离合器结合的冲击。

在换挡过程中，由于车速基本保持不变，而速比的变化使得发动机的转速急速变化，此时处于发动机和变速器之间的旋转零件都将释放出很大的惯性能量，进而引起巨大的换挡冲击。

因此，应该在换挡期间有效的控制发动机油门，调节发动机转速，尽量在离合器接合前释放出发动机的惯性能量。

此外改善变速箱换挡性能的方法还有许多，比如通过改变离合器结构，如增加摩擦片的个数，进而增大摩擦面积，在相同的油压下，便能增大换挡时传递的扭矩，从结构上消除了换挡迟缓或等档的现象，使得变速箱工作更加可靠。

目前国内外主要采用的控制方法为第二种——缓冲控制阀。