重型商用车变速换挡性能提升

重型商用车变速换挡性能提升

摘要：自动变速控制是机械节省能源的必要措施。不过，以现代应用经验来看，如果自动控制无法达成良好的准确性和稳定性，将可能造成意外的事故。所以，

在软件的研发和使用上，必须经过科学的设计，以及反复试验直至无误后，才能

够投入到使用之中。手动机械变速器重卡在使用时换挡频繁，变速换挡性能的好

坏直接影响驾驶员对车辆的评价。针对某款搭载6挡手动机械变速器载货车换挡

性能差的问题，结合变速操纵系统结构，利用故障树分析法对发生故障的原因进

行多层次分析，对故障原因制定控制方案及整改提升，通过试验验证对系统的性

能进行评价，以提高整车的操控方便性和操纵轻便性。

关键词：重型商用车；变速换挡；性能提升

前言

随着基础设施建设和物流运输业的迅速发展，新生代用户对重型商用车的产

品舒适性、性能可靠性、人性化设计、产品结构精细化、节能减排等方面提出了

更高要求。变速换挡频繁会造成驾驶员的疲劳，直接影响到行车安全，因而变速

操纵系统的换挡性能已成为重型商用车的一个重要评价指标，其中换挡的舒适性、平顺性和可靠性以及挡位的清晰灵活是衡量变速换挡性能优劣的主要评价指标。

某款搭载6挡手动机械变速器的载货车，在实际使用过程中存在选换挡性能

差的问题，主要表现为进挡卡滞、脱挡等故障，同时1、2挡选挡不清晰，行驶

过程中常存在挂错挡的现象，存在一定的安全隐患。本文从变速系统角度分析换

挡困难的原因，并提出改进变速系统结构的相关措施，以改善整车换挡操纵性能。

1、故障原因分析

结合该款重型商用车变速系统的结构，利用质量管理工具中的故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA），对可能导致变速系统换挡困难原因进行多层次的详

细分析。

对变速系统的主要零部件进行分析，并对可能存在的原因进行一一排查，最

终得出变速系统故障发生的原因有以下几点：变速器挡位设计不清晰，同步器容

量小及磨损，上盖磨损，操纵器球头座磨损、松旷和自由间隙大，选换挡软轴效

率低。

2、整改提升

针对变速系统挂挡困难的问题，结合市场车型及变速器进行对比分析，针对

以上发生故障的原因，制定控制方案，防止发生此类故障。

2.1变速器整改优化

2.1.1调整挡位指示

针对变速器挡位不清晰的问题，在变速器顶盖1挡与3挡之间加限位弹簧，

固定变速器挡位，将变速箱空挡位置调整至3/4挡位置。

2.1.2同步器整改

针对同步器容量小与故障的问题，将同步器材料由单锥铜环改为碳纤维钢环，增加了同步器的同步容量，在开始同步时将传动轴扭转，也增加了同步器寿命，

同时减少了同步器的故障。

2.1.3上盖整改

针对上盖磨损的问题，减小导块之间的间隙0.5mm，增加拨头厚度0.5mm，

将三四速拨叉、五六速导块拨头槽的深度尺寸提高3mm，防止换挡拨头滑出。

2.2变速操纵座整改优化

2.2.1更改球头座材料

球头座材料由POM（聚甲醛）改为PA1010（尼龙1010），增加耐磨性能，

防止卡滞。

2.2.2提高球头表面粗糙度

将球头的表面粗糙度由Ra3.2改为Ra1.6，防止表面粗糙加速球头座的磨损。 2.2.3优化选挡摇臂支承结构

优化选挡摇臂的支承结构，以保证选挡摇臂的阻力小、寿命长。

2.3选换挡软轴整改优化

将软轴由扁丝结构优化为尼龙花键润滑结构，花键表面有沟槽，可以存留更

多的润滑脂，使选换挡阻力小，可以提高软轴的标准效率；对软轴球头总成进行

结构优化，由半包式改为全包式，避免球头内进入杂质引起功能失效和性能减退，负载效率由80.4%提升至89.0%，行程效率由80.2%提升至90.3%。

3、关键部位执行机构开发内容

3.1换挡执行机构

本文所开发的对象是重型商用车，为12挡的手动变速器。其主要结构包括两个部分：一是主箱，其中包括拨叉轴四根，主要用于1—6挡，以及R挡位的调节。在主箱上，将设置在结构上为X-Y型，这是一种传统的选挡控制结构，优势

在于稳定性高。该结构的设置难度，在于需要辅助的液压缸，而且至少为四个。

不过，其结构虽然复杂，却能够为自动控制软件更好的提升准确性。所以，没有

选择开发难度较低的平行式；二是副箱，该位置主要用于调节高低挡，根据重型

商用车的需求，最终选择气动控制。该形式整体简单的结构，具有高灵敏的反应

速率，能够为自动控制的开发降低难度。在换挡执行机构上的开发，主要是调解

原有的结构，使开发结果能够呈现出较好稳定性和安全性。所以，在原则上应减

少难度对选择的影响，应以整体性能为基准。

3.2离合器执行机构

结合使用安全的基本要求，AMT系统已经将离合器的物理控制取消，即在本

文所开发的车辆中，并没有设置离合器踏板。这种情况下，必须要将现有的离合

器系统重新设计，以达成自动化控制对高响应效率的需求。不过鉴于现有系统的

协调性，若进行过多改动，可能会降低离合器的灵敏度。故此，在离合器中以更

换电磁阀的方式进行优化。所采用的新电磁阀，具有高灵敏度的特征，可以让机

械快速反馈响应信息。不过，由于电磁阀的更换，现有的信号系统必须进行调节。目前离合器主要支持PWM型号信息，依靠dSPACE系统实现。因此，需要基于该系统，尝试与新电磁阀的接驳信号，以保障汽车可以正常使用。

3.3执行机构驱动器开发

驱动器是指通过供电，而实现驱动的机械环节。在被研究的汽车上，其驱动

器构成主要为磁铁、继电器和电磁阀。但是，结合上述对电磁阀的更换，以及自

动化所要求的更大供电量来看，现有的电压和电流，都无法满足基本的需求。因此，需要将驱动电路进行重新的修改。具体为：首先，设置IGBT，以晶体管实现

导通，进而承受更大的电流；其次，连接电磁阀，将一端与IGBT连接，确定导通后，需要测试晶体管能否通过线圈接地，并核准电流的放大情况；最后，进行防

干扰设置，例如光耦隔离等。

4、性能评价