自动变速器换挡驻车机构的设计及验证

10.16638/ki.1671-7988.2018.16.063

自动变速器换挡驻车机构的设计及验证

徐友良

（南京邦奇自动变速箱有限公司，江苏南京210038）

摘要：换挡驻车机构是自动变速器乃至整车的重要组件，对驻车可靠性和使用寿命要求较高，但又要求结构简单和操作简便，因此换挡驻车机构设计时需要平衡上述各者之间的关系。文章研究了该机构的功能需求和结构设计的关系，并对关键零件的设计要点及机构的试验方法进行了介绍。旨在对自动变速器换挡驻车机构的设计开发提供帮助。

关键词：自动变速器；换挡驻车机构；设计关系；试验

中图分类号：U463.5 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)16-180-03

Design and Validation for the Shifting and Parking Mechanism of

Automatic Transmission

Xu Youliang

( Nanjing Punch Powertrain Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210038 )

Abstract: The shifting and parking mechanism is an important component of automatic transmission and even the whole vehicle. It requires high reliability and service life, but it requires simple structure and easy operation. Therefore, the relationship between the above parties should be balanced when the shifting and parking mechanism is designed. This paper defines the relationship between the functional requirements and structural design of the mechanism, and the key points of the key parts and the testing methods of the mechanism are introduced. Aiming at providing help for the design and development of the shifting and parking mechanism of the automatic transmission.

Keywords: automatic transmission; shifting and parking mechanism; design relationship; testing

CLC NO.: U463.5 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)16-180-03

前言

随着人们对汽车驾驶舒适性要求的不断提高，越来越多的汽车配置驾驶简单和操作方便的自动变速器。相比较手动变速器选换挡操纵系统，自动变速器也有一套换挡操纵机构来控制汽车的前进和后退、以及动力临时中断[1]；由于自动变速器的动力传递需要液压系统工作，使得汽车在驻车时，无法通过齿轮来保证汽车可靠且长时间的停驻在一定位置甚至坡道上，因此自动变速器的换挡机构要求同时具备驻车锁止功能[2]，来保证汽车的安全。由于自动变速器内部结构不同，导致其换挡驻车机构的结构也不尽相同，本文介绍了一种无级自动变速器的换挡驻车机构。1 换挡驻车机构的性能要求

自动变速器的换挡驻车机构的性能要求有以下几个方面：1.1汽车换挡操作的安全性。该机构要保证汽车的挡位清晰，当汽车处于某一挡位时，要可靠的实现挡位的保持，不能自行脱出，即跳挡。

1.2 安全的停车速度。保证汽车高速行驶时不会因为用户误操作而挂入驻车挡；同时要求汽车在以≤4km/h的速度行驶时，该机构能够在短时间内实现安全驻车，而且不会损坏变速器内部零件。

1.3可靠的汽车的驻车性能，特别是在坡道上的驻车需求[3]，并保证该机构具有一定的使用寿命。即要求该结构在车辆许用使用范围内轻松实现驻车需求，在车辆挂入P挡后，车辆的滚动距离不超过3cm；为了满足汽车的使用需求，要求该

作者简介：徐友良（1984-），男，工程硕士，工程师，主要从事汽车底盘设计、机械设计。

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换挡驻车机构的在循环使用100,000次无任何异常和零件损坏。

1.4 汽车换挡操作的舒适性要求。为了保证驾驶人的操纵舒适性，在挂入或脱出某一档位时，操纵力不能过大或换挡手感不清晰[4]

，即合适的换挡力，一般要求换挡轴末端的力矩在0.8N.m~3N.m 。

综上所述，换挡驻车机构的性能越可靠，需要的换挡力就会越大，对零件的设计寿命也会有影响，所以换挡驻车机构设计时需要平衡上述各者之间的关系。

2 换挡驻车机构的结构和工作原理

本文描述自动变速器总成上的换挡驻车机构，其主要换挡机构、挡位锁止机构和驻车机构三大部分组成。换挡驻车机构的结构示意图如图1所示。

1 从动锥轮；

2 驻车拉杆支架；

3 驻车拉杆弹簧；4驻车凸轮；5 驻车拉杆；6 换挡轴；7 叶片弹簧；8 换挡摇臂；9支座；10 鸡冠凸轮；11 换挡阀；12 液压阀；13挡位传感器；1

4 定位销；15回位弹簧；16 驻车棘爪。

图1 换挡驻车机构结构示意图

在汽车变速操纵系统中，自动变速器总成的换挡摇臂通过换挡拉索与驾驶室的操纵杆联接，驾驶人通过移动驾驶室内的操纵杆来转动换挡轴；鸡冠凸轮和换挡轴固定在一起，分别对应着P-R-N-D-L 五个变速器工作位置，从而实现挡位P 、R 、N 、D 和L 之间的切换；鸡冠凸轮和换挡阀联接，鸡冠凸轮的转动带动换挡阀的滑动，控制着液压阀中的液压控制系统，从而实现汽车的前进、后退和动力中断；和换挡阀联接在一起的挡位传感器，通过整车线束在仪表盘中显示挡位信号；叶片弹簧一端固定，另一端压在鸡冠凸轮的齿上，对挡位进行锁止，防止跳挡并提供合适的换挡力；当挂入P 挡时，鸡冠凸轮会拉动驻车拉杆在驻车拉杆支架中滑动并压缩驻车拉杆弹簧，拉杆弹簧会推动驻车凸轮，驻车凸轮顶起驻车棘爪卡入从动锥轮上的驻车齿，由于从动锥轮通过齿轮机构与车轮刚性连接，从而实现汽车的驻车功能；当拉出P 挡时，鸡冠凸轮推回驻车拉杆，释放拉杆弹簧，驻车棘爪在回位弹簧的作用下弹出从动锥轮上的驻车齿，从而实现汽车的驻车脱开。

3 换挡驻车机构的设计

换挡驻车机构的详细设计过程主要是通过迭代设计的方式来满足所有需求。该机构的设计首先确定、鸡冠凸轮的形状和驻车棘爪的位置以及旋转中心位置。换挡轴的位置选择应尽可能的位于变速器内侧的前部，且便于换挡拉索的安装，这样也减少换挡拉索的弯曲量，从而尽可能的减少换挡力；另外，换挡轴应充分靠近换挡阀，这样以便于鸡冠凸轮的角度设计。在鸡冠凸轮的形状设计上，主要设计的是各个档位的位置角度：该角度不能太小，这样会导致鸡冠凸轮上的各个档位之间的干涉；该角度也不能太大，因为大的角度会导致换挡杆的行程过大，这样会无法使用角度传感器，通常角度传感器的使用角度是一定的，另外需要换挡拉索提供更大的行程来满足换挡轴旋转。自动变速器的驻车棘爪通常作用在与动力输出硬连接机构上，这样即使变速器内部的机构脱开也能够有效对车辆进行锁止。对于无级变速器来说，通常采用将驻车机构设计在从动锥轮上，这样做的优点是：相比在主减速器上需要更低的锁止扭矩；容易控制换挡阀；更大的布置空间。

换挡驻车机构的功能需求（绿色）和零件结构（蓝色）之间的联接关系如图2所示。红色箭头表示驻车弹簧尺寸、换挡力和驻车机构在位置选择上的要求之间的关系。

图2 换挡驻车机构的功能需求和零件结构设计关系图

下面对换挡驻车机构设计中的设计要点进行介绍。 3.1 驻车齿轮

驻车齿轮的主要功能参数有齿数、齿的外径、齿的角度和齿宽。齿数和齿的外径主要决定于车辆驻车时需用的最大滚动距离，同时，齿的外径还受制于从动锥轮的设计。齿的角度和宽度主要决定于驻车时许用的车辆速度和车辆在坡道上解锁的舒适性等要求。 3.2 驻车棘爪

驻车棘爪的主要功能参数有操纵长度、齿的角度和宽度。驻车棘爪的操纵长度首先受制于设计空间；其次受制于驻车拉杆及驻车凸轮的运动距离，必须保证能够有效的和驻车齿轮啮合。驻车棘爪的齿的角度和宽度是和驻车齿轮的对应参数相匹配的，也主要决定于驻车时许用的车辆速度和车辆在坡道上解锁的舒适性等要求。