变速操纵系统设计作业指导书模板

变速操纵系统设计作业指导书
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发布日期：年 月 日 实施日期：年 月 日
前 言
为使本中心变速操纵系统设计规范化，参考国内外汽车设计的技术规范，结合公司标准和已开发车型的经验，编制本作业指导书。

意在对本公司设计人员在设计过程中起到指导操作的作用，提高设计的效率和成效。

本作业指导书将在本中心所有车型开发设计中贯彻，并在实践中进一步提高完善。

本标准于201X年XX月XX日起实施。

本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。

本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院负责归口管理。

本标准主要起草人：刘莉娅
1、变速操纵系统概述 (4)
1.1变速操纵系统的功能 (4)
1.2变速操纵系统的类型： (4)
1.3远距离操纵式的结构形式 (5)
1.4新技术的发展 (10)
2、变速操纵系统设计流程 (11)
2.1变速操纵系统设计流程 (11)
2.2变速操纵系统的设计要求 (12)
2.3相关标准 (23)
3、变速操纵系统的设计过程 (23)
3.1设计输入及标杆对比分析 (23)
3.2设计构想 (25)
3.3系统匹配计算 (28)
3.4变速操作系统与周边件的间隙情况 (29)
3.5拆装性DMU校核 (30)
3.6技术文件的编制 (30)
3.7输出内容检查项目 (30)
4、设计过程经验总结 (30)
4.1如何提高换挡品质 (30)
4.2设计注意事项 (31)
5、规避设计失误的典型案例 (32)
5.1间隙问题 (32)
5.2换挡方向错误 (33)
6、参考文献 (33)
1、变速操纵系统概述
1.1变速操纵系统的功能
变速操纵系统主要的功能是驾驶员根据道路情况准确可靠的实现选档、换挡以达到不同的车速要求，在保证安全行驶的同时满足驾驶员的驾驶乐趣。

1.2 变速操纵系统的类型：
变速操纵系统分为机械和电动两类，变速操纵机构大多采用机械式，机械式按操纵距离又分为直接操纵式和远距离操纵式。

1）直接操纵式：一般变速器布置在离驾驶员较近的位置，适应于动力总成纵置布置的车型，变速杆直接安装在变速器上，并依靠驾驶员手力和通过变速杆完成换挡功能的手动换挡变速器。

此种变速操纵系统结构相对于远距离操纵式的优点是结构简单，机械效率较高，没有拉索损失的效率，缺点受空间位置限制较大，且一般用在非承载式的车型上，如图1所示。

图1，直接操纵式
2）远距离操纵式：变速器与变速操纵机构之间采用拉索传动的变速操纵系统。

由于轿车发动机的布置形式一般为发动机前置，变速器布置在离驾驶员较远的位置，故一般选用远距离操纵方式，现在轿车采用较多。

远距离操纵式变速操纵需要实现两个动作，即选档操作和换档操作。

这两个动
作的实现是通过换档器控制两根拉索，两根拉索又分别控制变速器上的选档摇臂和换档摇臂来完成的,如下图2、3所示。

远距离操纵式变速操纵相对于直接操纵式的优点是变速器布置位置灵活，用在
承载式或非承载式车身上，缺点是结构复杂，机械效率较低。

图2，远距离操纵式（JY08）
1.3远距离操纵式的结构形式
变速器按其传动比改变方式可分为有级变速器、无级变速器，其中有级变速器包括手动变速器（MT）和自动变速器（AT），无级变速器即CVT。

变速操纵系统根据变速器的类型不同有以下结构形式。

1.3.1 MT 变速操纵系统的结构形式
变速操纵系统由变速器操纵机构总成、变速操纵拉索总成（2根）、固定支架、标准件组成。

轿车变速器常有3或4个选档位，每个选档位各对应2个换档位，这样就可实现5档(1、2、3、4、5及R)或6档(1、2、3、4、5、6及R)变速。

图
3，变速操纵系统的构成（JZ08）
固定支架
变速器操纵机构总成
1） 变速操纵机构的结构 变速操纵机构一般由卧式安装和立式安装两种安装结构。

如下图4、5所示：
图4，变速操纵机构（卧式安装） 图5变速操纵机构（立式安装）
图6 卧式安装实例（JY08） 图7 立式安装实例（V08） 两种安装结构形式各有优缺点：
卧式安装结构易于布置，一般布置在副仪表板上，目前应用较多；缺点是效率低，如图6所示。

立式安装结构效率高，一般布置在仪表板中间下方的位置，缺点是占用仪表板空间不利仪表板其他件的布置及造型的发挥，如图7所示。

2）变速操纵拉索总成的结构 安装点
图8，变速操纵拉索总成
3）变速器选换档摇臂的结构
图9，6MT 变速器摇臂的结构（JY08） 1.3.2 CVT 变速操纵系统的结构形式
CVT 变速操纵系统由自动液力变速操纵机构、自动液力变速拉索总成、换挡手柄、档位指示、固定支架及标准件组成，如图10
所示。

图10，CVT 变速操纵系统（JZ21）
1）自动液力变速操纵机构的结构
选挡摇臂
图11，CVT 变速操纵机构的结构（JZ21）
2）档位设定
CVT 变速操纵机构档位设定根据变速器设计档位进行匹配，一般有驻车档（P）、倒车档（R）、空挡（N）、前进档（D）、制动档（L）等组成，档位说明如图12所示
图
12，自动变速器的档位说明
3）自动液力变速拉索总成的结构
图13，自动液力变速拉索总成（JZ21）
4）CVT变速器换挡摇臂的结构
图14，CVT变速器（JZ21）
5）档位开关的布置型式
档位开关型式一般为霍尔式，作用是给仪表板档位显示传递档位的信号，使驾驶员更好的了解车辆行驶情况。

布置型式有两种：一种是装配在变速操纵机构上，如图16所示；另一种是装配在变速器端，如图15所示。

图15（6AT） 图16（JZ21）
1.3.3 仪表板档位显示的要求
一般自动变速器为了使驾驶员更好的了解车辆行驶情况，在仪表板上增加档位显示提醒灯，如下图所示，此灯也可根据具体客户的要求增加或是取消。

图17，档位显示
1.3.4 CVT变速器摇臂参数及档位示意图
图18，CVT变速器角位移（JZ21）
1.3.5 AT变速操纵系统的结构形式
由于AT变速操纵系统的结构形式和CVT结构基本一样，AT变速操纵系统的结构形式可参考以上CVT变速器的结构形式进行设计。

1.4新技术的发展
目前，X-LINE线控换挡为最新技术通过can资源共享的新技术。

2、变速操纵系统设计流程 2.1
2.2变速操纵系统的设计要求
2.2.1变速操纵系统的基本要求
1) 符合整车布置要求,各运动杆件与各总成部件之间间隙合理，间隙可见2.2.2布置要求；
2) 远距离操纵机构应有足够的刚度，各连接杆件间隙不能过大，否则换档手感不明显；
3) 变速杆应安置在操纵方便的位置，符合总布置要求；
4) 远距离操纵机构的变速杆应固定在受车架变形、汽车振动影响较小的位置；
5) 操纵手柄选档行程应在40～100mm,最大换档力不大于90N（汽车设计手册），轿车推荐范围值（长城标准）：选档行程为±34～40mm，换挡行程满足±60～65mm，最大选挡力25N～30N，换挡力20N～25N。

6）结合变速器换挡摇臂档位方向对操纵手柄的档位方向进行校核。

7）编制二次开发件清单，例如：JY08车型二次开发件清单
8）提高换挡品质，要求选换档力、行程合适，有回位感和吸入感，较低操纵机构旷动量及噪音，同时满足美观的设计要求。

2.2.2变速操纵机构的设计要求
2.2.2.1变速操纵机构的布置要求
变速操纵机构布置要求包括三个方面：人机工程、间隙和造型。

1）人机工程
变速操纵机构的人机工程要求具体详见总布置作业指导书——三踏、手刹及变速操纵的布置。

2）间隙
换挡器手柄球处在空挡时应处在垂直或略微偏后位置，换挡手柄球在各档位不应与周边件干涉，且应有一定的空间。

手柄球外表面在最前位置时与仪表板间隙不
得小于60mm，与座椅间隙（在滑道所有位置）不得小于50mm。

图19，手柄球包络与仪表板的间隙（JY08）
换挡手柄球与驻车手柄的间隙不得小于40mm，如下图
图20，换挡手柄球与驻车手柄的间隙（JY08）
3）造型
变速操纵机构护罩应保证换挡杆极限位置时有10mm-15mm的富余量，防止变速操纵机构护罩皮革长度过短而造成的挂挡困难和过长影响美观。

图21，变速操纵机构护罩
手柄球及护罩造型要求：应与整体内饰造型一致、手握舒适，施力方便，不打滑。

作为轿车换挡杆外露部分不应太长，太长会使换挡行程过长并影响美观。

如图JZ08车型CVT变速器换挡杆的外露部分为66mm。

图22，JZ08车型变速操纵机构
2.2.2.2变速操纵机构强度要求
沿选档和换挡方向分别施加不小于600N作用力后，变速器操纵机构各部分不允许有裂纹和破损，选档和换挡方向永久变形量在5mm以下。

2.2.2.3变速操纵机构总成的其他要求
1）
变速操纵机构总成的固定应避免与车身硬连接，固定孔处增加橡胶套；
图23
2）MT变速操纵机构倒档锁的实现方法
为避免驾驶员错误挂档及脱档情况的出现，一般设定倒档锁，倒档锁是通过操纵机构限位块实现的，如图24、图
25所示，限位块的限位方式有两种：一种是通
过面与面配合限位的，另一种通过线与面配合限位。

图24 挂档前（JY08） 图25 挂档后(JY08)
3）选档回位弹簧依据选档力大小进行调整，在计算选档力时一般考虑（厂家提供）回位弹簧的阻力反映到操纵手柄上的力为5-10N，同时回位弹簧要增加橡胶护套，并在接触部位涂抹润滑脂降低选档异音；换挡时需考虑连接杆之间的摩擦力，一般考虑1-2N。

图26
4） 结合变速器换挡摇臂对变速操纵各档的选换档方向进行校核。

a）以KZ16
车型的换挡方向说明。

图
27，变速器换档摇臂的档位示意图
图
28，变速操纵手球的档位示意图
图29，变速操纵机构
图30，变速操纵摇臂与变速拉索（空挡状态）
图31，换挡机构示意图
结论：从以上分析可以看出KZ16车型变速操纵机构的换档方向与变速器换挡摇臂换挡方向一致。

变速操纵杆
R
R
b）以JY08车型的选挡方向说明
图32 变速器选档摇臂的档位示意图
图
33 变速操纵机构档位示意图
图34 变速操纵机构选档结构
空、3、4
5、6
1、2 R
图35 选挡方向示意图
结论：从以上分析可以看出JY08车型变速操纵机构的选档方向与变速器换挡摇臂选挡方向一致。

5）商品性能要求，如表2所示：
表2
6）耐久性能要求如表3所示：
表3
2.2.3选档拉索总成设计要求
2.2.
3.1选档拉索总成布置要求
选档拉索的布置要求包括以下三个方面：
1）拉索走向的布置
考虑动力总成的窜动，拉索的长度要适当，一般拉索的长度应为拉索直线距离
加动力总成的窜动量（一般考虑5-10mm安全系数）。

但拉索长度也不要过长，避免与其他零件干涉，拉索最小曲率半径不得小于200mm，应尽量走直线，否则滑动阻力增加，操纵费力，换挡手感降低。

2）与排气管间隙
拉索布置时应尽量避开热源，拉索的工作温度为-40℃-150℃，与排气管距离不得小于50mm，若布置有困难，则要在地板上增加固定夹，在拉索的外面增加隔热套，同时在排气管上方增加隔热板。

3)拉索管夹布置
由于动力总成的跳动，拉索管夹应固定于车身，并尽量远离变速器，如果间隙足够可以去掉拉索管夹以提高拉索效率。

4）拉索支架的布置
a）MT拉索支架应保证在空挡位置时拉索与选档摇臂垂直，同时保证拉索走向尽量走直线。

图36，拉索支架与选换档摇臂的角度（6MT）
b）CVT变速器在拉索布置时，应将拉索与变速箱摇臂角位移行程中与中间部位的档位垂直，这样不仅可以使得变速操纵各档位受力均匀，同时也可以有效的提高拉索的效率。

图37，CVT变速器角位移（JZ21）
通过上图变速器摇臂角位移行程可设定N档或是R档为中间档，综合考虑拉索支架的实现，最终确定拉索与N档位置垂直。

2.2.
3.2选换档拉索总成设计要求
1）拉索内部单边行程应大于变速器选换档单边行程的5-10mm，考虑变速器选换档摇臂的弹性形变；
2）拉索两端耳环接头相互角度应与整车一致；
图38，拉索两端耳环接头与整车角度
3）拉索限位件应保证拉索可靠限位，包括轴向和径向。

4）拉索总成要求包括设计要求，外观、效率、拉脱力及高低温耐久等各项指标，拉索总成应符合QC/T 29101-1992的规定
2.3相关标准
QC/T 15-1992 汽车塑料制品通用试验方法
QC/T 29101-1992 汽车用操纵拉索总成
QC/T 29063-1992 汽车机械式变速器总成技术条件
Q/CC SJ001-2010 汽车变速操纵基本要求
3、变速操纵系统的设计过程
3.1 设计输入及标杆对比分析
3.1.1设计输入参数
1）变速箱选换档摇臂参数，如表4：
表4（JY08）
名称数值
换档摇臂半径：R1(mm) 50
换挡杠杆比（变速器）i换1： 1.923
换档角位移
α(°) 空档到1、3、5、倒档: 24 空档到2、4、6档：23
所需换档力（变速器）空档到1档: F1 (N) 55～60 空档到2档: F2 (N) 55～60 空档到3档: F3 (N) 55～60 空档到4档: F4 (N) 55～60 空档到5档: F5 (N) 55～60 空档到6档: F6 (N) 55～60 空档到倒档: F r (N) 55～60
选档摇臂半径: R 2 (mm) 58.3 选挡杠杆比（变速器）i 选1
1.0 选档角位移
β
中间档到1-2档 β1 (°)
7.4 中间档到5-6档 β2 (°) 7.4 中间档到倒档 β3 (°)
15
所需选档力 （变速器）
中间档到1-2档: F 3 (N) 30～35 中间档到5-6档: F 4 (N) 30～35 中间档到倒档: F 5 (N) 55～60
3） 选换档位示意图
5MT 选换档摇臂参数及档位示意图
图39，换挡行程及档位示意图（S08）
图40，选档行程（S08）
3.1.2输入边界结构参数
表5
序号结构参数
1 变速器换挡摇臂安装结构
2 选换档拉索支架结构
3 前围板安装结构
4 前地板的安装结构
5 仪表板总成数模
6 座椅总成数模
7 驻车制动操纵机构数模
8 拉索走向的周边件数模
3.2设计构想
变速操纵系统作为底盘重要的系统之一，变速操纵系统在满足各项设计要求时还应提高换挡品质（如何提高换挡品质详见4.1），换挡品质是评价变速操纵系统的重要指标。

评价换挡品质主要指标有选换档力、行程是否合适，有无回位感和吸入感，操纵机构旷动量及噪音，同时还要考虑是否满足美观设计的要求。

变速操纵系统一般采用正向开发的方式，在设计时必须要进行设计构想，制定设计思路，充分考虑标杆车的结构特点和发动机方案的差异，确定借用件和开发件。

下面以JY08车型变速操纵系统的设计为例来说明，JY08车型的标杆车为第八代本田雅阁，变速器为自动变速器。

3.2.1分析和拍摄标杆车变速操纵机构系统的结构
图41，标杆车变速操纵机构结构
图42，标杆车换挡手柄
分析：由于标杆车的变速器为自动变速器，设计车的为6MT变速器，所以变速操纵机构采用选型开发，安装硬点借鉴标杆车的。

3.2.2标杆车拆车、测量
标杆车拆车图片如下：
图43，变速操纵系统拆车图片
图44，变速操纵机构安装点
图45，变速操纵系统硬点坐标
3.2.3系统平台化分析
根据设计任务书分析具体设计任务，对比市场同类车型变速操纵系统参数，获得设计参考数据，并寻找市场相同变速箱车型变速操纵资源以达到系统平台化。

由于6MT变速器为第一次搭载在长城车型上，所以变速操纵机构不做平台考虑，重新开发设计，拉索、标准件、护套等可借鉴其他车型。

3.2.4 变速操纵系统初步方案
系统安装硬点为标杆车安装硬点，具体结构需根据变速箱参数重新设计，具体可根据2.2.1进行设计。

图46，JY08变速操纵系统数模
图
47，拉索固定支架
图48，变速操纵机构安装硬点
3.3系统匹配计算
具体匹配计算可见TJI/YJY-03-76-2005变速操纵机构设计计算书编制规则。

JZ08车型变速操纵匹配计算结果如下表参数：
名称
JZ08机械变速操纵
机构
推荐值
换档力 (N) 空档到1档 22.4 空档到2档 17.7 空档到3档 18.5 空档到4档 16 空档到5档 18.7 空档到倒档 34.7
换档行程 (mm)
空档到1-5档: 58.5
55
空档到倒档： 63.6 选档力 (N)
中间档到1-2档
6.1
20
中间档到5-倒档
10.7 中间档到1-2选档行程（mm） 32.2 30 中间档到5-倒档选档行程（mm）
31.6 30 选档总行程 （mm）
63.8
60
3.4 变速操作系统与周边件的间隙情况
变速操纵系统与周边件的间隙设计要求可见2.2
图49，变速操纵与仪表板的间隙（JY08）
图50,变速操纵与座椅的间隙(JY08)
3.5拆装性DMU校核
对装配性的校核可参考《底盘装配流程与装配工艺分析DMU报告》，对主要零部件和易损件的拆卸方便性及可行性的校核可在CATIA装配模块下进行。

3.6技术文件的编制
1）性能描述书
2）明细表
3）计算报告
4）安装点断面
5）一次开发件图纸
6）装置图
7）体系文件
3.7输出内容检查项目
变速操纵系统检查时应严格按A4版checklist检查流程，逐条进行检查。

4、设计过程经验总结
4.1如何提高换挡品质
4.1.1选换档力合适，有回位感和吸入感
1、提高MT变速操纵系统回位感和吸入感的措施
选档回位良好，选档力包括变速器回位弹簧力和变速操纵机构回位弹簧力，两者需匹配，优化调整。

通过在换档摇臂上增加配重块及手球增加配重，利用配重块的惯性可提高挂档手感，配重块的转动惯量的确定需要与手球配重优化调整，配重块既要保证和其他零部件间隙，同时又要避免打手感，如图51所示。

换挡需要有吸入感，换挡力包括同步力矩和拨环力矩，大小取决与从动盘及齿轮转动惯量、同步器的结构、空挡定位螺栓的刚度等，双锥同步器可增加同步扭矩，
降低挂挡力。

图51，增加配重块的挂挡摇臂
2、提升自动挡变速操纵系统换挡感觉的措施
自动档的换挡感觉的提升方法主要有三种：一是换档时对发动机实施减扭矩控制；二是主油压调切控制；三是在换档时短时间地分离闭锁离合器，使液力变矩器工作，起到柔和传递动力的作用。

4.1.2 降低噪音，增加缓冲胶垫
有的车型在挂挡时易产生异响，可能是变速操纵机构在换挡过程中与车身钣金件等金属件没有增加缓冲胶垫，产生摩擦导致异响，通过增加缓冲胶垫可消除此问题。

4.1.3如何降低操纵机构旷动量大的问题
变速操纵系统手感差，操纵机构旷动量大可能为变速操纵机构的强度较低或是配合精度较差的因素，增加变速操纵系统的强度，如采用增加变速机构的材料厚度、更换材料、增加加强筋等方式解决，即可消除此问题。

4.1.4提高舒适性
目前，为了降低油耗增加舒适性，变速操纵系统向多档位方向发展。

4.2设计注意事项
4.2.1
影响拉索效率的几种原因：
1）芯线和衬套表面的粗糙度，零件表面粗糙度值越低，运动时摩擦阻力就越小，效率就越高。

2）芯线和衬套的配合关系要合适，间隙过小，运动阻力大；间隙过大，软轴在承受推力时会导致芯线弯曲，造成行程损失过大，又会降低芯线的疲劳寿命。

3）软轴总成中润滑脂的性能直接影响软轴的摩擦力和使用寿命。

4.2.2选换档行程考虑摇臂的弹性形变
变速操纵选档行程计算时应考虑变速器选档摇臂的弹性变形一般是3mm，换挡摇臂的弹性变形一般为5mm。

4.2.3匹配计算时需考虑的阻力
1、变速操纵系统在匹配计算时需考虑变速操纵机构本身产生的阻力，如选档时回位弹簧产生的阻力，一般考虑5-10N，换挡时需考虑连接杆之间的摩擦力，一般考虑1-2N（厂家提供）。

2、变速操纵拉索效率在匹配计算时也应考虑，一般考虑拉索的效率为0.8（厂家提供）。

5、规避设计失误的典型案例
5.1间隙问题
问题描述：G08换挡手球1、3、5档时与烟灰缸盖抽出端间隙33mm，换挡时碰手。

原因分析：换挡运动校核时未考虑烟灰缸抽出状态
对应措施：修改换挡杆角度增大手球与烟灰缸之间的距离，增大为60mm。

修改前为33mm 修改后为60mm
经验教训：换挡手球极限校核要考虑其他运动件的极限位置。

5.2换挡方向错误
问题描述：KZ08替代方案变速器操纵机构总成在ET试制过程中发现换挡操纵反向即变速器换挡摇臂运动与变速操纵机构运行相反，导致档位错乱。

原因分析：方案未进行档位运动方向校核。

对应措施：调整设计状态换挡操纵机构保证与变速器端运动一致。

修改前 修改后
6、参考文献
1.刘惟信主编·《汽车设计》·清华大学出版社·2001年
2.《汽车工程手册－设计篇》·人民交通出版社·2001年。