丁斌 史艳龙 苏皎 高文娟 李尊

摘 要：汽车换挡及驻车机构在车辆驾驶过程中对换挡舒适性及安全性起着至关重要的作用。目前设计的换挡自锁装置及驻车机构形状复杂并且加工精度很高，但是受到国内工业加工水平的限制，对设计过程中的布置方案造成很大的影响。文章设计了一种换挡及驻车机构精度优化方案，通过调整换挡及驻车机构的机械结构，弥补其加工及安装误差，从而降低对制造工艺及安装精度的要求，满足变速箱使用需求。

关键词：换挡机构;驻车机构;精度优化

中图分类号：U463.212  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）14-35-03

Abstract： The shift and parking mechanism play an important role in the comfort and safety of the shift. At present， the design of shift self-locking device and parking mechanism has complex shape and high processing accuracy， but it is limited by the domestic industrial processing level， which has a great impact on the layout plan in the design process. In this paper， an optimization scheme for the accuracy of gearshift and parking mechanism is designed. By adjusting the mechanical structure of gearshift and parking mechanism， the machining and installation errors are made up， so as to reduce the requirements for manufacturing process and installation accuracy and meet the use requirements of gearbox.

Keywords： Shift mechanism; Parking mechanism; Precision optimization

CLC NO.： U463.212  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）14-35-03

前言

隨着汽车工业的发展和进步，搭载AT液力自动变速器的汽车因其良好的舒适性以及驾驶的简便性受到越来越多消费者的欢迎[1]。AT自动变速器内部设有用来实现P挡、R挡、N挡、D挡、S挡等档位的换挡机构，每次换挡完成后需要通过自锁装置将档位锁定，防止汽车由于受到外界影响而出现档位误切换[2]。而为了保证P档时驻车的可靠性，通常需要靠机械装置锁住传动轴以实现驻车。因此，为了实现车辆的自锁及驻车功能以及换挡舒适性的要求，在设计过程中往往会将零件的加工及装配精度设计的很高，无形中增加了制造成本以及加工难度。在此基础上，本文设计了一种换挡自锁及驻车机构精度优化方案，通过调整其机械结构及空间位置，从而弥补了加工及安装误差带来的影响并降低了对制造工艺的要求，实现对几何精度的优化。

1 换挡及驻车机构工作原理

换挡及驻车机构通常包括自锁装置、弹性装置、驻车杆、导向装置、驻车棘爪、驻车棘轮、换挡轴等。换挡时，换挡轴驱动自锁装置转动并使之到达需求挡位位置，弹性装置贴紧自锁装置上的凹槽从而实现自锁。此时，自锁装置上方的销驱动液压阀板上的手动阀芯，将液压油路切换至对应的档位中，从而实现换挡。其中，当挂入P档（驻车）时，自锁装置推动驻车杆在导向装置作用下沿特定方向移动，在驻车杆锥面的作用下，驻车棘爪绕其旋转轴转动，使驻车棘爪的棘齿插入与传动轴相连的驻车棘轮的棘槽内，实现驻车。退出P档时，自锁装置带动驻车杆在导向装置作用下沿反方向移动，驻车杆锥面失去对驻车棘爪的作用力，使驻车棘爪的棘齿与驻车棘轮脱开，从而退出P档。

在图1所示的换挡及驻车机构中，由于零件数量多且形状复杂，产生的累计尺寸误差大、导向装置磨损以及弹簧性能衰退等原因，会导致该机构在脱开P档挂入其他档位时，驻车棘爪的棘齿不能顺利的从驻车棘轮的棘槽内脱开，此时会引起挂挡失败，从而引起车辆故障。

2 优化设计

为了解决这种问题，本文对换挡及驻车机构重新进行设计，将自锁装置拆分成用来驱动手动阀阀芯的驱动部分和用来实现自锁功能的锁止部分。两部分之间通过螺栓进行连接，并在接触部分设有互相啮合的齿带，锁止部分螺栓过孔为腰形孔。另外，在弹性元件和垫片接触面上设置了互相啮合的齿带。如图2所示。

如图2所示，在装配时，先将自锁装置的驱动部分和锁止部分用螺栓进行连接，再把弹性元件和垫片用螺栓连接在壳体上，这样做的原因是先进行初始定位，防止在后续安装时位置发生变化。整个换挡机构安装完成后，将自锁装置挂入P档，测量驻车棘爪棘齿与驻车棘轮棘槽之间的间距L。测量弹性元件上滚柱受到的弹力F。

调整自锁装置驱动部件和锁止部件的相对位置，将锁止部件偏离初始位置距离记为τ1（取锁止部件远离驻车杆的方向为正方向），将弹性装置偏离初始位置距离记为τ2（取远离驻车杆方向为正方向）如图3所示。

3 优化结果

图1所示的现有传统换挡及驻车机构中，驻车棘爪与驻车棘轮之间的间隙L受其他零件尺寸累计误差影响较大，尤其是驻车杆受制于变速箱空间的布置而形状复杂，其形状误差十分显著。表1是某AT自动变速箱传统换挡及驻车机构的各零件对L造成误差的数值，表2为各类夹角及旋转半径。

因此，优化后的累计误差较传统换挡及驻车机构优化了66%。与现有技术相比，该优化设计有以下优点。

1）将自锁装装置设计为分体式结构，使得驱动部件与自锁部件的相对位置可调，降低了对零部件的加工精度及安装精度的要求，从而降低了生产成本。

2）解决了实际生产中由于驻车部分零件数量过多，形状复杂导致的累计误差过大等问题。

3）在弹性元件与垫片之间设置调整垫，通过改变弹性元件的变形量，调节施加在自锁装置上的弹力，进而精确控制换挡所需的力，提升驾驶舒适性。

4）当零件出现磨损时，无需更换零部件，直接调整驱动部件和锁止部件的相对位置即可，降低了维修成本。

4 结论

本文对AT自动变速箱的换挡及驻车机构的机械结构及工作原理进行了详细的介绍，并根据其现有的缺点对其进行了优化设计。优化结果表明，该方案将驻车棘爪挂入和退出P档时的位置精度优化了66%。使用该结构不仅能够降低零部件的加工及安装精度，还降低生产成本，为整车布置提供更多的便利。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论（第五版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 郭孔辉，周晓晖，王爽，等.自动变速器换挡机构的建模和结构参数优化[J].汽车技术，2008，000（012）：1-3.