换挡过程影响因素的分析

变速器的换挡操纵是车辆换挡过程的重要组成部分，提高其控制效果能有效地提高车辆的换挡品质，延长机构的使用寿命。通过对换挡过程的相关影响因素进行分析，对比其利弊，可以使不同车况下的换挡控制更趋合理。

1.变速器输入轴部分转动惯量的影响

由换挡同步过程中同步器的摩擦功计算公式（2.25）可知，离合器从动盘、变速器输入轴、中间轴及各挡常啮合齿轮副等换算到变速器输入轴上的转动惯量I1 与同步器的摩擦功W摩是正比关系，I1 的计算公式表示如下：

式中，I离为离合器摩擦片的转动惯量，kg·m2；I中为中间轴及其齿轮的转动惯量之和，kg·m2；I出为位于输出轴上的各挡位常啮合齿轮的转动惯量，kg·m2；k1，k2 为各部分转动惯量的相应转换系数。

I中及I出均由变速器轴和齿轮的尺寸与材料等所决定，大功率变速器的齿轮、轴等的尺寸较大，相应的I中，I出也就大，不利于换挡同步，需要的同步器摩擦功较大，势必增加换挡时间。

2.换挡点的影响

换挡点即指换挡开始时的车速，由于摘空挡时间t1 和选位时间t2 十分短暂，忽略此期间变速器输入轴部分的转速变化，因此利用换挡点可以近似计算普通路面条件下单次换挡过程中同步器的摩擦功。为便于直观地表达换挡点与同步器摩擦功之间的关系，忽略阻力矩Mi，则式（2.25）可以进一步推导为

结合试验车辆的具体参数，挡位在1 ～4 挡变换时，换挡点对同步器摩擦功的影响如图5.6所示。

图5.6　换挡点对同步器摩擦功的影响

由图5.6 可知，单次换挡过程中同步器的摩擦功与换挡点转速的平方成正比，换挡点越低，则摩擦功越小。因此车辆升、降挡点的选择，在满足动力性和经济性的基础之上，也应考虑其对换挡过程的影响。

同时换挡点是换挡力控制的重要依据，换挡点高，同步器主、从动部分的转速差大，就要通过减小换挡力来控制同步器摩擦功率，以免超出极限而损坏同步器。对于换挡点较高的越野车辆来讲，这是其换挡过程控制中的关键问题之一。

3.路况的影响

在计算同步器摩擦功的推导过程中，一般认为换挡期间，车辆处于匀速状态。但对于越野车辆，当路面阻力较大或者上下坡的情况下，车速的变化对同步过程的影响不能被忽略。

路况对换挡过程的影响如图5.7所示。ω1 为换挡前后的变速器输入轴转动角速度；ω2 为换挡前后的变速器输出轴转动角速度。

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图5.7　路况对换挡过程的影响

从图5.7 中，可以看出车辆下坡行驶时换挡，换挡期间车速的增加有利于减小升挡时的同步速差，但会增加降挡时的同步速差，即车辆下坡行驶有助于升挡，但不利于降挡，车辆上坡行驶时则相反。

换挡期间车速的变化量可用变速器输出轴转动角速度的变化量Δω2 来表示：

忽略摩擦等造成的阻力矩Mi，根据式（2.21）和式（2.22），推导出同步器摩擦功变化量ΔW摩的计算公式：

式中，ΔW动1为车速不变条件下换挡前后变速器输入轴部分的动能变化量，J；ΔW动2为车速变化条件下换挡前后变速器输入轴部分的动能变化量，J。

为便于计算，忽略摩擦等造成的阻力矩Mi，式（5.4）可进一步推导为

结合试验车辆的具体参数，车辆在1 ～4 挡变换时，车速变化与同步器摩擦功的关系如图5.8所示。

图5.8　车速变化与同步器摩擦功的关系

（a）1 挡升2 挡；（b）2 挡降1 挡；（c）2 挡升3 挡；（d）3 挡降2 挡；（e）3 挡升4 挡；（f）4 挡降3 挡

图5.8 中的计算结果进一步验证了上文的理论分析：升挡期间，车速增加有利于减小换挡期间的同步器摩擦功，并且挡位越低，车速变化对同步器摩擦功的影响越大；降挡期间，车速降低有利于减小换挡期间的同步器摩擦功，并且挡位越低，车速变化对同步器摩擦功的影响越大。

4.环境温度的影响

外界环境温度的变化，影响电磁阀的响应特性，同时还影响操纵油液的运动黏度。以车辆液压系统经常采用的航空10＃液压油为例，在－50 ℃时的运动黏度达1 250 mm2／s，50 ℃时则降低到10 mm2／s。环境温度较高时，液压系统的沿程压力损失小，故而相同压差下的流动速度要大，机构运动速度更快。

5.同步器的影响

同步器的尺寸设计和材料差异，也影响换挡同步过程。同步器尺寸越大，换挡过程中换挡力的允许极限值越大，所允许的同步力矩越大。同步力矩增加，有利于缩短换挡时间。同步器的摩擦材料不同，同步器所允许的摩擦功率极限值也不同。