CN109342085B - 换挡机构模拟验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换挡机构模拟验证方法，包括：1)调节换挡行程至目标值，2)调节换挡力至目标值，3)进行换挡操作并评估，4)重新设计并验证。该换挡机构的凹槽设计为连续的圆弧形凹槽，可增强换挡时的舒适性，本验证方法通过第一刻度线调节换挡行程，然后再通过第二刻度线调节换挡力，通过实际操作评估是否合适，然后根据评估结构进行调整，该验证方法中换挡力和换挡行程的计算和验证过程更加符合实际值，提高换挡力和换挡行程的验证准确性。

Description

换挡机构模拟验证方法
技术领域
本发明涉及一种换挡机构，具体地指一种换挡机构模拟验证方法。
背景技术
汽车换挡机构是驾驶人员在行车过程中频繁使用的操作机构，换挡行程的长短、换挡力的大小直接影响到驾乘舒适性的感受。然而，在车辆开发前期，往往缺乏方便、快捷的评估手段来进行实物评价。如在实车上进行换挡机构的验证，首先需试制一套完整的换挡机构，然后将其安装于实车，整个安装过程耗时费力，且经济性较差；此外，换挡行程和换挡力均无法实时调节，如改变行程或力的大小，均需重新试制和验证。
中国专利CN103575447B公开了一种换挡力可调的实验装置以及使用其评估换挡力的方法，该实验装置通过调节部件调节手柄与第一端之间的距离，从而改变手柄处的换挡力，然后通过在换挡杆下端设有滚轮与连续的凹槽配合实现换挡过程。但该实验装置的凹槽结构为固定倾斜角的连续齿状，在计算换挡行程和换挡力时进行了简化，而为了提高换挡舒适性和平顺性，会将凹槽结构设计为连续起伏的圆弧面凹槽，这样该换挡力的评估方法便无法适应改进后的换挡机构。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种针对可提高换挡舒适性的换挡机构的模拟验证方法，从而提高换挡力和换挡行程的验证准确性。
为实现上述目的，本发明提供一种换挡机构模拟验证方法，其特征在于：用于模拟验证的所述换挡机构包括换挡杆，所述换挡杆上端与球头固定，下端与活动压块活动套接并通过锁止螺栓固定；所述换挡杆中部通过横向转轴与转动支架铰接，所述转动支架通过纵向转轴与侧板铰接；所述活动压块下端与滑块活动套接并在所述活动压块和所述滑块之间连接有弹簧，所述滑块下端与设置在底座上的凹槽抵接；所述换挡杆上端的外壁设有显示所述球头与所述横向转轴之间距离的第一刻度线，所述活动压块的外壁上设有显示弹簧压缩量的第二刻度线，所述模拟验证方法包括如下步骤：
1)根据换挡行程目标值和换挡行程计算公式确定球头距离目标值，然后调节球头距离并通过第一刻度线读取实际长度，使球头距离等于球头距离目标值；
2)保持球头距离不变，根据换挡力目标值和换挡力计算公式确定弹簧压缩量目标值，然后通过锁止螺栓来调节弹簧压缩量并读取第二刻度线的读数，使弹簧压缩量等于弹簧压缩量目标值；
3)进行换挡操作并评估，手握球头并向目标挡位推进，进行一次换挡操作，当球头左右运动时，换挡杆绕着纵向转轴旋转，当球头前后运动时，换挡杆绕着横向转轴旋转；滑块底部依次从某凹槽底部经过凹槽圆弧段到达凹槽边缘最高点，最后到达相邻凹槽的底部，操作人员根据实际操作感受对换挡行程目标值和换挡力目标值做出是否合适的评估；
4)重新设计并验证，若换挡行程目标值和换挡力目标值不合适，则重新调整设计值，然后重复上述步骤1)～3)，直到评估结果为合适。
进一步地，所述换挡杆包括套杆和与所述套杆螺纹连接的里杆，所述里杆上端与所述球头固定，所述套杆下端与所述活动压块活动套接并通过所述锁止螺栓固定。
进一步地，所述底座的上表面中部设有球面圆弧槽，所述球面圆弧槽上设有连续的凹槽，所述凹槽的外轮廓为多个连续的圆弧段。
本发明的有益效果是：提高换挡力和换挡行程的验证准确性。该换挡机构的凹槽设计为连续的圆弧形凹槽，可增强换挡时的舒适性，本验证方法通过第一刻度线调节换挡行程，然后再通过第二刻度线调节换挡力，通过实际操作评估是否合适，然后根据评估结构进行调整，该验证方法中换挡力和换挡行程的计算和验证过程更加符合实际值，提高换挡力和换挡行程的验证准确性。
附图说明
图1为换挡机构的轴测图。
图2为换挡机构的剖视图。
图3为滑块与活动压块配合的局部放大图。
图4为底座结构的俯视图。
图5为滑块与凹槽抵接时的受力分析图。
图中各部件标号如下：球头1、换挡杆2、里杆21、套杆22、转动支架3、底座4、侧板5、凹槽6、挡位凹槽61、换挡通道62、活动压块7、上通孔71、下通孔72、通孔凸台73、滑块8、上圆柱块81、下圆柱块82、环形凸台83、弹簧9、锁止螺栓10、横向转轴11、纵向转轴12、第一刻度线13、第二刻度线14；
换挡行程L、换挡行程目标值L’、球头距离L1、球头距离目标值L1’、滑块底部与横向转轴的距离L2、弹簧压缩量△L、弹簧压缩量目标值△L’、弹簧弹性模量K、换挡力F1、换挡力目标值F1’、滑块底部受到的推力F2、滑块底部受到的弹簧力F3、凹糟对滑块的支持力F4、一次换挡中换挡杆转动的角度α、F4与换挡杆的夹角β。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1～4所示，一种用于汽车模拟试验的换挡机构，包括球头1和换挡杆2，换挡杆2包括里杆21和套杆22，里杆21的下端与套杆22的上端螺纹连接，里杆21上端与球头1固定连接，套杆22的中部通过横向转轴11与转动支架3铰接，转动支架3为框架结构，转动支架3通过纵向转轴12与侧板5铰接，侧板5的下端与底座4固定连接，侧板5为两块在纵向上正对设置的矩形板，底座4上表面的中部设有球面圆弧槽，所述球面圆弧槽内设有连续的凹槽6，凹槽6的外轮廓为多个依次连接的圆弧段，凹槽6包括横向设置的换挡通道62，换挡通道62两侧分别设有挡位凹槽61，换挡通道62与挡位凹槽61的分布与实车的手动挡位设置相对应；套杆22的下端通过锁止螺栓10与活动压块7可拆卸地固定，活动压块7下端活动套接有滑块8，滑块8下端与凹槽6抵接。这样，换挡杆既可以横向转动又可纵向转动，对应的换挡凹槽与手动挡的挡位分布相对应，该换挡机构适用于手动挡汽车换挡机构的试验；此外凹槽设计成连续的圆弧段，这样当滑块下端连续地划过凹槽时，驾驶员的换挡力是连续变化的，不会因为经过圆弧形的最高点或最低点时发生换挡力突变，避免造成操作不适感。
上述技术方案中，活动压块7开有轴向通孔，轴向通孔包括上通孔71和下通孔72，上通孔71直径小于下通孔72直径，活动压块7通过锁止螺栓10与套杆22可拆卸地固定连接；活动压块7还包括设置于轴向通孔内的滑块8，滑块8包括上圆柱块81和下圆柱块82，上圆柱块81与上通孔71滑动配合，下圆柱块82与下通孔72滑动配合，下圆柱块82的下端与凹槽6抵接；上通孔71与下通孔72连通处形成通孔凸台73，上圆柱块81与下圆柱块82连接处形成环形凸台83，上圆柱块81外套有弹簧9，弹簧9两端分别与通孔凸台73和环形凸台83固定连接。这样，通过锁止螺栓可以调节活动压块的轴向位置，从而改变弹簧的压缩量以及滑块所受的弹簧回复力，最终改变了换挡力，使得实际换挡力与换挡力目标值一致。
上述技术方案中，里杆21外壁上设有显示球头1与横向转轴11之间的距离的第一刻度线13。活动压块7外壁上设有弹簧9压缩量的第二刻度线14。这样可以通过刻度线直接获取球头与横向转轴的距离以及弹簧的弹性形变量，为计算换挡行程和换挡力提供依据。
本发明所述的换挡机构对换挡行程和换挡力进行验证，如图2所示，在进行一次换挡操作过程中，可推导出换挡行程的计算公式为：L＝2·L1·sin(α/2)，其中：L为换挡行程，L1为球头距横向转轴的距离，L1可通过第一刻度线上的读数获得，α为一次换挡过程中换挡杆绕转轴转动的角度。
如图2和图5所示，手握球头1进行换挡操作时，手部对球头1施加推力F1，经过换挡杆2的转化，滑块8底端受到换挡杆2的推力F2，由于弹簧处于压缩状态，滑块还受到弹簧的回复力F3，此外滑块在凹槽内滑动还受到凹槽对滑块的支持力F4，由图5中的受力分析图可知：tanβ＝F2/F3，其中弹簧回复力F3＝K·△L，而根据图2中的杠杆原理可知：F1·L1＝F2·L2，最终推导出换挡力F1＝△L/L1·tanβ·K·L2，其中，△L为弹簧的压缩量，可通过读取第二刻度线获得，其在换挡过程先增大后减小，β为F4与换挡杆的夹角，其在换挡过程中先增大后减小，在凹槽斜率最大时存在最大值，K为弹簧的弹性模量，L2为滑块底部与横向转轴的距离，在换挡过程中保持不变，由换挡力公式可知：当锁止螺栓锁止时，L1、L2和△L均为定值时，必然存在这一组△L和β值，使换挡力F1取得最大值，这组△L和β值与凹槽的尺寸和斜率有关，当凹槽结构一定时，使换挡力F1取得最大值时的△L和β值可通过计算确定，因此在一次换挡过程中，换挡力指的是换挡过程中施加换挡力的最大值。
基于上述用于汽车模拟试验的换挡机构，本发明所述的换挡机构模拟验证方法如下：
1、根据换挡行程目标值L’和换挡行程计算公式确定球头距离目标值L1’，然后调节球头距离L1并通过第一刻度线读取实际长度，使球头距离L1等于球头距离目标值L1。
2、保持球头距离L1不变，根据换挡力目标值F1’和换挡力计算公式确定弹簧压缩量目标值△L’，然后通过锁止螺栓10来调节弹簧压缩量△L并读取第二刻度线的读数，使弹簧压缩量△L等于弹簧压缩量目标值△L’。
3、进行换挡操作并评估，手握球头1并向目标挡位推进，进行一次换挡操作，当球头1左右运动时，换挡杆2绕着纵向转轴12旋转，当球头1前后运动时，换挡杆2绕着横向转轴11旋转；滑块8底部依次从某凹槽6底部经过凹槽圆弧段到达凹槽6边缘最高点，弹簧9不断受到压缩，滑块受到凹槽的支持力，这些形成了换挡阻力，最后滑块到达相邻凹槽6的底部，操作人员根据实际操作感受对换挡行程目标值L’和换挡力目标值F1’做出是否合适的评估。
4、重新设计并验证，若换挡行程目标值L’和换挡力目标值F1’不合适，则重新调整设计值，然后重复上述步骤1)～3)，直到评估结果为合适。

Claims (3)

1.一种换挡机构的模拟验证方法，其特征在于：用于模拟验证的所述换挡机构包括换挡杆(2)，所述换挡杆(2)上端与球头(1)固定，下端与活动压块(7)活动套接并通过锁止螺栓(10)固定；所述换挡杆(2)中部通过横向转轴(11)与转动支架(3)铰接，所述转动支架(3)通过纵向转轴(12)与侧板(5)铰接；所述活动压块(7)下端与滑块(8)活动套接并在所述活动压块(7)和所述滑块(8)之间连接有弹簧(9)，所述滑块(8)下端与设置在底座(4)上的凹槽(6)抵接；所述换挡杆(2)上端的外壁设有显示所述球头(1)与所述横向转轴(11)之间距离的第一刻度线(13)，所述活动压块(7)的外壁上设有显示弹簧压缩量的第二刻度线(14)，所述模拟验证方法包括如下步骤：
1)根据换挡行程目标值L’和换挡行程计算公式确定球头距离目标值L1’，然后调节球头距离L1并通过第一刻度线(13)读取实际长度，使球头距离L1等于球头距离目标值L1’；
2)保持球头距离L1不变，根据换挡力目标值F1’和换挡力计算公式确定弹簧压缩量目标值△L’，然后通过锁止螺栓(10)来调节弹簧压缩量△L并读取第二刻度线(14)的读数，使弹簧压缩量△L等于弹簧压缩量目标值△L’；
3)进行换挡操作并评估，手握球头(1)并向目标挡位推进，进行一次换挡操作，当球头(1)左右运动时，换挡杆(2)绕着纵向转轴(12)旋转，当球头(1)前后运动时，换挡杆(2)绕着横向转轴(11)旋转；滑块(8)底部依次从某凹槽(6)底部经过凹槽圆弧段到达凹槽(6)边缘最高点，最后到达相邻凹槽(6)的底部，操作人员根据实际操作感受对换挡行程目标值L’和换挡力目标值F1’做出是否合适的评估；
4)重新设计并验证，若换挡行程目标值L’和换挡力目标值F1’不合适，则重新调整设计值，然后重复上述步骤1)～3)，直到评估结果为合适。
2.根据权利要求1所述的换挡机构模拟验证方法，其特征在于：所述换挡杆(2)包括套杆(22)和与所述套杆(22)螺纹连接的里杆(21)，所述里杆(21)上端与所述球头(1)固定，所述套杆(22)下端与所述活动压块(7)活动套接并通过所述锁止螺栓(10)固定。
3.根据权利要求1所述的换挡机构模拟验证方法，其特征在于：所述底座(4)的上表面中部设有球面圆弧槽，所述球面圆弧槽上设有连续的凹槽(6)，所述凹槽(6)的外轮廓为多个连续的圆弧段。
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