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摘要：汽車自動(dòng)變速箱中P擋駐車機(jī)構(gòu)作為一項(xiàng)重要配置，在車輛長(zhǎng)時(shí)間停放，特別是坡道停放的安全上起到了特別重要的作用。對(duì)于搭載自動(dòng)變速箱的汽車，P擋機(jī)構(gòu)的可靠性對(duì)車輛的安全性能有著非常重要的意義。文章主要從P擋駐車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)作簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：P擋駐車機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)；解檔力；棘齒效應(yīng)；臨界駐車車速

1引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車變速箱行業(yè)從手動(dòng)擋逐步向自動(dòng)擋方向發(fā)展，比如AT、DCT等形式。自動(dòng)變速箱相比手動(dòng)箱，增加了P擋駐車機(jī)構(gòu)。另外國(guó)內(nèi)發(fā)展較快的新能源汽車單檔變速箱也設(shè)置了這一配置。汽車自動(dòng)變速箱中P擋駐車機(jī)構(gòu)作為一項(xiàng)重要配置，在車輛長(zhǎng)時(shí)間停放，特別是坡道停放的安全上起到了特別重要的作用。對(duì)于搭載自動(dòng)變速箱的汽車，P擋機(jī)構(gòu)的可靠性對(duì)車輛的安全性能有著非常重要的意義。本文主要從P擋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)作簡(jiǎn)要闡述。P擋駐車機(jī)構(gòu)滿足安全可靠要求，需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：（1）當(dāng)汽車停止掛入P擋時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)能順利的完成鎖止動(dòng)作，并可靠鎖止車輛。即便坡道也不能自動(dòng)脫檔，引起駐車功能失效。（2）當(dāng)汽車準(zhǔn)備啟動(dòng)退出P擋時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)能順利解除鎖止。即便坡道上，合適的解檔力也能完成解檔動(dòng)作。如采用電子P擋，要考慮足夠的扭矩安全系數(shù)。（3）當(dāng)車速大于某一限定值時(shí)，如駕駛員誤掛入P擋，駐車機(jī)構(gòu)不能鎖止變速箱，且機(jī)構(gòu)不發(fā)生損壞。（4）行車過(guò)程中任何工況下，比如車輛振動(dòng)、急加速、急減速等情況，不能引起駐車機(jī)構(gòu)意外鎖止。（5）當(dāng)車輛完成駐車后，很多情況下松開(kāi)剎車，車輛會(huì)有一定向前或向后的溜車距離，保證駐車安全，溜車距離不能過(guò)大。國(guó)內(nèi)自動(dòng)變速箱的設(shè)計(jì)起步較晚，相比歐美日等國(guó)家技術(shù)上有明顯差距。相應(yīng)的，在P擋駐車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，幾乎找不到較全面的設(shè)計(jì)資料，大多數(shù)情況都以對(duì)標(biāo)參照設(shè)計(jì)為主。本文以某款已量產(chǎn)機(jī)型為背景，簡(jiǎn)要分析P擋駐車機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

2設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

2.1設(shè)計(jì)輸入

駐車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足強(qiáng)度、可靠性要求。由于機(jī)構(gòu)強(qiáng)度與整車質(zhì)量直接相關(guān)，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要了解整車的相關(guān)參數(shù)。

2.2駐車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

駐車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)主要根據(jù)變速箱內(nèi)部空間布置不同可設(shè)計(jì)成不用的結(jié)構(gòu)形式。本文以下圖1結(jié)構(gòu)為例簡(jiǎn)要介紹駐車機(jī)構(gòu)。一般駐車機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪、回位彈簧、錐銷推桿組件、壓力導(dǎo)塊、旋轉(zhuǎn)齒板等組成。當(dāng)進(jìn)行入P擋操作時(shí)，錐銷推桿進(jìn)入壓力倒塊與棘爪之間，下壓棘爪使棘輪棘爪齒嚙合，完成鎖止動(dòng)作。如入P擋時(shí)，棘輪與棘爪是齒對(duì)齒狀態(tài)，則錐銷推桿彈簧被壓縮，棘爪保持與棘輪嚙合的趨勢(shì)，車輛稍微溜車即完成鎖止。當(dāng)退出P擋時(shí)，錐銷推桿抽出，棘輪與棘爪脫開(kāi)，解除P擋鎖止。

2.3滿足坡道解鎖要求

駐車機(jī)構(gòu)受力大小隨坡道角度的變化而變化。車輛停放平路時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)幾乎不受力，隨著角度的增加，棘輪端對(duì)棘爪的壓力越大，駐車機(jī)構(gòu)受力越大。以上坡時(shí)棘輪與棘爪的受力為例。盡管實(shí)際應(yīng)用中棘爪還會(huì)受到回位扭簧的力矩，自身重力力矩等的影響，但相比棘爪端受力產(chǎn)生的脫開(kāi)力矩，此部分受力較小，本計(jì)算過(guò)程忽略其影響。滿足以上關(guān)系式可以滿足解檔后自動(dòng)脫開(kāi)的要求。但自動(dòng)脫開(kāi)的力矩大會(huì)出現(xiàn)解檔力過(guò)大的問(wèn)題。因此要滿足順利解檔要求，特別是坡道上解檔力不能過(guò)大。一方面，棘爪與棘輪嚙合時(shí)的角度值需設(shè)計(jì)在合理范圍內(nèi)；另一方面，便于錐銷從棘爪脫出，掛擋后錐銷的自鎖面錐角a值也需設(shè)計(jì)合理。a角過(guò)大，起不到自鎖作用，容易坡道脫檔；過(guò)小脫檔力過(guò)大，難解檔。因此，既要確保解檔后能順利脫開(kāi)，又要防止解檔力過(guò)大，引起換擋不便。需要設(shè)計(jì)合理的棘爪受力角度，還要設(shè)計(jì)合理的錐銷自鎖角度。駐車機(jī)構(gòu)上坡與下坡的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系基本相同，只是棘爪工作齒面不同，受力方向相反，分析方法可參照上坡方向，不另外闡述。

2.4避免出現(xiàn)意外駐車

一般情況下，汽車正常行駛時(shí)棘爪不會(huì)卡入棘輪。但特殊情況下，如路面嚴(yán)重顛簸，地面出現(xiàn)較大坑等，由于較大加速度，回位彈簧扭力不夠，棘爪意外卡入棘輪，出現(xiàn)瞬時(shí)行駛中駐車的情況。以免造成事故，回位扭力彈簧需要設(shè)計(jì)足夠的富余量。

2.5設(shè)計(jì)安全的駐車車速

車輛在正常行駛過(guò)程中一般不會(huì)掛入P擋，但意外情況下有誤操作的情況，特別是高速行駛過(guò)程中。一旦高速行車掛入P擋，可能會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重事故。那么需要駐車機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上避免這種情況發(fā)生。車輛高于某一臨界車速時(shí)，即使有掛P擋動(dòng)作，由于棘輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪無(wú)法直接掛入棘輪齒槽，棘爪與棘輪連續(xù)的相互撞擊，發(fā)生棘齒效應(yīng)。也就是說(shuō)，車輛高于臨界車速時(shí)發(fā)生棘齒效應(yīng)，低于臨界車速時(shí)可以掛擋。設(shè)計(jì)合理的臨界車速可以保證機(jī)構(gòu)安全駐車。利用零件之間的受力關(guān)系式，可計(jì)算需要的錐銷彈簧彈力，彈簧力大小決定臨界車速的大小，彈力越大，臨界車速越大。調(diào)整錐銷彈簧力可將臨界車速設(shè)計(jì)在合理范圍內(nèi)。

3結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)我工作中對(duì)應(yīng)的某款變速箱P擋駐車機(jī)構(gòu)為背景，初步闡述了駐車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重視幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，如坡道解檔、安全駐車車速、解檔力、防意外駐車等，通過(guò)以上理論計(jì)算，可完成較初步的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行分析，可將設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，而且得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，比如臨界駐車車速仿真，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真等。最終通過(guò)對(duì)樣件進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)、實(shí)車試驗(yàn)后，設(shè)計(jì)出安全、可靠的P擋駐車系統(tǒng)，從而滿足整車P擋駐車需要。

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作者:鄭利洲 單位:廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院