轻型卡车选换档卡片失效问题的分析与改进

倪冬，徐顺，朱琳，李阳，王其云

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

随着城市交通日益繁忙、道路阻塞日趋加剧，用于长短途运输的轻型卡车，频繁换档给汽车司机带来了众多不便，如：司机易疲劳、注意力分散，导致客户对轻型卡车的操控性、舒适性、安全性等方面提出了更高的要求[1]。为了降低客户对档位难挂的抱怨率，提升换挡质量，文章对变速操纵系统中引起的档位难挂故障率最大的选换档卡片失效问题进行分析。

1 现状分析

从功能性、舒适性、安全性三个方面分析，客户对无法换档抱怨最大。从零部件组成和安全性角度分析，操纵系统引起的故障，客户可能无法及时感知，误以为已换入目标档位，产生进一步的误操作，导致安全事故的发生。对操纵系统引起档位难挂的故障率进行统计，发现选换档卡片故障率最高，所以解决卡片失效问题，对降低选换档卡片的故障率尤其重要。

通过对市场56例故障进行统计调查，选换档卡片故障主要表现在：驾驶室内小卡片故障；卡片断裂和卡片脱落；96%故障分布在匹配三种操纵座；故障里程主要分布在20000km以下。

2 原因分析

2.1 工作原理分析

驾驶员的换挡力和变速箱选换挡力作用在软轴上，形成软轴对卡片的外作用力；卡片在软轴和操纵座限制下自身产生安装预紧力，与软轴外作用力平衡。整车上一般用检测卡片拉脱力来反映卡片预紧力大小，如图1所示。

图1 驾驶室卡片工作原理

为了保证卡片固定可靠，不会产生脱落或断裂，需满足以下几个条件：

1）保证卡片不会被挤出，导致脱落；

2）保证卡片受附加外力作用，不产生二次压缩；

3）卡片在压缩量范围内，所受应力σ小于材料的许用屈服强度极限[σs][2]

图2 卡片受力分析

其中：Fs-软轴所受阻力；F0-卡片所受预紧力；f1、f2、f3-卡片所受摩擦力；N1、N2-卡片所受支撑力；Δx-卡片压缩量；θ-卡片安装状态下与操纵座平面间夹角。

2.2 故障树分析

通过产生机理的分析，逐级深入，制定了如下树图：

图3 树图

3 要因确认

通过使用FTA工具对逐个问题进行分析和调查，发现有三个因素是卡片（驾驶室内）脱落或断裂的主要原因。

3.1 卡片弧高设计过小

弧高实测满足设计值要求 2±0.1mm，质量无问题；在图纸弧高设计值状态下，卡片理论和实测预紧力均不能满足设计标准要求（预紧力kΔx-f3*sinθ＞Fs=200N），确定是一个主要因素。

表1 卡片弧高计算与实测对比

3.2 操纵座底板厚度设计过小

操纵座底板厚度实测满足设计值要求，质量无问题；在底板厚度 4.3±0.1mm 情况下，卡片预紧力理论（120N～200N）不能满足设计标准要求（＞200N）；市场96%故障分布在底板厚度为 4.3mm的操纵座上，厚度设计过小影响较大，是一个主要因素。

3.3 结构刚度设计不满足实际要求

表2 卡片刚度理论与实测对比

卡片刚度与某标杆对比，刚度过低，卡片安装状态下弹性预紧力不能满足设计要求，卡片反复被二次压缩，产生疲劳断裂或脱落现象。台架耐久试验表明，卡片结构刚度过低，耐久可靠性明显下降，如表2所示。所以，刚度设计过低影响较大。

4 改进措施与验证

4.1 优化弧高和操纵座底板厚度

考虑卡片弧高不能设计太高，否则会超出卡片屈服强度极限，但仅增加弧高又不能满足预紧力需求。所以，需要同时考虑增加卡片弧高和操纵座底板厚度，如表3所示。

表3 弧高和操纵座底板厚度优化

4.2 优化卡片结构刚度

表4 卡片结构刚度优化

卡片尺寸修改后，经过CAE分析，理论刚度相对改进前提升一倍。在压缩量0.6mm下，预紧力为240N，可有效抵抗软轴外力产生的二次变形。

4.3 验证

图4 拉脱力检测及市场验证

经过以上对策实施，对在半个月内生产的28台下线车辆进行随机抽查，通过检测卡片的拉脱力 F1来衡量卡片的松紧程度，其中F1≥f1+f2+f3*cosθ=70N；并对其后续三个月市场表现进行跟踪。整改后拉脱力检测结果表明均满足标准要求，且市场最大验证行驶里程达4万多公里，均未反馈卡片失效问题，整改效果明显，如图4所示。

5 总结

文章对轻卡驾驶室内选换档卡片失效问题进行了分析，从变速系统结构组成及卡片工作原理识别问题来源，利用理论计算、台架测试、对比等方法确定了卡片失效问题的主要因素，有针对性地进行了改进，并并通过了市场验证，有效地降低了选换档卡片故障率问题，降低了客户的抱怨率。