轎車自動換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)研究

□ 程煜華

同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院 上海 200092

轎車自動換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)研究

□ 程煜華

同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院 上海 200092

為了有效地對轎車自動換擋器進(jìn)行各種耐久性能試驗(yàn)，研究開發(fā)了換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺。介紹了試驗(yàn)臺軟、硬件的實(shí)現(xiàn)以及工作原理。該試驗(yàn)臺已經(jīng)大量應(yīng)用于量產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，取得了良好的效果。

換擋器 耐久 試驗(yàn)臺

隨著人們生活水平的逐年提高，轎車逐步成為了一種家庭代步工具。在消費(fèi)市場表現(xiàn)上，一方面是合資企業(yè)高歌猛進(jìn)，另一方面卻是自主品牌不斷滑坡。其中一個因素，就是隨著人們在私家車內(nèi)停留的時間增加，對車內(nèi)的各種零部件的要求提出了更高的要求。國內(nèi)汽車廠商在不斷上馬新項(xiàng)目的同時，卻往往忽略了客戶最直接的體驗(yàn)性。好在很多企業(yè)意識到了這一點(diǎn)，汽車制造商和供應(yīng)商都不斷加大車內(nèi)零部件的研發(fā)力度。在汽車操縱方式上，和發(fā)達(dá)國家的主流趨勢一樣，為了提高駕駛的舒適性，中國市場的重心也正在逐步由傳統(tǒng)的手動換擋汽車為主轉(zhuǎn)向自動換擋汽車。兩者雖然在成本上尚有差距，但越來越多的顧客寧愿選擇更舒適便捷的操縱方式。

汽車換擋器（又名變速換擋操縱裝置）是汽車內(nèi)部一個重要的安全部件，用于控制汽車變速器，使其按照駕駛員的要求在不同的擋位間切換，從而控制汽車的運(yùn)動方式。隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，制造分工細(xì)化，汽車換擋器的制造已經(jīng)與變速器分開，獨(dú)立進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn),也就需要更專業(yè)的測試方法。國外已采用了更專業(yè)的測試設(shè)備，試驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)全自動化，盡量減少人為誤差。特別是耐久試驗(yàn)，設(shè)備可以全程模擬人手的操作，并實(shí)時監(jiān)控試驗(yàn)進(jìn)度，及時反饋試驗(yàn)結(jié)果。通過試驗(yàn)工裝和設(shè)備的設(shè)計(jì)，可減少試驗(yàn)臺架搭建的難度，提高試驗(yàn)效率和試驗(yàn)方法的可操作性，從而取得可靠的試驗(yàn)結(jié)果。

國內(nèi)文獻(xiàn)中介紹換擋器的相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備很少，包括一些自主廠商使用的設(shè)備，大都操作復(fù)雜，且重復(fù)性差。這些設(shè)備常采用PLC或VB控制換擋器運(yùn)動，需要多個伺服電機(jī)配合。新的產(chǎn)品需要試驗(yàn)時，工裝調(diào)整繁雜，位置調(diào)整不便，各工站控制性不佳。

換擋器耐久試驗(yàn)要求在高低溫環(huán)境下進(jìn)行。在同一試驗(yàn)臺上要實(shí)現(xiàn)各工位獨(dú)立運(yùn)動，并實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目的測試。本文將詳細(xì)介紹自動化試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)及發(fā)展方向。介紹采用Think&Do軟件，通過I/O控制多個工位獨(dú)立運(yùn)行不同的耐久試驗(yàn)。

1 技術(shù)方案

根據(jù)各主機(jī)廠試驗(yàn)規(guī)范要求,研制的換擋器耐久試驗(yàn)臺應(yīng)該滿足如下技術(shù)要求。

1）氣缸和換擋器手柄連接，在圖紙規(guī)定的施力點(diǎn)處帶動氣缸作往復(fù)運(yùn)動，模擬人手進(jìn)行耐久試驗(yàn)，行程可由霍爾傳感器控制，每個擋位的力值可以監(jiān)控并記錄為TXT文件便于輸出；

2）不同氣缸可配合不同量程的力傳感器施加0～1 000 N的力；

3）氣缸最大加載頻率為0.01 Hz，可自由調(diào)節(jié)；

4）所有試驗(yàn)參數(shù)均由軟件控制，同時能進(jìn)行16件樣品試驗(yàn)，且每個工位都可單獨(dú)控制進(jìn)行不同的試驗(yàn)，可根據(jù)實(shí)際擴(kuò)展更多工位；

5）可滿足各種換擋器耐久試驗(yàn)，工裝夾具調(diào)換方便；

6）氣缸可配合不同工裝進(jìn)行其它耐久試驗(yàn)，如換擋器按鈕耐久性、電磁閥通斷耐久性、球頭扭轉(zhuǎn)耐久性等；

7）可配合環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行高低溫環(huán)境下的耐久試驗(yàn)，溫度范圍：-40～85℃；

8）運(yùn)行平穩(wěn)，能夠24 h全天候運(yùn)行，軟件實(shí)時顯示產(chǎn)品的試驗(yàn)次數(shù)、加載的力值、頻率等參數(shù)。配有故障自動報(bào)警功能，在發(fā)生故障停機(jī)報(bào)警燈亮的同時，可立即發(fā)送通知短信到指定手機(jī)號碼，實(shí)現(xiàn)無人值守。

2 研制情況

換擋器耐久試驗(yàn)臺主要由試驗(yàn)臺架和電氣控制系

統(tǒng)兩大部分組成。

2.1 試驗(yàn)臺架

試驗(yàn)臺架主要包括工裝夾具、氣缸、支架、力傳感器、霍爾傳感器、保溫箱等，如圖1所示。

試驗(yàn)樣件安裝在模擬實(shí)車位置的鋁制專用夾具上，直接用壓塊固定在耐久試驗(yàn)臺臺面，位置可根據(jù)試驗(yàn)要求自由調(diào)整。氣缸通過軸承安裝在鋁型材支架上，可根據(jù)不同試驗(yàn)樣件調(diào)節(jié)高度位置，并可上下自由擺動，如圖2所示。氣缸前端與力傳感器連接，然后通過萬向節(jié)和換擋器樣件的換擋桿連接，在圖紙規(guī)定的施力點(diǎn)帶動換擋器進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，如圖3所示。氣缸內(nèi)帶有磁環(huán)，霍爾傳感器安裝在氣缸缸體上，用磁環(huán)來進(jìn)行位置控制，氣缸兩端還裝有調(diào)速閥，調(diào)節(jié)往復(fù)運(yùn)動速度，氣缸和各傳感器與電氣控制系統(tǒng)連接。

選用美國熱測（Thermotron）公司定制的帶有外送風(fēng)功能的SE-600-6-6環(huán)境試驗(yàn)箱，將風(fēng)送入保溫箱中，如圖4所示。該試驗(yàn)箱除了常規(guī)的恒溫恒濕功能外，還裝有強(qiáng)力外送風(fēng)風(fēng)機(jī)，通過出風(fēng)、回風(fēng)兩根風(fēng)管和外部保溫箱形成回路，通過外置溫度傳感器控制保溫箱內(nèi)的溫度。停止送風(fēng)時帶負(fù)載升降溫速度約為5℃/min，外送風(fēng)時保溫箱的升降溫速度約為2℃/min。試驗(yàn)箱體積為0.6 m3，配有兩個直徑25 cm的工作孔，也可外接控制設(shè)備。

保溫箱由鋼制框架、木材和保溫棉組成，可以保持內(nèi)部溫度均勻性在±1℃，且制作成本低廉。保溫棉建議使用隔熱和防火性能較好的聚異三聚氰酸脂 （PIR），可按照不同的試驗(yàn)要求和樣件尺寸定制并開孔。由于只有工裝和樣件放在保溫箱內(nèi)，傳感器及氣缸可以選擇普通的常溫型號，如果整個臺架放入環(huán)境試驗(yàn)箱，則需選擇價格高昂的耐高低溫型號傳感器和大型環(huán)境試驗(yàn)箱。

2.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括調(diào)壓閥和電磁閥、I/O模塊、電源模塊、控制軟件等。采用日本SMC調(diào)壓閥和電磁閥用于控制氣缸作往復(fù)運(yùn)動，集成式SV系列電磁閥精簡了接線，并可獨(dú)立調(diào)整每一個電磁閥輸出的氣壓，如圖5所示。美國FUTEK高精度力傳感器與信號調(diào)理器、德國巴魯夫BALLUFF霍爾傳感器、SMC電磁閥都與I/O模塊連接。日本光洋 （KOYO）公司的T1HEBC100 I/O模塊可通過LAN接口與電腦連接，并有不同的I/O模塊負(fù)責(zé)輸入和輸出信號，比如T1F-16AD-2模塊用于模擬量輸入，T1K-16TD2-1模塊用于信號輸出。從而可實(shí)現(xiàn)每一路信號的獨(dú)立控制，理論上可無限擴(kuò)展，如圖6所示。采用12V和24V開關(guān)電源模塊為整個系統(tǒng)供電。所有模塊安裝在面板上，替換方便，如圖7所示。

控制軟件采用德國菲尼克斯電氣公司（Phoenix Contract）的Think&Do軟件。其具有使用簡便、控制全面等特點(diǎn)，可進(jìn)行圖形化界面編程，通過流程圖清晰明了地對整個試驗(yàn)各個參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。后期使用時只需在圖形界面勾選相應(yīng)的參數(shù)即可進(jìn)行不同試驗(yàn)的設(shè)置，如圖8和圖9所示。上海格蘭海芬汽車零部件有限公司通過十年的持續(xù)開發(fā)，已將整套系統(tǒng)成熟地用于各種耐久試驗(yàn)。

▲圖1 耐久試驗(yàn)臺

▲圖2 氣缸和力傳感器

▲圖3 耐久試驗(yàn)工裝

▲圖4 耐久試驗(yàn)臺保溫箱與外送風(fēng)系統(tǒng)

▲圖5 SMC電磁閥

▲圖6 光洋I/O控制系統(tǒng)擴(kuò)展

▲圖7 光洋I/O控制系統(tǒng)

3 總結(jié)

本文所述換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺已在各大主機(jī)廠換擋器的開發(fā)過程中得到廣泛應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)效率明顯提高，同時擴(kuò)展了試驗(yàn)?zāi)芰?，?jié)約了成本。通過I/O模塊擴(kuò)展并配合不同的工裝，本套試驗(yàn)設(shè)備可以廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、改進(jìn)及制造工藝驗(yàn)證過程中各零部件的耐久試驗(yàn)。

▲圖8 Think&Do控制流程圖

▲圖9 Think&Do試驗(yàn)設(shè)置界面

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［2］GMW15607-2013,Automatic Transmission Shift System Specification［S］.

［3］PF-10990-2004,Shifter Assy-Automatic Transmission with EWM［S］.

［4］劉東彥.汽車換擋器實(shí)驗(yàn)臺總體方案設(shè)計(jì)［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,2（1）:147-149.

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［7］江征風(fēng),廖慶,吳波.汽車變速總成疲勞壽命試驗(yàn)裝置液壓加載器設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓,2006（3）:145-146.

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（編輯 丁 罡）

遼寧多家企業(yè)成立數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

由沈陽機(jī)床股份有限公司、大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司等24家單位協(xié)力組建的 “遼寧省數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，日前在沈陽正式成立。

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代化裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)兩化融合的關(guān)鍵設(shè)備。為了集中優(yōu)勢資源，攻克關(guān)鍵技術(shù)，帶動全省數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，有力支撐“遼寧制造”轉(zhuǎn)型升級，在省經(jīng)信委的倡導(dǎo)下，由沈陽機(jī)床股份有限公司發(fā)起，聯(lián)合大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司、營口機(jī)床廠有限公司、沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、沈陽鑄造研究所、東北大學(xué)、沈陽建筑大學(xué)、沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院等單位，成立“遼寧省數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。

以“協(xié)同合作，推動創(chuàng)新，共贏共榮”為宗旨，聯(lián)盟將發(fā)揮遼寧裝備制造業(yè)和科研資源的優(yōu)勢，圍繞數(shù)控機(jī)床發(fā)展需求開展技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)、對行業(yè)有重大影響的關(guān)鍵及共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)而提高機(jī)床整機(jī)產(chǎn)品的省內(nèi)配套率，提升遼寧機(jī)床產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

（廖 報(bào)）

TH122

A

1000-4998（2015）10-0051-03

2015年4月