AMT變速器自動(dòng)換擋試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊仁楓，陳書(shū)宏，王信野，白洪飛

YANG Ren-feng, CHEN Shu-hong, WANG Xin-ye, BAI Hong-fei

（中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，沈陽(yáng) 110016）

0 引言

AMT電控式機(jī)械自動(dòng)變速箱，即在手動(dòng)MT變速箱的基礎(chǔ)上，增加一套離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并通過(guò)變速箱控制單元TCU進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。AMT變速箱具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)和使用成本低，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，AMT變速箱已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的汽車(chē)市場(chǎng)上廣泛配置，因此，為保證AMT變速箱的可靠性，出廠前的試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)就變得尤為關(guān)鍵。

AMT變速箱試驗(yàn)臺(tái)利用電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輛運(yùn)行，通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)與變速箱控制單元TCU的通信，交換控制信息，實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋。試驗(yàn)臺(tái)模擬變速箱換擋條件，并對(duì)各個(gè)檔位進(jìn)行加速、減速、加載測(cè)試。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工干預(yù)，保證了出廠變速箱的產(chǎn)品品質(zhì)。

1 AMT試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 AMT試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)與功能

試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)部分、液壓裝卸夾部分、傳感器檢測(cè)部分組成。傳動(dòng)部分使用1臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)變速箱輸入端模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，使用2臺(tái)加載電機(jī)連接變速箱輸出軸模擬車(chē)輛行駛，每臺(tái)電機(jī)均由變頻器驅(qū)動(dòng)。液壓裝卸夾部分實(shí)現(xiàn)對(duì)變速箱殼體的自動(dòng)裝夾卸夾，以及驅(qū)動(dòng)軸和加載軸與變速器的柔性對(duì)接。傳感器檢測(cè)包括電機(jī)編碼器、扭矩傳感器、接近開(kāi)關(guān)等。圖1為試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)模型。

AMT試驗(yàn)臺(tái)具備以下功能：

1）模擬換檔過(guò)程，從倒檔到五檔的加載、換檔循環(huán)過(guò)程中可以將所有試驗(yàn)步驟在對(duì)應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)下連貫自動(dòng)驗(yàn)證完畢。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)模型

2）采用與實(shí)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同的離合器，檢驗(yàn)員能準(zhǔn)確判定變速箱換檔性能。在試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)預(yù)先設(shè)置好變速箱的試驗(yàn)規(guī)范、速比、扭矩參數(shù)等判斷裝配正確與否。

3）具有變速箱是否安裝到位、變速箱是否卡緊、驅(qū)動(dòng)端轉(zhuǎn)速是否到達(dá)預(yù)定值、整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的各個(gè)組成部件是否工作正常等報(bào)警。

4）手動(dòng)拾取變速箱條形碼。有合格率、合格數(shù)、不合格數(shù)顯示及存儲(chǔ)，并連接打印機(jī)后可以打印。

1.2 AMT試驗(yàn)臺(tái)工作原理

AMT變速箱的TCU會(huì)依據(jù)駕駛員的意圖（油門(mén)踏板位置、剎車(chē)踏板位置、駕駛換擋模式等）和車(chē)輛的運(yùn)行情況（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速、當(dāng)前檔位、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩等），按照TCU中的標(biāo)定程序，控制離合器和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，操作變速箱進(jìn)行自動(dòng)換擋。

試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)和加載電機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輛運(yùn)行，實(shí)時(shí)采集電機(jī)和試驗(yàn)臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)?；贑AN總線協(xié)議，控制系統(tǒng)與TCU交換控制信息。TCU根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)控制離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)AMT變速箱進(jìn)行換擋操作。同時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)也需要TCU發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇電機(jī)的運(yùn)行方式，控制電機(jī)的升降速和加載運(yùn)行，更好地模擬實(shí)車(chē)的運(yùn)行情況。試驗(yàn)臺(tái)與TCU的數(shù)據(jù)通訊如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)與TCU的數(shù)據(jù)通訊

2 試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

AMT試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)以西門(mén)子S7-300系列PLC為核心，結(jié)合ABB變頻調(diào)速系統(tǒng)和相關(guān)傳感器檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)AMT變速箱的自動(dòng)測(cè)試。

2.1 變頻驅(qū)動(dòng)部分

控制系統(tǒng)的變頻驅(qū)動(dòng)部分采用ABB的ACS800系列變頻器。該變頻器由整流模塊、公共直流母線、逆變模塊組成。整流模塊將電網(wǎng)的三相動(dòng)力電整流為直流電，輸出在公共直流母線上，再經(jīng)由逆變模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和兩臺(tái)加載電機(jī)進(jìn)行控制。

試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)需要在轉(zhuǎn)速模式和轉(zhuǎn)矩模式下頻繁切換，從而模擬實(shí)車(chē)在不同檔位不同工況下的運(yùn)行，同時(shí)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩精度提出了較高要求。ABB變頻器的直接轉(zhuǎn)矩控制功能，能夠很好的實(shí)現(xiàn)上述控制要求。

2.2 控制及檢測(cè)部分

試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)使用西門(mén)子S7-300系列的315-2DP PLC，應(yīng)用Profibus-DP總線連接變頻器和分布式IO，同時(shí)利用DP/CAN網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)PLC與TCU的數(shù)據(jù)通訊。管理系統(tǒng)工控機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?？刂葡到y(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。PLC同時(shí)能夠控制AMT變速箱的自動(dòng)注油排油、自動(dòng)裝夾卸夾、托盤(pán)自動(dòng)上料等功能。

3 試驗(yàn)臺(tái)管理監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

C++是C語(yǔ)言基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一中通用型編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，功能強(qiáng)大靈活。AMT試驗(yàn)臺(tái)管理監(jiān)控系統(tǒng)即選擇C++作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

圖3 控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D

AMT試驗(yàn)臺(tái)控制使用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要分為通訊數(shù)據(jù)顯示部分、試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)關(guān)狀態(tài)部分、測(cè)試參數(shù)設(shè)置部分等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。試驗(yàn)臺(tái)管理監(jiān)控軟件主畫(huà)面如圖5所示。

圖4 管理監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖5 管理監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面

試驗(yàn)臺(tái)操作者可通過(guò)軟件進(jìn)行測(cè)試的參數(shù)設(shè)置。由于廠家生產(chǎn)的AMT變速箱箱型較多，且每個(gè)箱型的TCU控制策略都不同，所以操作者需要在軟件中選擇相應(yīng)的變速箱型號(hào)，以確定相應(yīng)的測(cè)試程序。測(cè)試過(guò)程中試驗(yàn)臺(tái)對(duì)變速箱進(jìn)行按順序的升檔和降檔測(cè)試，操作者需提前設(shè)定好循環(huán)次數(shù)，選擇油門(mén)開(kāi)度和是否需要進(jìn)行倒檔測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中，如果感覺(jué)某一檔位有問(wèn)題，也可暫停自動(dòng)升檔或降檔，試驗(yàn)臺(tái)會(huì)將變速箱維持在該檔位進(jìn)行磨合測(cè)試，以方便操作者判斷問(wèn)題原因。試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試流程如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于湖南中德變速器公司的AMT變速箱生產(chǎn)線項(xiàng)目，論述了AMT變速箱下線測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該試驗(yàn)臺(tái)可通過(guò)模擬實(shí)車(chē)的運(yùn)行方式，利用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)AMT變速箱的自動(dòng)換擋測(cè)試，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，最大程度保證了產(chǎn)品的可靠性，同時(shí)也能夠?yàn)槠髽I(yè)新產(chǎn)品的研發(fā)提供有力的支持。目前該項(xiàng)目已經(jīng)入量產(chǎn)階段，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的效益，贏得了用戶(hù)的口碑。

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