商用車AMT中間軸制動(dòng)器性能試驗(yàn)

范珊珊，寧立群，崔偉，楊子軒（法士特汽車傳動(dòng)研究院，陜西 西安 710000）

?

商用車AMT中間軸制動(dòng)器性能試驗(yàn)

范珊珊，寧立群，崔偉，楊子軒
（法士特汽車傳動(dòng)研究院，陜西 西安 710000）

商用車電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT升檔時(shí)，通過(guò)中間軸制動(dòng)器來(lái)同步待嚙合的齒輪，以保證換檔的平順性，因而中間軸制動(dòng)器的性能直接關(guān)系到AMT的換檔品質(zhì)。本文設(shè)計(jì)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)AMT中間軸制動(dòng)器的制動(dòng)力、密封性、一致性、壽命等性能進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)?zāi)M實(shí)車升檔情況，以16檔商用車自動(dòng)變速器為對(duì)象，采用TTC200控制器，協(xié)調(diào)控制離合器和制動(dòng)器，同時(shí)采用CANalyser實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)器性能，最終提出制動(dòng)器的改進(jìn)方案。試驗(yàn)表明，該中間軸制動(dòng)器可以滿足自動(dòng)變速器的使用需求。

自動(dòng)變速器；換擋；中間軸制動(dòng)器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.062

CLC NO.: U463.5Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-193-03

前言

變速器換檔時(shí)，待嚙合的一對(duì)齒輪的圓周速度達(dá)到同步后，才可以順利掛入目標(biāo)檔位[1]。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，利用其自身的電控優(yōu)勢(shì)，在換檔過(guò)程中可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速。降檔時(shí)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)升速，待需要換檔的齒輪達(dá)到同步要求時(shí)，停止對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的提速，再掛入相應(yīng)的檔位；升檔時(shí)，則利用變速器中間軸制動(dòng)器來(lái)降低輸入軸轉(zhuǎn)速，同步后再掛入目標(biāo)檔位。該制動(dòng)器的性能直接影響AMT的換檔平順性和換檔時(shí)間[2]。

文獻(xiàn)[2]設(shè)計(jì)了一種安裝在雙中間軸變速器底取力窗口的制動(dòng)器，通過(guò)對(duì)中間軸的制動(dòng)，達(dá)到對(duì)一軸及其相關(guān)零部件的減速。但是安裝在底取力窗口，需要設(shè)計(jì)制動(dòng)器殼體，變速箱外部凸起，外形不夠美觀，且各種碎屑容易進(jìn)入氣缸。本文采用一種安裝于變速器中間軸前端軸頭處的制動(dòng)器，由三個(gè)濕式摩擦片及相應(yīng)的鋼片組成，摩擦片通過(guò)花鍵與中間軸連接，鋼片通過(guò)四個(gè)凸起圓周方向定位?；钊惭b于離合器殼體內(nèi)，為單作用彈簧復(fù)位式，控制方式為電控氣動(dòng)式，當(dāng)變速器起步或升檔時(shí)，通過(guò)激活相應(yīng)電磁閥，打開(kāi)氣路，建立氣壓，活塞克服回位彈簧阻力壓緊摩擦片及鋼片來(lái)使變速器從動(dòng)部分迅速降速。中間軸制動(dòng)器工作原理如下圖所示：

為了驗(yàn)證該中間軸制動(dòng)器的可靠性，本文設(shè)計(jì)了臺(tái)架試驗(yàn)，采用TTC快速原形控制器，協(xié)調(diào)控制離合器和中間軸制動(dòng)器，模擬實(shí)車情況，中間軸制動(dòng)器作用時(shí)計(jì)算其制動(dòng)能力K值，并監(jiān)測(cè)制動(dòng)器的密封性，一致性，以及壽命。試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)了中間軸制動(dòng)器的一些問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)改進(jìn)，為今后自動(dòng)變速器的可靠運(yùn)行提供了保證。

1、試驗(yàn)方法

為了試驗(yàn)中間軸制動(dòng)器的可靠性，本文設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)方法，模擬實(shí)車升檔情況，使制動(dòng)器重復(fù)制動(dòng)過(guò)程，計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力，測(cè)試其密封性、一致性以及壽命。中間軸制動(dòng)器在離合器殼體內(nèi)，試驗(yàn)臺(tái)架如下圖所示：

1.1試驗(yàn)步驟

以16檔自動(dòng)變速器為例，升檔時(shí)，TCU控制離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥，使工作氣缸充氣，離合器開(kāi)始分離，完全分離后，系統(tǒng)控制XY選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥動(dòng)作，使變速器從檔位上回到空檔，然后打開(kāi)變速器的制動(dòng)器電磁閥，使變速器制動(dòng)器工作氣缸充氣，變速器制動(dòng)器工作，中間軸齒輪轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)需要換檔的齒輪到達(dá)同步要求時(shí)，變速器制動(dòng)器停止工作，系統(tǒng)再次控制XY選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，將變速器從空檔掛入下一檔位，之后系統(tǒng)控制離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥使離合器接合。為了縮短試驗(yàn)周期，實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，XY選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)不參與工作。試驗(yàn)步驟：

（1）當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速升至1800r/min時(shí)，分離離合器；

（2）離合器完全分離后，啟動(dòng)制動(dòng)器，制動(dòng)200ms；

（3）關(guān)閉制動(dòng)器電磁閥，接合離合器。

中間軸制動(dòng)器試驗(yàn)過(guò)程狀態(tài)機(jī)如圖3所示：

試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算中間軸制動(dòng)器的制動(dòng)力K值，K值實(shí)際是輸入軸轉(zhuǎn)速降低時(shí)的變化斜率，如下式所示：

式中，n1為制動(dòng)器起作用時(shí)的輸入軸轉(zhuǎn)速，n2為制動(dòng)器停止作用時(shí)的輸入軸轉(zhuǎn)速，Δt為制動(dòng)器起作用的時(shí)間。滿足電控式自動(dòng)變速器使用要求的制動(dòng)力K值在4000r/s2左右，過(guò)大過(guò)小都會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。過(guò)小，制動(dòng)力時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響換檔時(shí)間和換檔平順性；過(guò)大，轉(zhuǎn)速響應(yīng)過(guò)快，不易控制。

1.2試驗(yàn)開(kāi)發(fā)

中間軸制動(dòng)器和離合器的控制由 TTC200控制器來(lái)完成，該控制器提供MatlabSimulink開(kāi)發(fā)環(huán)境的驅(qū)動(dòng)接口庫(kù)，支持快速原型與控制器代碼的轉(zhuǎn)換。這樣減少了手工編程難以避免的錯(cuò)誤，提高了程序的可讀性和繼承性，當(dāng)需要修改控制系統(tǒng)方案時(shí)，成本和代價(jià)也大大降低。具體操作過(guò)程如圖4所示。

首先，在MatlabSimulink開(kāi)發(fā)環(huán)境下，建立制動(dòng)器控制模型，其中，應(yīng)用最多的是有限狀態(tài)機(jī)Stateflow模塊，它可以清楚展示系統(tǒng)存在的多種模式，并定義從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)狀態(tài)的條件，如圖3所示。然后，利用TTC Toolbox生成代碼，下載到控制器中。最后，在自動(dòng)變速器運(yùn)行過(guò)程中，利用CANalyser實(shí)時(shí)監(jiān)控CAN總線信息，比如制動(dòng)斜率、試驗(yàn)進(jìn)程、離合器動(dòng)作等，當(dāng)制動(dòng)力K值超過(guò)閾值，離合器分離接合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或者試驗(yàn)次數(shù)有誤時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告，并停止運(yùn)行。

2、試驗(yàn)結(jié)果

AMT使用要求中間軸制動(dòng)器壽命達(dá)到100萬(wàn)次，制動(dòng)力維持在4000r/s2左右，最低不低于3000r/s2，且制動(dòng)器不能漏油。由于該中間軸制動(dòng)器是新設(shè)計(jì)的，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，具體如下：

（1）密封性

在試驗(yàn)調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)中間軸制動(dòng)器氣缸漏油，如圖5所示，原因是密封圈太小，未能起到密封作用，加大密封圈后重新安裝，密封性得到改善。試驗(yàn)進(jìn)行到30萬(wàn)次時(shí)，拆檢發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)氣缸仍有漏油，密封圈仍需改進(jìn)。

（2）制動(dòng)性

同樣在試驗(yàn)調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器制動(dòng)力K值僅有1700r/s2，如前所述，制動(dòng)力太小影響換檔時(shí)間，改變摩擦片大小以及摩擦材料后，制動(dòng)力達(dá)到4000r/s2，滿足使用要求。

（3）一致性

一致性是指同一設(shè)計(jì)，不同批次生產(chǎn)的中間軸制動(dòng)器，其性能應(yīng)該相似，且同一個(gè)制動(dòng)器使用一段時(shí)間后，制動(dòng)性能變化不明顯。試驗(yàn)開(kāi)始后，經(jīng)過(guò)3萬(wàn)次的磨合，制動(dòng)器制動(dòng)力下降300r/s2左右，期間緩慢下降，待100萬(wàn)次試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，制動(dòng)力維持在3100r/s2，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6?？梢?jiàn)，中間軸制動(dòng)器的一致性符合使用要求。

（4）壽命

理論要求中間軸制動(dòng)器的壽命達(dá)到100萬(wàn)次。如圖7所示為摩擦片使用前后對(duì)比，試驗(yàn)進(jìn)行到100萬(wàn)次時(shí)，進(jìn)行拆解，摩擦片厚度從2.35mm降至2.32mm，沒(méi)有明顯磨損，而且試驗(yàn)過(guò)程制動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于實(shí)際車輛運(yùn)行狀況，所以中間軸制動(dòng)器的壽命可以滿足使用要求。

3、總結(jié)

本文主要介紹了商用車AMT的中間軸制動(dòng)器性能試驗(yàn)方法，以16檔AMT搭建試驗(yàn)臺(tái)架，建立試驗(yàn)開(kāi)發(fā)流程，使用Matlab/Simulink創(chuàng)建離合器和制動(dòng)器協(xié)調(diào)控制的快速原型，在變速器試驗(yàn)臺(tái)架上采用CANalyser實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其制動(dòng)性、密封性、一致性以及壽命等，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了中間軸制動(dòng)器密封性以及制動(dòng)力不足的問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)后，中間軸制動(dòng)器性能基本滿足使用要求。采用快速原型開(kāi)發(fā)的方法，使程序更改變得簡(jiǎn)單；且該試驗(yàn)過(guò)程能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)中間軸制動(dòng)器性能變化，為改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)提供依據(jù)。最終，中間軸制動(dòng)器的性能得到改善。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造.機(jī)械工業(yè)出版社，2005年8月第2版.

[2]李惠軍，邱輝鵬，李曉亮.電控機(jī)械式自動(dòng)變速器制動(dòng)裝置研究.汽車工程師，2011.6.

[3]文凌波，王玉海，李興坤，薛春宇.基于MATLAB/STATEFLOW的AMT控制策略仿真系統(tǒng).車輛與動(dòng)力技術(shù)，2005.1.

[4]周能文.在變速器上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)減速裝置的研究.汽車工程師，2010.5.

Performance Test of Countershaft Brake System for Commercial Vehicle AMT

Fan Shanshan,Ning Liqun,Cui Wei,Yang Zixuan
(Shaanxi FAST Auto Drive Engineering Research Institute,Shaanxi Xi'an 710000)

In order to achieve shift comfort,automatic mechanical transmissions for commercial vehicles use a counter shaft brake system to synchronize the target gears when upshifting.Therefore the AMT shift quality depends largely on the performance of the countershaft brake system.A testbed for the countershaft brake system was built to analyze the braking force,sealing,consistency,durability etc.During the test,TTC200,a type of control unit which supports the rapid prototy ping,coordinately controled the clutch and brake system,simulating the actual upshift process.Meanwhile,CANalyser monitored the behavior of the brake system.Finally,improvements for brake system were proposed.In conclusion,the countershaft brake system could meet the requirements of AMT.

AMT; gearshift; countershaft brake system

U463.5

A

1671-7988（2016）08-193-03

范珊珊（1985-），女，AMT電控工程師，就職于法士特汽車傳動(dòng)研究院。主要從事商用車自動(dòng)變速器的研究，智能電器，智能傳動(dòng)等方面的工作。