汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

董鐵山

【摘 要】隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車自動(dòng)變速器的普遍運(yùn)用，可以想見自動(dòng)變速器的使用與維修市場(chǎng)將逐漸擴(kuò)大，而汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)，將發(fā)展為有關(guān)科研院所和各個(gè)汽車維修企業(yè)所必須具備的一個(gè)設(shè)備。汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的有效提升。在本次研究中，汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，采取的是交流電封閉方式，能夠?qū)δ茉催M(jìn)行充分的運(yùn)用，且具備較高的回收效率。另外，該試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)用LabVIEW軟件當(dāng)做一個(gè)平臺(tái)，最終達(dá)到了計(jì)算機(jī)有效控制自動(dòng)變速器、吸功電動(dòng)機(jī)以及變頻調(diào)速器，并且實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出、輸入軸轉(zhuǎn)速與扭矩的目的，同時(shí)操作簡(jiǎn)單方便，界面良好。

【關(guān)鍵詞】汽車；自動(dòng)變速器；設(shè)計(jì)

變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)重要組成之一，其性能直接影響汽車的可靠性、燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。變速器試驗(yàn)臺(tái)是檢測(cè)變速器性能的重要設(shè)備，旨在提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和精確性，為變速器設(shè)計(jì)與研發(fā)提供數(shù)據(jù)參考。不同驅(qū)動(dòng)方式對(duì)汽車動(dòng)力性、行駛安全性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性都有明顯的影響。在汽車發(fā)展中，大多采用前置后驅(qū)（FR），然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及乘車需求的不斷加大，后置后驅(qū)（RR）逐漸被采納，成為今后中大型客車、公交車的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)代自動(dòng)變速器和手動(dòng)變速器相對(duì)比，其是由計(jì)算器進(jìn)行控制，擁有較高的精密度，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，零部件較多，并且成本相對(duì)較高等特性；同時(shí)汽車在安裝自動(dòng)變速器之后，汽車起步與加速穩(wěn)定，且能夠提升汽車的平均車速與乘車舒適性，還能延長汽車傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命等等優(yōu)點(diǎn)，因此深受消費(fèi)者的喜愛[1]。而為便于對(duì)自動(dòng)變速器的性能與故障等情況進(jìn)行有效的檢查與判斷，可以設(shè)計(jì)汽車自動(dòng)變速器的試驗(yàn)臺(tái)，以此來對(duì)自動(dòng)變速器進(jìn)行綜合的、全方面的檢測(cè)。

一、汽車自動(dòng)變速器的種類、結(jié)構(gòu)與工作原理分析

1、無級(jí)變速器

無級(jí)變速器主要部件是具有V形槽的主動(dòng)錐輪、從動(dòng)錐輪和傳動(dòng)帶，傳動(dòng)帶安裝在主動(dòng)錐輪和從動(dòng)錐輪的V形槽中內(nèi)，主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)通過傳動(dòng)帶將主動(dòng)輪的扭矩傳遞給從動(dòng)輪。傳動(dòng)帶有金屬帶、金屬鏈和橡膠帶之分，金屬帶是以推的形式傳遞轉(zhuǎn)矩，橡膠帶是以拉的形式傳遞扭矩。早先用的是V形橡膠帶，由于材料較差傳遞力矩小，效果不佳。1979年荷蘭DAF的工程師改用金屬帶進(jìn)行研究，并于1983年推向市場(chǎng)。

2、雙離合器式自動(dòng)變速器

雙離合器式自動(dòng)變速器是由平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來的，它采用兩個(gè)離合器的結(jié)構(gòu)，將變速器的擋位。按奇數(shù)和偶數(shù)分別布里在與這兩個(gè)離合器相連的平行軸上，通過離合器的交替結(jié)合來完成換擋過程。雙離合器式自動(dòng)變速器繼承了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、燃油經(jīng)濟(jì)性好、安裝空間緊湊、質(zhì)量輕、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，此外在換擋過程中不存在動(dòng)力中斷，所以換擋時(shí)沒有明顯的減速度產(chǎn)生，換擋迅速平穩(wěn)，不僅保證了車輛的加速性，而且極大地提高了換擋舒適性。

3、可無限變速的機(jī)械式無級(jí)變速器

可無限變速的機(jī)械式無級(jí)變速器亦稱機(jī)械式數(shù)學(xué)超環(huán)面無級(jí)變速器，與其他自動(dòng)變速器最顯著的差別之一是不使用變矩器，Torotrak公司開發(fā)的IVT使用了2套離合器，驅(qū)動(dòng)力由一套稱為Variat的裝置傳遞，通過鎖止離合器和行星齒輪機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞至傳動(dòng)軸。這種IVT變速器是基于數(shù)學(xué)超環(huán)面主動(dòng)盤、超環(huán)面被動(dòng)盤的簡(jiǎn)單配置和在兩者間運(yùn)動(dòng)的滾子角度連續(xù)可變而實(shí)現(xiàn)無限的無級(jí)變速。IVT的核心部分由輸人傳動(dòng)盤、輸出傳動(dòng)盤和中間傳動(dòng)盤組成。兩個(gè)輸入傳動(dòng)盤分別位于兩端，輸出傳動(dòng)盤只有l(wèi)個(gè)并位于中間位置，中間傳動(dòng)盤則夾于輸入傳動(dòng)盤和輸出傳動(dòng)盤中問，它們之間的接觸點(diǎn)以潤滑油做介質(zhì)，金屬之間不接觸，通過改變中間傳動(dòng)盤的角度從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)無限的變化。

4、汽車自動(dòng)變速器內(nèi)的液力變矩器能夠達(dá)到變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的軟連接。依據(jù)節(jié)氣門的開度、變速桿位置、制動(dòng)器的釋放（制動(dòng)）以及車速自動(dòng)控制離合器等，液壓控制系統(tǒng)可以達(dá)到汽車檔位的自動(dòng)變換與動(dòng)力傳動(dòng)路線的變化，另外，其還朝潤滑油路與液力變矩器提供油；其中，冷卻系統(tǒng)能夠避免出現(xiàn)較高的液壓油溫。

在計(jì)算機(jī)的控制下，自動(dòng)變速器可以依據(jù)最理想的換擋理論與最少的油耗，實(shí)行汽車的自動(dòng)變檔，同時(shí)對(duì)外部負(fù)載具備較好的適應(yīng)水平與自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。一般情況下，是利用微控制器自動(dòng)變速器液壓控制閥體中的各個(gè)電磁閥來達(dá)到最終變檔的目的。

二、汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

1、試驗(yàn)臺(tái)架

試驗(yàn)臺(tái)架基本上是由幾個(gè)部分組成的，即三維臺(tái)架（支撐驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）、二自由度臺(tái)架（支撐吸功電動(dòng)機(jī)）以及支撐變速器的臺(tái)架[2]。其中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)架的三維設(shè)計(jì)，其主要目的是為了確保變速器的液力變矩器裝配和中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸，處于相同的軸度。而在對(duì)吸功電動(dòng)機(jī)臺(tái)架二自由度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)吸功電動(dòng)機(jī)和尺寸不同與形式不同的自動(dòng)變速器之間的相連問題，進(jìn)行了充分的思考。最后，對(duì)變速器臺(tái)架的設(shè)計(jì)時(shí)，充分思考了不同類型自動(dòng)變速器的安裝與固定等問題。

2、.驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采取一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)（75kW），依據(jù)變速器綜合測(cè)試的需要，其輸入軸轉(zhuǎn)速控制在3000r/min。因此，選取相對(duì)應(yīng)的變頻器，本次選取6SE70系列變頻器，這一系列的變頻器所采取的是交流矢量控制技術(shù)，能夠確保準(zhǔn)確控制大功率交流電動(dòng)機(jī)。這主要是由于這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸量相對(duì)較小，而變頻器的數(shù)量也相對(duì)較少，然后利用RS485總線來達(dá)到變頻器和工控機(jī)兩者間通訊的目的，進(jìn)而符合實(shí)時(shí)性的需要。在該系統(tǒng)內(nèi)選用通信接口來和工控機(jī)進(jìn)行通信，依據(jù)通信協(xié)議USS，工控機(jī)朝變頻器傳輸轉(zhuǎn)速值。因?yàn)樽冾l器通信口所選用的是RS85標(biāo)準(zhǔn)，必須和工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行一定的轉(zhuǎn)化，所以，選擇RS232/485轉(zhuǎn)換模塊最終實(shí)現(xiàn)工控機(jī)和變頻器之間的相連。

3、加載電動(dòng)機(jī)

采取變頻能量回收系統(tǒng)（110kW），對(duì)以異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的吸功電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的控制，使其能夠在朝被測(cè)試件加載的過程中，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，進(jìn)而輸送給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，最終達(dá)到能量閉環(huán)回收的目的[3]。該系統(tǒng)具備多種功能，例如對(duì)各個(gè)參數(shù)（電壓、電流、相位、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩）等進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與調(diào)節(jié)、自動(dòng)保護(hù)功能以及故障警報(bào)等等。PID閉環(huán)控制方式是該系統(tǒng)加載的主要控制方式，而其通訊模式則選取串口RS485總線，以便達(dá)到該系統(tǒng)和工控機(jī)兩者之間的相互通信。其中，系統(tǒng)靜態(tài)精度，指的就是轉(zhuǎn)矩控制精度，其值通常為正負(fù)1%，而轉(zhuǎn)矩的控制精度大約為正負(fù)0.5%。

三、試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分析

通常情況下，工業(yè)過程中的控制軟件需要較好的圖形界面、通訊水平較高，并且現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)水平較高等。而LabVIEW，是一個(gè)儀器分析軟件應(yīng)用開發(fā)工具，其具備較強(qiáng)的功能，且具有靈活性，在學(xué)術(shù)與工業(yè)領(lǐng)域中被普遍運(yùn)用于儀器控制軟件與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)，以及軟件標(biāo)準(zhǔn)語言的分析。LabVIEW語言，其利用圖形化的編程替換最初的文本編程，并且該語言的執(zhí)行程度流程，是將各個(gè)方框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行連接，這與文本程序被行順序所制約不一樣。所以，能夠運(yùn)用互相連接功能模塊對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行開發(fā)，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)諸多數(shù)據(jù)通道的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。

四、總結(jié)

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車自動(dòng)變速器的普遍運(yùn)用，可以想見自動(dòng)變速器的使用與維修市場(chǎng)將逐漸擴(kuò)大，而汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)，將發(fā)展為有關(guān)科研院所和各個(gè)汽車維修企業(yè)所必須具備的一個(gè)設(shè)備。汽車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的有效提升。自動(dòng)變速器是一種在傳統(tǒng)的機(jī)械變速器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種變速方式。具有傳動(dòng)效率高、成本低和易于制造的優(yōu)點(diǎn)，代表了汽車自動(dòng)變速器發(fā)展的一個(gè)重要方向，對(duì)其試驗(yàn)技術(shù)的研究和聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)臺(tái)的搭建是保證自動(dòng)變速器技術(shù)得以有效應(yīng)用的保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]司建玉，吳光強(qiáng).雙離合器自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（7）：1040-1044.

[2]張金明，林瓊，王秋成等.汽車廢舊變速器再制造試驗(yàn)臺(tái)的研究[J].機(jī)械制造，2011，49（1）：54-56.

[3]姬虹，李磊.大眾01N自動(dòng)變速器性能試驗(yàn)與功能演示綜合試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2011，（11）：133-134，132.

（作者單位：長城汽車股份有限公司）