輕卡AMT選檔定位銷磨損問題研究

李靖　陳振

摘 要：本文闡述了輕型卡車AMT變速器在開發(fā)過程中，針對臺架換檔驗(yàn)證時，選檔定位銷異常磨損問題的研究和解決。提供了縱置中扭矩AMT變速器本體選檔系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段變形的CAE分析方法和驗(yàn)證階段的測試方法?？偨Y(jié)了輕卡AMT選檔控制策略與機(jī)械本體選檔系統(tǒng)變形的匹配關(guān)系。輕卡AMT和乘用車AMT相比，從匹配扭矩、中心距，選換檔力均有增加，隨之而來的配合公差差異，導(dǎo)致在進(jìn)行選檔策略匹配時，僅僅考慮零件之間的間隙是不夠的，還要考慮系統(tǒng)的變形，將系統(tǒng)變形量設(shè)置到選檔策略中，才可以避免控制策略和機(jī)械本體執(zhí)行的實(shí)際情況不統(tǒng)一，才可以確保零件系統(tǒng)功能的正常和有效。

關(guān)鍵詞：輕卡AMT;選檔定位銷;CAE分析;控制策略;系統(tǒng)變形;撥頭擋板

1 前言

輕卡AMT變速器的開發(fā)，目前在國內(nèi)較少。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動方面，主要分為電驅(qū)動，電液驅(qū)動和氣驅(qū)動三個技術(shù)路線。由于輕卡變速器的選換檔力，分離力等比乘用車大，在AMT變速器的應(yīng)用開發(fā)過程中，乘用車AMT的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)并不能對輕卡AMT的開發(fā)過程進(jìn)行覆蓋。加上當(dāng)前輕卡AMT的市場成熟度欠缺，所以在開發(fā)過程中，有關(guān)控制策略和機(jī)械系統(tǒng)部件的匹配，還需要不斷的探索和驗(yàn)證。本文描述了基于電液驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的技術(shù)路線，針對開發(fā)過程中選檔臺架驗(yàn)證時出現(xiàn)的選檔定位銷異常磨損問題進(jìn)行的分析和研究，最終解決了選檔定位銷的異常磨損問題。在解決問題的過程中，積累了系統(tǒng)變形的分析方法、測量方法和解決問題辦法，本次在文中呈現(xiàn)出來，希望為讀者解決類似問題提供一種思路，如有不妥之處，還請各位批評指正。

2 故障現(xiàn)象描述

在AMT總成進(jìn)行選換檔耐久臺架試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)選檔定位銷限位部分異常磨損。選檔定位銷被固定在殼體上，在選換檔過程中，定位銷限位端通過與變速器本體選檔系統(tǒng)的撥頭擋板接觸，起到選檔方向上的限位作用。選換檔過程是這樣的，AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選檔推桿被驅(qū)動，進(jìn)行軸向移動，帶動變速器本體選換檔組件軸向移動，到達(dá)預(yù)設(shè)位置后，AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)的換檔推桿被驅(qū)動，進(jìn)行軸向移動，帶動變速器本體選換檔組件周向轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)換檔。

3 故障分析

在對故障分析驗(yàn)證之前，我們必須先了解一下選換檔自學(xué)習(xí)原理和過程，為我們后續(xù)的分析驗(yàn)證提供線索和排查參照。原理及示意圖如圖1：

裝配后選檔閥門關(guān)，彈簧驅(qū)動，A面和殼體接觸。選檔閥門開，液力驅(qū)動，液力驅(qū)動力大于彈簧力，B面和殼體接觸，到某一檔選檔的初始位置。進(jìn)行換檔，換檔到位后，撤換檔力，選檔液力同時撤掉，彈簧作用，選檔定位銷限位端接觸撥頭擋板。檔位退出時，選檔閥門開，液壓壓縮彈簧，移動程序中設(shè)定好的回退距離，使選檔定位銷中心和相鄰的兩個撥頭擋板中線極盡重合，然后液壓驅(qū)動，使撥頭退出檔位。從所述的選換檔自學(xué)習(xí)原理可知，換檔過程中，選檔定位銷限位端和撥頭擋板之間是有間隙的，換檔時不會出現(xiàn)換檔過程中的異常磨損。自學(xué)習(xí)原理沒有問題。

出現(xiàn)異常磨損，主要是換檔過程中選檔定位銷和撥頭擋板接觸了。接下來，我們需要根據(jù)上述的選換檔步驟及過程進(jìn)行逐步檢測排查驗(yàn)證，找到問題所在。

4 分析驗(yàn)證

①零件制造質(zhì)量與自學(xué)習(xí)時移動距離設(shè)置

我們對相鄰擋板間隙a和選檔定位銷限位端尺寸b的實(shí)際尺寸進(jìn)行了測量，并計(jì)算出兩者的間隙c。然后把c和在退檔前，程序中設(shè)定的回退距離d，進(jìn)行對比。滿足以下邏輯公式：

d≈c/2 公式1

可以看出，零件尺寸和自學(xué)習(xí)設(shè)定移動距離符合要求，不會發(fā)生異常接觸。

②TCU讀數(shù)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際位移之間的偏差確認(rèn)

這里的偏差確認(rèn)就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移和TCU讀數(shù)的一致性校核，我們把執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行不完全拆解，用深度尺直接測量執(zhí)行機(jī)構(gòu)選檔推桿的位移距離，然后與TCU的監(jiān)測到的位移讀數(shù)，進(jìn)行對比。示意如圖2所示：

通過比對，TCU讀數(shù)和選檔推桿實(shí)際位移相差存在0.02mm的誤差，在可接受的范圍內(nèi)。我們需要進(jìn)一步通過TCU讀取在變速器總成選換檔過程中，提取真實(shí)的選檔行程與實(shí)測和理論值進(jìn)行對比。

③執(zhí)行機(jī)構(gòu)在選檔過程中的位移距離讀?。ū?）

由以上的兩個調(diào)查可知，相關(guān)零部件的尺寸是合格的，TCU讀取的數(shù)據(jù)也可以準(zhǔn)確地反映選檔推桿的真實(shí)位移，表1中選檔行程的差異，說明執(zhí)行機(jī)構(gòu)選檔推桿位移超過了定位銷在相鄰撥頭擋板內(nèi)的實(shí)際間隙。1/2檔選檔位置不準(zhǔn)確，退檔前的回退距離還是程序中設(shè)定的固定值，造成3/4檔的位置不準(zhǔn)，選檔間隔f也是程序中不變的設(shè)定值，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選檔推桿向5/6選檔位移動f后，5/6檔選檔位置也是不準(zhǔn)確的。選檔位置不準(zhǔn)確，就無法保證換檔過程中，選檔定位銷限位端與相鄰撥頭擋板的預(yù)留間隙，從而出現(xiàn)卡滯或擋板與定位銷一直在接觸摩擦。從選檔行程數(shù)據(jù)的讀取，可以了解到在選檔過程中，選檔系統(tǒng)組件在彈簧力的驅(qū)動下與固定在殼體上的選檔定位銷接觸，并發(fā)生變形。選檔策略對自學(xué)習(xí)過程中，退檔前回退距離的設(shè)定，并沒有考慮到選檔系統(tǒng)的變形。造成選檔位置學(xué)不準(zhǔn)，導(dǎo)致?lián)Q檔時撥頭擋板和選檔定位銷沒有間隙，出現(xiàn)接觸摩擦。這也是選檔撥頭磨損的根本原因，接下來對選檔系統(tǒng)中的變形零件識別和系統(tǒng)綜合變形量的調(diào)查分析，就成了解決選檔定位銷異常磨損問題的關(guān)鍵。

④系統(tǒng)受力后的變形分析

從圖2中可以看出，液壓驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)選檔推桿，推桿驅(qū)動選檔撥頭，選檔撥頭帶動選檔組件移動，整個選檔系統(tǒng)中，選檔撥頭和選檔定位銷限位端均會因?yàn)槭艿綀?zhí)行機(jī)構(gòu)選檔推桿驅(qū)動與撥頭擋板的驅(qū)動產(chǎn)生變形。

我們根據(jù)選檔系統(tǒng)的配合關(guān)系，進(jìn)行建模并對定位銷進(jìn)行固定約束，采用一倍和二倍的彈簧驅(qū)動力400N、800N，借助ANSYS工具進(jìn)行CAE模擬分析，具體分析結(jié)果如下圖所示：

受力400N時的分析結(jié)果（圖3）：

受力800N時的分析結(jié)果（圖4）：

從分析結(jié)果來看，在系統(tǒng)受400N的彈簧力時，選檔系統(tǒng)反映到選檔定位銷限位端的等效變形為0.55mm。退檔前回退距離設(shè)定值小于變形量，撥頭擋板并沒有真正離開定位銷，在退檔和進(jìn)檔過程中，選檔定位銷限位端和撥頭擋板是一直接觸的。考慮到裝配間隙和系統(tǒng)剛度，實(shí)際的變形量還需要對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測。

⑤系統(tǒng)變形量實(shí)測

以最大模擬實(shí)際使用邊界場景為原則，我們組裝了一套選檔系統(tǒng)，涉及零部件均為實(shí)測的合格零件。利用與之相配的KIT執(zhí)行機(jī)構(gòu)選檔推桿，外加兩個頂桿作為測試工裝。在INSTRON試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了系統(tǒng)剛度測試，從0N～800N逐漸加力，分階段記錄下選換系統(tǒng)在不同受力下的變形。由于設(shè)備施加的壓力為線性增加，無法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式加力和停機(jī)，我們記錄到的數(shù)據(jù)是非固定間隔的數(shù)據(jù)，盡管如此，這組數(shù)據(jù)的采集配合CAE分析數(shù)據(jù)，對選檔學(xué)習(xí)策略的修正，同樣起到了關(guān)鍵作用。

圖5紙測試的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)剛度趨勢曲線和檢測過程中的簡圖：

根據(jù)以上實(shí)物測試，不難發(fā)現(xiàn)，選檔系統(tǒng)存在一個裝配間隙0.42mm，當(dāng)受力達(dá)到300～500N時，會有0.5～0.6mm的變形。那么這種變形在選檔自學(xué)習(xí)的過程中，直接反映出來的就是TCU退檔前設(shè)定的回退距離，應(yīng)該包含系統(tǒng)變形和撥頭擋板與選檔定位銷的間隙。

5 結(jié)論

通過上述5個步驟分析驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)選檔定位銷的異常磨損的根本原因是選檔系統(tǒng)受彈簧力的變形導(dǎo)致。TCU及KIT執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自學(xué)習(xí)時，退檔前設(shè)定的回退距離小于選檔系統(tǒng)的實(shí)際變形，造成自學(xué)習(xí)時選檔位置不準(zhǔn)，換檔過程中選檔定位銷限位端和撥頭擋板側(cè)面接觸摩擦，最終導(dǎo)致選檔定位銷的異常磨損。

6改進(jìn)措施的實(shí)施

調(diào)整自學(xué)習(xí)策略，設(shè)選檔回退量為B，不考慮系統(tǒng)變形的回退量為b，系統(tǒng)變形量為Δb，那么自學(xué)習(xí)時，選檔自學(xué)習(xí)時設(shè)置的回退量B要滿足以下公式：

B=b+Δb? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?公式2

按照公式，結(jié)合分析和實(shí)測的Δb，我們調(diào)整了選檔自學(xué)習(xí)策略，并裝配了一臺總成進(jìn)行了選換檔耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后，選檔定位銷限位端未出現(xiàn)異常磨損。證明自學(xué)習(xí)的策略調(diào)整是成功的，同時也解決了當(dāng)前的故障。

7 總結(jié)

隨著輕型卡車動力技術(shù)的升級，除純電動趨勢外，傳統(tǒng)動力也正以極快的速度由手動向自動推進(jìn)。AMT技術(shù)在輕型卡車上的應(yīng)用和推廣，極具國內(nèi)市場特色，既兼顧了用戶對駕乘感受的追求，又兼顧了客戶對經(jīng)濟(jì)成本的訴求。在這樣的市場背景下，各個輕卡制造商都在爭分奪秒地?fù)屨际袌鱿葯C(jī)，于此同時輕卡AMT技術(shù)并不成熟，較多是乘用車AMT技術(shù)的沿用和改進(jìn)。本文正是在這種技術(shù)路線的拓展中，發(fā)現(xiàn)了商用車的應(yīng)用場景與乘用車應(yīng)用場景的差異（商用車需要的選換檔循環(huán)更久，選換檔力更大），明確了商用車AMT應(yīng)用要重視系統(tǒng)變形因素，并解決了產(chǎn)品驗(yàn)證過程中出現(xiàn)的問題。希望在后續(xù)類似產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用中，能給大家提供一種參考和思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]《AMT 控制技術(shù)》? 機(jī)械工業(yè)出版社? ?劉貽樟著.