AMT變速箱倒檔鎖與標(biāo)定的匹配分析*

陳維燈

上海汽車變速器有限公司AMT集成工程師

AMT變速箱倒檔鎖與標(biāo)定的匹配分析*

陳維燈

上海汽車變速器有限公司AMT集成工程師

AMT變速箱在整車PT耐久試驗中，液壓分離及換擋機構(gòu)的電磁閥電流特性時發(fā)生選檔回位卡滯故障，本文針對這一問題產(chǎn)生的根本原因及可能引起的后果進行分析，并且提出有效的解決方案，即更改五倒檔互鎖機構(gòu)，同時更改KIT學(xué)習(xí)電磁閥特性的學(xué)習(xí)策略。確保從變速箱系統(tǒng)角度出發(fā)，實現(xiàn)AMT變速箱軟硬件的匹配。

AMT變速箱五倒檔互鎖機構(gòu) 電磁閥 自學(xué)習(xí) 卡滯

0 引言

AMT變速箱由于其良好的燃油經(jīng)濟性、操控的舒適性、較低的制造和維修成本而不斷在市場上得到廣泛的認(rèn)可，本文所指的AMT是為了更好的適應(yīng)市場需求而開發(fā)的一款高性價比變速箱，采用新一代液壓換擋及分離機構(gòu)（簡稱KIT）。因此，變速箱本體與KIT的匹配是AMT變速箱能否實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。

該變速箱本體的檔位結(jié)構(gòu)與其他手動變速箱一樣，為“王”字形，即五檔和倒檔在同一個檔區(qū)。原變速箱平臺上有五倒檔互鎖結(jié)構(gòu)，目的是防止在車輛行駛過程中，由于人為誤操作，直接從五檔掛入倒檔導(dǎo)致變速箱損壞或引發(fā)安全事故。在AMT變速箱中，基于系統(tǒng)安全性考慮，需要保留五倒檔互鎖機構(gòu)，目的是為了防止由于液壓換擋機構(gòu)（KIT）失控，造成強制從五檔掛入倒檔而導(dǎo)致車輛安全事故。因此，五倒檔互鎖機構(gòu)與KIT的標(biāo)定是否匹配將直接影響變速箱功能的完整性。

1 失效描述

根據(jù)項目進度，今年5月開始AMT的PT耐久試驗。當(dāng)試驗進行到10420 KM時，發(fā)生了選檔回位卡滯。通過采集變速箱數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)車輛在整車的選換擋過程中并沒有出現(xiàn)選檔回位卡滯，僅僅在KIT做電磁閥i-0自學(xué)習(xí)時發(fā)生了選檔回位卡滯。如圖1（選檔回位卡滯）所示，選檔軸在緩慢向上回位時，卡滯在811Bit（電磁閥位置傳感器讀數(shù)）位置，無法回到5／R檔區(qū)的860Bit位置。通過換算，卡滯的位置距離正常位置越1 mm處。

圖1 選檔回位卡滯位置Fig.1 the stuck position of shift system

2 失效分析

2.1 變速箱本體拆解分析

通過拆卸變速箱操縱蓋總成，手動操縱選換檔機構(gòu)，并觀察五倒檔互鎖機構(gòu)的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在倒檔鎖片在無倒檔限位彈簧墊的緩慢回位壓力作用下發(fā)生卡滯，卡滯發(fā)生的位置剛好距離正常位置約1 mm，如圖2（五倒檔機構(gòu)卡滯位置）所示，由此判斷軟件報出的故障可以與硬件發(fā)生故障的根源對應(yīng)，故障根源鎖定。通過拆卸五倒檔互鎖機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在倒檔鎖軸上對應(yīng)的卡滯位置有刮痕，如圖3（失效件分析）所示，同時可以觀察在倒檔鎖片上相對應(yīng)的位置有鋒利圓角。

圖2 五倒檔機構(gòu)卡滯位置Fig.2 the stuck position of 5th／Reverse gear lock system

圖3 失效件分析Fig.3 the failure parts analyze

通過查閱圖紙，倒檔鎖片與倒檔鎖軸的配合位置的圖紙與零件實物對比，如圖4（倒檔鎖片圖紙與零件實物對比）所示，發(fā)現(xiàn)倒檔鎖片圓角R1位置為毛坯面，通過查看供應(yīng)商提供的文件包，發(fā)現(xiàn)其Φ10孔的機加工順序為：鑄造毛坯（包含預(yù)鑄R1圓角）→粗車內(nèi)孔→精車內(nèi)孔。由此可以分析，孔的端面圓角處鋒利刃口為機加工內(nèi)孔后所形成。因此要避免出現(xiàn)鋒利刃口，必須改變零件的制造工藝。

通過分析五倒檔互鎖機構(gòu)，發(fā)現(xiàn)倒檔鎖片在工作中為單邊受力結(jié)構(gòu)，如下圖5（五倒檔互鎖機構(gòu)受力分析）所示；故倒檔鎖片鋒利圓角刃口加劇了卡滯的發(fā)生。

圖4 倒檔鎖片圖紙與零件實物對比Fig.4 the failure parts and drawing of 5th／Reverse gear lock plate

圖5 五倒檔互鎖機構(gòu)受力分析Fig.5 the force analysis of 5th／Reverse gear lock system

2.2 KIT標(biāo)定分析

通過變速箱在試驗過程中采集的數(shù)據(jù)分析，選檔回位卡滯并沒有發(fā)生在正常的選檔回位過程中，卡滯僅僅發(fā)生在KIT做電磁閥i-0學(xué)習(xí)時發(fā)生。通過采集數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，變速箱正常選檔回位速度約300 mm／s，而KIT做電磁閥i-0學(xué)習(xí)時的速度小于1 mm／s。故如果發(fā)生輕微卡滯，正常選檔回位時由于倒檔鎖片運動速度較快，倒檔鎖片的慣性會克服卡滯的阻力，而速度較慢時，由于沒有慣性沖擊，卡滯必然發(fā)生。同時由于卡滯發(fā)生造成倒檔鎖片與倒檔鎖軸相配合面磨損加劇，卡滯將越來越嚴(yán)重。

2.3 失效分析結(jié)論

從變速箱本體和KIT標(biāo)定綜合考慮，選檔回位卡滯過程分析如下：

1）在選檔回位時，五倒檔限位彈簧墊會上壓倒檔鎖片，由于下壓點相對倒檔鎖片是單邊受力，由于倒檔鎖軸與倒檔鎖片之間為間隙配合，當(dāng)鎖片有鋒利毛刺時，倒檔鎖片在單邊傾斜受力時就有可能發(fā)生卡滯。

2）最初，由于鎖片與鎖軸之間表面粗糙度較好，在回位時的摩擦阻力不足以導(dǎo)致選檔回位卡滯，隨著工作次數(shù)及刮擦次數(shù)的增加，鎖軸表面粗糙度變差，且鎖片的圓角被磨鋒利，導(dǎo)致倒檔鎖片與倒檔鎖軸之間的相互運動阻力增加。

3）在正常選換檔過程中，由于選檔回位速度較快，倒檔鎖片與倒檔鎖軸之間摩擦阻力小于沖擊力，不足以造成卡滯，當(dāng)KIT控制緩慢回位時，倒檔鎖片與鎖軸間阻力大于沖擊力，造成卡滯。

因此，從變速箱系統(tǒng)的角度分析，倒檔鎖片倒角鋒利、倒檔鎖片在工作過程中單邊受力、和KIT的電磁閥i-0自學(xué)習(xí)的特殊工況是導(dǎo)致變速箱選檔回位卡滯的主要原因。

3 改進措施

3.1 變速箱本體改進措施

由于受限于目前AMT變速箱操縱機構(gòu)空間限制，不可能做大的設(shè)計變更，故只能做局部優(yōu)化如下圖所示：1）加大倒檔鎖片在倒檔鎖軸上配合的長度，如圖6所示（倒檔鎖片更改前后對比），使倒檔鎖片在單向受力時有更小的偏擺量，避免倒角刃口與倒檔鎖軸直接刮擦運動。2）更改倒檔鎖片的加工工藝為：鑄造（不預(yù)鑄R1圓角）→粗加工Φ10孔→精加工圓角內(nèi)孔→成型刀具加工圓角R1，由此保證圓角與內(nèi)孔的光滑過度。3）倒檔限位扭簧增加在與倒檔鎖片配合位置增加一圈無節(jié)距彈簧，如圖7所示（倒檔限位扭簧更改前后對比），減小鎖片在工作過程中的單邊受力。

圖6 倒檔鎖片更改前后對比Fig.6 the comparison of 5th／Reverse gear lock plate before and after the change

圖7 倒檔限位扭簧更改前后對比Fig.7 the comparison of spring before and after the change

3.2 KIT標(biāo)定更改措施

由于KIT做電磁閥i-0自學(xué)習(xí)工況是導(dǎo)致選檔卡滯的主要因素之一，因此改變i-0自學(xué)習(xí)策略可以直接消除卡滯發(fā)生的工況。圖8（當(dāng)前KIT做電磁閥i-0自學(xué)習(xí)策略）所示，紅色虛線表示發(fā)生卡滯的位置，該處位于5／R檔區(qū)與3／4檔區(qū)之間。此處剛好與倒檔鎖片回位位置重疊。

圖8 電磁閥自學(xué)習(xí)策略Fig.8 the electromagnetic valve self-learning strategy

故建議KIT做i-0自學(xué)習(xí)時避開5／R檔區(qū)與3／4檔區(qū)之間倒檔鎖片工作位置，如圖9（建議更改后KIT做電磁閥i-0自學(xué)習(xí)策略）所示：如KIT需要做i-0自學(xué)習(xí)時，先讓選檔軸以正常速度向下運動一段距離，以避開倒檔鎖片工作位置，然后做i-0學(xué)習(xí)，即緩慢向下運動一段距離X，再向上緩慢回位一段距離X，然后再以正常選檔回位速度回位。

圖9 建議更改后KIT做電磁閥i-0自學(xué)習(xí)策略Fig.9 the electromagnetic valve self-learning strategy after change

4 驗證

目前，該設(shè)計變更已經(jīng)順利實施并完成裝配，通過分析裝配完之后的變速箱，發(fā)現(xiàn)倒檔鎖運轉(zhuǎn)良好，無卡滯發(fā)生。下一步計劃通過臺架及整車驗證其效果。

5 小結(jié)

AMT變速箱相對于MT變速箱多了一個自動液壓換擋執(zhí)行機構(gòu)，故其在正常使用時的工況在很大程度上不同于由人操控的MT變速箱。在設(shè)計和失效分析上，必須從系統(tǒng)的角度出發(fā)，通過綜合分析變速箱本體結(jié)構(gòu)與KIT的選換擋控制策略，才能正確判斷故障的根源以及指導(dǎo)今后設(shè)計更加相匹配的AMT變速箱總成。

［1］ Gianluca Lucente，Marcello Montanari，Carlo Rossi.Modelling of an automated manual transmission system［J］.Mechatronics.2006（2）.

［2］ 孟建民，陳慧巖，席軍強，李鳳林.自動機械變速箱液壓選換擋操縱機構(gòu)的改進設(shè)計［J］.機械設(shè)計，2009（1）.

［3］ 葛安林.自動變速器（六）——電控機械式自動變速器（AMT）［J］.汽車技術(shù)，2001（10）.

［4］ 劉堂勝，劉星星.電控機械式自動變速器（AMT）的工作過程分析［J］.中國科技信息，2010（23）.

［5］ 姜博，何仁.商用汽車AMT氣推液式選換擋機構(gòu)設(shè)計與分析［J］機械設(shè)計與制造，2010（8）.

The Matching analyze between reverse lock and calibration on AMT

Chen Weideng
Shanghai Automobile Gear Works，Shanghai 201800，China

During the vehicle powertrain durability test，there was an error occurred in the AMT transmission.The shift system was tuck on when the electromagnetic valve doing self-learning.This paper gives a detailed analyzes，and provides a resolution for a systematic failure，modify the 5th／Reverse gear lock system and update the self-learning strategy of electromagnetic valve，which ensure the hardware and calibration match well.

AMT gearbox 5th／Reverse gear lock system electromagnetic valve self-learning stuck

U463.211＋.2

B

1006-8244（2015）04-032-05