雙離合自動(dòng)變速箱駐車機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

楊偉龍 祁穩(wěn) 李向兵 潘道勇

摘 要：駐車機(jī)構(gòu)是雙離合自動(dòng)變速箱上的一個(gè)重要部件，其出P擋是否順暢影響了駕駛員的直觀駕駛感受，因此駐車機(jī)構(gòu)的可靠性至關(guān)重要。文章通過設(shè)計(jì)一種試驗(yàn)臺(tái)，采用步進(jìn)電機(jī)加載，動(dòng)態(tài)扭矩儀監(jiān)控扭矩，基于LabVIEW的圖形化軟件編程，實(shí)現(xiàn)在臺(tái)架上對(duì)駐車機(jī)構(gòu)的耐久測(cè)試和出P擋力測(cè)試。

關(guān)鍵詞：雙離合變速箱;駐車機(jī)構(gòu);測(cè)試臺(tái)架

Abstract： Parking mechanism is an important part of double-clutch automatic transmission. Whether it smoothly moves out of the p-block affects the intuitive driving experience of the driver. Therefore， the reliability of parking mechanism is very important. In this paper， a test bench is designed， which adopts stepper motor loading， dynamic torque meter monitoring torque， and labview-based graphical software programming to realize the endurance test of parking mechanism on the bench and the research of P retaining force.

Keywords： Double-clutch automatic transmission; Parking mechanism; Test bench

1 引言

雙離合自動(dòng)變速箱的駐車鎖止機(jī)構(gòu)是在整車上除手剎外的另一套駐車系統(tǒng)。汽車在坡道停車或起步，當(dāng)手剎失效時(shí)，變速箱駐車系統(tǒng)則會(huì)生效形成雙保險(xiǎn)。變速箱駐車機(jī)構(gòu)在起步時(shí)出P擋性能會(huì)影響駕駛員的駕駛舒適性和安全性，因此在設(shè)計(jì)階段就需要對(duì)駐車系統(tǒng)進(jìn)行耐久測(cè)試和可靠性測(cè)試。

2 駐車機(jī)構(gòu)坡道受力分析

滿載的汽車停在角度為θ的坡道上，若整車手剎或EPB未起作用，此時(shí)重力作用下車輪提供的扭矩全部由變速箱駐車機(jī)構(gòu)承受。此時(shí)駐車齒輪軸所受扭矩為：

其中：m為汽車滿載質(zhì)量;g為重力加速度;θ為坡道角度;r為車輪滾動(dòng)半徑;ir為主減速器速比;

由于從變速箱輸出端加載扭矩需要臺(tái)架布置兩個(gè)電機(jī)，且需要輸入較大的扭矩，不僅浪費(fèi)資源而且控制精度不高。因此本文采用從變速箱輸入端加載，模擬車輪傳遞給駐車齒輪的扭矩，分別用正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)模擬車頭向下和車頭向上的狀態(tài)。用1擋模擬車輪扭矩時(shí)，此時(shí)臺(tái)架輸入扭矩應(yīng)為：

其中i1為1擋速比。根據(jù)不同的坡道角度，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的臺(tái)架輸入扭矩值。

3 臺(tái)架硬件系統(tǒng)

臺(tái)架硬件系統(tǒng)主要包括步進(jìn)電機(jī)、動(dòng)態(tài)扭矩儀、聯(lián)軸器、軸承座、變速箱基座等。臺(tái)架示意圖如圖1。

輸入端加載電機(jī)采用130HCY285AL3S型步進(jìn)電機(jī)，步距角1.2°，靜轉(zhuǎn)最大扭矩50Nm。配套的行星減速機(jī)速比10，傳動(dòng)效率90%。扭矩傳感器采用JN-DN型動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，量程0～500Nm，精度±0.05%FS。

4 電器系統(tǒng)

電器系統(tǒng)由PLC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電子駐車驅(qū)動(dòng)器、CANape、TCU和穩(wěn)壓直流電源構(gòu)成。

電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，供220V交流電。駐車驅(qū)動(dòng)器由穩(wěn)壓電源供12V直流電，其動(dòng)作命令由CANape下發(fā)。PLC采用Modbus-rtu協(xié)議，與工控機(jī)通過1路RS232通信，上位機(jī)軟件通過發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

5 軟件系統(tǒng)

主軟件是基于LabVIEW的圖形化編程語(yǔ)言編寫，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)駐車齒試驗(yàn)和全齒循環(huán)試驗(yàn)。臺(tái)架使用NI 9215采集板卡采集駐車執(zhí)行機(jī)構(gòu)電壓識(shí)別駐車進(jìn)P信號(hào)。PLC通過RS232通訊與工控機(jī)連接，LabVIEW自帶的VISA寫入函數(shù)可以將預(yù)先設(shè)定好的代碼命令發(fā)送到下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制。駐車驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作是由工控機(jī)在CANape軟件中編寫的腳本實(shí)現(xiàn)的。

臺(tái)架基本運(yùn)轉(zhuǎn)過程是步進(jìn)電機(jī)在駐車機(jī)構(gòu)進(jìn)P擋后開始輸入轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)輸入軸旋轉(zhuǎn)一定角度后駐車棘爪卡入棘輪，系統(tǒng)扭矩開始上升，達(dá)到目標(biāo)扭矩后電機(jī)剎車，維持扭矩。此時(shí)CANape發(fā)出出P擋指令，出P成功后，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)駐車齒的出P試驗(yàn)。

軟件功能包括：

（1）循環(huán)次數(shù)設(shè)定：可以針對(duì)某一駐車齒進(jìn)行專項(xiàng)出P擋、進(jìn)P擋試驗(yàn)，也可以對(duì)駐車齒進(jìn)行每一個(gè)齒循環(huán)壽命試驗(yàn);

（2）不同扭矩設(shè)定功能：設(shè)置根據(jù)不同坡道出P擋所需扭矩;

（3）扭矩保護(hù)和急停功能：設(shè)定扭矩保護(hù)限值監(jiān)控動(dòng)態(tài)扭矩儀采集的扭矩信號(hào)，當(dāng)需要緊急停機(jī)時(shí)可直接點(diǎn)擊急停按鈕。

6 結(jié)論

本文通過設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)易的單電機(jī)駐車試驗(yàn)臺(tái)架，利用輸入端加載扭矩實(shí)現(xiàn)模擬整車在坡道上出P檔的受力工況，用于自動(dòng)變速箱駐車系統(tǒng)的可靠性和耐久測(cè)試。此外臺(tái)架還可進(jìn)行駐車機(jī)構(gòu)的出P擋響應(yīng)時(shí)間和駐車極限出P擋力研究。

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