試驗用某型混動變速器換擋執行機構控制系統設計

雷雨田，高瑞娟（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

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試驗用某型混動變速器換擋執行機構控制系統設計

雷雨田，高瑞娟
（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西 西安 710119）

摘要：基于某型混動變速器換擋執行機構，采用TPC16-16控制器，設計并搭建對應的控制系統。該系統通過控制5組電磁閥工作來控制氣路通斷，從而驅動選擋氣缸和換擋氣缸動作，完成擋位切換。經過試驗驗證，該系統能夠快速準確完成擋位切換，滿足項目需求，符合作者的設計初衷。

關鍵詞：換擋執行機構；換擋控制系統；TPC16-16控制器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

高瑞娟，就職于陜西法士特齒輪有限責任公司。

CLC NO.: U462.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)05-29-03

引言

現階段，純電動汽車前景被廣泛看好，具有無污染節能等優勢。但存在續駛里程短，電池價格高、壽命短，充電時間長等嚴重缺點[1-2]。混合動力采用兩種或兩種以上能量作為動力源，自身能夠充電，降低了對蓄電池的要求，正在成為全球很多國家軌道新技術的發展方向[3-4]。與傳統的內燃機車相比，混合動力內燃機也有許多優勢，如將發動機控制在高效運行區、減少了怠速、降低了噪聲，明顯降低了油耗量及排放[5]。針對混合動力汽車所具有的優勢，本文依據某混動試驗項目要求，基于混動變速器換擋執行機構，采用TPC16-16控制器，設計并搭建對應的控制系統。

1、換擋執行機構工作原理

混合動力變速器的換擋執行機構，除了要保證換擋過程平順、反應靈敏、無沖擊、還要保證換擋執行機構有足夠的設計精度、可靠性和操縱特性以滿足換擋過程控制的需要。此外，換擋執行機構的體積還應盡可能的小，以便于在結構復雜、空間有限的混合動力客車中使用[6]。

某型混動變速器換擋執行機構采用氣動模式，通過電磁閥控制氣路通斷，驅動選擋氣缸和換擋氣缸動作，從而完成擋位切換。氣缸上預置了磁缸和磁感應開關，依據磁感應開關的工作情況判斷擋位是否切換完成。

擋位切換方式為：空擋—X擋—空擋。擋位切換方式如下表1所示：

表1　擋位切換表

2、控制系統設計

2.1控制系統工作原理

依據上述換擋執行機構工作原理，試驗用控制系統需對5組電磁閥以及6組磁感應開關進行控制，從而完成擋位切換和判斷。控制系統基于TPC16-16控制器搭建，TPC16-16控制器采用表格設置漢字顯示的方式代替繁瑣的編程工作，操作便捷、簡單實用、功能強，可以顯著降低應用過程的難度和開發周期。

本文所述的換擋執行機構控制單元，使用了8路手動開關量輸入信號，6路磁感應開關輸入信號，5路電磁閥輸出信號，7路指示燈輸出信號。輸入輸出端口定義為圖1，控制電路為下圖2所示：

圖1　輸入輸出端口定義

圖2　控制電路圖

2.2控制系統程序設計

換擋執行機構控制單元控制程序如下：

第1行：輸入端X1（N）有效時，輸出端Y3（EV3）定時工作1秒鐘500毫秒后結束；

第2行：輸入端X1（N）有效時，延時500毫秒；輸出端Y1（EV1）定時工作500毫秒后結束；

第3行：輸入端X11（Ⅲ）與輸入端X12（Ⅳ）同時有效時，輸出端Y9（燈N）定時工作10小時后結束；本行由X8（復位N）停止；

第4行：輸入端X2（R）有效時，輸出端Y5（EV5）定時工作1秒鐘后結束；

第5行：輸入端X2（R）有效時，延時500毫秒；輸出端Y2（EV2）定時工作500毫秒后結束；

第6行：輸入端X9（Ⅰ）與輸入端X14（Ⅵ）同時有效時，輸出端Y10（燈R）定時工作10小時后結束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第7行：輸入端X3（1）有效時，輸出端Y5（EV5）定時工作1秒鐘后結束；

第8行：輸入端X3（1）有效時，延時500毫秒；輸出端Y1（EV1）定時工作500毫秒后結束；

第9行：輸入端X9（Ⅰ）與輸入端X13（Ⅴ）同時有效時，輸出端Y11（燈1）定時工作10小時后結束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第10行：輸入端X4（2）有效時，輸出端Y2（EV2）定時工作500毫秒后結束；

第11行：輸入端X11（Ⅲ）與輸入端X14（Ⅵ）同時有效時，輸出端Y12（燈2）定時工作10小時后結束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第12行：輸入端X5（3）有效時，輸出端Y1（EV1）定時工作500毫秒后結束；

第13行：輸入端X11（Ⅲ）與輸入端X13（Ⅴ）同時有效時，輸出端Y13（燈3）定時工作10小時后結束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第14行：輸入端X6（4）有效時，輸出端Y4（EV4）定時工作1秒鐘后結束；

第15行：輸入端X6（4）有效時，延時500毫秒；輸出端Y1（EV1）定時工作500毫秒后結束；

第16行：輸入端X10（Ⅱ）與輸入端X13（Ⅴ）同時有效時，輸出端Y14（燈4）定時工作10小時后結束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第17行：輸入端X7（5）有效時，輸出端Y4（EV4）定時工作1秒鐘后結束；

第18行：輸入端X7（5）有效時，延時500毫秒；輸出端Y2（EV2）定時工作500毫秒后結束；

第19行：輸入端X10（Ⅱ）與輸入端X14（Ⅵ）同時有效時，輸出端Y15（燈5）定時工作10小時后結束；本行由X12（Ⅳ）停止。

3、控制系統操作說明及實物圖

3.1操作面板

操作面板如圖3所示：

圖3　操作面板

3.2換擋控制

3.2.1前進擋換擋控制

該混動變速器有5個前進擋，K1—K5分別為1—5前進擋的換擋控制開關，開關動作，便進行相應前進擋的掛擋操作，若掛擋到位相應的前進擋擋位指示燈點亮。

3.2.2掛倒擋控制

KR開關動作，混動變速器便進行掛倒擋操作，倒擋到位指示燈LR點亮。

3.2.3掛空擋控制

空擋開關KN動作，混動變速器便進行掛空擋操作，空擋到位便點亮空擋指示燈LN。

注：若相應的擋位指示燈不亮，表示擋位沒有完全切換到位，重復操作換擋控制開關即可。

3.3指示燈控制

3.3.1前進擋以及倒擋指示燈

前進擋K1—K5和倒擋KR指示燈由換擋執行機構對應擋位的的磁感應開關觸發點亮，由空擋位置的磁感應開關熄滅。

3.3.2空擋指示燈

空擋指示燈由空擋位置的磁感應開關觸發，當前進擋或倒擋指示燈點亮后，通過KN復位開關熄滅。

3.4實物圖

圖4為控制系統實物圖。

圖4　控制系統實物

4、結論

本文依據某型混動試驗項目要求，設計并搭建混動變速器換擋執行機構試驗用控制系統。該控制系統通過手動開關切換擋位，用指示燈提示擋位是否切換完成。

搭建的控制系統，在混合動力變速器《密封試驗》、《溫升試驗》、《疲勞壽命試驗》、《噪聲試驗》中能夠快速準確的完成變速器擋位切換，滿足項目需求，符合作者的設計初衷。

參考文獻

[1]盧嘉偉,對液力機械變速箱的新型混合動力汽車動力總成的研究[J].黑龍江科技信息,2015(26):93.

[2]倪金鵬,韓兵.混合動力變速箱液壓系統設計與動態仿真[J].機械設計與制造,2011(8)：116~118.

[3]雷君.混合動力公交車機械式自動變速箱研究[D].同濟大學,2006.

[4]張昕,田毅,張欣.混合動力機車動力系統建模及能量管理研究[J].鐵道學報.2012(5):20~24.

[5]朱浩,謝煜冰,何建輝.混合動力客車并行式再生制動策略優化及仿真[J].中南大學學報.2013(1):122~127.

[6]周彬,張鐵柱,霍煒.混合動力客車動力系統參數匹配與仿真優化[J].青島大學學報.2014(3)：64~67.

The desigen of a certain type of hybrid transmission shift actuators control system used to test

Lei Yutian, Gao Ruijuan
（Shaanxi Fast Gear Co. Ltd., Shaanxi Xi’An 710119）

Abstract:Based on a certain type of hybrid transmission shift actuator, used the TPC16-16 as a controller, we designed and build the corresponding control system. The system controlls the gas road open or not through 5 solenoid valves, and thus drives cylinder block and shift cylinder switch to complete the test. After the test, the system can finish switch gear accurately, and meet the project requirement totally, conforming to the author’s original.

Keywords:Shift Actuator; Shift Control System; TPC16-16 Controller

中圖分類號：U462.1

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-29-03

作者簡介：雷雨田，就職于陜西法士特齒輪有限責任公司。