電液操控變速器臺架試驗研究

劉　云，何紹華，田晉躍，周　平

(1.江蘇大學 汽車與交通工程學院，江蘇 鎮江　212013；2.總裝工程兵科研一所，江蘇 無錫　214035)

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電液操控變速器臺架試驗研究

劉云1，何紹華2，田晉躍1，周平2

(1.江蘇大學 汽車與交通工程學院，江蘇 鎮江212013；2.總裝工程兵科研一所，江蘇 無錫214035)

摘要：在相關研究的基礎上進行了試驗臺架的構建，并以一款定軸式電液動力換擋變速器為對象進行了臺架試驗研究，驗證了搭建的試驗臺架的功能及被測變速器的性能。設計了電子控制系統，滿足了變速器電液聯合控制換擋的要求和控制精度。根據《工程機械變速器性能試驗方法》(JB/T9720—2001)標準設計試驗方案，對變速器的進行換擋性能試驗以及傳動效率試驗。對采集到的試驗數據進行分析，進而評估被測變速器的工作性能。

關鍵詞：變速器試驗；試驗臺架；電子控制系統

臺架試驗是驗證變速器各項性能的重要手段，是變速器性能測試的主要基礎。計算機仿真只是理論上的驗證，并不能真正反映實際應用情況。但是實車試驗不僅復雜，而且花費也比較大，所以在試驗研究前期階段，先進行臺架試驗是最好的選擇。進行變速器臺架試驗，首先可以在模擬實車狀況下檢驗變速器的實用性和可靠性，與計算機仿真試驗進行對比驗證，為實車試驗做基礎；其次可以為變速器研發提供理論基礎，變速器的各項性能參數都能在試驗中得到直觀的展示[1-2]。

本文以自行搭建的變速器試驗臺為基礎，以一款定軸式變速器為對象進行變速器臺架試驗，檢測變速器性能[3-5]。

1　變速器試驗臺架的搭建

本試驗所要測試的電液操控變速器為主副變速器，采用定軸式的布置方案[6]，變速器通過電液換向閥控制液壓油路來控制離合器，各離合器以不同形式的組合來實現傳動系統的換擋。

試驗臺的控制系統采用工業控制計算機(簡稱工控機)作為控制系統的主機，利用工控機控制整個試驗臺的運行。控制系統主要有4部分：動力裝置控制系統、被測變速器控制系統、數據采集及處理系統和加載裝置控制系統[7]。

變速器試驗臺主要由機械臺架、驅動電機、測功機、被測變速器、被測變速器固定組件、變速器供油及回收系統、試驗臺架控制系統及數據采集裝置等組成。另外還包括變頻器調速柜、電源及各儀器之間的連接線路等[8]。

在試驗中，由于被測試變速器箱包括1個主箱和1個副箱，而且試驗要求對主箱的輸出轉速、轉矩值和副箱的輸出轉速、轉矩值分別進行測量，所以在試驗中將被測變速器的主箱和副箱進行了分離，在主箱和副箱之間加入了轉速轉矩傳感器[9]。試驗臺架傳動系統布置方案如圖1所示。

圖1　試驗臺架傳動系統布置方案

2　被測變速器控制系統的設計

2.1變速器控制器

變速器試驗控制系統中，工控機以電信號的方式控制驅動電機，電機帶動被測變速器運轉。變速器控制器通過轉速轉矩傳感器、油壓傳感器和溫度傳感器采集代表被測變速器工作狀態的模擬電信號，并將電信號和工控機擋位信號一起送入電子控制系統中的變速器控制器中。變速器控制器根據工控機所選擋位的電信號，再按照存儲在控制器中的換擋控制策略計算出變速器應處的擋位，判斷應該升高擋位、降低擋位還是不改變擋位，然后發出對應的換擋指令，控制相應電磁閥的通斷電，同時液壓機構給對應的離合器進行充油或放油，從而實現換擋[10]。

2.2換擋控制策略

現以1擋升2擋為例說明被測變速器的換擋過程，在此換擋過程中離合器L1放油分離，離合器L2充油接合，其示意圖如圖2所示。換擋過程一般可分為轉矩相和慣性相兩個階段。圖3為1擋升2擋時D閥占空比與離合器油壓的變化。

圖2　升擋過程示意圖

圖3　1擋升2擋時D閥占空比與離合器油壓的變化

3　數據采集系統設計

數據采集是指對傳感器輸出的模擬信號進行高速采集，并將采集到的模擬電壓或者數字電壓信號轉換為數字信號，送到工控計算機中進行分析、處理。數據采集(DAQ)系統可以結合其他測試軟件或硬件實現系統的靈活多變，試驗者可以根據試驗項目的不同自己制定數據采集系統。DAQ卡是數據采集的核心硬件，試驗時通過以太網、PCI、USB、PXI等方式與計算機相連接，與計算機內的其他軟件共同完成數據采集工作。

本臺架試驗中的DAQ系統是采用LabVIEW軟件開發的，利用計算機虛擬技術，試驗者可根據試驗需要自己更改試驗界面、試驗參數等。

4　試驗過程及實驗數據分析

根據《工程機械變速器性能試驗方法》(JB/T9720—2001)[11]標準的規定，對所要研究的變速器進行傳動效率試驗、換擋性能試驗來測試此變速器的性能。

4.1換擋性能試驗

變速器磨合結束后，啟動測控系統程序，選擇變速器換擋性能試驗。試驗中驅動電機輸入恒定轉速1 600r/min和測功機加載恒定轉矩140N·m進行換擋性能試驗，測試各擋的輸出轉速值。

在變速器前進擋的換擋試驗過程中，每2個擋位進行變換，需要對2個或4個離合器充油或放油。在此換擋性能試驗中選取比較有代表性的1擋換2擋(換擋時需2個離合器動作)以及2擋換3擋(換擋時需4個離合器動作)2個擋位變換過程，分析換擋過程中輸出轉矩的變化及沖擊載荷系數。1擋換2擋各離合器動作時間見表1。

表1　1擋換2擋各離合器動作時間　ms

離合器變化的同時1擋換2擋輸出轉矩的變化曲線截圖如圖4所示。

圖4　1擋換2擋輸出轉矩變化曲線截圖

根據以上數據和沖擊載荷系數計算方法得到1擋到2擋的沖擊載荷系數，如表2所示。

表2　1擋換2擋的沖擊載荷系數

2擋換3擋各離合器動作時間見表3。

表3　2擋換3擋各離合器動作時間　ms

離合器變化的同時2擋換3擋輸出轉矩的變化曲線截圖如圖5所示。

圖5　2擋換3擋輸出扭矩變化曲線截圖

根據以上數據和沖擊載荷系數計算方法得到2擋換3擋的沖擊載荷系數，如表4所示。

表4　2擋換3擋的沖擊載荷系數

由表1、4可知：1擋換2擋的換擋時間以及2擋換3擋的換擋時間分別為1 510.74和814.65ms，均小于1.6s，符合變速器的設計指標。由表3、4可知，1擋換2擋以及2擋換3擋的沖擊載荷系數分別為1.81和1.83，均小于2。

4.2傳動效率定轉速試驗

啟動測控系統程序，選擇“變速器傳動效率定轉速試驗”，將驅動電機的輸入轉速調定為1 600r/min，待運轉充分穩定后，輸出軸逐次加載，并保持輸入轉速不變。

1，2，6擋傳動效率試驗曲線見圖6。

圖6　變速器傳動效率試驗曲線

根據《工程機械動力換擋變速器產品質量分等》(JB/T51138—1997)中的規定，功率大于70kW的定軸式變速器最高效率應符合：最高前進擋傳動效率≥91%，最低前進擋傳動效率≥92%。由圖6曲線可知：1擋的最高效率為92.17%；2擋的最高效率為92.59%；6擋的最高效率為91.77%。所以，被測變速器最低前進擋1擋、最高前進擋6擋的變速器傳動效率均符合此規定，因此從變速器的傳動效率來看被測變速器是符合要求的。

綜上，被測變速器的試驗指標符合變速器的設計要求以及國內標準的規定，這間接證明了變速器臺架試驗的合理性。

5　結束語

本文針對此變速器搭建了開放式變速器試驗臺，對被測變速器進行換擋性能、傳動效率試驗，對試驗數據進行處理分析。變速器試驗臺的試驗數據表明：變速器在1 600r/min恒轉速、換擋時間小于1.6s時，換擋時的沖擊載荷系數符合試驗指標；在給變速器加載進行傳動效率試驗中，變速器最低擋、最高擋傳動效率也均符合《工程機械動力換擋變速器產品質量分等》(JB/T51138-1997)中的規定。

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[11]JB/T9720—2001.工程機械變速器性能試驗方法[S].北京：中國機械工業聯合會,2001.

(責任編輯劉舸)

收稿日期：2016-01-18

作者簡介：劉云(1989—)，男，江蘇宿遷人，碩士研究生，主要從事汽車變速器試驗研究。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.07.003

中圖分類號：U463；TH13

文獻標識碼：A

文章編號：1674-8425(2016)07-0016-05

ExperimentalStudyonElectro-HydraulicControlledTransmissions

LIUYun1,HEShao-hua2,TIANJin-yue1,ZHOUPing2

(1.SchoolofAutomotiveandTrafficEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;2.FirstResearchInstituteofCorpsofEngineers,Wuxi214035,China)

Abstract:We made a bench test research with a self-designed fixed shaft type electric hydraulic power shift gearbox based on relevant research. Bench test verified the function of test bench and the performance of the transmission. In order to meet the requirements of electro-hydraulic jointly controlled transmission shifting and the precision of control, the paper designed a precise electronic control system. We designed the test program according to the standard: Construction Machinery—Bench Test Methods of Transmissions (JB/T9720—2001). We also tested the performance of the transmission shifting, oil pressure, temperature and the efficiency of the transmission according to these methods to analyze the collected data and assessment measured transmission performance.

Key words:transmission test; bench test controller; electronic control system

引用格式：劉云，何紹華，田晉躍，等.電液操控變速器臺架試驗研究[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2016(7):16-20.

Citationformat：LIUYun,HEShao-hua,TIANJin-yue,etal.ExperimentalStudyonElectro-HydraulicControlledTransmissions[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology(NaturalScience)，2016(7):16-20.