商用車AMT中間軸制動器性能試驗

范珊珊，寧立群，崔偉，楊子軒（法士特汽車傳動研究院，陜西 西安 710000）

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商用車AMT中間軸制動器性能試驗

范珊珊，寧立群，崔偉，楊子軒
（法士特汽車傳動研究院，陜西 西安 710000）

商用車電控機械式自動變速器AMT升檔時，通過中間軸制動器來同步待嚙合的齒輪，以保證換檔的平順性，因而中間軸制動器的性能直接關系到AMT的換檔品質。本文設計臺架試驗，對AMT中間軸制動器的制動力、密封性、一致性、壽命等性能進行測試。試驗模擬實車升檔情況，以16檔商用車自動變速器為對象，采用TTC200控制器，協調控制離合器和制動器，同時采用CANalyser實時監測制動器性能，最終提出制動器的改進方案。試驗表明，該中間軸制動器可以滿足自動變速器的使用需求。

自動變速器；換擋；中間軸制動器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.062

CLC NO.: U463.5Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-193-03

前言

變速器換檔時，待嚙合的一對齒輪的圓周速度達到同步后，才可以順利掛入目標檔位[1]。電控機械式自動變速器，利用其自身的電控優勢，在換檔過程中可以進行自動調速。降檔時，通過發動機升速，待需要換檔的齒輪達到同步要求時，停止對發動機的提速，再掛入相應的檔位；升檔時，則利用變速器中間軸制動器來降低輸入軸轉速，同步后再掛入目標檔位。該制動器的性能直接影響AMT的換檔平順性和換檔時間[2]。

文獻[2]設計了一種安裝在雙中間軸變速器底取力窗口的制動器，通過對中間軸的制動，達到對一軸及其相關零部件的減速。但是安裝在底取力窗口，需要設計制動器殼體，變速箱外部凸起，外形不夠美觀，且各種碎屑容易進入氣缸。本文采用一種安裝于變速器中間軸前端軸頭處的制動器，由三個濕式摩擦片及相應的鋼片組成，摩擦片通過花鍵與中間軸連接，鋼片通過四個凸起圓周方向定位。活塞安裝于離合器殼體內，為單作用彈簧復位式，控制方式為電控氣動式，當變速器起步或升檔時，通過激活相應電磁閥，打開氣路，建立氣壓，活塞克服回位彈簧阻力壓緊摩擦片及鋼片來使變速器從動部分迅速降速。中間軸制動器工作原理如下圖所示：

為了驗證該中間軸制動器的可靠性，本文設計了臺架試驗，采用TTC快速原形控制器，協調控制離合器和中間軸制動器，模擬實車情況，中間軸制動器作用時計算其制動能力K值，并監測制動器的密封性，一致性，以及壽命。試驗過程發現了中間軸制動器的一些問題，重新設計改進，為今后自動變速器的可靠運行提供了保證。

1、試驗方法

為了試驗中間軸制動器的可靠性，本文設計一套試驗方法，模擬實車升檔情況，使制動器重復制動過程，計算制動器的制動力，測試其密封性、一致性以及壽命。中間軸制動器在離合器殼體內，試驗臺架如下圖所示：

1.1試驗步驟

以16檔自動變速器為例，升檔時，TCU控制離合器執行機構的電磁閥，使工作氣缸充氣，離合器開始分離，完全分離后，系統控制XY選換擋執行機構的電磁閥動作，使變速器從檔位上回到空檔，然后打開變速器的制動器電磁閥，使變速器制動器工作氣缸充氣，變速器制動器工作，中間軸齒輪轉速降低，當需要換檔的齒輪到達同步要求時，變速器制動器停止工作，系統再次控制XY選換擋執行機構動作，將變速器從空檔掛入下一檔位，之后系統控制離合器執行機構的電磁閥使離合器接合。為了縮短試驗周期，實際試驗過程中，XY選換檔執行機構不參與工作。試驗步驟：

（1）當輸入軸轉速升至1800r/min時，分離離合器；

（2）離合器完全分離后，啟動制動器，制動200ms；

（3）關閉制動器電磁閥，接合離合器。

中間軸制動器試驗過程狀態機如圖3所示：

試驗過程中實時計算中間軸制動器的制動力K值，K值實際是輸入軸轉速降低時的變化斜率，如下式所示：

式中，n1為制動器起作用時的輸入軸轉速，n2為制動器停止作用時的輸入軸轉速，Δt為制動器起作用的時間。滿足電控式自動變速器使用要求的制動力K值在4000r/s2左右，過大過小都會帶來問題。過小，制動力時間過長，影響換檔時間和換檔平順性；過大，轉速響應過快，不易控制。

1.2試驗開發

中間軸制動器和離合器的控制由 TTC200控制器來完成，該控制器提供MatlabSimulink開發環境的驅動接口庫，支持快速原型與控制器代碼的轉換。這樣減少了手工編程難以避免的錯誤，提高了程序的可讀性和繼承性，當需要修改控制系統方案時，成本和代價也大大降低。具體操作過程如圖4所示。

首先，在MatlabSimulink開發環境下，建立制動器控制模型，其中，應用最多的是有限狀態機Stateflow模塊，它可以清楚展示系統存在的多種模式，并定義從一個狀態轉移到另一個狀態的條件，如圖3所示。然后，利用TTC Toolbox生成代碼，下載到控制器中。最后，在自動變速器運行過程中，利用CANalyser實時監控CAN總線信息，比如制動斜率、試驗進程、離合器動作等，當制動力K值超過閾值，離合器分離接合時間過長，或者試驗次數有誤時，系統進入故障狀態，此時，系統會發出警告，并停止運行。

2、試驗結果

AMT使用要求中間軸制動器壽命達到100萬次，制動力維持在4000r/s2左右，最低不低于3000r/s2，且制動器不能漏油。由于該中間軸制動器是新設計的，試驗過程中發現了一些問題，具體如下：

（1）密封性

在試驗調試階段，發現中間軸制動器氣缸漏油，如圖5所示，原因是密封圈太小，未能起到密封作用，加大密封圈后重新安裝，密封性得到改善。試驗進行到30萬次時，拆檢發現，制動氣缸仍有漏油，密封圈仍需改進。

（2）制動性

同樣在試驗調試階段，發現制動器制動力K值僅有1700r/s2，如前所述，制動力太小影響換檔時間，改變摩擦片大小以及摩擦材料后，制動力達到4000r/s2，滿足使用要求。

（3）一致性

一致性是指同一設計，不同批次生產的中間軸制動器，其性能應該相似，且同一個制動器使用一段時間后，制動性能變化不明顯。試驗開始后，經過3萬次的磨合，制動器制動力下降300r/s2左右，期間緩慢下降，待100萬次試驗結束時，制動力維持在3100r/s2，具體試驗結果見圖6。可見，中間軸制動器的一致性符合使用要求。

（4）壽命

理論要求中間軸制動器的壽命達到100萬次。如圖7所示為摩擦片使用前后對比，試驗進行到100萬次時，進行拆解，摩擦片厚度從2.35mm降至2.32mm，沒有明顯磨損，而且試驗過程制動頻率遠高于實際車輛運行狀況，所以中間軸制動器的壽命可以滿足使用要求。

3、總結

本文主要介紹了商用車AMT的中間軸制動器性能試驗方法，以16檔AMT搭建試驗臺架，建立試驗開發流程，使用Matlab/Simulink創建離合器和制動器協調控制的快速原型，在變速器試驗臺架上采用CANalyser實時監測其制動性、密封性、一致性以及壽命等，試驗過程中發現了中間軸制動器密封性以及制動力不足的問題，重新設計后，中間軸制動器性能基本滿足使用要求。采用快速原型開發的方法，使程序更改變得簡單；且該試驗過程能夠實時監測中間軸制動器性能變化，為改進機械設計提供依據。最終，中間軸制動器的性能得到改善。

[1]陳家瑞.汽車構造.機械工業出版社，2005年8月第2版.

[2]李惠軍，邱輝鵬，李曉亮.電控機械式自動變速器制動裝置研究.汽車工程師，2011.6.

[3]文凌波，王玉海，李興坤，薛春宇.基于MATLAB/STATEFLOW的AMT控制策略仿真系統.車輛與動力技術，2005.1.

[4]周能文.在變速器上安裝發動機減速裝置的研究.汽車工程師，2010.5.

Performance Test of Countershaft Brake System for Commercial Vehicle AMT

Fan Shanshan,Ning Liqun,Cui Wei,Yang Zixuan
(Shaanxi FAST Auto Drive Engineering Research Institute,Shaanxi Xi'an 710000)

In order to achieve shift comfort,automatic mechanical transmissions for commercial vehicles use a counter shaft brake system to synchronize the target gears when upshifting.Therefore the AMT shift quality depends largely on the performance of the countershaft brake system.A testbed for the countershaft brake system was built to analyze the braking force,sealing,consistency,durability etc.During the test,TTC200,a type of control unit which supports the rapid prototy ping,coordinately controled the clutch and brake system,simulating the actual upshift process.Meanwhile,CANalyser monitored the behavior of the brake system.Finally,improvements for brake system were proposed.In conclusion,the countershaft brake system could meet the requirements of AMT.

AMT; gearshift; countershaft brake system

U463.5

A

1671-7988（2016）08-193-03

范珊珊（1985-），女，AMT電控工程師，就職于法士特汽車傳動研究院。主要從事商用車自動變速器的研究，智能電器，智能傳動等方面的工作。