新型再制造自動(dòng)變速器電磁閥測(cè)試技術(shù)研究

鐘耀文

（廣州市花都全球自動(dòng)變速箱有限公司，廣東廣州510800）

新型再制造自動(dòng)變速器電磁閥測(cè)試技術(shù)研究

鐘耀文

（廣州市花都全球自動(dòng)變速箱有限公司，廣東廣州510800）

電磁閥作為自動(dòng)變速器控制模塊（TCU）執(zhí)行元件，其性能決定了自動(dòng)變變速器總成的換擋品質(zhì)，可是由于電磁閥具有高頻工作特性，因此也屬于易損零件。對(duì)于自動(dòng)變速器再制造總成而言，如果沒(méi)有準(zhǔn)確的測(cè)試技術(shù)，就僅能通過(guò)使用更換全新電磁閥的方式確保品質(zhì)，這樣極大地提高再制造成本，同時(shí)也造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)既可以保證再制造產(chǎn)品質(zhì)量，又可以降低再制造成本，提高廢舊電磁閥資源綜合利用率目的，本文實(shí)現(xiàn)了油壓時(shí)域特性測(cè)試和I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試，并通過(guò)對(duì)比兩種測(cè)試方法，最終發(fā)現(xiàn)評(píng)價(jià)整體密封性應(yīng)采用油壓時(shí)域特性測(cè)試，針對(duì)閥芯磨損和卡滯情況的檢測(cè)應(yīng)選用I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試。

自動(dòng)變速器；電磁閥；再制造；測(cè)試工藝

在自動(dòng)變速器換擋控制過(guò)程中，TCU（自動(dòng)變速器控制模塊）根據(jù)采集轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開(kāi)度等信號(hào)計(jì)算出需要的檔位，通過(guò)控制電磁閥致使油道通斷，從而把工作液輸送至離合器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速器的檔位切換。電磁閥作為自動(dòng)變速器控制模塊（TCU）執(zhí)行元件，其性能決定了自動(dòng)變變速器總成的換擋品質(zhì)。對(duì)于以廢舊電磁閥作為原材料的再制造自動(dòng)變速器而言，使用準(zhǔn)確的測(cè)試工藝篩選廢舊電磁閥有利于保證再制造自動(dòng)變速器品質(zhì)以及降低其成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此可以說(shuō)電磁閥測(cè)試工藝是自動(dòng)變速器再制造工藝中的關(guān)鍵工藝。本文通過(guò)分析對(duì)自動(dòng)變速器的控制原理，自動(dòng)變速器電磁閥的結(jié)構(gòu)、調(diào)壓工作原理、油壓的動(dòng)態(tài)階躍特性和靜態(tài)電流特性，并結(jié)合企業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)，在研究的同時(shí)為企業(yè)提供一種適用于再制造自動(dòng)變速器電磁閥的測(cè)試工藝。

1 自動(dòng)變速器的換擋控制原理

在汽車行駛過(guò)程中，TCU（自動(dòng)變速器控制模塊）通過(guò)采集節(jié)氣門開(kāi)度確認(rèn)駕駛員行駛意圖，采集進(jìn)氣歧管壓力、車速等信號(hào)確認(rèn)車輛負(fù)載，從而計(jì)算出當(dāng)前檔位是否適應(yīng)車輛行駛需要，如果判定當(dāng)前檔位不合適當(dāng)前車況，TCU將通過(guò)控制電磁閥致使油道通斷，通過(guò)使用PWM信號(hào)對(duì)油壓的變化速率改變換檔舒適性，由此可見(jiàn)電磁閥在整個(gè)換檔過(guò)程中充當(dāng)TCU執(zhí)行器的作用，相當(dāng)于TCU的“手”，因此再制造電磁閥的質(zhì)量是再制造自動(dòng)變速器質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

2 自動(dòng)變速器電磁閥的工作原理介紹

自動(dòng)變速器中使用的電磁閥主要是直動(dòng)式電磁閥，其結(jié)構(gòu)原理圖如下圖1所示。

圖1 電磁閥結(jié)構(gòu)圖

自動(dòng)變速器中使用的電磁閥根據(jù)通斷特性可以分為常閉型和常開(kāi)型，對(duì)于常閉型電磁閥，當(dāng)TCU通過(guò)計(jì)算結(jié)果確認(rèn)當(dāng)前檔位不合適汽車行駛工況，TCU會(huì)發(fā)生控制信號(hào)使電磁閥的線圈通電，通電后的線圈會(huì)產(chǎn)生足夠的電磁力磁化銜鐵，磁化的銜鐵會(huì)把運(yùn)動(dòng)部件（頂針、閥芯）吸起，自動(dòng)變速器油會(huì)推開(kāi)金屬球，從而在電磁閥內(nèi)部油道，實(shí)現(xiàn)供油。對(duì)于常開(kāi)型電磁閥，動(dòng)作方向與常閉型相反。

在自動(dòng)變速器閥體總成設(shè)計(jì)的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)自動(dòng)變速器總成結(jié)構(gòu)以及發(fā)動(dòng)機(jī)等其它部件的需要選擇，從而獲得準(zhǔn)確的換擋順序。

3 根據(jù)調(diào)壓特性差異的電磁閥分類

如下圖2所示，自動(dòng)變速器中使用的電磁閥根據(jù)其調(diào)壓特性來(lái)分主要可以分為以上三類：開(kāi)關(guān)電磁閥、調(diào)壓電磁閥、流量電磁閥。其中閥體總成控制模塊主要使用開(kāi)關(guān)電磁閥（NC）和調(diào)壓電磁閥。

圖2 根據(jù)調(diào)壓特性的不同電磁閥的分類

3.1 開(kāi)關(guān)電磁閥的工作原理

開(kāi)關(guān)電磁閥通常只有開(kāi)（ON）和關(guān)（OFF）兩個(gè)狀態(tài)，此類電磁閥需要工作時(shí)，TCU對(duì)它直接供給穩(wěn)定的電信號(hào)，使電磁閥內(nèi)部油道直接打開(kāi)或者關(guān)閉，由于這種控制方式會(huì)導(dǎo)致油壓迅猛增加，因此無(wú)法改善換擋品質(zhì)，因此此類電磁閥僅在早期的自動(dòng)變速器閥體總成使用，隨著微機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及用戶對(duì)駕駛舒適性要求日益增加，現(xiàn)行的自動(dòng)變速器產(chǎn)品中開(kāi)關(guān)電磁閥正逐步被淘汰。

3.2 調(diào)壓電磁閥的工作原理

調(diào)壓電磁閥的工作原理如下圖3所示。

圖3 調(diào)壓電磁閥的工作原理圖

相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電磁閥，調(diào)壓電磁閥在工作時(shí)TCU的控制方式以高頻信號(hào)（PWM脈沖和或電流信號(hào)）對(duì)電磁閥進(jìn)行控制，電磁閥的閥芯在內(nèi)基座和銜鐵之間高速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)頻繁地通斷和關(guān)閉油道，調(diào)節(jié)油壓上升的速率，如圖3所示，油壓會(huì)隨著電流的增大而增大，這樣有利于防止油壓劇烈變化，有效改善換擋品質(zhì)，因此在自動(dòng)變速器的閥體總成中大量使用該類型的電磁閥。

3.2.1 PWM電磁閥（高速開(kāi)關(guān)閥）和線性調(diào)壓電磁閥區(qū)別

PWM電磁閥也稱為高速開(kāi)關(guān)閥，通常在一個(gè)較低的頻率下工作，它的液壓與機(jī)械系統(tǒng)上來(lái)平均占空比循環(huán)產(chǎn)生的油壓和流量脈沖，因此占空比的變化對(duì)油壓和流量的影響較大。線性調(diào)壓電磁閥一般在較高的頻率下工作，只有電磁部分平均占空比循環(huán)產(chǎn)生的油壓和流量脈沖，而內(nèi)部滑閥則動(dòng)態(tài)地平衡控制油壓和流量速率，因此占空比的變化對(duì)油壓和流量的影響不大，其流量由電流大小控制。隨著電控技術(shù)的不斷發(fā)展且對(duì)電流控制能力的不斷提高，線性調(diào)壓電磁閥穩(wěn)定調(diào)壓的優(yōu)點(diǎn)日益顯現(xiàn)，因此線性調(diào)壓電磁閥的使用率越來(lái)越高。

3.2.2 線性調(diào)壓電磁閥的分類

線性調(diào)壓電磁閥能夠分為VFS型和VBS型，這兩種電磁閥的區(qū)別如下圖4所示。

圖4VTS型與VTB型電磁閥的區(qū)別

如上圖4所示，VTS中S代表Spool———閥芯，進(jìn)油口和出油口兩端皆為可調(diào)，此類電磁閥調(diào)節(jié)出來(lái)的油壓Fhydraulic=Fspring-Fmagnet，一般多為常開(kāi)式電磁閥，具有泄露量低，能耗低的優(yōu)點(diǎn)；VTB中B代表Bleed——流量，此類電磁閥調(diào)節(jié)出來(lái)的油壓Fhydraulic=Fspring+Fmagnet，進(jìn)油口固定，出油口可調(diào)，一般多為常閉式電磁閥，具有抗污染能力耗，魯棒性強(qiáng)。由于兩種電磁閥之間各有優(yōu)劣，廠家會(huì)因應(yīng)設(shè)計(jì)需要選擇合適的電磁閥。

3.3 流量電磁閥的工作原理

流量電磁閥主要用于一些與換擋無(wú)關(guān)的部件中起到推動(dòng)作用，如DSG雙離合變速器的離合器推動(dòng)電磁閥。

4 電磁閥測(cè)試工藝

4.1 開(kāi)關(guān)式電磁閥測(cè)試工藝

針對(duì)開(kāi)關(guān)式電磁閥僅開(kāi)（ON）和（OFF）兩種狀態(tài)，且一般不會(huì)用于換擋控制這些油壓控制要求精確的場(chǎng)合，因此此類電磁閥的性能測(cè)試主演方法為通電法，即直接通電，讓電磁閥打開(kāi)或關(guān)閉，測(cè)量油壓是否可以到達(dá)最大值。確定閥芯是否發(fā)生卡滯和存在磨損。

4.2 調(diào)壓電磁閥的測(cè)試工藝

該類電磁閥做換擋控制的關(guān)鍵元件，關(guān)系到換擋品質(zhì)的改善以及乘員的行車舒適性，因此其測(cè)試工藝要求較為高。

調(diào)壓電磁閥的性能測(cè)試項(xiàng)目主要耐久性測(cè)試、油壓時(shí)域特性測(cè)試以及I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試。耐久性測(cè)試主要在新品開(kāi)發(fā)階段，用于確定閥芯耐磨性和如彈簧等彈性元件的疲勞壽命特點(diǎn)，旨在確認(rèn)電磁閥設(shè)計(jì)無(wú)缺陷，可以滿足使用。再制造產(chǎn)業(yè)中的電磁閥元件為廢舊汽車零部件，耐久性試驗(yàn)在其研發(fā)過(guò)程中已經(jīng)完成，因此在其再制造過(guò)程中不再進(jìn)行。

4.2.1 油壓時(shí)域特性測(cè)試

油壓時(shí)域特性測(cè)試具體做法為經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定兩到三個(gè)占空比變化點(diǎn)，一般為油壓變化的起始點(diǎn)和油壓變化的終止點(diǎn)，油壓變化的起始點(diǎn)對(duì)于常開(kāi)型電磁閥即為從最大油壓到油壓開(kāi)始下降的占空比控制點(diǎn)，對(duì)于常閉型電磁閥即為油壓零點(diǎn)到油壓開(kāi)始上升的占空比控制點(diǎn)，油壓變化的終止點(diǎn)對(duì)于常開(kāi)型電磁閥即為油壓變?yōu)?的占空比變化點(diǎn)，對(duì)于常閉型電磁閥即為油壓達(dá)到最大值的控制點(diǎn)，下面就以裝載在某寶馬車上自動(dòng)變速器的電磁閥為例闡述一下以上方法：

如下圖5所示，電磁閥為常閉型電磁，占空比控制信號(hào)從0%→20%→60%，在0%時(shí)油壓為0psi，該電磁閥最低工作頻率為占空比為20%，即0%~20%的占空比頻段，電磁閥不工作，油壓也不會(huì)有變化。在5 ms時(shí)占空比變?yōu)?0%，在15 ms時(shí)占空比由20%變?yōu)?0%，此時(shí)檢測(cè)電磁閥油壓的變化可以看出油壓在15 ms~60 ms時(shí)間內(nèi)由0 psi~72 psi，在60 ms時(shí)刻，為電磁閥全開(kāi)狀態(tài)，因此油壓出現(xiàn)一個(gè)階梯式的變化，最終停留在最大值72 psi上，第一階段油壓上升階段結(jié)束，第二階段為油壓下降階段由5 ms時(shí)刻開(kāi)始占空比控制信號(hào)由60%變?yōu)?0%，檢測(cè)油壓變化，從5 ms~60 ms的時(shí)間段中，5 ms時(shí)刻，占空比從60%變?yōu)?0%，檢測(cè)整個(gè)時(shí)間段的油壓變化，在60 ms時(shí)刻，占空比由20%~0%，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，因此油壓發(fā)生階梯變化，最終為0 psi.

圖5 油壓變化曲線圖

以上的電磁閥測(cè)試方法主要評(píng)價(jià)電磁閥油壓階變性能，即由最低占空比控制頻率到最高占空比控制頻率時(shí)，油壓是否能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成調(diào)節(jié)，從而判斷電磁閥的調(diào)壓性能。

4.2.2 I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試

I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試是建立一條電流與油壓的關(guān)系曲線，以評(píng)價(jià)電磁閥各級(jí)的電流響應(yīng)特性，與油壓時(shí)域特性測(cè)試的主要區(qū)別在于，油壓時(shí)域特性測(cè)試中，X軸為油壓，而I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試中X軸為電流，一般電磁閥的工作電流不會(huì)超過(guò)1 000 mA，因此I/P特性的測(cè)試的電流變化范圍由0 ~1000 mA，變化步長(zhǎng)為1 mA，每一刻度掃描50次，形成一條I（電流）與P（油壓）的變化曲線。

下面用4.1油壓時(shí)域特性測(cè)試同樣的例子闡述一下，I/P特性的測(cè)試方法，如下圖6所示，電磁閥為常閉型電磁閥，電流線由0 mA開(kāi)始以步長(zhǎng)為1 mA地增大，再反之，從1 000 mA開(kāi)始以步長(zhǎng)為1mA地減少，每1 mA掃描50次，最終形成下圖6中的I（電流）/P（壓力）曲線，該電磁閥在0~200 mA前處于關(guān)閉狀態(tài)，在200 mA后，電磁閥開(kāi)始逐步開(kāi)啟，一直到800 mA時(shí)，油壓調(diào)節(jié)為最大值，800~1 000 mA后油壓在無(wú)變化。

在該測(cè)試方法中最主要有3個(gè)性能判斷指標(biāo)：

（1）壓力曲線是否標(biāo)準(zhǔn)曲線之上。如圖6所示，上升階段曲線標(biāo)準(zhǔn)和下降階段曲線標(biāo)準(zhǔn)，油壓測(cè)試曲線整體在這兩條曲線之上，若油壓在標(biāo)準(zhǔn)曲線之下，這判斷為電磁閥某部分磨損，出現(xiàn)泄壓。

圖6 I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試圖

（2）壓力曲線的斜率，斜率體現(xiàn)壓力隨電流變化的快慢，即電磁閥對(duì)不同級(jí)別的電流響應(yīng)的能力，如測(cè)試壓力曲線比標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率小，則證明電磁閥卡滯。

（3）滯環(huán)量不能大于標(biāo)準(zhǔn)值，滯環(huán)量為上升階段曲線與下降階段曲線在同一電流級(jí)別時(shí)油壓的差值。滯環(huán)量的大小體現(xiàn)電磁閥的自適應(yīng)能力，對(duì)于再制造件而言，由于零件經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用導(dǎo)致磨損或在再制造過(guò)程中裝配的誤差，導(dǎo)致其余原來(lái)的圖紙尺寸不符，在車輛行駛過(guò)程中，自動(dòng)變速器控制模塊會(huì)對(duì)電磁閥的控制電流進(jìn)行調(diào)整，實(shí)施壓力補(bǔ)償，該過(guò)程稱為自適應(yīng)，可是滯環(huán)量過(guò)大，超過(guò)了控制模塊的自適應(yīng)范圍，壓力無(wú)法補(bǔ)償，從而導(dǎo)致?lián)Q擋不平順。

5 結(jié)束語(yǔ)

電磁閥作為自動(dòng)變速器控制模塊的執(zhí)行元件，其性能關(guān)系到自動(dòng)變速器的換擋品質(zhì)，對(duì)于以廢舊零部件的再制造自動(dòng)變速器產(chǎn)品尤為重要，上述的油壓時(shí)域特性測(cè)試和I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試作為現(xiàn)階段自動(dòng)變速器電磁閥再制造常規(guī)方法，各有優(yōu)劣，針對(duì)電磁閥整體密封性應(yīng)采用油壓時(shí)域特性測(cè)試，針對(duì)閥芯磨損和卡滯情況的檢測(cè)應(yīng)選用I（電流）/P（油壓）特性測(cè)試。測(cè)試工藝的確定必須根據(jù)電磁閥類型，使用環(huán)境以及結(jié)合再制造生產(chǎn)效率和成本確定，廣州市花都全球自動(dòng)變速箱有限公司在電磁閥再制造實(shí)踐中會(huì)因應(yīng)情況，選擇不同的測(cè)試方式以應(yīng)對(duì)不同的需求，以形成性價(jià)比最高的測(cè)試工藝，保證質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率以及廢舊資源利用率

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The Research of a New Testing Technology for Solenoid Remanufacturing

ZHONG Yao-wen
（Guangzhou Huadu Worldwide Transmission Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510800，China）

As an automatic transmission control module（TCU）actuator，performance of solenoid determines the shift quality of automatic transmission assembly，but due to the high frequency performance of the solenoid，it is also a vulnerable parts.For automatic transmission remanufacturing assembly，if there is no accurate testing technology，it can only be replaced by using new solenoid to ensure the quality，that is not only greatly improving the manufacturing cost，but also causing a serious waste of resources.In order to ensure the quality of remanufactured products，reduce the cost of remanufacturing and improve the comprehensive utilization ratio of waste solenoid resources.The characteristics achieves time domain test and I（current）/P（hydraulic）characteristics test，and by the comparison of two kinds of test methods，we finally found overall evaluation of seal oil pressure should be used for the time domain test，valve wear and blocked should be used（current）/P（hydraulic）test.

automatic transmission；solenoid；remanufacturing；testing

U463.212

A

1672-545X（2017）06-0140-04

2017-03-20

鐘耀文（1988-），男，廣東東莞人，工程師，學(xué)士，研究方向：汽車傳動(dòng)技術(shù)。