汽車自動變速器試驗臺的設計

董鐵山

【摘 要】隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車自動變速器的普遍運用，可以想見自動變速器的使用與維修市場將逐漸擴大，而汽車自動變速器試驗臺，將發(fā)展為有關科研院所和各個汽車維修企業(yè)所必須具備的一個設備。汽車自動變速器試驗臺的設計與生產，有利于社會經(jīng)濟效益與經(jīng)濟效益的有效提升。在本次研究中，汽車自動變速器試驗臺的設計，采取的是交流電封閉方式，能夠對能源進行充分的運用，且具備較高的回收效率。另外，該試驗臺運用LabVIEW軟件當做一個平臺，最終達到了計算機有效控制自動變速器、吸功電動機以及變頻調速器，并且實時檢測輸出、輸入軸轉速與扭矩的目的，同時操作簡單方便，界面良好。

【關鍵詞】汽車；自動變速器；設計

變速器是汽車傳動系統(tǒng)重要組成之一，其性能直接影響汽車的可靠性、燃油經(jīng)濟性和動力性。變速器試驗臺是檢測變速器性能的重要設備，旨在提高檢測的準確性和精確性，為變速器設計與研發(fā)提供數(shù)據(jù)參考。不同驅動方式對汽車動力性、行駛安全性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性都有明顯的影響。在汽車發(fā)展中，大多采用前置后驅（FR），然隨著科學技術的發(fā)展以及乘車需求的不斷加大，后置后驅（RR）逐漸被采納，成為今后中大型客車、公交車的發(fā)展趨勢。現(xiàn)代自動變速器和手動變速器相對比，其是由計算器進行控制，擁有較高的精密度，結構較為復雜，零部件較多，并且成本相對較高等特性；同時汽車在安裝自動變速器之后，汽車起步與加速穩(wěn)定，且能夠提升汽車的平均車速與乘車舒適性，還能延長汽車傳動系統(tǒng)與發(fā)動機的使用壽命等等優(yōu)點，因此深受消費者的喜愛[1]。而為便于對自動變速器的性能與故障等情況進行有效的檢查與判斷，可以設計汽車自動變速器的試驗臺，以此來對自動變速器進行綜合的、全方面的檢測。

一、汽車自動變速器的種類、結構與工作原理分析

1、無級變速器

無級變速器主要部件是具有V形槽的主動錐輪、從動錐輪和傳動帶，傳動帶安裝在主動錐輪和從動錐輪的V形槽中內，主動輪旋轉時通過傳動帶將主動輪的扭矩傳遞給從動輪。傳動帶有金屬帶、金屬鏈和橡膠帶之分，金屬帶是以推的形式傳遞轉矩，橡膠帶是以拉的形式傳遞扭矩。早先用的是V形橡膠帶，由于材料較差傳遞力矩小，效果不佳。1979年荷蘭DAF的工程師改用金屬帶進行研究，并于1983年推向市場。

2、雙離合器式自動變速器

雙離合器式自動變速器是由平行軸式手動變速器發(fā)展而來的，它采用兩個離合器的結構，將變速器的擋位。按奇數(shù)和偶數(shù)分別布里在與這兩個離合器相連的平行軸上，通過離合器的交替結合來完成換擋過程。雙離合器式自動變速器繼承了手動變速器傳動效率高、燃油經(jīng)濟性好、安裝空間緊湊、質量輕、價格低等優(yōu)點，此外在換擋過程中不存在動力中斷，所以換擋時沒有明顯的減速度產生，換擋迅速平穩(wěn)，不僅保證了車輛的加速性，而且極大地提高了換擋舒適性。

3、可無限變速的機械式無級變速器

可無限變速的機械式無級變速器亦稱機械式數(shù)學超環(huán)面無級變速器，與其他自動變速器最顯著的差別之一是不使用變矩器，Torotrak公司開發(fā)的IVT使用了2套離合器，驅動力由一套稱為Variat的裝置傳遞，通過鎖止離合器和行星齒輪機構將動力傳遞至傳動軸。這種IVT變速器是基于數(shù)學超環(huán)面主動盤、超環(huán)面被動盤的簡單配置和在兩者間運動的滾子角度連續(xù)可變而實現(xiàn)無限的無級變速。IVT的核心部分由輸人傳動盤、輸出傳動盤和中間傳動盤組成。兩個輸入傳動盤分別位于兩端，輸出傳動盤只有l(wèi)個并位于中間位置，中間傳動盤則夾于輸入傳動盤和輸出傳動盤中問，它們之間的接觸點以潤滑油做介質，金屬之間不接觸，通過改變中間傳動盤的角度從而實現(xiàn)傳動比的連續(xù)無限的變化。

4、汽車自動變速器內的液力變矩器能夠達到變速器和發(fā)動機之間的軟連接。依據(jù)節(jié)氣門的開度、變速桿位置、制動器的釋放（制動）以及車速自動控制離合器等，液壓控制系統(tǒng)可以達到汽車檔位的自動變換與動力傳動路線的變化，另外，其還朝潤滑油路與液力變矩器提供油；其中，冷卻系統(tǒng)能夠避免出現(xiàn)較高的液壓油溫。

在計算機的控制下，自動變速器可以依據(jù)最理想的換擋理論與最少的油耗，實行汽車的自動變檔，同時對外部負載具備較好的適應水平與自動調節(jié)功能。一般情況下，是利用微控制器自動變速器液壓控制閥體中的各個電磁閥來達到最終變檔的目的。

二、汽車自動變速器試驗臺的設計

1、試驗臺架

試驗臺架基本上是由幾個部分組成的，即三維臺架（支撐驅動電動機）、二自由度臺架（支撐吸功電動機）以及支撐變速器的臺架[2]。其中，驅動電動機臺架的三維設計，其主要目的是為了確保變速器的液力變矩器裝配和中間傳動機構的輸出軸，處于相同的軸度。而在對吸功電動機臺架二自由度進行設計時，對吸功電動機和尺寸不同與形式不同的自動變速器之間的相連問題，進行了充分的思考。最后，對變速器臺架的設計時，充分思考了不同類型自動變速器的安裝與固定等問題。

2、.驅動電動機

驅動電動機采取一臺三相交流異步電動機（75kW），依據(jù)變速器綜合測試的需要，其輸入軸轉速控制在3000r/min。因此，選取相對應的變頻器，本次選取6SE70系列變頻器，這一系列的變頻器所采取的是交流矢量控制技術，能夠確保準確控制大功率交流電動機。這主要是由于這個系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)傳輸量相對較小，而變頻器的數(shù)量也相對較少，然后利用RS485總線來達到變頻器和工控機兩者間通訊的目的，進而符合實時性的需要。在該系統(tǒng)內選用通信接口來和工控機進行通信，依據(jù)通信協(xié)議USS，工控機朝變頻器傳輸轉速值。因為變頻器通信口所選用的是RS85標準，必須和工控機的標準實行一定的轉化，所以，選擇RS232/485轉換模塊最終實現(xiàn)工控機和變頻器之間的相連。

3、加載電動機

采取變頻能量回收系統(tǒng)（110kW），對以異步發(fā)電機狀態(tài)運轉的吸功電動機進行有效的控制，使其能夠在朝被測試件加載的過程中，把機械能轉變成電能，進而輸送給驅動電動機，最終達到能量閉環(huán)回收的目的[3]。該系統(tǒng)具備多種功能，例如對各個參數(shù)（電壓、電流、相位、轉速以及轉矩）等進行自動檢測與調節(jié)、自動保護功能以及故障警報等等。PID閉環(huán)控制方式是該系統(tǒng)加載的主要控制方式，而其通訊模式則選取串口RS485總線，以便達到該系統(tǒng)和工控機兩者之間的相互通信。其中，系統(tǒng)靜態(tài)精度，指的就是轉矩控制精度，其值通常為正負1%，而轉矩的控制精度大約為正負0.5%。

三、試驗臺測控系統(tǒng)的軟件設計分析

通常情況下，工業(yè)過程中的控制軟件需要較好的圖形界面、通訊水平較高，并且現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時檢測水平較高等。而LabVIEW，是一個儀器分析軟件應用開發(fā)工具，其具備較強的功能，且具有靈活性，在學術與工業(yè)領域中被普遍運用于儀器控制軟件與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)，以及軟件標準語言的分析。LabVIEW語言，其利用圖形化的編程替換最初的文本編程，并且該語言的執(zhí)行程度流程，是將各個方框圖內的數(shù)據(jù)流進行連接，這與文本程序被行順序所制約不一樣。所以，能夠運用互相連接功能模塊對應用軟件進行開發(fā)，并且還能夠實現(xiàn)諸多數(shù)據(jù)通道的同時運轉。

四、總結

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車自動變速器的普遍運用，可以想見自動變速器的使用與維修市場將逐漸擴大，而汽車自動變速器試驗臺，將發(fā)展為有關科研院所和各個汽車維修企業(yè)所必須具備的一個設備。汽車自動變速器試驗臺的設計與生產，有利于社會經(jīng)濟效益與經(jīng)濟效益的有效提升。自動變速器是一種在傳統(tǒng)的機械變速器基礎上發(fā)展而來的一種變速方式。具有傳動效率高、成本低和易于制造的優(yōu)點，代表了汽車自動變速器發(fā)展的一個重要方向，對其試驗技術的研究和聯(lián)合調試試驗臺的搭建是保證自動變速器技術得以有效應用的保證。

參考文獻：

[1]司建玉，吳光強.雙離合器自動變速器控制系統(tǒng)軟件架構設計[J].同濟大學學報（自然科學版），2011，39（7）：1040-1044.

[2]張金明，林瓊，王秋成等.汽車廢舊變速器再制造試驗臺的研究[J].機械制造，2011，49（1）：54-56.

[3]姬虹，李磊.大眾01N自動變速器性能試驗與功能演示綜合試驗臺的設計[J].科技傳播，2011，（11）：133-134，132.

（作者單位：長城汽車股份有限公司）