雙離合自動變速箱駐車機構試驗臺架設計

楊偉龍 祁穩 李向兵 潘道勇

摘 要：駐車機構是雙離合自動變速箱上的一個重要部件，其出P擋是否順暢影響了駕駛員的直觀駕駛感受，因此駐車機構的可靠性至關重要。文章通過設計一種試驗臺，采用步進電機加載，動態扭矩儀監控扭矩，基于LabVIEW的圖形化軟件編程，實現在臺架上對駐車機構的耐久測試和出P擋力測試。

關鍵詞：雙離合變速箱;駐車機構;測試臺架

Abstract： Parking mechanism is an important part of double-clutch automatic transmission. Whether it smoothly moves out of the p-block affects the intuitive driving experience of the driver. Therefore， the reliability of parking mechanism is very important. In this paper， a test bench is designed， which adopts stepper motor loading， dynamic torque meter monitoring torque， and labview-based graphical software programming to realize the endurance test of parking mechanism on the bench and the research of P retaining force.

Keywords： Double-clutch automatic transmission; Parking mechanism; Test bench

1 引言

雙離合自動變速箱的駐車鎖止機構是在整車上除手剎外的另一套駐車系統。汽車在坡道停車或起步，當手剎失效時，變速箱駐車系統則會生效形成雙保險。變速箱駐車機構在起步時出P擋性能會影響駕駛員的駕駛舒適性和安全性，因此在設計階段就需要對駐車系統進行耐久測試和可靠性測試。

2 駐車機構坡道受力分析

滿載的汽車停在角度為θ的坡道上，若整車手剎或EPB未起作用，此時重力作用下車輪提供的扭矩全部由變速箱駐車機構承受。此時駐車齒輪軸所受扭矩為：

其中：m為汽車滿載質量;g為重力加速度;θ為坡道角度;r為車輪滾動半徑;ir為主減速器速比;

由于從變速箱輸出端加載扭矩需要臺架布置兩個電機，且需要輸入較大的扭矩，不僅浪費資源而且控制精度不高。因此本文采用從變速箱輸入端加載，模擬車輪傳遞給駐車齒輪的扭矩，分別用正轉和反轉模擬車頭向下和車頭向上的狀態。用1擋模擬車輪扭矩時，此時臺架輸入扭矩應為：

其中i1為1擋速比。根據不同的坡道角度，計算其對應的臺架輸入扭矩值。

3 臺架硬件系統

臺架硬件系統主要包括步進電機、動態扭矩儀、聯軸器、軸承座、變速箱基座等。臺架示意圖如圖1。

輸入端加載電機采用130HCY285AL3S型步進電機，步距角1.2°，靜轉最大扭矩50Nm。配套的行星減速機速比10，傳動效率90%。扭矩傳感器采用JN-DN型動態扭矩傳感器，量程0～500Nm，精度±0.05%FS。

4 電器系統

電器系統由PLC、電機驅動器、電子駐車驅動器、CANape、TCU和穩壓直流電源構成。

電機由電機驅動器驅動，供220V交流電。駐車驅動器由穩壓電源供12V直流電，其動作命令由CANape下發。PLC采用Modbus-rtu協議，與工控機通過1路RS232通信，上位機軟件通過發送命令實現對電機的控制。

5 軟件系統

主軟件是基于LabVIEW的圖形化編程語言編寫，可實現單個駐車齒試驗和全齒循環試驗。臺架使用NI 9215采集板卡采集駐車執行機構電壓識別駐車進P信號。PLC通過RS232通訊與工控機連接，LabVIEW自帶的VISA寫入函數可以將預先設定好的代碼命令發送到下位機實現對步進電機驅動器的控制。駐車驅動器的動作是由工控機在CANape軟件中編寫的腳本實現的。

臺架基本運轉過程是步進電機在駐車機構進P擋后開始輸入轉速，帶動輸入軸旋轉一定角度后駐車棘爪卡入棘輪，系統扭矩開始上升，達到目標扭矩后電機剎車，維持扭矩。此時CANape發出出P擋指令，出P成功后，電機繼續運轉，進行下一個駐車齒的出P試驗。

軟件功能包括：

（1）循環次數設定：可以針對某一駐車齒進行專項出P擋、進P擋試驗，也可以對駐車齒進行每一個齒循環壽命試驗;

（2）不同扭矩設定功能：設置根據不同坡道出P擋所需扭矩;

（3）扭矩保護和急停功能：設定扭矩保護限值監控動態扭矩儀采集的扭矩信號，當需要緊急停機時可直接點擊急停按鈕。

6 結論

本文通過設計一款簡易的單電機駐車試驗臺架，利用輸入端加載扭矩實現模擬整車在坡道上出P檔的受力工況，用于自動變速箱駐車系統的可靠性和耐久測試。此外臺架還可進行駐車機構的出P擋響應時間和駐車極限出P擋力研究。

參考文獻

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