轿车自动换挡器多功能耐久试验台的设计研究

□ 程煜华

同济大学 汽车学院 上海 200092

轿车自动换挡器多功能耐久试验台的设计研究

□ 程煜华

同济大学 汽车学院 上海 200092

为了有效地对轿车自动换挡器进行各种耐久性能试验，研究开发了换挡器多功能耐久试验台。介绍了试验台软、硬件的实现以及工作原理。该试验台已经大量应用于量产项目的实验，取得了良好的效果。

换挡器 耐久 试验台

随着人们生活水平的逐年提高，轿车逐步成为了一种家庭代步工具。在消费市场表现上，一方面是合资企业高歌猛进，另一方面却是自主品牌不断滑坡。其中一个因素，就是随着人们在私家车内停留的时间增加，对车内的各种零部件的要求提出了更高的要求。国内汽车厂商在不断上马新项目的同时，却往往忽略了客户最直接的体验性。好在很多企业意识到了这一点，汽车制造商和供应商都不断加大车内零部件的研发力度。在汽车操纵方式上，和发达国家的主流趋势一样，为了提高驾驶的舒适性，中国市场的重心也正在逐步由传统的手动换挡汽车为主转向自动换挡汽车。两者虽然在成本上尚有差距，但越来越多的顾客宁愿选择更舒适便捷的操纵方式。

汽车换挡器（又名变速换挡操纵装置）是汽车内部一个重要的安全部件，用于控制汽车变速器，使其按照驾驶员的要求在不同的挡位间切换，从而控制汽车的运动方式。随着汽车制造业的不断发展，制造分工细化，汽车换挡器的制造已经与变速器分开，独立进行专业化生产,也就需要更专业的测试方法。国外已采用了更专业的测试设备，试验过程实现全自动化，尽量减少人为误差。特别是耐久试验，设备可以全程模拟人手的操作，并实时监控试验进度，及时反馈试验结果。通过试验工装和设备的设计，可减少试验台架搭建的难度，提高试验效率和试验方法的可操作性，从而取得可靠的试验结果。

国内文献中介绍换挡器的相关试验设备很少，包括一些自主厂商使用的设备，大都操作复杂，且重复性差。这些设备常采用PLC或VB控制换挡器运动，需要多个伺服电机配合。新的产品需要试验时，工装调整繁杂，位置调整不便，各工站控制性不佳。

换挡器耐久试验要求在高低温环境下进行。在同一试验台上要实现各工位独立运动，并实现不同项目的测试。本文将详细介绍自动化试验设备的设计及发展方向。介绍采用Think&Do软件，通过I/O控制多个工位独立运行不同的耐久试验。

1 技术方案

根据各主机厂试验规范要求,研制的换挡器耐久试验台应该满足如下技术要求。

1）气缸和换挡器手柄连接，在图纸规定的施力点处带动气缸作往复运动，模拟人手进行耐久试验，行程可由霍尔传感器控制，每个挡位的力值可以监控并记录为TXT文件便于输出；

2）不同气缸可配合不同量程的力传感器施加0～1 000 N的力；

3）气缸最大加载频率为0.01 Hz，可自由调节；

4）所有试验参数均由软件控制，同时能进行16件样品试验，且每个工位都可单独控制进行不同的试验，可根据实际扩展更多工位；

5）可满足各种换挡器耐久试验，工装夹具调换方便；

6）气缸可配合不同工装进行其它耐久试验，如换挡器按钮耐久性、电磁阀通断耐久性、球头扭转耐久性等；

7）可配合环境试验箱进行高低温环境下的耐久试验，温度范围：-40～85℃；

8）运行平稳，能够24 h全天候运行，软件实时显示产品的试验次数、加载的力值、频率等参数。配有故障自动报警功能，在发生故障停机报警灯亮的同时，可立即发送通知短信到指定手机号码，实现无人值守。

2 研制情况

换挡器耐久试验台主要由试验台架和电气控制系

统两大部分组成。

2.1 试验台架

试验台架主要包括工装夹具、气缸、支架、力传感器、霍尔传感器、保温箱等，如图1所示。

试验样件安装在模拟实车位置的铝制专用夹具上，直接用压块固定在耐久试验台台面，位置可根据试验要求自由调整。气缸通过轴承安装在铝型材支架上，可根据不同试验样件调节高度位置，并可上下自由摆动，如图2所示。气缸前端与力传感器连接，然后通过万向节和换挡器样件的换挡杆连接，在图纸规定的施力点带动换挡器进行往复运动，如图3所示。气缸内带有磁环，霍尔传感器安装在气缸缸体上，用磁环来进行位置控制，气缸两端还装有调速阀，调节往复运动速度，气缸和各传感器与电气控制系统连接。

选用美国热测（Thermotron）公司定制的带有外送风功能的SE-600-6-6环境试验箱，将风送入保温箱中，如图4所示。该试验箱除了常规的恒温恒湿功能外，还装有强力外送风风机，通过出风、回风两根风管和外部保温箱形成回路，通过外置温度传感器控制保温箱内的温度。停止送风时带负载升降温速度约为5℃/min，外送风时保温箱的升降温速度约为2℃/min。试验箱体积为0.6 m3，配有两个直径25 cm的工作孔，也可外接控制设备。

保温箱由钢制框架、木材和保温棉组成，可以保持内部温度均匀性在±1℃，且制作成本低廉。保温棉建议使用隔热和防火性能较好的聚异三聚氰酸脂 （PIR），可按照不同的试验要求和样件尺寸定制并开孔。由于只有工装和样件放在保温箱内，传感器及气缸可以选择普通的常温型号，如果整个台架放入环境试验箱，则需选择价格高昂的耐高低温型号传感器和大型环境试验箱。

2.2 电气控制系统

电气控制系统包括调压阀和电磁阀、I/O模块、电源模块、控制软件等。采用日本SMC调压阀和电磁阀用于控制气缸作往复运动，集成式SV系列电磁阀精简了接线，并可独立调整每一个电磁阀输出的气压，如图5所示。美国FUTEK高精度力传感器与信号调理器、德国巴鲁夫BALLUFF霍尔传感器、SMC电磁阀都与I/O模块连接。日本光洋 （KOYO）公司的T1HEBC100 I/O模块可通过LAN接口与电脑连接，并有不同的I/O模块负责输入和输出信号，比如T1F-16AD-2模块用于模拟量输入，T1K-16TD2-1模块用于信号输出。从而可实现每一路信号的独立控制，理论上可无限扩展，如图6所示。采用12V和24V开关电源模块为整个系统供电。所有模块安装在面板上，替换方便，如图7所示。

控制软件采用德国菲尼克斯电气公司（Phoenix Contract）的Think&Do软件。其具有使用简便、控制全面等特点，可进行图形化界面编程，通过流程图清晰明了地对整个试验各个参数进行设置。后期使用时只需在图形界面勾选相应的参数即可进行不同试验的设置，如图8和图9所示。上海格兰海芬汽车零部件有限公司通过十年的持续开发，已将整套系统成熟地用于各种耐久试验。

▲图1 耐久试验台

▲图2 气缸和力传感器

▲图3 耐久试验工装

▲图4 耐久试验台保温箱与外送风系统

▲图5 SMC电磁阀

▲图6 光洋I/O控制系统扩展

▲图7 光洋I/O控制系统

3 总结

本文所述换挡器多功能耐久试验台已在各大主机厂换挡器的开发过程中得到广泛应用，试验结果表明，试验效率明显提高，同时扩展了试验能力，节约了成本。通过I/O模块扩展并配合不同的工装，本套试验设备可以广泛应用于汽车产品设计、开发、改进及制造工艺验证过程中各零部件的耐久试验。

▲图8 Think&Do控制流程图

▲图9 Think&Do试验设置界面

［1］QC/T470-2010,汽车自动变速器操纵装置的要求［S］.

［2］GMW15607-2013,Automatic Transmission Shift System Specification［S］.

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［4］刘东彦.汽车换挡器实验台总体方案设计［J］.长春理工大学学报,2006,2（1）:147-149.

［5］IEC60068-38-2009,Environmental Testing-Part 2-38: Tests-Test Z/AD:Composite Temperature and Humidity Cyclic Test［S］.

［6］GME07001-2006,Shift System for Automatic Transmission［S］.

［7］江征风,廖庆,吴波.汽车变速总成疲劳寿命试验装置液压加载器设计［J］.机床与液压,2006（3）:145-146.

［8］谭火南,刘志刚.AT换挡器换挡力分析及优化［J］.中国新技术新产品,2013（7）:105-106.

［9］黄建明,曹长修,苏玉刚.机械式自动变速器的换挡控制［J］.重庆大学学报,2005，28（1）：86-89.

［10］乐杨.汽车换挡器综合性能测试试验台三轴联动机构的设计与控制［D］.上海：上海大学,2007.

［11］JSJ Corp.,Grand Haven,Mich.Drop-in Type Automotive Transmission Shifter［P］.US:4569245,1986-02-11.

（编辑 丁 罡）

辽宁多家企业成立数控机床产业联盟

由沈阳机床股份有限公司、大连机床集团有限责任公司等24家单位协力组建的 “辽宁省数控机床产业联盟”，日前在沈阳正式成立。

数控机床是现代化装备制造业的工作母机，是实现制造业两化融合的关键设备。为了集中优势资源，攻克关键技术，带动全省数控机床产业持续快速发展，有力支撑“辽宁制造”转型升级，在省经信委的倡导下，由沈阳机床股份有限公司发起，联合大连机床集团有限责任公司、营口机床厂有限公司、沈阳高精数控技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳铸造研究所、东北大学、沈阳建筑大学、沈阳产品质量监督检验院等单位，成立“辽宁省数控机床产业联盟”。

以“协同合作，推动创新，共赢共荣”为宗旨，联盟将发挥辽宁装备制造业和科研资源的优势，围绕数控机床发展需求开展技术攻关，开发出具有自主知识产权、对行业有重大影响的关键及共性技术，实现数控机床关键功能部件的开发和产业化，进而提高机床整机产品的省内配套率，提升辽宁机床产业的国际竞争力。

（廖 报）

TH122

A

1000-4998（2015）10-0051-03

2015年4月