试验用某型混动变速器换挡执行机构控制系统设计

雷雨田，高瑞娟（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）



试验用某型混动变速器换挡执行机构控制系统设计

雷雨田，高瑞娟
（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）

摘要：基于某型混动变速器换挡执行机构，采用TPC16-16控制器，设计并搭建对应的控制系统。该系统通过控制5组电磁阀工作来控制气路通断，从而驱动选挡气缸和换挡气缸动作，完成挡位切换。经过试验验证，该系统能够快速准确完成挡位切换，满足项目需求，符合作者的设计初衷。

关键词：换挡执行机构；换挡控制系统；TPC16-16控制器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

高瑞娟，就职于陕西法士特齿轮有限责任公司。

CLC NO.: U462.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)05-29-03

引言

现阶段，纯电动汽车前景被广泛看好，具有无污染节能等优势。但存在续驶里程短，电池价格高、寿命短，充电时间长等严重缺点[1-2]。混合动力采用两种或两种以上能量作为动力源，自身能够充电，降低了对蓄电池的要求，正在成为全球很多国家轨道新技术的发展方向[3-4]。与传统的内燃机车相比，混合动力内燃机也有许多优势，如将发动机控制在高效运行区、减少了怠速、降低了噪声，明显降低了油耗量及排放[5]。针对混合动力汽车所具有的优势，本文依据某混动试验项目要求，基于混动变速器换挡执行机构，采用TPC16-16控制器，设计并搭建对应的控制系统。

1、换挡执行机构工作原理

混合动力变速器的换挡执行机构，除了要保证换挡过程平顺、反应灵敏、无冲击、还要保证换挡执行机构有足够的设计精度、可靠性和操纵特性以满足换挡过程控制的需要。此外，换挡执行机构的体积还应尽可能的小，以便于在结构复杂、空间有限的混合动力客车中使用[6]。

某型混动变速器换挡执行机构采用气动模式，通过电磁阀控制气路通断，驱动选挡气缸和换挡气缸动作，从而完成挡位切换。气缸上预置了磁缸和磁感应开关，依据磁感应开关的工作情况判断挡位是否切换完成。

挡位切换方式为：空挡—X挡—空挡。挡位切换方式如下表1所示：

表1　挡位切换表

2、控制系统设计

2.1控制系统工作原理

依据上述换挡执行机构工作原理，试验用控制系统需对5组电磁阀以及6组磁感应开关进行控制，从而完成挡位切换和判断。控制系统基于TPC16-16控制器搭建，TPC16-16控制器采用表格设置汉字显示的方式代替繁琐的编程工作，操作便捷、简单实用、功能强，可以显著降低应用过程的难度和开发周期。

本文所述的换挡执行机构控制单元，使用了8路手动开关量输入信号，6路磁感应开关输入信号，5路电磁阀输出信号，7路指示灯输出信号。输入输出端口定义为图1，控制电路为下图2所示：

图1　输入输出端口定义

图2　控制电路图

2.2控制系统程序设计

换挡执行机构控制单元控制程序如下：

第1行：输入端X1（N）有效时，输出端Y3（EV3）定时工作1秒钟500毫秒后结束；

第2行：输入端X1（N）有效时，延时500毫秒；输出端Y1（EV1）定时工作500毫秒后结束；

第3行：输入端X11（Ⅲ）与输入端X12（Ⅳ）同时有效时，输出端Y9（灯N）定时工作10小时后结束；本行由X8（复位N）停止；

第4行：输入端X2（R）有效时，输出端Y5（EV5）定时工作1秒钟后结束；

第5行：输入端X2（R）有效时，延时500毫秒；输出端Y2（EV2）定时工作500毫秒后结束；

第6行：输入端X9（Ⅰ）与输入端X14（Ⅵ）同时有效时，输出端Y10（灯R）定时工作10小时后结束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第7行：输入端X3（1）有效时，输出端Y5（EV5）定时工作1秒钟后结束；

第8行：输入端X3（1）有效时，延时500毫秒；输出端Y1（EV1）定时工作500毫秒后结束；

第9行：输入端X9（Ⅰ）与输入端X13（Ⅴ）同时有效时，输出端Y11（灯1）定时工作10小时后结束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第10行：输入端X4（2）有效时，输出端Y2（EV2）定时工作500毫秒后结束；

第11行：输入端X11（Ⅲ）与输入端X14（Ⅵ）同时有效时，输出端Y12（灯2）定时工作10小时后结束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第12行：输入端X5（3）有效时，输出端Y1（EV1）定时工作500毫秒后结束；

第13行：输入端X11（Ⅲ）与输入端X13（Ⅴ）同时有效时，输出端Y13（灯3）定时工作10小时后结束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第14行：输入端X6（4）有效时，输出端Y4（EV4）定时工作1秒钟后结束；

第15行：输入端X6（4）有效时，延时500毫秒；输出端Y1（EV1）定时工作500毫秒后结束；

第16行：输入端X10（Ⅱ）与输入端X13（Ⅴ）同时有效时，输出端Y14（灯4）定时工作10小时后结束；本行由X12（Ⅳ）停止；

第17行：输入端X7（5）有效时，输出端Y4（EV4）定时工作1秒钟后结束；

第18行：输入端X7（5）有效时，延时500毫秒；输出端Y2（EV2）定时工作500毫秒后结束；

第19行：输入端X10（Ⅱ）与输入端X14（Ⅵ）同时有效时，输出端Y15（灯5）定时工作10小时后结束；本行由X12（Ⅳ）停止。

3、控制系统操作说明及实物图

3.1操作面板

操作面板如图3所示：

图3　操作面板

3.2换挡控制

3.2.1前进挡换挡控制

该混动变速器有5个前进挡，K1—K5分别为1—5前进挡的换挡控制开关，开关动作，便进行相应前进挡的挂挡操作，若挂挡到位相应的前进挡挡位指示灯点亮。

3.2.2挂倒挡控制

KR开关动作，混动变速器便进行挂倒挡操作，倒挡到位指示灯LR点亮。

3.2.3挂空挡控制

空挡开关KN动作，混动变速器便进行挂空挡操作，空挡到位便点亮空挡指示灯LN。

注：若相应的挡位指示灯不亮，表示挡位没有完全切换到位，重复操作换挡控制开关即可。

3.3指示灯控制

3.3.1前进挡以及倒挡指示灯

前进挡K1—K5和倒挡KR指示灯由换挡执行机构对应挡位的的磁感应开关触发点亮，由空挡位置的磁感应开关熄灭。

3.3.2空挡指示灯

空挡指示灯由空挡位置的磁感应开关触发，当前进挡或倒挡指示灯点亮后，通过KN复位开关熄灭。

3.4实物图

图4为控制系统实物图。

图4　控制系统实物

4、结论

本文依据某型混动试验项目要求，设计并搭建混动变速器换挡执行机构试验用控制系统。该控制系统通过手动开关切换挡位，用指示灯提示挡位是否切换完成。

搭建的控制系统，在混合动力变速器《密封试验》、《温升试验》、《疲劳寿命试验》、《噪声试验》中能够快速准确的完成变速器挡位切换，满足项目需求，符合作者的设计初衷。

参考文献

[1]卢嘉伟,对液力机械变速箱的新型混合动力汽车动力总成的研究[J].黑龙江科技信息,2015(26):93.

[2]倪金鹏,韩兵.混合动力变速箱液压系统设计与动态仿真[J].机械设计与制造,2011(8)：116~118.

[3]雷君.混合动力公交车机械式自动变速箱研究[D].同济大学,2006.

[4]张昕,田毅,张欣.混合动力机车动力系统建模及能量管理研究[J].铁道学报.2012(5):20~24.

[5]朱浩,谢煜冰,何建辉.混合动力客车并行式再生制动策略优化及仿真[J].中南大学学报.2013(1):122~127.

[6]周彬,张铁柱,霍炜.混合动力客车动力系统参数匹配与仿真优化[J].青岛大学学报.2014(3)：64~67.

The desigen of a certain type of hybrid transmission shift actuators control system used to test

Lei Yutian, Gao Ruijuan
（Shaanxi Fast Gear Co. Ltd., Shaanxi Xi’An 710119）

Abstract:Based on a certain type of hybrid transmission shift actuator, used the TPC16-16 as a controller, we designed and build the corresponding control system. The system controlls the gas road open or not through 5 solenoid valves, and thus drives cylinder block and shift cylinder switch to complete the test. After the test, the system can finish switch gear accurately, and meet the project requirement totally, conforming to the author’s original.

Keywords:Shift Actuator; Shift Control System; TPC16-16 Controller

中图分类号：U462.1

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-29-03

作者简介：雷雨田，就职于陕西法士特齿轮有限责任公司。