商用车AMT中间轴制动器性能试验

范珊珊，宁立群，崔伟，杨子轩（法士特汽车传动研究院，陕西 西安 710000）



商用车AMT中间轴制动器性能试验

范珊珊，宁立群，崔伟，杨子轩
（法士特汽车传动研究院，陕西 西安 710000）

商用车电控机械式自动变速器AMT升档时，通过中间轴制动器来同步待啮合的齿轮，以保证换档的平顺性，因而中间轴制动器的性能直接关系到AMT的换档品质。本文设计台架试验，对AMT中间轴制动器的制动力、密封性、一致性、寿命等性能进行测试。试验模拟实车升档情况，以16档商用车自动变速器为对象，采用TTC200控制器，协调控制离合器和制动器，同时采用CANalyser实时监测制动器性能，最终提出制动器的改进方案。试验表明，该中间轴制动器可以满足自动变速器的使用需求。

自动变速器；换挡；中间轴制动器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.062

CLC NO.: U463.5Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-193-03

前言

变速器换档时，待啮合的一对齿轮的圆周速度达到同步后，才可以顺利挂入目标档位[1]。电控机械式自动变速器，利用其自身的电控优势，在换档过程中可以进行自动调速。降档时，通过发动机升速，待需要换档的齿轮达到同步要求时，停止对发动机的提速，再挂入相应的档位；升档时，则利用变速器中间轴制动器来降低输入轴转速，同步后再挂入目标档位。该制动器的性能直接影响AMT的换档平顺性和换档时间[2]。

文献[2]设计了一种安装在双中间轴变速器底取力窗口的制动器，通过对中间轴的制动，达到对一轴及其相关零部件的减速。但是安装在底取力窗口，需要设计制动器壳体，变速箱外部凸起，外形不够美观，且各种碎屑容易进入气缸。本文采用一种安装于变速器中间轴前端轴头处的制动器，由三个湿式摩擦片及相应的钢片组成，摩擦片通过花键与中间轴连接，钢片通过四个凸起圆周方向定位。活塞安装于离合器壳体内，为单作用弹簧复位式，控制方式为电控气动式，当变速器起步或升档时，通过激活相应电磁阀，打开气路，建立气压，活塞克服回位弹簧阻力压紧摩擦片及钢片来使变速器从动部分迅速降速。中间轴制动器工作原理如下图所示：

为了验证该中间轴制动器的可靠性，本文设计了台架试验，采用TTC快速原形控制器，协调控制离合器和中间轴制动器，模拟实车情况，中间轴制动器作用时计算其制动能力K值，并监测制动器的密封性，一致性，以及寿命。试验过程发现了中间轴制动器的一些问题，重新设计改进，为今后自动变速器的可靠运行提供了保证。

1、试验方法

为了试验中间轴制动器的可靠性，本文设计一套试验方法，模拟实车升档情况，使制动器重复制动过程，计算制动器的制动力，测试其密封性、一致性以及寿命。中间轴制动器在离合器壳体内，试验台架如下图所示：

1.1试验步骤

以16档自动变速器为例，升档时，TCU控制离合器执行机构的电磁阀，使工作气缸充气，离合器开始分离，完全分离后，系统控制XY选换挡执行机构的电磁阀动作，使变速器从档位上回到空档，然后打开变速器的制动器电磁阀，使变速器制动器工作气缸充气，变速器制动器工作，中间轴齿轮转速降低，当需要换档的齿轮到达同步要求时，变速器制动器停止工作，系统再次控制XY选换挡执行机构动作，将变速器从空档挂入下一档位，之后系统控制离合器执行机构的电磁阀使离合器接合。为了缩短试验周期，实际试验过程中，XY选换档执行机构不参与工作。试验步骤：

（1）当输入轴转速升至1800r/min时，分离离合器；

（2）离合器完全分离后，启动制动器，制动200ms；

（3）关闭制动器电磁阀，接合离合器。

中间轴制动器试验过程状态机如图3所示：

试验过程中实时计算中间轴制动器的制动力K值，K值实际是输入轴转速降低时的变化斜率，如下式所示：

式中，n1为制动器起作用时的输入轴转速，n2为制动器停止作用时的输入轴转速，Δt为制动器起作用的时间。满足电控式自动变速器使用要求的制动力K值在4000r/s2左右，过大过小都会带来问题。过小，制动力时间过长，影响换档时间和换档平顺性；过大，转速响应过快，不易控制。

1.2试验开发

中间轴制动器和离合器的控制由 TTC200控制器来完成，该控制器提供MatlabSimulink开发环境的驱动接口库，支持快速原型与控制器代码的转换。这样减少了手工编程难以避免的错误，提高了程序的可读性和继承性，当需要修改控制系统方案时，成本和代价也大大降低。具体操作过程如图4所示。

首先，在MatlabSimulink开发环境下，建立制动器控制模型，其中，应用最多的是有限状态机Stateflow模块，它可以清楚展示系统存在的多种模式，并定义从一个状态转移到另一个状态的条件，如图3所示。然后，利用TTC Toolbox生成代码，下载到控制器中。最后，在自动变速器运行过程中，利用CANalyser实时监控CAN总线信息，比如制动斜率、试验进程、离合器动作等，当制动力K值超过阈值，离合器分离接合时间过长，或者试验次数有误时，系统进入故障状态，此时，系统会发出警告，并停止运行。

2、试验结果

AMT使用要求中间轴制动器寿命达到100万次，制动力维持在4000r/s2左右，最低不低于3000r/s2，且制动器不能漏油。由于该中间轴制动器是新设计的，试验过程中发现了一些问题，具体如下：

（1）密封性

在试验调试阶段，发现中间轴制动器气缸漏油，如图5所示，原因是密封圈太小，未能起到密封作用，加大密封圈后重新安装，密封性得到改善。试验进行到30万次时，拆检发现，制动气缸仍有漏油，密封圈仍需改进。

（2）制动性

同样在试验调试阶段，发现制动器制动力K值仅有1700r/s2，如前所述，制动力太小影响换档时间，改变摩擦片大小以及摩擦材料后，制动力达到4000r/s2，满足使用要求。

（3）一致性

一致性是指同一设计，不同批次生产的中间轴制动器，其性能应该相似，且同一个制动器使用一段时间后，制动性能变化不明显。试验开始后，经过3万次的磨合，制动器制动力下降300r/s2左右，期间缓慢下降，待100万次试验结束时，制动力维持在3100r/s2，具体试验结果见图6。可见，中间轴制动器的一致性符合使用要求。

（4）寿命

理论要求中间轴制动器的寿命达到100万次。如图7所示为摩擦片使用前后对比，试验进行到100万次时，进行拆解，摩擦片厚度从2.35mm降至2.32mm，没有明显磨损，而且试验过程制动频率远高于实际车辆运行状况，所以中间轴制动器的寿命可以满足使用要求。

3、总结

本文主要介绍了商用车AMT的中间轴制动器性能试验方法，以16档AMT搭建试验台架，建立试验开发流程，使用Matlab/Simulink创建离合器和制动器协调控制的快速原型，在变速器试验台架上采用CANalyser实时监测其制动性、密封性、一致性以及寿命等，试验过程中发现了中间轴制动器密封性以及制动力不足的问题，重新设计后，中间轴制动器性能基本满足使用要求。采用快速原型开发的方法，使程序更改变得简单；且该试验过程能够实时监测中间轴制动器性能变化，为改进机械设计提供依据。最终，中间轴制动器的性能得到改善。

[1]陈家瑞.汽车构造.机械工业出版社，2005年8月第2版.

[2]李惠军，邱辉鹏，李晓亮.电控机械式自动变速器制动装置研究.汽车工程师，2011.6.

[3]文凌波，王玉海，李兴坤，薛春宇.基于MATLAB/STATEFLOW的AMT控制策略仿真系统.车辆与动力技术，2005.1.

[4]周能文.在变速器上安装发动机减速装置的研究.汽车工程师，2010.5.

Performance Test of Countershaft Brake System for Commercial Vehicle AMT

Fan Shanshan,Ning Liqun,Cui Wei,Yang Zixuan
(Shaanxi FAST Auto Drive Engineering Research Institute,Shaanxi Xi'an 710000)

In order to achieve shift comfort,automatic mechanical transmissions for commercial vehicles use a counter shaft brake system to synchronize the target gears when upshifting.Therefore the AMT shift quality depends largely on the performance of the countershaft brake system.A testbed for the countershaft brake system was built to analyze the braking force,sealing,consistency,durability etc.During the test,TTC200,a type of control unit which supports the rapid prototy ping,coordinately controled the clutch and brake system,simulating the actual upshift process.Meanwhile,CANalyser monitored the behavior of the brake system.Finally,improvements for brake system were proposed.In conclusion,the countershaft brake system could meet the requirements of AMT.

AMT; gearshift; countershaft brake system

U463.5

A

1671-7988（2016）08-193-03

范珊珊（1985-），女，AMT电控工程师，就职于法士特汽车传动研究院。主要从事商用车自动变速器的研究，智能电器，智能传动等方面的工作。