双离合自动变速箱驻车机构试验台架设计

杨伟龙 祁稳 李向兵 潘道勇

摘 要：驻车机构是双离合自动变速箱上的一个重要部件，其出P挡是否顺畅影响了驾驶员的直观驾驶感受，因此驻车机构的可靠性至关重要。文章通过设计一种试验台，采用步进电机加载，动态扭矩仪监控扭矩，基于LabVIEW的图形化软件编程，实现在台架上对驻车机构的耐久测试和出P挡力测试。

关键词：双离合变速箱;驻车机构;测试台架

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

雙离合自动变速箱的驻车锁止机构是在整车上除手刹外的另一套驻车系统。汽车在坡道停车或起步，当手刹失效时，变速箱驻车系统则会生效形成双保险。变速箱驻车机构在起步时出P挡性能会影响驾驶员的驾驶舒适性和安全性，因此在设计阶段就需要对驻车系统进行耐久测试和可靠性测试。

2 驻车机构坡道受力分析

满载的汽车停在角度为θ的坡道上，若整车手刹或EPB未起作用，此时重力作用下车轮提供的扭矩全部由变速箱驻车机构承受。此时驻车齿轮轴所受扭矩为：

其中：m为汽车满载质量;g为重力加速度;θ为坡道角度;r为车轮滚动半径;ir为主减速器速比;

由于从变速箱输出端加载扭矩需要台架布置两个电机，且需要输入较大的扭矩，不仅浪费资源而且控制精度不高。因此本文采用从变速箱输入端加载，模拟车轮传递给驻车齿轮的扭矩，分别用正转和反转模拟车头向下和车头向上的状态。用1挡模拟车轮扭矩时，此时台架输入扭矩应为：

其中i1为1挡速比。根据不同的坡道角度，计算其对应的台架输入扭矩值。

3 台架硬件系统

台架硬件系统主要包括步进电机、动态扭矩仪、联轴器、轴承座、变速箱基座等。台架示意图如图1。

输入端加载电机采用130HCY285AL3S型步进电机，步距角1.2°，静转最大扭矩50Nm。配套的行星减速机速比10，传动效率90%。扭矩传感器采用JN-DN型动态扭矩传感器，量程0～500Nm，精度±0.05%FS。

4 电器系统

电器系统由PLC、电机驱动器、电子驻车驱动器、CANape、TCU和稳压直流电源构成。

电机由电机驱动器驱动，供220V交流电。驻车驱动器由稳压电源供12V直流电，其动作命令由CANape下发。PLC采用Modbus-rtu协议，与工控机通过1路RS232通信，上位机软件通过发送命令实现对电机的控制。

5 软件系统

主软件是基于LabVIEW的图形化编程语言编写，可实现单个驻车齿试验和全齿循环试验。台架使用NI 9215采集板卡采集驻车执行机构电压识别驻车进P信号。PLC通过RS232通讯与工控机连接，LabVIEW自带的VISA写入函数可以将预先设定好的代码命令发送到下位机实现对步进电机驱动器的控制。驻车驱动器的动作是由工控机在CANape软件中编写的脚本实现的。

台架基本运转过程是步进电机在驻车机构进P挡后开始输入转速，带动输入轴旋转一定角度后驻车棘爪卡入棘轮，系统扭矩开始上升，达到目标扭矩后电机刹车，维持扭矩。此时CANape发出出P挡指令，出P成功后，电机继续运转，进行下一个驻车齿的出P试验。

软件功能包括：

（1）循环次数设定：可以针对某一驻车齿进行专项出P挡、进P挡试验，也可以对驻车齿进行每一个齿循环寿命试验;

（2）不同扭矩设定功能：设置根据不同坡道出P挡所需扭矩;

（3）扭矩保护和急停功能：设定扭矩保护限值监控动态扭矩仪采集的扭矩信号，当需要紧急停机时可直接点击急停按钮。

6 结论

本文通过设计一款简易的单电机驻车试验台架，利用输入端加载扭矩实现模拟整车在坡道上出P档的受力工况，用于自动变速箱驻车系统的可靠性和耐久测试。此外台架还可进行驻车机构的出P挡响应时间和驻车极限出P挡力研究。

参考文献

[1] 张道普.整车坡道出P挡力研究与分析[J]机械工程师.

[2] LabVIEW宝典.电子工业出版社.

[3] LabVIEW编程详解.电子工业出版社.

[4] 陈龙. LabVIEW控制步进电机的并口通讯研究[J]电子测试.