□ 程煜華

同濟(jì)大學(xué) 汽車(chē)學(xué)院 上海 200092

轎車(chē)自動(dòng)換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)研究

□ 程煜華

同濟(jì)大學(xué) 汽車(chē)學(xué)院 上海 200092

為了有效地對(duì)轎車(chē)自動(dòng)換擋器進(jìn)行各種耐久性能試驗(yàn)，研究開(kāi)發(fā)了換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺(tái)。介紹了試驗(yàn)臺(tái)軟、硬件的實(shí)現(xiàn)以及工作原理。該試驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)大量應(yīng)用于量產(chǎn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，取得了良好的效果。

換擋器 耐久 試驗(yàn)臺(tái)

隨著人們生活水平的逐年提高，轎車(chē)逐步成為了一種家庭代步工具。在消費(fèi)市場(chǎng)表現(xiàn)上，一方面是合資企業(yè)高歌猛進(jìn)，另一方面卻是自主品牌不斷滑坡。其中一個(gè)因素，就是隨著人們?cè)谒郊臆?chē)內(nèi)停留的時(shí)間增加，對(duì)車(chē)內(nèi)的各種零部件的要求提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商在不斷上馬新項(xiàng)目的同時(shí)，卻往往忽略了客戶(hù)最直接的體驗(yàn)性。好在很多企業(yè)意識(shí)到了這一點(diǎn)，汽車(chē)制造商和供應(yīng)商都不斷加大車(chē)內(nèi)零部件的研發(fā)力度。在汽車(chē)操縱方式上，和發(fā)達(dá)國(guó)家的主流趨勢(shì)一樣，為了提高駕駛的舒適性，中國(guó)市場(chǎng)的重心也正在逐步由傳統(tǒng)的手動(dòng)換擋汽車(chē)為主轉(zhuǎn)向自動(dòng)換擋汽車(chē)。兩者雖然在成本上尚有差距，但越來(lái)越多的顧客寧愿選擇更舒適便捷的操縱方式。

汽車(chē)換擋器（又名變速換擋操縱裝置）是汽車(chē)內(nèi)部一個(gè)重要的安全部件，用于控制汽車(chē)變速器，使其按照駕駛員的要求在不同的擋位間切換，從而控制汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)方式。隨著汽車(chē)制造業(yè)的不斷發(fā)展，制造分工細(xì)化，汽車(chē)換擋器的制造已經(jīng)與變速器分開(kāi)，獨(dú)立進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn),也就需要更專(zhuān)業(yè)的測(cè)試方法。國(guó)外已采用了更專(zhuān)業(yè)的測(cè)試設(shè)備，試驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，盡量減少人為誤差。特別是耐久試驗(yàn)，設(shè)備可以全程模擬人手的操作，并實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)進(jìn)度，及時(shí)反饋試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)試驗(yàn)工裝和設(shè)備的設(shè)計(jì)，可減少試驗(yàn)臺(tái)架搭建的難度，提高試驗(yàn)效率和試驗(yàn)方法的可操作性，從而取得可靠的試驗(yàn)結(jié)果。

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中介紹換擋器的相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備很少，包括一些自主廠商使用的設(shè)備，大都操作復(fù)雜，且重復(fù)性差。這些設(shè)備常采用PLC或VB控制換擋器運(yùn)動(dòng)，需要多個(gè)伺服電機(jī)配合。新的產(chǎn)品需要試驗(yàn)時(shí)，工裝調(diào)整繁雜，位置調(diào)整不便，各工站控制性不佳。

換擋器耐久試驗(yàn)要求在高低溫環(huán)境下進(jìn)行。在同一試驗(yàn)臺(tái)上要實(shí)現(xiàn)各工位獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目的測(cè)試。本文將詳細(xì)介紹自動(dòng)化試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)及發(fā)展方向。介紹采用Think&Do軟件，通過(guò)I/O控制多個(gè)工位獨(dú)立運(yùn)行不同的耐久試驗(yàn)。

1 技術(shù)方案

根據(jù)各主機(jī)廠試驗(yàn)規(guī)范要求,研制的換擋器耐久試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該滿(mǎn)足如下技術(shù)要求。

1）氣缸和換擋器手柄連接，在圖紙規(guī)定的施力點(diǎn)處帶動(dòng)氣缸作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模擬人手進(jìn)行耐久試驗(yàn)，行程可由霍爾傳感器控制，每個(gè)擋位的力值可以監(jiān)控并記錄為T(mén)XT文件便于輸出；

2）不同氣缸可配合不同量程的力傳感器施加0～1 000 N的力；

3）氣缸最大加載頻率為0.01 Hz，可自由調(diào)節(jié)；

4）所有試驗(yàn)參數(shù)均由軟件控制，同時(shí)能進(jìn)行16件樣品試驗(yàn)，且每個(gè)工位都可單獨(dú)控制進(jìn)行不同的試驗(yàn)，可根據(jù)實(shí)際擴(kuò)展更多工位；

5）可滿(mǎn)足各種換擋器耐久試驗(yàn)，工裝夾具調(diào)換方便；

6）氣缸可配合不同工裝進(jìn)行其它耐久試驗(yàn)，如換擋器按鈕耐久性、電磁閥通斷耐久性、球頭扭轉(zhuǎn)耐久性等；

7）可配合環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行高低溫環(huán)境下的耐久試驗(yàn)，溫度范圍：-40～85℃；

8）運(yùn)行平穩(wěn)，能夠24 h全天候運(yùn)行，軟件實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品的試驗(yàn)次數(shù)、加載的力值、頻率等參數(shù)。配有故障自動(dòng)報(bào)警功能，在發(fā)生故障停機(jī)報(bào)警燈亮的同時(shí)，可立即發(fā)送通知短信到指定手機(jī)號(hào)碼，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

2 研制情況

換擋器耐久試驗(yàn)臺(tái)主要由試驗(yàn)臺(tái)架和電氣控制系

統(tǒng)兩大部分組成。

2.1 試驗(yàn)臺(tái)架

試驗(yàn)臺(tái)架主要包括工裝夾具、氣缸、支架、力傳感器、霍爾傳感器、保溫箱等，如圖1所示。

試驗(yàn)樣件安裝在模擬實(shí)車(chē)位置的鋁制專(zhuān)用夾具上，直接用壓塊固定在耐久試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面，位置可根據(jù)試驗(yàn)要求自由調(diào)整。氣缸通過(guò)軸承安裝在鋁型材支架上，可根據(jù)不同試驗(yàn)樣件調(diào)節(jié)高度位置，并可上下自由擺動(dòng)，如圖2所示。氣缸前端與力傳感器連接，然后通過(guò)萬(wàn)向節(jié)和換擋器樣件的換擋桿連接，在圖紙規(guī)定的施力點(diǎn)帶動(dòng)換擋器進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。氣缸內(nèi)帶有磁環(huán)，霍爾傳感器安裝在氣缸缸體上，用磁環(huán)來(lái)進(jìn)行位置控制，氣缸兩端還裝有調(diào)速閥，調(diào)節(jié)往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度，氣缸和各傳感器與電氣控制系統(tǒng)連接。

選用美國(guó)熱測(cè)（Thermotron）公司定制的帶有外送風(fēng)功能的SE-600-6-6環(huán)境試驗(yàn)箱，將風(fēng)送入保溫箱中，如圖4所示。該試驗(yàn)箱除了常規(guī)的恒溫恒濕功能外，還裝有強(qiáng)力外送風(fēng)風(fēng)機(jī)，通過(guò)出風(fēng)、回風(fēng)兩根風(fēng)管和外部保溫箱形成回路，通過(guò)外置溫度傳感器控制保溫箱內(nèi)的溫度。停止送風(fēng)時(shí)帶負(fù)載升降溫速度約為5℃/min，外送風(fēng)時(shí)保溫箱的升降溫速度約為2℃/min。試驗(yàn)箱體積為0.6 m3，配有兩個(gè)直徑25 cm的工作孔，也可外接控制設(shè)備。

保溫箱由鋼制框架、木材和保溫棉組成，可以保持內(nèi)部溫度均勻性在±1℃，且制作成本低廉。保溫棉建議使用隔熱和防火性能較好的聚異三聚氰酸脂 （PIR），可按照不同的試驗(yàn)要求和樣件尺寸定制并開(kāi)孔。由于只有工裝和樣件放在保溫箱內(nèi)，傳感器及氣缸可以選擇普通的常溫型號(hào)，如果整個(gè)臺(tái)架放入環(huán)境試驗(yàn)箱，則需選擇價(jià)格高昂的耐高低溫型號(hào)傳感器和大型環(huán)境試驗(yàn)箱。

2.2 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括調(diào)壓閥和電磁閥、I/O模塊、電源模塊、控制軟件等。采用日本SMC調(diào)壓閥和電磁閥用于控制氣缸作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，集成式SV系列電磁閥精簡(jiǎn)了接線(xiàn)，并可獨(dú)立調(diào)整每一個(gè)電磁閥輸出的氣壓，如圖5所示。美國(guó)FUTEK高精度力傳感器與信號(hào)調(diào)理器、德國(guó)巴魯夫BALLUFF霍爾傳感器、SMC電磁閥都與I/O模塊連接。日本光洋 （KOYO）公司的T1HEBC100 I/O模塊可通過(guò)LAN接口與電腦連接，并有不同的I/O模塊負(fù)責(zé)輸入和輸出信號(hào)，比如T1F-16AD-2模塊用于模擬量輸入，T1K-16TD2-1模塊用于信號(hào)輸出。從而可實(shí)現(xiàn)每一路信號(hào)的獨(dú)立控制，理論上可無(wú)限擴(kuò)展，如圖6所示。采用12V和24V開(kāi)關(guān)電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)供電。所有模塊安裝在面板上，替換方便，如圖7所示。

控制軟件采用德國(guó)菲尼克斯電氣公司（Phoenix Contract）的Think&Do軟件。其具有使用簡(jiǎn)便、控制全面等特點(diǎn)，可進(jìn)行圖形化界面編程，通過(guò)流程圖清晰明了地對(duì)整個(gè)試驗(yàn)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。后期使用時(shí)只需在圖形界面勾選相應(yīng)的參數(shù)即可進(jìn)行不同試驗(yàn)的設(shè)置，如圖8和圖9所示。上海格蘭海芬汽車(chē)零部件有限公司通過(guò)十年的持續(xù)開(kāi)發(fā)，已將整套系統(tǒng)成熟地用于各種耐久試驗(yàn)。

▲圖1 耐久試驗(yàn)臺(tái)

▲圖2 氣缸和力傳感器

▲圖3 耐久試驗(yàn)工裝

▲圖4 耐久試驗(yàn)臺(tái)保溫箱與外送風(fēng)系統(tǒng)

▲圖5 SMC電磁閥

▲圖6 光洋I/O控制系統(tǒng)擴(kuò)展

▲圖7 光洋I/O控制系統(tǒng)

3 總結(jié)

本文所述換擋器多功能耐久試驗(yàn)臺(tái)已在各大主機(jī)廠換擋器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)效率明顯提高，同時(shí)擴(kuò)展了試驗(yàn)?zāi)芰?，?jié)約了成本。通過(guò)I/O模塊擴(kuò)展并配合不同的工裝，本套試驗(yàn)設(shè)備可以廣泛應(yīng)用于汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、改進(jìn)及制造工藝驗(yàn)證過(guò)程中各零部件的耐久試驗(yàn)。

▲圖8 Think&Do控制流程圖

▲圖9 Think&Do試驗(yàn)設(shè)置界面

［1］QC/T470-2010,汽車(chē)自動(dòng)變速器操縱裝置的要求［S］.

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

［3］PF-10990-2004,Shifter Assy-Automatic Transmission with EWM［S］.

［4］劉東彥.汽車(chē)換擋器實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)［J］.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào),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］江征風(fēng),廖慶,吳波.汽車(chē)變速總成疲勞壽命試驗(yàn)裝置液壓加載器設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓,2006（3）:145-146.

［8］譚火南,劉志剛.AT換擋器換擋力分析及優(yōu)化［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2013（7）:105-106.

［9］黃建明,曹長(zhǎng)修,蘇玉剛.機(jī)械式自動(dòng)變速器的換擋控制［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2005，28（1）：86-89.

［10］樂(lè)楊.汽車(chē)換擋器綜合性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與控制［D］.上海：上海大學(xué),2007.

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

（編輯 丁 罡）

遼寧多家企業(yè)成立數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

由沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司、大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司等24家單位協(xié)力組建的 “遼寧省數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，日前在沈陽(yáng)正式成立。

數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代化裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)兩化融合的關(guān)鍵設(shè)備。為了集中優(yōu)勢(shì)資源，攻克關(guān)鍵技術(shù)，帶動(dòng)全省數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，有力支撐“遼寧制造”轉(zhuǎn)型升級(jí)，在省經(jīng)信委的倡導(dǎo)下，由沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司發(fā)起，聯(lián)合大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司、營(yíng)口機(jī)床廠有限公司、沈陽(yáng)高精數(shù)控技術(shù)有限公司、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、沈陽(yáng)鑄造研究所、東北大學(xué)、沈陽(yáng)建筑大學(xué)、沈陽(yáng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院等單位，成立“遼寧省數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。

以“協(xié)同合作，推動(dòng)創(chuàng)新，共贏共榮”為宗旨，聯(lián)盟將發(fā)揮遼寧裝備制造業(yè)和科研資源的優(yōu)勢(shì)，圍繞數(shù)控機(jī)床發(fā)展需求開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、對(duì)行業(yè)有重大影響的關(guān)鍵及共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)而提高機(jī)床整機(jī)產(chǎn)品的省內(nèi)配套率，提升遼寧機(jī)床產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

（廖 報(bào)）

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1000-4998（2015）10-0051-03

2015年4月