基于臺(tái)架試驗(yàn)的汽車自動(dòng)變速器故障診斷分析方法研究＊

董鑄榮 楊 臻 郭進(jìn)國(guó)

（1.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.北京交通大學(xué)；3.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 前言

汽車自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)和工作原理非常復(fù)雜，因此無(wú)論是機(jī)械結(jié)構(gòu)件的微小損壞，還是液壓或電子控制系統(tǒng)任何形式的故障，均將影響自動(dòng)變速器的正常工作。另一方面，由于自動(dòng)變速器不易拆檢，給故障診斷和排除造成很大困難。所以當(dāng)自動(dòng)變速器出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)充分利用自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)架的各種試驗(yàn)手段，遵循由簡(jiǎn)到繁、由易到難的檢查維修原則，對(duì)自動(dòng)變速器進(jìn)行不解體的試驗(yàn)檢測(cè)，這樣可以避免變速器損壞，降低維修成本，縮短維修時(shí)間[1～3]。本文利用自主研發(fā)的自動(dòng)變速器綜合試驗(yàn)臺(tái)[4～6]對(duì)一款5HP－19型自動(dòng)變速器進(jìn)行了試驗(yàn)，并在分析自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)及各元件功能的基礎(chǔ)上，將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理邏輯組合，對(duì)獲得的故障信息進(jìn)行了邏輯分析，最終將故障源限定在最小的范圍之內(nèi)。

2 5HP-19型自動(dòng)變速器簡(jiǎn)介

2.1 5HP-19型自動(dòng)變速器的基本參數(shù)

奧迪汽車系列配用了ZF公司多款自動(dòng)變速器，其中5HP－19型自動(dòng)變速器大量配備在奧迪A6、A4和帕薩特B5等汽車上。5HP－19的含義：5—5速，H—液壓，P—行星齒輪變速機(jī)構(gòu)，19—傳動(dòng)比參數(shù)（表1）。5HP－19自動(dòng)變速器是電控手動(dòng)/自動(dòng)一體5速自動(dòng)變速器，液力變矩器鎖止離合器可在3、4、5擋時(shí)接合，以提高傳動(dòng)效率。

表1 5HP-19自動(dòng)變速器傳動(dòng)比參數(shù)

2.2 動(dòng)力傳遞路線

5HP－19型自動(dòng)變速器動(dòng)力傳遞路線如圖1所示。圖中，離合器A、B、E用于拉維納行星齒輪系，其中，A用于將動(dòng)力傳給后太陽(yáng)輪，B用于將動(dòng)力傳給前太陽(yáng)輪，E用于將動(dòng)力傳給行星架；制動(dòng)器C用于固定前太陽(yáng)輪，制動(dòng)器D用于固定拉維納齒系行星架；單向離合器Ff用于阻止拉維納行星架的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；離合器F用于連接拉維納行星齒輪系齒圈和單級(jí)行星排齒圈；制動(dòng)器G用于固定單級(jí)行星排的太陽(yáng)輪。

2.3 電磁閥與執(zhí)行元件工作表

電磁閥與執(zhí)行元件工作見(jiàn)表2所列。

表2 5HP-19自動(dòng)變速器電磁閥與執(zhí)行元件工作表

3 基于臺(tái)架的性能試驗(yàn)

3.1 全自動(dòng)性能試驗(yàn)程序流程

針對(duì)5HP－19型自動(dòng)變速器性能試驗(yàn)的全自動(dòng)測(cè)試軟件程序流程如圖2所示。在試驗(yàn)過(guò)程中，軟件后臺(tái)同時(shí)記錄了輸入輸出轉(zhuǎn)速、電磁閥工作狀態(tài)、油壓、油液流量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化。通過(guò)對(duì)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線進(jìn)行分析，判斷 “液力變矩器鎖止控制、各擋的升降擋控制、換擋品質(zhì)、前進(jìn)位高擋工作情況、油壓及其流量”等狀況，再根據(jù)維修人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，就可以準(zhǔn)確判斷自動(dòng)變速器性能和故障部位。

3.2 案例分析

針對(duì)一款5HP－19型自動(dòng)變速器進(jìn)行了臺(tái)架全自動(dòng)性能試驗(yàn)，所得部分試驗(yàn)結(jié)果如圖3和表3所示。

表3 變速器全自動(dòng)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 速度分析

從表1和表3可以看出，測(cè)試的傳動(dòng)比與標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)比吻合，說(shuō)明各擋換擋電磁閥MV1、MV2、MV3無(wú)故障；2、3、4、5擋在液力變矩器鎖止時(shí)，輸出速度提高，說(shuō)明控制液力變矩器鎖止和分離電磁閥工作正常的。

3.2.2 油液分析

5HP－19型自動(dòng)變速器提供的油液測(cè)試口位于進(jìn)入液力變矩器的油道，通過(guò)測(cè)試該處的油壓和流量，可以診斷變矩器是否能正常工作，鎖止離合器是否鎖止等。表3中記錄了EDS4通斷前、后的油壓和流量變化數(shù)據(jù)，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以看出液力變矩器的工況良好。

3.2.3 異常現(xiàn)象

從圖3可以看出，D2→D3時(shí)輸出轉(zhuǎn)速突然降低，然后再升高，存在換擋沖擊的現(xiàn)象，D3→D4也存在同樣異常情況。通過(guò)查表2可知，2擋時(shí)執(zhí)行元件A、C、G處于工作狀態(tài)，當(dāng)3擋時(shí)處于工作狀態(tài)的執(zhí)行元件是A、C、F，即從2擋升為3擋，執(zhí)行元件G切換為F；同樣，3擋時(shí)執(zhí)行元件A、C、F處于工作狀態(tài)，當(dāng)4擋時(shí)處于工作狀態(tài)的執(zhí)行元件是A、E、F，即從3擋升為4擋，執(zhí)行元件C切換為E。

根據(jù)自動(dòng)變速器工作原理，再?gòu)?擋升為3擋時(shí)，離合器F先接合，再脫掉離合器G。如果自動(dòng)變速器在換擋時(shí)應(yīng)該接合的離合器或制動(dòng)器沒(méi)有接合，而呈脫離狀態(tài)時(shí)，該瞬間輸出軸就處于自由狀態(tài)，由于受到機(jī)械摩擦、負(fù)載等因素的影響，輸出軸就會(huì)降速。降速程度與輸出軸慣性及負(fù)載大小有關(guān)，即慣性越大降速越小，負(fù)載越大降速也越大，反之亦然。

同理，從3擋升為4擋時(shí)，如果離合器E還沒(méi)有接合，離合器C就脫離了，就會(huì)產(chǎn)生輸出軸轉(zhuǎn)速突然降低的情況。

離合器F、E未能正常及時(shí)接合的原因可能是：

a.F和E離合器摩擦表面磨損過(guò)大，造成間隙過(guò)大或摩擦因數(shù)減小，使它們接合滯后；

b.控制執(zhí)行元件協(xié)調(diào)工作的壓力閥調(diào)節(jié)電磁閥 EDS1、EDS2、EDS3 有故障；

c. 為F、E離合器提供油液的油道、節(jié)流孔不通暢而供油滯后。

3.3 變速器維修及維修后性能試驗(yàn)結(jié)果

由上述試驗(yàn)結(jié)果分析，可把故障定位到壓力調(diào)節(jié)電磁閥 EDS1、EDS2、EDS3和離合器 F、E 上。拆卸該自動(dòng)變速器，檢查發(fā)現(xiàn)電磁閥EDS1、EDS2和EDS3這3個(gè)電磁閥的閥芯位置各不一樣，其原因是閥芯彈簧損壞，彈簧長(zhǎng)度不符合規(guī)定要求；同時(shí)檢查離合器F、制動(dòng)器G摩擦片時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分摩擦片也有中度的磨損，應(yīng)更換。

更換電磁閥和摩擦片后，清洗油路板，裝配變速器，再進(jìn)行全自動(dòng)性能試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。將圖4與圖3對(duì)比可知，D2→D3、D3→D4升擋速度劇烈跳動(dòng)現(xiàn)象已不存在，變速器故障已經(jīng)排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)，設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)程序流程，可以獲取較為完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)是故障診斷分析的基礎(chǔ)。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，結(jié)合每種自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和元件功能，能夠較為準(zhǔn)確地判斷出故障部位。在此基礎(chǔ)上還可以繼續(xù)深入研究，即根據(jù)每種類型的變速器技術(shù)參數(shù)，設(shè)定明確的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，以提高故障診斷方法的合理性及應(yīng)用范圍。

1 賀萍.汽車自動(dòng)變速器綜合性能檢測(cè)臺(tái)架試驗(yàn)項(xiàng)目的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與研究.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26 （12）：24～26.

2 徐支華.電控自動(dòng)變速器換擋沖擊的故障診斷.機(jī)電工程技術(shù)，2009，38（1）：106～108.

3 顧磊，田晉躍.自動(dòng)變速器臺(tái)架試驗(yàn)方法綜述.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007（4）：57～59.

4 董鑄榮，賀萍.SZPT－ATTE－1型汽車自動(dòng)變速器檢測(cè)臺(tái)的研制.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（10）：24～26.

5 董鑄榮，賀萍.汽車自動(dòng)變速器綜合性能臺(tái)架試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì).汽車技術(shù)，2007（7）：31～33.

6 賀萍.汽車自動(dòng)變速器檢修實(shí)訓(xùn)室方案.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（8）：155～157.