轎車自動換擋器多功能耐久試驗臺的設計研究

□ 程煜華

同濟大學 汽車學院 上海 200092

轎車自動換擋器多功能耐久試驗臺的設計研究

□ 程煜華

同濟大學 汽車學院 上海 200092

為了有效地對轎車自動換擋器進行各種耐久性能試驗，研究開發了換擋器多功能耐久試驗臺。介紹了試驗臺軟、硬件的實現以及工作原理。該試驗臺已經大量應用于量產項目的實驗，取得了良好的效果。

換擋器 耐久 試驗臺

隨著人們生活水平的逐年提高，轎車逐步成為了一種家庭代步工具。在消費市場表現上，一方面是合資企業高歌猛進，另一方面卻是自主品牌不斷滑坡。其中一個因素，就是隨著人們在私家車內停留的時間增加，對車內的各種零部件的要求提出了更高的要求。國內汽車廠商在不斷上馬新項目的同時，卻往往忽略了客戶最直接的體驗性。好在很多企業意識到了這一點，汽車制造商和供應商都不斷加大車內零部件的研發力度。在汽車操縱方式上，和發達國家的主流趨勢一樣，為了提高駕駛的舒適性，中國市場的重心也正在逐步由傳統的手動換擋汽車為主轉向自動換擋汽車。兩者雖然在成本上尚有差距，但越來越多的顧客寧愿選擇更舒適便捷的操縱方式。

汽車換擋器（又名變速換擋操縱裝置）是汽車內部一個重要的安全部件，用于控制汽車變速器，使其按照駕駛員的要求在不同的擋位間切換，從而控制汽車的運動方式。隨著汽車制造業的不斷發展，制造分工細化，汽車換擋器的制造已經與變速器分開，獨立進行專業化生產,也就需要更專業的測試方法。國外已采用了更專業的測試設備，試驗過程實現全自動化，盡量減少人為誤差。特別是耐久試驗，設備可以全程模擬人手的操作，并實時監控試驗進度，及時反饋試驗結果。通過試驗工裝和設備的設計，可減少試驗臺架搭建的難度，提高試驗效率和試驗方法的可操作性，從而取得可靠的試驗結果。

國內文獻中介紹換擋器的相關試驗設備很少，包括一些自主廠商使用的設備，大都操作復雜，且重復性差。這些設備常采用PLC或VB控制換擋器運動，需要多個伺服電機配合。新的產品需要試驗時，工裝調整繁雜，位置調整不便，各工站控制性不佳。

換擋器耐久試驗要求在高低溫環境下進行。在同一試驗臺上要實現各工位獨立運動，并實現不同項目的測試。本文將詳細介紹自動化試驗設備的設計及發展方向。介紹采用Think&Do軟件，通過I/O控制多個工位獨立運行不同的耐久試驗。

1 技術方案

根據各主機廠試驗規范要求,研制的換擋器耐久試驗臺應該滿足如下技術要求。

1）氣缸和換擋器手柄連接，在圖紙規定的施力點處帶動氣缸作往復運動，模擬人手進行耐久試驗，行程可由霍爾傳感器控制，每個擋位的力值可以監控并記錄為TXT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，可自由調節；

4）所有試驗參數均由軟件控制，同時能進行16件樣品試驗，且每個工位都可單獨控制進行不同的試驗，可根據實際擴展更多工位；

5）可滿足各種換擋器耐久試驗，工裝夾具調換方便；

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

7）可配合環境試驗箱進行高低溫環境下的耐久試驗，溫度范圍：-40～85℃；

8）運行平穩，能夠24 h全天候運行，軟件實時顯示產品的試驗次數、加載的力值、頻率等參數。配有故障自動報警功能，在發生故障停機報警燈亮的同時，可立即發送通知短信到指定手機號碼，實現無人值守。

2 研制情況

換擋器耐久試驗臺主要由試驗臺架和電氣控制系

統兩大部分組成。

2.1 試驗臺架

試驗臺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。

試驗樣件安裝在模擬實車位置的鋁制專用夾具上，直接用壓塊固定在耐久試驗臺臺面，位置可根據試驗要求自由調整。氣缸通過軸承安裝在鋁型材支架上，可根據不同試驗樣件調節高度位置，并可上下自由擺動，如圖2所示。氣缸前端與力傳感器連接，然后通過萬向節和換擋器樣件的換擋桿連接，在圖紙規定的施力點帶動換擋器進行往復運動，如圖3所示。氣缸內帶有磁環，霍爾傳感器安裝在氣缸缸體上，用磁環來進行位置控制，氣缸兩端還裝有調速閥，調節往復運動速度，氣缸和各傳感器與電氣控制系統連接。

選用美國熱測（Thermotron）公司定制的帶有外送風功能的SE-600-6-6環境試驗箱，將風送入保溫箱中，如圖4所示。該試驗箱除了常規的恒溫恒濕功能外，還裝有強力外送風風機，通過出風、回風兩根風管和外部保溫箱形成回路，通過外置溫度傳感器控制保溫箱內的溫度。停止送風時帶負載升降溫速度約為5℃/min，外送風時保溫箱的升降溫速度約為2℃/min。試驗箱體積為0.6 m3，配有兩個直徑25 cm的工作孔，也可外接控制設備。

保溫箱由鋼制框架、木材和保溫棉組成，可以保持內部溫度均勻性在±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），可按照不同的試驗要求和樣件尺寸定制并開孔。由于只有工裝和樣件放在保溫箱內，傳感器及氣缸可以選擇普通的常溫型號，如果整個臺架放入環境試驗箱，則需選擇價格高昂的耐高低溫型號傳感器和大型環境試驗箱。

2.2 電氣控制系統

電氣控制系統包括調壓閥和電磁閥、I/O模塊、電源模塊、控制軟件等。采用日本SMC調壓閥和電磁閥用于控制氣缸作往復運動，集成式SV系列電磁閥精簡了接線，并可獨立調整每一個電磁閥輸出的氣壓，如圖5所示。美國FUTEK高精度力傳感器與信號調理器、德國巴魯夫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LAN接口與電腦連接，并有不同的I/O模塊負責輸入和輸出信號，比如T1F-16AD-2模塊用于模擬量輸入，T1K-16TD2-1模塊用于信號輸出。從而可實現每一路信號的獨立控制，理論上可無限擴展，如圖6所示。采用12V和24V開關電源模塊為整個系統供電。所有模塊安裝在面板上，替換方便，如圖7所示。

控制軟件采用德國菲尼克斯電氣公司（Phoenix Contract）的Think&Do軟件。其具有使用簡便、控制全面等特點，可進行圖形化界面編程，通過流程圖清晰明了地對整個試驗各個參數進行設置。后期使用時只需在圖形界面勾選相應的參數即可進行不同試驗的設置，如圖8和圖9所示。上海格蘭海芬汽車零部件有限公司通過十年的持續開發，已將整套系統成熟地用于各種耐久試驗。

▲圖1 耐久試驗臺

▲圖2 氣缸和力傳感器

▲圖3 耐久試驗工裝

▲圖4 耐久試驗臺保溫箱與外送風系統

▲圖5 SMC電磁閥

▲圖6 光洋I/O控制系統擴展

▲圖7 光洋I/O控制系統

3 總結

本文所述換擋器多功能耐久試驗臺已在各大主機廠換擋器的開發過程中得到廣泛應用，試驗結果表明，試驗效率明顯提高，同時擴展了試驗能力，節約了成本。通過I/O模塊擴展并配合不同的工裝，本套試驗設備可以廣泛應用于汽車產品設計、開發、改進及制造工藝驗證過程中各零部件的耐久試驗。

▲圖8 Think&Do控制流程圖

▲圖9 Think&Do試驗設置界面

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（編輯 丁 罡）

遼寧多家企業成立數控機床產業聯盟

由沈陽機床股份有限公司、大連機床集團有限責任公司等24家單位協力組建的 “遼寧省數控機床產業聯盟”，日前在沈陽正式成立。

數控機床是現代化裝備制造業的工作母機，是實現制造業兩化融合的關鍵設備。為了集中優勢資源，攻克關鍵技術，帶動全省數控機床產業持續快速發展，有力支撐“遼寧制造”轉型升級，在省經信委的倡導下，由沈陽機床股份有限公司發起，聯合大連機床集團有限責任公司、營口機床廠有限公司、沈陽高精數控技術有限公司、中國科學院沈陽自動化研究所、沈陽鑄造研究所、東北大學、沈陽建筑大學、沈陽產品質量監督檢驗院等單位，成立“遼寧省數控機床產業聯盟”。

以“協同合作，推動創新，共贏共榮”為宗旨，聯盟將發揮遼寧裝備制造業和科研資源的優勢，圍繞數控機床發展需求開展技術攻關，開發出具有自主知識產權、對行業有重大影響的關鍵及共性技術，實現數控機床關鍵功能部件的開發和產業化，進而提高機床整機產品的省內配套率，提升遼寧機床產業的國際競爭力。

（廖 報）

TH122

A

1000-4998（2015）10-0051-03

2015年4月