輕卡AMT選檔定位銷磨損問題研究

李靖　陳振

摘 要：本文闡述了輕型卡車AMT變速器在開發過程中，針對臺架換檔驗證時，選檔定位銷異常磨損問題的研究和解決。提供了縱置中扭矩AMT變速器本體選檔系統設計階段變形的CAE分析方法和驗證階段的測試方法。總結了輕卡AMT選檔控制策略與機械本體選檔系統變形的匹配關系。輕卡AMT和乘用車AMT相比，從匹配扭矩、中心距，選換檔力均有增加，隨之而來的配合公差差異，導致在進行選檔策略匹配時，僅僅考慮零件之間的間隙是不夠的，還要考慮系統的變形，將系統變形量設置到選檔策略中，才可以避免控制策略和機械本體執行的實際情況不統一，才可以確保零件系統功能的正常和有效。

關鍵詞：輕卡AMT;選檔定位銷;CAE分析;控制策略;系統變形;撥頭擋板

1 前言

輕卡AMT變速器的開發，目前在國內較少。其執行機構驅動方面，主要分為電驅動，電液驅動和氣驅動三個技術路線。由于輕卡變速器的選換檔力，分離力等比乘用車大，在AMT變速器的應用開發過程中，乘用車AMT的開發經驗并不能對輕卡AMT的開發過程進行覆蓋。加上當前輕卡AMT的市場成熟度欠缺，所以在開發過程中，有關控制策略和機械系統部件的匹配，還需要不斷的探索和驗證。本文描述了基于電液驅動執行機構的技術路線，針對開發過程中選檔臺架驗證時出現的選檔定位銷異常磨損問題進行的分析和研究，最終解決了選檔定位銷的異常磨損問題。在解決問題的過程中，積累了系統變形的分析方法、測量方法和解決問題辦法，本次在文中呈現出來，希望為讀者解決類似問題提供一種思路，如有不妥之處，還請各位批評指正。

2 故障現象描述

在AMT總成進行選換檔耐久臺架試驗過程中，出現選檔定位銷限位部分異常磨損。選檔定位銷被固定在殼體上，在選換檔過程中，定位銷限位端通過與變速器本體選檔系統的撥頭擋板接觸，起到選檔方向上的限位作用。選換檔過程是這樣的，AMT執行機構的選檔推桿被驅動，進行軸向移動，帶動變速器本體選換檔組件軸向移動，到達預設位置后，AMT執行機構的換檔推桿被驅動，進行軸向移動，帶動變速器本體選換檔組件周向轉動，實現換檔。

3 故障分析

在對故障分析驗證之前，我們必須先了解一下選換檔自學習原理和過程，為我們后續的分析驗證提供線索和排查參照。原理及示意圖如圖1：

裝配后選檔閥門關，彈簧驅動，A面和殼體接觸。選檔閥門開，液力驅動，液力驅動力大于彈簧力，B面和殼體接觸，到某一檔選檔的初始位置。進行換檔，換檔到位后，撤換檔力，選檔液力同時撤掉，彈簧作用，選檔定位銷限位端接觸撥頭擋板。檔位退出時，選檔閥門開，液壓壓縮彈簧，移動程序中設定好的回退距離，使選檔定位銷中心和相鄰的兩個撥頭擋板中線極盡重合，然后液壓驅動，使撥頭退出檔位。從所述的選換檔自學習原理可知，換檔過程中，選檔定位銷限位端和撥頭擋板之間是有間隙的，換檔時不會出現換檔過程中的異常磨損。自學習原理沒有問題。

出現異常磨損，主要是換檔過程中選檔定位銷和撥頭擋板接觸了。接下來，我們需要根據上述的選換檔步驟及過程進行逐步檢測排查驗證，找到問題所在。

4 分析驗證

①零件制造質量與自學習時移動距離設置

我們對相鄰擋板間隙a和選檔定位銷限位端尺寸b的實際尺寸進行了測量，并計算出兩者的間隙c。然后把c和在退檔前，程序中設定的回退距離d，進行對比。滿足以下邏輯公式：

d≈c/2 公式1

可以看出，零件尺寸和自學習設定移動距離符合要求，不會發生異常接觸。

②TCU讀數與執行機構實際位移之間的偏差確認

這里的偏差確認就是執行機構位移和TCU讀數的一致性校核，我們把執行機構進行不完全拆解，用深度尺直接測量執行機構選檔推桿的位移距離，然后與TCU的監測到的位移讀數，進行對比。示意如圖2所示：

通過比對，TCU讀數和選檔推桿實際位移相差存在0.02mm的誤差，在可接受的范圍內。我們需要進一步通過TCU讀取在變速器總成選換檔過程中，提取真實的選檔行程與實測和理論值進行對比。

③執行機構在選檔過程中的位移距離讀取（表1）

由以上的兩個調查可知，相關零部件的尺寸是合格的，TCU讀取的數據也可以準確地反映選檔推桿的真實位移，表1中選檔行程的差異，說明執行機構選檔推桿位移超過了定位銷在相鄰撥頭擋板內的實際間隙。1/2檔選檔位置不準確，退檔前的回退距離還是程序中設定的固定值，造成3/4檔的位置不準，選檔間隔f也是程序中不變的設定值，執行機構選檔推桿向5/6選檔位移動f后，5/6檔選檔位置也是不準確的。選檔位置不準確，就無法保證換檔過程中，選檔定位銷限位端與相鄰撥頭擋板的預留間隙，從而出現卡滯或擋板與定位銷一直在接觸摩擦。從選檔行程數據的讀取，可以了解到在選檔過程中，選檔系統組件在彈簧力的驅動下與固定在殼體上的選檔定位銷接觸，并發生變形。選檔策略對自學習過程中，退檔前回退距離的設定，并沒有考慮到選檔系統的變形。造成選檔位置學不準，導致換檔時撥頭擋板和選檔定位銷沒有間隙，出現接觸摩擦。這也是選檔撥頭磨損的根本原因，接下來對選檔系統中的變形零件識別和系統綜合變形量的調查分析，就成了解決選檔定位銷異常磨損問題的關鍵。

④系統受力后的變形分析

從圖2中可以看出，液壓驅動執行機構選檔推桿，推桿驅動選檔撥頭，選檔撥頭帶動選檔組件移動，整個選檔系統中，選檔撥頭和選檔定位銷限位端均會因為受到執行機構選檔推桿驅動與撥頭擋板的驅動產生變形。

我們根據選檔系統的配合關系，進行建模并對定位銷進行固定約束，采用一倍和二倍的彈簧驅動力400N、800N，借助ANSYS工具進行CAE模擬分析，具體分析結果如下圖所示：

受力400N時的分析結果（圖3）：

受力800N時的分析結果（圖4）：

從分析結果來看，在系統受400N的彈簧力時，選檔系統反映到選檔定位銷限位端的等效變形為0.55mm。退檔前回退距離設定值小于變形量，撥頭擋板并沒有真正離開定位銷，在退檔和進檔過程中，選檔定位銷限位端和撥頭擋板是一直接觸的。考慮到裝配間隙和系統剛度，實際的變形量還需要對系統進行實測。

⑤系統變形量實測

以最大模擬實際使用邊界場景為原則，我們組裝了一套選檔系統，涉及零部件均為實測的合格零件。利用與之相配的KIT執行機構選檔推桿，外加兩個頂桿作為測試工裝。在INSTRON試驗機上進行了系統剛度測試，從0N～800N逐漸加力，分階段記錄下選換系統在不同受力下的變形。由于設備施加的壓力為線性增加，無法實現步進式加力和停機，我們記錄到的數據是非固定間隔的數據，盡管如此，這組數據的采集配合CAE分析數據，對選檔學習策略的修正，同樣起到了關鍵作用。

圖5紙測試的數據及系統剛度趨勢曲線和檢測過程中的簡圖：

根據以上實物測試，不難發現，選檔系統存在一個裝配間隙0.42mm，當受力達到300～500N時，會有0.5～0.6mm的變形。那么這種變形在選檔自學習的過程中，直接反映出來的就是TCU退檔前設定的回退距離，應該包含系統變形和撥頭擋板與選檔定位銷的間隙。

5 結論

通過上述5個步驟分析驗證，我們發現選檔定位銷的異常磨損的根本原因是選檔系統受彈簧力的變形導致。TCU及KIT執行機構在自學習時，退檔前設定的回退距離小于選檔系統的實際變形，造成自學習時選檔位置不準，換檔過程中選檔定位銷限位端和撥頭擋板側面接觸摩擦，最終導致選檔定位銷的異常磨損。

6改進措施的實施

調整自學習策略，設選檔回退量為B，不考慮系統變形的回退量為b，系統變形量為Δb，那么自學習時，選檔自學習時設置的回退量B要滿足以下公式：

B=b+Δb? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?公式2

按照公式，結合分析和實測的Δb，我們調整了選檔自學習策略，并裝配了一臺總成進行了選換檔耐久試驗，試驗完成后，選檔定位銷限位端未出現異常磨損。證明自學習的策略調整是成功的，同時也解決了當前的故障。

7 總結

隨著輕型卡車動力技術的升級，除純電動趨勢外，傳統動力也正以極快的速度由手動向自動推進。AMT技術在輕型卡車上的應用和推廣，極具國內市場特色，既兼顧了用戶對駕乘感受的追求，又兼顧了客戶對經濟成本的訴求。在這樣的市場背景下，各個輕卡制造商都在爭分奪秒地搶占市場先機，于此同時輕卡AMT技術并不成熟，較多是乘用車AMT技術的沿用和改進。本文正是在這種技術路線的拓展中，發現了商用車的應用場景與乘用車應用場景的差異（商用車需要的選換檔循環更久，選換檔力更大），明確了商用車AMT應用要重視系統變形因素，并解決了產品驗證過程中出現的問題。希望在后續類似產品的開發和應用中，能給大家提供一種參考和思路。

參考文獻：

[1]《AMT 控制技術》? 機械工業出版社? ?劉貽樟著.