汽车自动变速器试验台的设计
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【摘 要】随着汽车行业的快速发展，汽车自动变速器的普遍运用，可以想见自动变速器的使用与维修市场将逐渐扩大，而汽车自动变速器试验台，将发展为有关科研院所和各个汽车维修企业所必须具备的一个设备。汽车自动变速器试验台的设计与生产，有利于社会经济效益与经济效益的有效提升。在本次研究中，汽车自动变速器试验台的设计，采取的是交流电封闭方式，能够对能源进行充分的运用，且具备较高的回收效率。另外，该试验台运用LabVIEW软件当做一个平台，最终达到了计算机有效控制自动变速器、吸功电动机以及变频调速器，并且实时检测输出、输入轴转速与扭矩的目的，同时操作简单方便，界面良好。
【关键词】汽车；自动变速器；设计
变速器是汽车传动系统重要组成之一，其性能直接影响汽车的可靠性、燃油经济性和动力性。变速器试验台是检测变速器性能的重要设备，旨在提高检测的准确性和精确性，为变速器设计与研发提供数据参考。不同驱动方式对汽车动力性、行驶安全性、操纵稳定性和乘坐舒适性都有明显的影响。在汽车发展中，大多采用前置后驱（FR），然随着科学技术的发展以及乘车需求的不断加大，后置后驱（RR）逐渐被采纳，成为今后中大型客车、公交车的发展趋势。现代自动变速器和手动变速器相对比，其是由计算器进行控制，拥有较高的精密度，结构较为复杂，零部件较多，并且成本相对较高等特性；同时汽车在安装自动变速器之后，汽车起步与加速稳定，且能够提升汽车的平均车速与乘车舒适性，还能延长汽车传动系统与发动机的使用寿命等等优点，因此深受消费者的喜爱[1]。而为便于对自动变速器的性能与故障等情况进行有效的检查与判断，可以设计汽车自动变速器的试验台，以此来对自动变速器进行综合的、全方面的检测。
一、汽车自动变速器的种类、结构与工作原理分析
1、无级变速器
无级变速器主要部件是具有V形槽的主动锥轮、从动锥轮和传动带，传动带安装在主动锥轮和从动锥轮的V形槽中内，主动轮旋转时通过传动带将主动轮的扭矩传递给从动轮。传动带有金属带、金属链和橡胶带之分，金属带是以推的形式传递转矩，橡胶带是以拉的形式传递扭矩。早先用的是V形橡胶带，由于材料较差传递力矩小，效果不佳。1979年荷兰DAF的工程师改用金属带进行研究，并于1983年推向市场。
2、双离合器式自动变速器
双离合器式自动变速器是由平行轴式手动变速器发展而来的，它采用两个离合器的结构，将变速器的挡位。按奇数和偶数分别布里在与这两个离合器相连的平行轴上，通过离合器的交替结合来完成换挡过程。双离合器式自动变速器继承了手动变速器传动效率高、燃油经济性好、安装空间紧凑、质量轻、价格低等优点，此外在换挡过程中不存在动力中断，所以换挡时没有明显的减速度产生，换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且极大地提高了换挡舒适性。
3、可无限变速的机械式无级变速器
可无限变速的机械式无级变速器亦称机械式数学超环面无级变速器，与其他自动变速器最显著的差别之一是不使用变矩器，Torotrak公司开发的IVT使用了2套离合器，驱动力由一套称为Variat的装置传递，通过锁止离合器和行星齿轮机构将动力传递至传动轴。这种IVT变速器是基于数学超环面主动盘、超环面被动盘的简单配置和在两者间运动的滚子角度连续可变而实现无限的无级变速。IVT的核心部分由输人传动盘、输出传动盘和中间传动盘组成。两个输入传动盘分别位于两端，输出传动盘只有l个并位于中间位置，中间传动盘则夹于输入传动盘和输出传动盘中问，它们之间的接触点以润滑油做介质，金属之间不接触，通过改变中间传动盘的角度从而实现传动比的连续无限的变化。
4、汽车自动变速器内的液力变矩器能够达到变速器和发动机之间的软连接。依据节气门的开度、变速杆位置、制动器的释放（制动）以及车速自动控制离合器等，液压控制系统可以达到汽车档位的自动变换与动力传动路线的变化，另外，其还朝润滑油路与液力变矩器提供油；其中，冷却系统能够避免出现较高的液压油温。
在计算机的控制下，自动变速器可以依据最理想的换挡理论与最少的油耗，实行汽车的自动变档，同时对外部负载具备较好的适应水平与自动调节功能。一般情况下，是利用微控制器自动变速器液压控制阀体中的各个电磁阀来达到最终变档的目的。
二、汽车自动变速器试验台的设计
1、试验台架
试验台架基本上是由几个部分组成的，即三维台架（支撑驱动电动机）、二自由度台架（支撑吸功电动机）以及支撑变速器的台架[2]。其中，驱动电动机台架的三维设计，其主要目的是为了确保变速器的液力变矩器装配和中间传动机构的输出轴，处于相同的轴度。而在对吸功电动机台架二自由度进行设计时，对吸功电动机和尺寸不同与形式不同的自动变速器之间的相连问题，进行了充分的思考。最后，对变速器台架的设计时，充分思考了不同类型自动变速器的安装与固定等问题。
2、.驱动电动机
驱动电动机采取一台三相交流异步电动机（75kW），依据变速器综合测试的需要，其输入轴转速控制在3000r/min。因此，选取相对应的变频器，本次选取6SE70系列变频器，这一系列的变频器所采取的是交流矢量控制技术，能够确保准确控制大功率交流电动机。这主要是由于这个系统内的数据传输量相对较小，而变频器的数量也相对较少，然后利用RS485总线来达到变频器和工控机两者间通讯的目的，进而符合实时性的需要。在该系统内选用通信接口来和工控机进行通信，依据通信协议USS，工控机朝变频器传输转速值。因为变频器通信口所选用的是RS85标准，必须和工控机的标准实行一定的转化，所以，选择RS232/485转换模块最终实现工控机和变频器之间的相连。
3、加载电动机
采取变频能量回收系统（110kW），对以异步发电机状态运转的吸功电动机进行有效的控制，使其能够在朝被测试件加载的过程中，把机械能转变成电能，进而输送给驱动电动机，最终达到能量闭环回收的目的[3]。该系统具备多种功能，例如对各个参数（电压、电流、相位、转速以及转矩）等进行自动检测与调节、自动保护功能以及故障警报等等。PID闭环控制方式是该系统加载的主要控制方式，而其通讯模式则选取串口RS485總线，以便达到该系统和工控机两者之间的相互通信。其中，系统静态精度，指的就是转矩控制精度，其值通常为正负1%，而转矩的控制精度大约为正负0.5%。
三、试验台测控系统的软件设计分析
通常情况下，工业过程中的控制软件需要较好的图形界面、通讯水平较高，并且现场数据的实时检测水平较高等。而LabVIEW，是一个仪器分析软件应用开发工具，其具备较强的功能，且具有灵活性，在学术与工业领域中被普遍运用于仪器控制软件与数据采集系统的开发，以及软件标准语言的分析。LabVIEW语言，其利用图形化的编程替换最初的文本编程，并且该语言的执行程度流程，是将各个方框图内的数据流进行连接，这与文本程序被行顺序所制约不一样。所以，能够运用互相连接功能模块对应用软件进行开发，并且还能够实现诸多数据通道的同时运转。
四、总结
随着汽车行业的快速发展，汽车自动变速器的普遍运用，可以想见自动变速器的使用与维修市场将逐渐扩大，而汽车自动变速器试验台，将发展为有关科研院所和各个汽车维修企业所必须具备的一个设备。汽车自动变速器试验台的设计与生产，有利于社会经济效益与经济效益的有效提升。自动变速器是一种在传统的机械变速器基础上发展而来的一种变速方式。具有传动效率高、成本低和易于制造的优点，代表了汽车自动变速器发展的一个重要方向，对其试验技术的研究和联合调试试验台的搭建是保证自动变速器技术得以有效应用的保证。
参考文献：
[1]司建玉，吴光强.双离合器自动变速器控制系统软件架构设计[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39（7）：1040-1044.
[2]张金明，林琼，王秋成等.汽车废旧变速器再制造试验台的研究[J].机械制造，2011，49（1）：54-56.
[3]姬虹，李磊.大众01N自动变速器性能试验与功能演示综合试验台的设计[J].科技传播，2011，（11）：133-134，132.
（作者单位：长城汽车股份有限公司）
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