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[摘 要]变速箱的换档性能是考核变速箱综合实用性能的重要指标，变速箱换档性能试验是汽车机械式变速箱台架试验的重要项目，用选换档机械手进行各档位的选换，记录变速箱选换档力和时间、位移和时间的关系，以分析与评价变速箱的选换档性能。基于此，本文主要对商用车变速箱换档性能试验台架开发进行分析探讨。
[关键词]商用车；变速箱；换档性能试验；台架开发
中图分类号：TP441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0040-01
1、前言
变速器是汽车传动系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响汽车的动力性、操纵稳定性、燃油经济性以及平顺性。对汽车变速箱换档性能试验的研究是提高汽车产品竞争力的关键之一。通过换档性能试验可以对变速箱进行考核、评价，从而为产品设计和优化提供科学的理论依据，缩短开发周期，降低研发成本，提高汽车品质。
2、试验台结构及原理
该试验台采用直线布局方式（如图1所示），由交流变频电机驱动机械飞轮旋转以模拟行车过程中的转动惯量，电机转速可以根据所需档位不同而调整。变速器采用反托方式安装于试验台架上，其输出端与惯量飞轮相连，输入端仅安装惯量盘，模拟离合器从动惯量，无需结合、分离离合器。变速器输入轴转速一般保持为发动机转速，通常为2500r/min。进行变速器换档性能台架试验时，将变速器和操纵机构按照实车中的安放位置进行固定，以便更好地模拟实际换档操作。
3、测控系统工作原理
测控系统分为控制室和现场测控两大方面。现场测控部分主要包含数据采集卡、选换档执行部分和PLC测控主机。在进行变速器换档性能台架试验时，测控系统需要利用数据采集卡对各路信号进行实时采集并打包、处理，通过抗干扰数据线发送至工业控制计算机，利用这些测试数据来分析变速器的换档性能。
选换档执行部分和交流变频电机都由PLC控制，工作人员通过上位机操作软件向下位机PLC发送控制指令，可以使换档机械手自动完成选、换档操作，试验人员也可根据档位对转速进行精确控制。测控室主要放置研华IPC-610L工控机，操作人员利用工控机的显示屏实现对下位机的远程控制。在人机界面上进行试验功能选取，程序设置，测试参数设置和测试数据、控制运行状态的实时显示，并存储、打印数据，实现后期历史数据的回访、管理以及多组数据对比分析等功能。
4、台架系统硬件开发
整个变速器换档性能测控系统大致可以分为三大部分：动力驱动部分、换档执行部分和测量控制部分。交流变频电机作为整个换档性能试验台架的动力源，需提供变速箱输出轴所需的转速和转矩。考虑到驱动电机的稳定性和兼容性，采用ABB变频电机。选用西门子SINAMICSG120变频器为电机提供高精度的转矩转速控制。换档执行机构采用以交流伺服电机为动力源的电动缸驱动，选用西门子SIMOTICSS-1FL6系列伺服电机和与之匹配的SINAMICSV90驱动器。为了测量变速器输出轴的输入转速转矩，选用湘仪动力JC3A型转速转矩传感器和与之配套的JW-3型扭矩仪。
本文需要对选、换档力，换档位移以及同步转速进行测量，以评价变速器换档性能。选、换档力由安装在选、换档软轴和摇臂之间的CL-YD-312型双向拉压力传感器测量，换档位移由安装在换档摇臂处的同轴角位移传感器测量，同步转速由安装在变速器输入轴端的绝对式磁电编码器测量。因此，采集卡需要采集4路差分模拟信号，分别为2路拉压力信号、1路换档位移信号和1路同步转速信号。本文选用具有8个单端模拟输入（AI）通道、2个模拟输出（AO）通道、12个数字输入/输出（DIO）通道、1个32位计数器以及全速USB接口的NIUSB-6008型采集卡，该采集卡可以根据试验要求采集相关试验参数信号。
5、测控系统软件设计
变速器换档性能台架试验测控系统主要能实现试验管理、试验设置、档位标定、试验控制、数据处理和状态监控等功能。本文测控系统采用美国国家仪器公司（nationallnstrument）推出的图形化软件开发集成环境LabVIEW，配合工业控制计算机和设计恰当的硬件仪器，可以为用户构建一个灵活的、层次结构分明的、功能强大的且人机交互界面友好的数据采集系统和稳定、高效、便捷的控制系统。
试验设置部分主要包括试验流程设置和试验参数设置。试验流程设置主要有试验人员信息、试验日期、换档次数、变速箱型号和编号以及传动比参数等。试验参数设置包括选换档速度、选换档正向和反向限位、标定选换档力、档位停留时间、启动加速时间、制动减速时间以及输出轴转速限定等。档位标定主要是控制选换档电机的正反向运动，根据选换档力和选换档位移的数据进行坐标标定，并加以修正和保存。
6、试验运行及结果
为了评判该测控系统的测试效果，选用某齿轮厂家的某型号商用车变速器进行换档性能台架测试，评判标准为换档力和换档位移的动态曲线图。变速器各个档位传动比如下：1挡：7.03；2档：3.76；3档：2.1；4档：1.35；5档：1；倒档：6.24.
将待测变速器和自动换档机械手以及相关硬件安装完毕后，对变速器各个档位进行标定，将修正后的结果存储于上位机中，之后对变速器进行300次换档磨合试验，磨合试验结束后更换清洁润滑油即可进行正式换档性能测试试验。
在上位机LabVIEW软件中设定好试验工况：输出轴转速为2300r/min，换挡频率为10次/min，循环次数为1000次以及换挡力、换挡位移保护值等。
换挡位移和换挡力的变化关系中，曲线较为平滑，不存在因为同步时效而使结合套发生明显倒退现象的特征
7、结语
综上所述，该试验台采集的试验数据符合换档操作的理论分析结果，试验数据满足试验要求。进行换档试验的過程中该测控系统运行良好，因此能够完成变速器换档性能测试试验。
参考文献
[1]王志红.手动变速系统优化及换档质量评价研究[D].武汉理工大学，2013.
[2]孙焦丽.商用车变速箱的可靠性研究[D].吉林大学，2012.
[关键词]商用车；变速箱；换档性能试验；台架开发
中图分类号：TP441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0040-01
1、前言
变速器是汽车传动系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响汽车的动力性、操纵稳定性、燃油经济性以及平顺性。对汽车变速箱换档性能试验的研究是提高汽车产品竞争力的关键之一。通过换档性能试验可以对变速箱进行考核、评价，从而为产品设计和优化提供科学的理论依据，缩短开发周期，降低研发成本，提高汽车品质。
2、试验台结构及原理
该试验台采用直线布局方式（如图1所示），由交流变频电机驱动机械飞轮旋转以模拟行车过程中的转动惯量，电机转速可以根据所需档位不同而调整。变速器采用反托方式安装于试验台架上，其输出端与惯量飞轮相连，输入端仅安装惯量盘，模拟离合器从动惯量，无需结合、分离离合器。变速器输入轴转速一般保持为发动机转速，通常为2500r/min。进行变速器换档性能台架试验时，将变速器和操纵机构按照实车中的安放位置进行固定，以便更好地模拟实际换档操作。
3、测控系统工作原理
测控系统分为控制室和现场测控两大方面。现场测控部分主要包含数据采集卡、选换档执行部分和PLC测控主机。在进行变速器换档性能台架试验时，测控系统需要利用数据采集卡对各路信号进行实时采集并打包、处理，通过抗干扰数据线发送至工业控制计算机，利用这些测试数据来分析变速器的换档性能。
选换档执行部分和交流变频电机都由PLC控制，工作人员通过上位机操作软件向下位机PLC发送控制指令，可以使换档机械手自动完成选、换档操作，试验人员也可根据档位对转速进行精确控制。测控室主要放置研华IPC-610L工控机，操作人员利用工控机的显示屏实现对下位机的远程控制。在人机界面上进行试验功能选取，程序设置，测试参数设置和测试数据、控制运行状态的实时显示，并存储、打印数据，实现后期历史数据的回访、管理以及多组数据对比分析等功能。
4、台架系统硬件开发
整个变速器换档性能测控系统大致可以分为三大部分：动力驱动部分、换档执行部分和测量控制部分。交流变频电机作为整个换档性能试验台架的动力源，需提供变速箱输出轴所需的转速和转矩。考虑到驱动电机的稳定性和兼容性，采用ABB变频电机。选用西门子SINAMICSG120变频器为电机提供高精度的转矩转速控制。换档执行机构采用以交流伺服电机为动力源的电动缸驱动，选用西门子SIMOTICSS-1FL6系列伺服电机和与之匹配的SINAMICSV90驱动器。为了测量变速器输出轴的输入转速转矩，选用湘仪动力JC3A型转速转矩传感器和与之配套的JW-3型扭矩仪。
本文需要对选、换档力，换档位移以及同步转速进行测量，以评价变速器换档性能。选、换档力由安装在选、换档软轴和摇臂之间的CL-YD-312型双向拉压力传感器测量，换档位移由安装在换档摇臂处的同轴角位移传感器测量，同步转速由安装在变速器输入轴端的绝对式磁电编码器测量。因此，采集卡需要采集4路差分模拟信号，分别为2路拉压力信号、1路换档位移信号和1路同步转速信号。本文选用具有8个单端模拟输入（AI）通道、2个模拟输出（AO）通道、12个数字输入/输出（DIO）通道、1个32位计数器以及全速USB接口的NIUSB-6008型采集卡，该采集卡可以根据试验要求采集相关试验参数信号。
5、测控系统软件设计
变速器换档性能台架试验测控系统主要能实现试验管理、试验设置、档位标定、试验控制、数据处理和状态监控等功能。本文测控系统采用美国国家仪器公司（nationallnstrument）推出的图形化软件开发集成环境LabVIEW，配合工业控制计算机和设计恰当的硬件仪器，可以为用户构建一个灵活的、层次结构分明的、功能强大的且人机交互界面友好的数据采集系统和稳定、高效、便捷的控制系统。
试验设置部分主要包括试验流程设置和试验参数设置。试验流程设置主要有试验人员信息、试验日期、换档次数、变速箱型号和编号以及传动比参数等。试验参数设置包括选换档速度、选换档正向和反向限位、标定选换档力、档位停留时间、启动加速时间、制动减速时间以及输出轴转速限定等。档位标定主要是控制选换档电机的正反向运动，根据选换档力和选换档位移的数据进行坐标标定，并加以修正和保存。
6、试验运行及结果
为了评判该测控系统的测试效果，选用某齿轮厂家的某型号商用车变速器进行换档性能台架测试，评判标准为换档力和换档位移的动态曲线图。变速器各个档位传动比如下：1挡：7.03；2档：3.76；3档：2.1；4档：1.35；5档：1；倒档：6.24.
将待测变速器和自动换档机械手以及相关硬件安装完毕后，对变速器各个档位进行标定，将修正后的结果存储于上位机中，之后对变速器进行300次换档磨合试验，磨合试验结束后更换清洁润滑油即可进行正式换档性能测试试验。
在上位机LabVIEW软件中设定好试验工况：输出轴转速为2300r/min，换挡频率为10次/min，循环次数为1000次以及换挡力、换挡位移保护值等。
换挡位移和换挡力的变化关系中，曲线较为平滑，不存在因为同步时效而使结合套发生明显倒退现象的特征
7、结语
综上所述，该试验台采集的试验数据符合换档操作的理论分析结果，试验数据满足试验要求。进行换档试验的過程中该测控系统运行良好，因此能够完成变速器换档性能测试试验。
参考文献
[1]王志红.手动变速系统优化及换档质量评价研究[D].武汉理工大学，2013.
[2]孙焦丽.商用车变速箱的可靠性研究[D].吉林大学，2012.