杨仁枫，陈书宏，王信野，白洪飞

YANG Ren-feng, CHEN Shu-hong, WANG Xin-ye, BAI Hong-fei

（中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016）

0 引言

AMT电控式机械自动变速箱，即在手动MT变速箱的基础上，增加一套离合器执行机构和选换挡执行机构，并通过变速箱控制单元TCU进行控制，从而实现自动换挡。AMT变速箱具有结构简单，生产和使用成本低，传动效率高等优点。目前，AMT变速箱已经在国内的汽车市场上广泛配置，因此，为保证AMT变速箱的可靠性，出厂前的试验台检测就变得尤为关键。

AMT变速箱试验台利用电机模拟发动机和车辆运行，通过试验台控制系统与变速箱控制单元TCU的通信，交换控制信息，实现变速箱的自动换挡。试验台模拟变速箱换挡条件，并对各个档位进行加速、减速、加载测试。整个试验过程自动进行，无需人工干预，保证了出厂变速箱的产品品质。

1 AMT试验台系统组成及工作原理

1.1 AMT试验台结构与功能

试验台结构由传动部分、液压装卸夹部分、传感器检测部分组成。传动部分使用1台驱动电机带动变速箱输入端模拟发动机的运行，使用2台加载电机连接变速箱输出轴模拟车辆行驶，每台电机均由变频器驱动。液压装卸夹部分实现对变速箱壳体的自动装夹卸夹，以及驱动轴和加载轴与变速器的柔性对接。传感器检测包括电机编码器、扭矩传感器、接近开关等。图1为试验台结构模型。

AMT试验台具备以下功能：

1）模拟换档过程，从倒档到五档的加载、换档循环过程中可以将所有试验步骤在对应的技术指标下连贯自动验证完毕。

图1 试验台结构模型

2）采用与实车转动惯量相同的离合器，检验员能准确判定变速箱换档性能。在试验台内预先设置好变速箱的试验规范、速比、扭矩参数等判断装配正确与否。

3）具有变速箱是否安装到位、变速箱是否卡紧、驱动端转速是否到达预定值、整个试验台的各个组成部件是否工作正常等报警。

4）手动拾取变速箱条形码。有合格率、合格数、不合格数显示及存储，并连接打印机后可以打印。

1.2 AMT试验台工作原理

AMT变速箱的TCU会依据驾驶员的意图（油门踏板位置、刹车踏板位置、驾驶换挡模式等）和车辆的运行情况（发动机转速、车速、当前档位、发动机扭矩等），按照TCU中的标定程序，控制离合器和选换挡执行机构，操作变速箱进行自动换挡。

试验台控制系统通过控制驱动电机和加载电机模拟发动机和车辆运行，实时采集电机和试验台的相关数据。基于CAN总线协议，控制系统与TCU交换控制信息。TCU根据试验台发送的数据控制离合器执行机构和选换挡执行机构，对AMT变速箱进行换挡操作。同时，试验台也需要TCU发送的相关数据，选择电机的运行方式，控制电机的升降速和加载运行，更好地模拟实车的运行情况。试验台与TCU的数据通讯如图2所示。

图2 试验台与TCU的数据通讯

2 试验台控制系统硬件设计

AMT试验台的控制系统以西门子S7-300系列PLC为核心，结合ABB变频调速系统和相关传感器检测技术，实现对AMT变速箱的自动测试。

2.1 变频驱动部分

控制系统的变频驱动部分采用ABB的ACS800系列变频器。该变频器由整流模块、公共直流母线、逆变模块组成。整流模块将电网的三相动力电整流为直流电，输出在公共直流母线上，再经由逆变模块对驱动电机和两台加载电机进行控制。

试验台运行过程中，电机需要在转速模式和转矩模式下频繁切换，从而模拟实车在不同档位不同工况下的运行，同时对电机的转速和转矩精度提出了较高要求。ABB变频器的直接转矩控制功能，能够很好的实现上述控制要求。

2.2 控制及检测部分

试验台控制系统使用西门子S7-300系列的315-2DP PLC，应用Profibus-DP总线连接变频器和分布式IO，同时利用DP/CAN网关，实现PLC与TCU的数据通讯。管理系统工控机通过工业以太网与PLC进行数据交换。控制系统拓扑图如图3所示。PLC同时能够控制AMT变速箱的自动注油排油、自动装夹卸夹、托盘自动上料等功能。

3 试验台管理监控系统设计

C++是C语言基础上开发的一中通用型编程语言，实现了面向对象程序设计，功能强大灵活。AMT试验台管理监控系统即选择C++作为软件开发平台。

图3 控制系统拓扑图

AMT试验台控制使用模块化结构设计，主要分为通讯数据显示部分、试验台开关状态部分、测试参数设置部分等，系统结构如图4所示。试验台管理监控软件主画面如图5所示。

图4 管理监控系统结构图

图5 管理监控系统主画面

试验台操作者可通过软件进行测试的参数设置。由于厂家生产的AMT变速箱箱型较多，且每个箱型的TCU控制策略都不同，所以操作者需要在软件中选择相应的变速箱型号，以确定相应的测试程序。测试过程中试验台对变速箱进行按顺序的升档和降档测试，操作者需提前设定好循环次数，选择油门开度和是否需要进行倒档测试。测试过程中，如果感觉某一档位有问题，也可暂停自动升档或降档，试验台会将变速箱维持在该档位进行磨合测试，以方便操作者判断问题原因。试验台的测试流程如图6所示。

图6 试验台测试流程图

4 结束语

本文基于湖南中德变速器公司的AMT变速箱生产线项目，论述了AMT变速箱下线测试试验台控制系统的设计方法。该试验台可通过模拟实车的运行方式，利用工业现场总线的相关技术，实现对AMT变速箱的自动换挡测试，提高了企业的生产效率，最大程度保证了产品的可靠性，同时也能够为企业新产品的研发提供有力的支持。目前该项目已经入量产阶段，为企业创造了良好的效益，赢得了用户的口碑。

[1]蔡高坡.AMT变速箱同步换挡耐久试验台的研究[D].合肥工业大学,2009:2-4.

[2]刘兆宇.基于道路环境的AMT汽车换挡控制研究[D].重庆大学,2014:1-3.

[3]于春生.我国商用车AMT发展之我见[J].黑龙江科技信息,2010(27):298.

[4]臧怀泉,邵彦山,刘微波.汽车变速器试验台监控系统设计[J].工业控制计算机,2008,21(10):75-77.

[5]马林娜,翟涌,杨超.AMT下线检测试验台设计与开发[J].机械设计与制造,2014,(4):165-167.

[6]雷雨龙,阴晓峰,谭晶星.基于CAN总线的AMT综合控制策略研究[J].公路交通科技,2005,22(3):115-118.

[7]吴坚兰,陈秀琴,马嵩源.ACS800变频器在加载试验台控制系统中的应用[J].电气传动,2009,39(1):67-70.

[8]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社,2004.