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汽车手动变速器自动换档
系统的研究与开发
Cheng Tianyou，Liang Kuankuan1,Yang Xiong1,Gong Yunpeng，东北大学材料学院, 沈阳-510000, 中国;
摘要：国家863计划“典型产品运行寿命检测技术研究”试验台的控制速度机制是手动汽车试验台。 为了实现该测试台的自动换档，本文介绍了一种使用螺杆和缸体驱动换档杆在两个不同方向上移动的系统。 实验结果表明，该系统比人员移动更稳定，可以定期循环驱动换档杆。
关键词：寿命试验台，手动变速箱，自动变速箱，多位置油缸，控制
1.引言
汽车变速器大致可以分为三类，一类是手动变速器（MT）; 一个是自动变速箱; 三是手动自动一体化变速器[1]。目前国内的重卡大多采用自动变速器结构[2]，变速器对于车辆的动力性和经济性，变速器的可靠性和便携性以及稳定性至关重要 传动效率高[3]。自动机械传动（AMT）传动效率高，结构紧凑，可靠性高[4]。目前，在国内外的手动变速器检测设备中，作为驾驶员的人来选择档位和换档，由于每个操作员操纵习惯不一样，对于换挡力，位移控制不同，直接影响 换挡质量客观评价，对于手动变速器换挡实验来说，技术的关键部分是如何实现手动变速器的自动换挡[5]。目前欧洲拥有约40万辆配备自动变速器的车辆，使用自动变速器的车辆数量 急剧增加[6]。
与其他汽车手动变速器不同的是，该系统的目的是取代简单的手动换档动作重复，实现准确高效的自动换档动作，提高工作效率和换档质量，避免实验者因疲劳而造成误操作。 其他因素为寿命测试台提供可靠的速度开关安全性。 根据国家和行业对汽车手动变速箱试验的要求，提出采用螺杆和多缸驱动方案，有利于六速手动变速箱试验台精密自动换档的完成。
2.实验要求
如图1所示为典型的产品运行安全寿命检测试验台和自动换挡系统，通过实验平台的换档装置，可以控制试验产品以不同的速度运行，然后预测实现零件的寿命，从而提高实验台的精度，提高实验台的预测范围。 在测试过程中，换档装置有六个档案，分别为一档，两档，三档，四档，五档，倒档，从一档启动变量到五档档位，以达到不同的速度，并通过有限循环测量寿命 机械零件。
目前国内大部分实验台仍采用手动换档，这就要求在过程中必须人工实时观察实验过程。 为了将人们从机器工作中解放出来，该系统可以通过计算机进行实时控制，从而实现一，二，三，四，五档和倒档连续重复变换在实验过程中，实现对不同时间和不同档位的控制，这对于汽车手动变速箱自动换档非常有意义。
图1 典型产品运行安全寿命技术研究
3.试验台的手动变速器换挡运动逻辑
手动变速箱控制杆从一个到五个文件和反向文件的移动完成不同速度之间的转换。 如图2所示为逻辑控制图，它在Y方向前后设置控制棒，X方向为左右方向。 下面是一样的。
图2 逻辑控制图
坐标系的建立如表1所示
|
转移位置 |
一档 |
二挡 |
三档 |
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位置 |
左，前 |
左，后方 |
中间，前 |
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转移位置 |
四档 |
五档 |
倒挡 |
|
位置 |
中间，后方 |
右，前 |
右，后 |
表1 坐标系的建立
将控制杆设置在中立（中间，中间）位置，以实现转换到一档。 其控制运动逻辑如下：首先，控制电机螺杆的平台，档位杆从中立位置（中，中）位置移动到左位置（左，中），然后将杆移动到一档，因此移位操作将完成换挡的操作。 类似地，板2（图3）中的电机螺钉和板3（图3）中的圆柱体相互配合，可以实现在任何档位中移动控制丝锥。 最后，可以通过单片机对电机和气缸进行控制，并根据定时自动换档来达到换档装置的功能要求。
4.自动换档系统简介
4.1原理分析
图3 立体结构示意
1.移动杆 2.螺丝 3.4导轨 5.顶旋转滑动副 6.三位置气缸 7.缓冲器
如图3所示，该系统主要包含部分，假定板1和板2之间的部分为第二部分，板2和板3之间的部分是第一部分。 将螺钉和导轨放置在电路板1上，当螺钉移动时，电路板1和电路板2随之一起移动，同时，顶部旋转滑动副开始转动并滑动，然后移动杆沿着X轴方向移动。将圆柱体和导轨放置在基板2上，圆柱体使基板2移动，同时，顶部旋转滑动副开始转动并滑动，然后移动杆沿Y轴方向移动。下方固定在第一部分上。
两个部分分别负责两个不同的方向，即移动杆的前，中，后，左，中，右的位置。 由于螺杆的精度高，定位准确，我们选择它来驱动板2.在实验之前，必须计算三个位置之间的距离，然后根据计算，螺杆旋转可以实现三点定位。上表面使用圆柱体实现Y轴方向上的三个点。运动精度方向不高，但这个方向需要很长的路线，气缸可以快速给出长路径。还需要一个机构来限制移动杆，旋转机构是基于万向节设计的，它可以使移动杆实现圆周运动。
4.2数据分析和行程长度确定螺杆和缸体
根据机械结构的分析，移动杆的长度为230毫米长。 通过测量，移动杆的顶点可沿X轴方向移动190毫米，沿Y轴方向移动480毫米。 根据导轨的高度，电路板1（例如图3中）的高度设计为97毫米长，电路板2（例如图3中）长度为480毫米
图4 X轴方向的半行程长度
如图4所示，通过测量数据找出X轴方向的半径。 如果两个三角形的三条边成比例，那么这两个三角形是相似的[7]。 根据类似Tringle的理论：
X轴方向的半路径/95mm=97mm/230mm
X方向的半径为40mm。因此螺杆的行程长度gt; = 2 40mm=80mm
根据国家标准，我们选择100毫米长的行程长度。
图5 Y轴方向的半行程长度
与X方向一致：Y轴方向的半径/ 120mm = 165mm / 230mm
Y方向的半径为86mm
因此螺杆的行程长度gt; = 2 86mm =172mm
根据国家标准，我们选择行程长度为200毫米。
4.3机械结构
4.3.1 X方向的机械结构
图6 X方向的平面图
根据图6，该层由一个螺钉和一对导轨组成。 该层的功能是激励移动杆达到三个精确点。 换档杆的初始状态为空档，表示螺杆滑台处于中间位置。 在换档时，步进电机可精确控制滑台向前或向后长达40毫米，螺杆中的滚珠保证三个位置的准确性。 两侧的导轨与螺钉平行，滑台可以撑起整个大面积以保证系统的稳定性。
4.3.2 Y方向的机械结构
如图7所示，该层由一个三位置圆柱体和一对导轨组成。 该部分的功能是激励移动杆快速实现三点定位。 三位置气缸示意图如图8所示，当阀门1电镀时，两个位移杆全部返回形状，这时移位杆位于后部位置。 当阀门3发生电镀时，A柱塞将活塞从B位置推到B位置;当阀门2电镀时，B柱塞继续从B位置移动到B位置。当阀门2和阀门3都被镀锌时，B缸内的活塞被限制在第二位置，此时移动杆处于中间位置（如图2所示）[8]。
图7 Y方向的平面图
图8 三位置气缸示意图
4.3.3顶部旋转滑动副的设计
顶部旋转滑动副的设计的必要性
图9 移动杆运动示意图
如图9所示，以Y轴的运动为例，当移动杆移动时，板3将移动到不同的齿轮，对应于从旋转点到移动杆板的长度 不同。 它的中间位置长165毫米，后排长186毫米。 所以很容易造成干扰。 为了解决这个问题，我们必须设计一对元素。
顶部旋转滑动副的机械结构
如图10所示。该对中间结构为中央旋转块，负责X轴运动，移动杆顶部套在中央旋转块上， 滚动块连接到负责Y轴运动的外围块上，最后，外围块连接到两侧的轴承块上。 旋转块中间的圆柱形孔为了减小摩擦力而形成斜面，有利于移动杆的移动，同时移动杆也可以受到限制。
图10 旋转滑动板
5.控制方法
5.1控制方法
通过控制步进电机的运动，移动杆可以沿X轴方向移动。 我们使用多位置圆柱体使拨杆沿Y轴方向移动。 然后我们可以达到上述自动档位切换的目的。 控制面板的LCD屏幕可以显示设备的每个实时参数，包括每个齿轮的时间，循环指数，主要移动时间，变速速度等。我们可以更改操作参数（如 换档速度和循环指数等）。
5.2硬件选择
Arduino是一款广受欢迎的电子互动平台，它基于MCU系统，易于使用。 它具有功能多样，价格低廉等优点，广泛应用于电子系统设计和交互式产品开发[9]。
我们选择SCM Arduino uno（基于开源代码的简单I / O平台），控制面板（包括LCD显示和参数设置），反馈设备（位置行程开关），TT-NRM和一个步进器 电机驱动器根据控制要求。
5.3控制措施
单片机控制步进电机驱动，然后控制步进电机沿X轴方向调节换档杆行程，同时控制TT-NRM，然后控制电磁阀，使三位缸可调节换档杆行程Y 按照要求，轴向反馈开关安装在三位置的方式，所以我们可以通过反馈开关判断活塞杆的位置。 比较位置反馈所需的行程，单片机继续控制汽缸运动，直到汽缸行程位置和预期的换档要求位置一致停止汽缸行为才能停止。 自动换档流程如图11所示。
图11 自动换档流程
6.实验
6.1实证方法
实验在两种不同的条件下进行，一种是单独的系统而没有负载独立操作，另一种是与实验表结合进行测试。 提前规定不同档位的运行时间，根据它计划运动逻辑并编写程序。 然后观察预期与现实之间的差异。
6.2实验结果
通过观察实验现象。 结果表明，换档杆可以在任何需要的时间内停留任何档位，系统可以快速准确地换档。 在一定程度上，自动换档可以提高换档质量，而不是人力进行循环定期换档。
7.结论
在手动变速器试验台的手动换档中，本文提出了自动换档系统平台。 采用双层双轴设计，螺杆和气缸驱动，最后步进电机和电磁阀由Arduino uno控制。 结果证明该机构能够准确地控制操纵杆，并使变速器周期性地，循环地和有效地移动。
参考文献
1.Wang Minghong,Chen Hongxiang.A control system design of automobile manual transmission[J].Proceedings of national mechanical design in the sixteenth year.2012:1-2
2.Yin Minggui.10 Speed Transmission Control System Design[J].Mechanical Engineering amp; Automation.2012(4):1-4
3.Chen Jingwei,Song Kehui.Design and optimization of automobile manual transmission[J]. Science and Technology Consulting Herald.2011(30):5-8
4.Ge Anlin,Study on AMT Gear Shifting Behavior [J].AUTOMOBILE TECHNOLOGY
5.Cheng Qin. Analysis of automobile design manual gearbox gearshift test research and shift quality[J].Dissertation.2009:2-4
6.Lu Yongsheng. Application of AMT automatic transmission on the bus in the city[J].BUS TECHNOLOGY AND RESEARCH.2006(01):3-4
7.Lu Xianfu.On exploring of teaching[J].JOURNAL OF ANSHUN TEACHERS COLLEGE. 2005,7(4):3-6
8.Information on ht
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