坦克学III车辆换档特性试验指导书

车辆换档特性试验指导书
机械与车辆工程学院
一、试验目的
（1）使学生熟悉车辆换档试验的仪器、设备的性能和使用方法；
（2）结合《坦克学》课堂学习，增进对换档操纵系统的感性认识；
（3）掌握传动装置换档特性的试验方法。

二、试验原理
1.试验台组成
试验台布置如图1所示：
图1试验台布置简图
图1 试验台布置简图
2．试验原理
2.1 试验台原理
本试验台为电功率封闭式，拖动电机和加载电机采用国产三相异步变频调速专用电动机，电机轴上配有转速反馈旋转编码器。

拖动电机吸收电网能量，以电动机方式工作；加载电机工作于发电机方式，将被试件传递来的机械能转化为电能并通过直流母线反馈给拖动电机，实现能量闭环。

拖动电机用于模拟发动机，加载电机用于模拟路面载荷，惯量装置用于模拟整车惯性。

外部电网
图 2 试验台原理图
2.2 被试件简介
试验以某三自由度定轴式综合传动装置为被试件，传动简图如图3所示。

从传动简图可以看出，发动机动力经过液力变矩器之后，通过六个换档离合器C1、C2、C3、CR、CL、CH接合与分离的不同组合，可实现不同的档位；通过对液力变矩器闭锁离合器CV的控制实现变矩器的液力工况与机械工况的转换。

综合传动装置档位状态与对应的离合器工况见表1。

1～6档各档速比： 3.38 2.31 1.66 1.14 0.79 0.54
侧传动比 5.6719
主动轮半径：0.31035m
表 1
2.3 数字化控制系统原理
原换档控制是手动换档，采用转阀控制换档离合器充、放油，实现换档，同时设置换档缓冲阀来改善换档品质。

数字化自动电液操纵技术将原有的液压操纵系统改造成为数字化的电液操纵系统。

原有综合传动装置的结构参数，包括阀体的接口尺寸、变速箱的基本结构、整个液压系统的参数、换档离合器的结构参数等保持不变，根据原有参数设计并加装了阀底板及数字化电液换档阀块总成。

阀块总成采用高速响应开关电磁阀作
先导阀、双边节流滑阀作后置流量放大装置构成二级阀系统，它采用数字信号直接驱动，它不同于传统的液压缓冲控制方法，具有数字化控制的许多优点：由于可以通过编程灵活控制而对产品变型有很强的适应性、便于实施自适应控制而得到更优的换档品质、简化结构降低成本等等。

设计的油路控制系统由以下七个阀组成（液压系统原理见图4）：
主控油压调压阀D1——双边节流滑阀，为所有电磁阀M1~M6提供合适、稳定的工作油压，因为电磁阀工作油压过高容易出现功耗增大、密封不良、关闭延迟长等问题，而压力过低又有系统换档响应速度慢、可控范围小的缺点。

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图4数字化电液自动换档控制液压系统原理
第一换档阀D7——两位七通换向阀；
第二换档阀D6——两位四通换向阀，与第一换档阀D7串联相接，构成串
联油路，对C1、C2、C3三个换档离合器进行开关控制。

通过这两个滑阀开关状态的不同组合可对三个离合器进行充油、放油控制，并且确保在其中任意一个离合器充油接合的同时，另外两个离合器泄油分离，保证换档逻辑正确；
在控制方案中，C1、C2、C3三个换档离合器设计为开关控制，是考虑到除空档外的所有档位均由这三个离合器之一与CL、CH或CR组合控制得到，见换档逻辑表1，换档过程中无需同时对一个档位的两个换档离合器进行缓冲控制，仅对CL或CH离合器进行调压控制就能实现所有前进档的缓冲控制。

而且，控制这三个离合器的三条油路是串联设计的，再对它们分别进行调压控制在结构上会更加复杂。

因此，对这三个换档离合器只进行开关控制，既能满足功能要求，又简化了阀块结构和控制软硬件。

调压阀D5——双边节流滑阀，用于实现闭锁离合器CV的充放油压力控制；
调压阀D4——双边节流滑阀，用于实现换档离合器CH的充放油压力控制；
调压阀D3——双边节流滑阀，用于实现换档离合器CL的充放油压力控制；
调压阀D2——双边节流滑阀，用于实现换档离合器CR的充放油压力控制；
D2~D5 4个调压阀设计成完全相同的双边节流滑阀，具有简化加工工序、改善工艺性、降低制造成本等优点。

表 2
与D2~D7六个滑阀相对应，设计有六个电磁阀，分别对滑阀进行控制。

电磁阀M1～M6均采用常闭型二位三通高速响应电磁阀。

型号一致，便于阀体加工、电磁阀安装及简化控制软硬件。

对M1、M2只需要开关控制，实现D7、D6阀的开关状态转换。

对M3、M4、M5、M6四个电磁阀进行PWM下的高速开关控制，能控制电磁阀的输出油压。

用电磁阀的输出油压去控制调压阀的位置，调压阀的输出油压就是换档离合器的油压。

电磁阀在调压完毕保持打开状态或关闭状态，实现换档离合器的接合与分离控制。

因此，通过软件来控制M1～M6电磁阀组的不同工作状态，既能按照表1所示的换档控制逻辑实现自动换档操作，又可对闭锁离合器和换档离合器的充、放油过程进行实时数字调压控制，实现优良的换档品质。

图 5 电控系统原理
电控系统负责换档时机与换档品质的控制。

通过采集转速、油门开度等信号，控制相应的电磁阀，实现换档操作。

原理见图5。

电控系统的组成如下：
1)转速信号采集系统：采用磁电式转速传感器检测发动机转速（采用车上
转速表传感器）、涡轮轴转速和输出轴转速信号。

2)模拟信号采集系统。

采用模拟传感器检测油门开度（采用双联传感器）、
电压、油压（六路）和温度信号（采集）。

3)开关信号采集系统。

采用霍尔开关检测档位（5路）、刹车开关、闭锁开
关和复位信号。

4)电控单元。

采用32位具有独立时间处理能力的MC68376进行整个系统
信号的处理、控制算法计算和执行元件的驱动。

见图7。

5)显示器。

采用数码管显示当前档位、升降档和报警等信息。

见图8。

6)通讯接口。

分别采用RS232串口和CAN总线（J1939协议）进行数据采
集、发动机数据通讯。

7)驱动接口。

驱动脉宽调制电磁阀组进行液压系统的数字控制。

8)换档手柄。

接收驾驶员换档指令。

见图6。

图 6 换档手柄
图7 电控系统
图8 显示器
三、试验准备
1.将综合传动装置和数字化换档控制系统安装在台架上。

2.连接必要的油路和水路。

3.连接控制电缆和测试电缆。

4.安装防护网。

四、试验内容
1.自动换档试验，实现换档控制规律演示。

2.换档品质控制试验，实现换档过渡过程油压调节和换档时序演示。

3.闭锁控制试验，实现变矩器闭锁、解锁控制演示。

4.换档规律调整试验。

五、试验方法
1.自动换档试验，实现换档控制规律演示：
开启拖动电机，加载电机空载，将转速调节至800r/min，将换档手柄置于H位置，缓慢升高电机转速至2200r/min，采集输入转速、输入转矩、输出转速（2个）、输出转矩（2个）、油压（6个）、油温（2个）等参数的变化历程。

加载电机缓慢加载至综合传动装置额定功率，采集上述参数的变化历程。

2.换档品质控制试验，实现换档过渡过程油压调节和换档时序演示：
开启拖动电机，加载电机空载，将转速调节至1500r/min，将换档手柄置于手动位置，手动加-减档，采集油压（6个）参数的在换档过程中的变化历程。

3.闭锁控制试验，实现变矩器闭锁、解锁控制演示
开启拖动电机，加载电机空载，将转速调节至1500r/min，将换档手柄置于手动位置，手动闭-解锁闭锁离合器，采集油压（1个）参数的在闭-解锁过程中的变化历程。

4.换档规律调整试验。

将学生分成5个小组，在试验前各自拟定一套换档规律，经指导教师审查后分别写入电控系统，按试验内容1开始试验。

开启拖动电机，加载电机空载，将转速调节至800r/min，将换档手柄置于H位置，缓慢升高电机转速至2200r/min，采集输入转速、输入转矩、输出转速（2个）、输出转矩（2个）、油压（6个）、油温（2个）等参数的变化历程。

加载电机缓慢加载至综合传动装置额定功率，采集上述参数的变化历程。

计算各种换档规律下对于发动机的功率利用情况和平均牵引力情况，画出发动机功率和转矩与车速和档位之间的关系曲线。