基于NEDC的汽車驅(qū)動橋傳動效率測試工況研究

何衛(wèi)，覃蘭珺，滿興家，張涵，何潤

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基于NEDC的汽車驅(qū)動橋傳動效率測試工況研究

何衛(wèi)，覃蘭珺，滿興家，張涵，何潤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

通過分析NEDC循環(huán)下的驅(qū)動橋的實際使用工況，從驅(qū)動橋輸入轉(zhuǎn)速、輸入扭矩、齒輪油溫入手，建立了一種基于NEDC工況要求的測試方法，得到了驅(qū)動橋的標準測試工況和兩種特征工況；優(yōu)化后的測試工況提高了驅(qū)動橋傳動效率測試精度，可用于指導動力經(jīng)濟性前期仿真、快速識別油耗關(guān)鍵質(zhì)量控制點。

驅(qū)動橋；NEDC；傳動效率；測試工況

前言

驅(qū)動橋是后驅(qū)汽車動力傳輸?shù)谋夭豢缮俚囊粋€環(huán)節(jié)，其動力傳輸能力是影響整車動力經(jīng)濟性的主要因素之一。輕型汽車領(lǐng)域驅(qū)動橋測試主要參照QC/T 533-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法》[1]，但是里面并不包含驅(qū)動橋測試工況；另一方面，參照美國機械師工程協(xié)會標準SAE J1266-2001[2]的要求，基于發(fā)動機負載和常規(guī)車速的測試工況，得到的后橋傳動效率精確度偏低，無法實現(xiàn)整車動力經(jīng)濟性前期仿真。

本文依據(jù)油耗測試NEDC循環(huán)工況[3]，開發(fā)了一種十分可靠科學的驅(qū)動橋傳動效率測試工況，提高了測試精度，并且可以用來指導車輛動力經(jīng)濟性前期仿真和后期驅(qū)動橋關(guān)鍵質(zhì)量管控，具有國內(nèi)外領(lǐng)先意義。

1 標準測試工況設(shè)計

NEDC是目前中國在乘用車和輕型商用車領(lǐng)域油耗和排放型式認證中采用的整車測試工況[3]。通過分析NEDC循環(huán)下的驅(qū)動橋的實際使用工況，可得到驅(qū)動橋臺架測試工況。

1.1 驅(qū)動橋輸入轉(zhuǎn)速

驅(qū)動橋輸入轉(zhuǎn)矩可通過轉(zhuǎn)速傳感器記錄實測得出，也可以通過仿真軟件精確計算得出，某車型在NEDC循環(huán)工況下，驅(qū)動橋輸入轉(zhuǎn)速如下圖1所示。

圖1 驅(qū)動橋輸入端轉(zhuǎn)速

1.2 驅(qū)動橋輸入扭矩

同樣通過在整車傳動軸位置安裝扭矩傳感器，可實測得出驅(qū)動橋輸入扭矩情況，采樣頻率需不超過100Hz，且和輸入轉(zhuǎn)速采樣頻率一致，如下圖2所示。

圖2 驅(qū)動橋輸入端扭矩

1.3 齒輪油溫度

驅(qū)動橋效率測試需要考慮齒輪油油溫對試驗結(jié)果的影響，相關(guān)試驗表明，輸入轉(zhuǎn)速和輸入扭矩不變的條件下，驅(qū)動橋隨齒輪油溫升高而效率提升[4]，NEDC循環(huán)下某車性齒輪油溫如下圖3所示。

圖3 驅(qū)動橋輸入端扭矩

綜上所述，可以設(shè)計出驅(qū)動橋測試標準工況，即輸入端轉(zhuǎn)速400rpm至4800rpm，每隔400取一個轉(zhuǎn)速；輸入端扭矩： 20、40、80、120、200Nm；齒輪油溫度選取三個溫度點：20±2℃、40±2 ℃、80±2 ℃，試驗采集的扭矩和轉(zhuǎn)速帶“●”標記的數(shù)據(jù)點進行設(shè)置，如下表1。

表1 標準測試工況

2 特征工況提取

在標準工況下，得到了驅(qū)動橋在3種不同齒輪油溫下的180個工況點的傳動效率，能較為全面地反映驅(qū)動橋在NEDC工況下的效率水平，并且可直接輸入到整車仿真模型中進行前期動力經(jīng)濟性能開發(fā)，但是考慮到后期驅(qū)動橋的質(zhì)量管控，有必要識別出典型的工況點，減少工作量。

2.1 基于時間分布特征工況點

以某車型為例，在NEDC工況下，以轉(zhuǎn)速每隔400rpm，扭矩每隔10Nm對后橋運行工況進行網(wǎng)格分割，并統(tǒng)計每個矩陣內(nèi)的運行時長占比，可得到驅(qū)動橋運行時間分布圖，其中的百分比為此工況區(qū)間運行時長占NEDC總時長的比值，如下圖4所示（高扭矩段由于比值為0，已省去），此車型統(tǒng)計了時間時間占比超過0.8%的工況點，此22個工況點可作為特征工況點，見下圖紅色區(qū)域。

圖4 驅(qū)動橋運行時間點分布

2.2 基于輸入功率（油耗率）分布特征工況點

為了分析后橋在不同工況下的燃油消耗情況，通過統(tǒng)計輸入功率占比，可得出基于輸入功率分布的特征工況點，見下圖5所示，統(tǒng)計了功率占比超過1%的工況點，此25個工況點對整車燃油經(jīng)濟性有重大影響，可作為特征工況點（見下圖紅色區(qū)域）。

圖5 驅(qū)動橋運行功率點分布

3 傳動效率試驗及試驗結(jié)果

3.1 臺架安裝及測試

試驗臺架方面，本文采用了中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司兩驅(qū)動力總成試驗室試驗臺架，后橋總成包括橋殼、主減速器、差速器、左右驅(qū)動半軸以及輪端制動系統(tǒng)，其中主減速器輸入、輸出端均為旋轉(zhuǎn)活動部件，試驗設(shè)備和精度如下表2所示。

試驗前可參照QC/T 533-1999《汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法》和QC/T 568.1-2011《汽車機械式變速器總成臺架試驗方法》中的要求進行磨合[5]。

根據(jù)測試工況從低輸入扭矩開始測試，先保持后橋輸入扭矩不變，調(diào)整后橋輸入轉(zhuǎn)速按照轉(zhuǎn)速從低到高的順序依次進行測試，之后進行下一個扭矩工況點測試；每個工況點至少測試兩次，要求臺架扭矩控制偏差不超過±0.1Nm，轉(zhuǎn)速控制偏差不超過±5r/min，確保兩次測試效率誤差不超過±2%，否則增加測試次數(shù)。

表2 試驗設(shè)備

3.2 試驗結(jié)果

以某車型為例，齒輪油只取其平均值：40±2℃，測試其標準工況下兩種驅(qū)動橋的傳動效率，試驗結(jié)果如下圖6所示，從圖中可以看出驅(qū)動橋2在低轉(zhuǎn)速（＜1000rpm）時，傳動效率明顯高于驅(qū)動橋1，隨著輸入扭矩增加，驅(qū)動橋2傳動效率優(yōu)勢更加明顯。

圖6 標準工況下的傳動效率差異

此外，可利用下面公式（1）計算驅(qū)動橋綜合效率：

式中：

—驅(qū)動橋綜合傳動效率，%；

—第i工況點對應的驅(qū)動橋綜合傳動效率，%；

—第i工況點對應的時間/功率占比；

—特征工況點的個數(shù)。

計算特征工況點下的綜合傳動效率如下表3所示，結(jié)果表明通過特征工況點得到的綜合傳動效率可直接用于仿真計算，誤差＜1%；當橫向比較驅(qū)動橋節(jié)油效果時，基于輸入功率分布的特征工況點更具有代表性。

表3 特征工況點的綜合傳動效率

4 結(jié)論

本文通過分析NEDC循環(huán)下的驅(qū)動橋的實際使用工況，從驅(qū)動橋輸入轉(zhuǎn)速、輸入扭矩、齒輪油溫3個方面，得到驅(qū)動橋的標準測試工況和特征工況。

（1）在成本和時間允許下，可按標準工況測試；若需要快速開發(fā)，或者橫向比較不同驅(qū)動橋傳動效率差異，可直接進行特征工況下的測試。

（2）特征工況設(shè)計時有兩種方式：基于時間分布的特征工況點、基于輸入功率分布的特征工況點。

（3）在特征工況的基礎(chǔ)上，提出了一種綜合傳動效率的計算方法進行數(shù)據(jù)處理，試驗結(jié)果表明精度高，對整車動力經(jīng)濟性前期仿真開發(fā)具有重大意義。

（4）當橫向比較驅(qū)動橋節(jié)油效果時，基于輸入功率分布的特征工況點更具有代表性。

[1] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.汽車驅(qū)動橋臺架試驗方法:QC/T 533-1999[S].北京:中國標準出版社,1999:119-126.

[2] SAE International. Axle Efficiency Test Procedure :SAE J1266-2001 [S].Warrendale: SAE International, 2001:2-7.

[3] 喬曌,業(yè)德明,史雪純,王天禹.基于NEDC油耗的CRUISE仿真與ISCA臺架驗證[J].汽車實用技術(shù),2018(02):104-106.

[4] 吳斌,郭鴻瑞.驅(qū)動橋傳動效率臺架試驗方案研究[J].汽車實用技術(shù),2015(12):94-95.

[5] 占銳,程華國,李俊,徐康,沈超.重型汽車驅(qū)動橋傳動效率試驗臺及方法研究[J].機械傳動,2017,41(03):197-202.

A study for test conditions based on NEDC cycle of drive axle

He Wei, Qin Lanjun, Man Xingjia, Zhang Han, He Run

( SAIC GM WULING Automobile Co., LTD, Guangxi Liuzhou 545007 )

Through the analysis of the drive axle of NEDC cycle under the actual operating conditions, from drive axle input speed, input torque, three kinds of the gear oil temperature, set up a kind of test method based on the requirement of working condition of NEDC, thus to get the standard test conditions of drive axle and two kinds of characteristics working conditions; The optimized test conditions improved the precision of drive axle transmission efficiency test, can be used to guide the early stage of the dynamic economy simulation, and quickly identify the key quality control points of oil consumption.

Drive axle; NEDC; Transmission efficiency; Test conditions

U467

A

1671-7988(2019)08-112-03

U467

A

1671-7988(2019)08-112-03

何衛(wèi)（1990-），男，本科，湖南衡陽人，助理工程師，就職上汽通用五菱汽車股份有限公司，主要從事汽車動力經(jīng)濟性能開發(fā)、動力傳動系統(tǒng)匹配、節(jié)油方案研究等工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.036