新能源動力總成差速器測試

張宏超 馬肖 趙坤 韓旭 周有為

摘 要：我國的差速器總成測試資源及手段還很欠缺，也沒有完整的差速器測試方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，這對于我國汽車產(chǎn)業(yè)極為不利。在此背景下，通過對現(xiàn)有動力總成測試平臺及液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，以期為汽車產(chǎn)業(yè)提供差速器總成測試手段和技術(shù)支持。圍繞動力總成測試平臺及液壓伺服系統(tǒng)，參考客戶需求及整車實(shí)際行駛情況，建立差速器總成測試能力。其重點(diǎn)是拓展動力總成臺架及液壓伺服系統(tǒng)的試驗(yàn)范圍;初步探索差速器總成的試驗(yàn)體系框架。

關(guān)鍵詞：差速器總成;試驗(yàn)?zāi)芰?測試平臺

差速器總成作為動力總成的關(guān)鍵零部件，它對整車的性能具有很大的影響。傳統(tǒng)車差速器總成的設(shè)計(jì)及制造相對成熟，在使用過程中出現(xiàn)的問題也比較少。目前，中國大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，尤其是純電動汽車產(chǎn)業(yè)。純電動汽車差速器總成主要是參照傳統(tǒng)車差速器總成進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。但電動車動力總成與傳統(tǒng)車相比有很大區(qū)別，電機(jī)工作特性與發(fā)動機(jī)特性、減速器與變速器以及它們之間的配合方式都有所不同，隨著電動車的推廣及普及，差速器總成也暴露出越來越多的問題，成為動力總成系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。測試需求極其旺盛，而國內(nèi)差速器總成測試資源及手段還很欠缺，也沒有統(tǒng)一完整的差速器總成測試方法。通過對現(xiàn)有總成臺架和液壓伺服系統(tǒng)的升級改造，建立差速器總成測試能力。

純電動車還處于發(fā)展階段，關(guān)鍵零部件的測試還未引起足夠的重視。純電動車動力總成相比于傳統(tǒng)車的一個主要特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，而且未來的發(fā)展趨勢也是高速化、集成化、大速比。國內(nèi)相對成熟在用的純電動車動力總成最高轉(zhuǎn)速在12000～14000r/min，目前正在研制的轉(zhuǎn)速在16000r/min左右，還有少數(shù)企業(yè)在研制最高轉(zhuǎn)速為18000r/min和20000r/min的產(chǎn)品;目前，三合一動力總成在成本、小型化、管理等方面的優(yōu)勢比較突出，成為主流趨勢。為滿足上述發(fā)展趨勢，差速器總成也越來越小，強(qiáng)度將成為重要挑戰(zhàn)。隨著純電動車保有量的增長，暴露出的問題也越來越多，差速器總成的可靠性就是其中一個，相信差速器總成測試規(guī)范及體系會隨著純電動車的發(fā)展而逐步完善起來。

1 差速器總成測試概述

差速器總成試驗(yàn)是復(fù)雜的系統(tǒng)工作，它需從零部件的角度去考慮如何模擬實(shí)車的工作環(huán)境，一般從安裝方式和外部環(huán)境兩個方面去考慮。本研究課題主要目標(biāo)就是要明確試驗(yàn)的準(zhǔn)備流程、邊界條件和操作規(guī)程，將試驗(yàn)變成可控、可操作的標(biāo)準(zhǔn)化流程和方法，大大提高差速器總成試驗(yàn)的效率。根據(jù)客戶需求，將試驗(yàn)分為兩大類，一是動態(tài)性能測試，二是靜態(tài)性能測試。動態(tài)測試主要難點(diǎn)是模擬差速器總成的工作環(huán)境。靜態(tài)試驗(yàn)的主要難點(diǎn)是如何保證載荷傳遞路徑及瞬態(tài)響應(yīng)。

基于動力總成臺架的動態(tài)性能測試平臺：差速器無法直接安裝在總成臺架上進(jìn)行測試，需要模擬其工作環(huán)境，差速器總成在減速器內(nèi)通過兩個軸承固定在減速器殼體之內(nèi)，通過差速器殼體外圍的一圈螺栓與主減速器從動齒輪相連接;在工作中變速器潤滑油對其進(jìn)行潤滑。根據(jù)上述特點(diǎn)，設(shè)計(jì)專用齒輪箱進(jìn)行模擬。

基于液壓伺服系統(tǒng)的靜態(tài)性能測試平臺：差速器總成通過殼體將載荷傳入，通過半軸錐齒輪將載荷傳出。靜態(tài)測試時(shí)，一般需要固定兩個半軸錐齒輪，如此液壓缸無法與差速器殼體相連，需要設(shè)計(jì)專用工裝進(jìn)行解決。

2 搭建差速器總成測試平臺

2.1 基于動力總成臺架動態(tài)性能測試平臺

動力總成試驗(yàn)臺架為集成一個驅(qū)動電機(jī)和四個吸收負(fù)載電機(jī)的解決方案，可測試混合動力總成/傳統(tǒng)動力總成的各種工作模式。自動化控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)所采的被試件各參數(shù)和試驗(yàn)人員的操作動作，控制測功機(jī)加載系統(tǒng)使被試件在特定工況下運(yùn)行;變速箱冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)變速器油壓在合適溫度。

動力總成臺架的構(gòu)成：主要由測功機(jī)系統(tǒng)、測功機(jī)綜合控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測試與采集系統(tǒng)、變速箱潤滑油系統(tǒng)等構(gòu)成。

專用齒輪箱設(shè)計(jì)：模擬差速器總成在減速器中的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)差速器專用齒輪工作箱，專用箱為一對嚙合齒輪，速比參照主減速器速比進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中從動齒輪中空設(shè)計(jì)，止口及螺孔設(shè)計(jì)參照主減速器從動齒輪相關(guān)部位進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。差速器總成軸承采用與減速器相同的軸承。

變速器潤滑油冷卻系統(tǒng)用于自動變速器冷卻，自動變速器自帶油泵，因此需要增加外循環(huán)油泵以實(shí)現(xiàn)潤滑溫度控制;同時(shí)輸入測功機(jī)用于模擬發(fā)動機(jī)或電機(jī)參數(shù)，專用箱只模擬了主減的速比，還需要一個齒輪箱用于模擬減速器其他部件速比，增加一個齒輪箱也便于臺架的整體布置，避免設(shè)備與被試件之間的干涉。

2.2 基于液壓伺服系統(tǒng)的靜態(tài)性能測試平臺

液壓伺服系統(tǒng)工作原理如下圖所示。

液壓伺服系統(tǒng)的構(gòu)成：由液壓動力機(jī)構(gòu)、反饋機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)過程[2]。

專用工裝設(shè)計(jì)：由于一側(cè)半軸固定與加載端存在干涉，通過如圖5所示的口字型工裝可以避免干涉。

3 差速器試驗(yàn)?zāi)芰?/p>

3.1 基于差速器動態(tài)測試平臺的齒輪疲勞測試

整個試驗(yàn)過程在工程院動力總成試驗(yàn)臺架上進(jìn)行，臺架采用412（三電機(jī)控制）模式進(jìn)行。主動電機(jī)與一級減速箱的輸入端相連，一級減速箱的輸出與專用箱的輸入相連，專用箱的輸出為差速器總成的半軸齒輪，通過半軸及連接法蘭與負(fù)載電機(jī)相連。

試驗(yàn)條件：試驗(yàn)前差速器總成要進(jìn)行充分的磨合以及預(yù)熱;潤滑油溫度控制在特定溫度。

試驗(yàn)步驟：將差速器試驗(yàn)專用試驗(yàn)箱安裝在試驗(yàn)臺架上，按照規(guī)定的試驗(yàn)工況進(jìn)行試驗(yàn)，直至齒輪失效。

部分測試后的部件如下圖所示。

3.2 基于差速器靜態(tài)測試平臺的扭矩沖擊測試

整個試驗(yàn)過程在液壓伺服系統(tǒng)臺架上進(jìn)行。差速器兩個輸出齒輪通過半軸軸頭固定在鐵地板上，減速器殼體通過工裝與液壓伺服系統(tǒng)相連接。

按試驗(yàn)要求分別對被試件進(jìn)行扭矩沖擊測試，試驗(yàn)后被試件如下圖所示。

4 總結(jié)

汽車產(chǎn)業(yè)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，純電動車會被更多人接受和選擇。差速器總成是作為動力總成的關(guān)鍵零部件之一，它對整車的經(jīng)濟(jì)性、駕駛性有著重大的影響。由于重視程度不夠，我國的差速器總成測試資源及手段還很欠缺，也沒有完整的差速器總成測試方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，這對于我國汽車產(chǎn)業(yè)極為不利。在此背景下，中汽中心工程院通過對現(xiàn)有設(shè)備的升級改造，建立差速器總成測試平臺，以期為汽車產(chǎn)業(yè)提供測試手段和技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]張亮亮.機(jī)械封閉式汽車變速器試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)與分析[D].東北大學(xué)，2015.

[2]高崗，鄭建明，章小林，等.直驅(qū)泵控電液位置伺服系統(tǒng)模糊滑模控制仿真與實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2015（08）.