商用車(chē)純電驅(qū)動(dòng)橋下線檢測(cè)研究

雷鳴亞，何志偉，曹慶環(huán)，麻俊方

(中國(guó)重汽集團(tuán)工藝研究院，山東濟(jì)南 250101)

0 引言

隨著全球石油能源短缺、排放和環(huán)保法規(guī)的愈發(fā)嚴(yán)格，新能源汽車(chē)發(fā)展已成為全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、綠色發(fā)展的主要趨勢(shì)，同時(shí)被我國(guó)列入《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中，用于全面推動(dòng)新能源汽車(chē)等綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)外商用車(chē)主機(jī)廠采用的新能源技術(shù)有純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池。由于純電動(dòng)渣土車(chē)、環(huán)衛(wèi)車(chē)等城市工程車(chē)對(duì)行駛里程要求不高，在新能源商用車(chē)的普及過(guò)程中具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。

目前商用車(chē)電驅(qū)動(dòng)橋常見(jiàn)類(lèi)型主要分為輪邊電驅(qū)動(dòng)橋、平行軸電驅(qū)動(dòng)橋和同軸電驅(qū)動(dòng)橋。電驅(qū)動(dòng)橋作為一種高度集成的機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋有諸多不同之處，而且電驅(qū)動(dòng)橋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)沒(méi)有相關(guān)的出廠檢驗(yàn)規(guī)范，為此針對(duì)商用車(chē)平行軸電驅(qū)動(dòng)橋開(kāi)展了下線檢驗(yàn)項(xiàng)目及其檢測(cè)方法的研究工作。

1 國(guó)內(nèi)電驅(qū)動(dòng)橋檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

為適應(yīng)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展需求，我國(guó)已制定出涵蓋基礎(chǔ)通用、電動(dòng)車(chē)輛整車(chē)、關(guān)鍵系統(tǒng)及零部件、接口及設(shè)施四大領(lǐng)域的純電動(dòng)乘用車(chē)標(biāo)準(zhǔn)體系，其中屬于關(guān)鍵系統(tǒng)及部件領(lǐng)域的電驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)是純電動(dòng)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分。近兩年，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)先后發(fā)布了T/CSAE 143—2020《純電動(dòng)乘用車(chē)一體化電驅(qū)動(dòng)總成測(cè)評(píng)規(guī)范》、T/CSAE 176—2021《電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)總成噪聲品質(zhì)測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)范》,T/CSAE 143—2020標(biāo)準(zhǔn)包含了測(cè)試條件、測(cè)試要求、測(cè)試方法、判定標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。在商用車(chē)方面，由于電驅(qū)動(dòng)總成布置方案和結(jié)構(gòu)不盡不同，尚未形成統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)人士仍在參考電機(jī)、減速器、傳統(tǒng)車(chē)橋等單體標(biāo)準(zhǔn)制定電驅(qū)動(dòng)橋的測(cè)試方法和技術(shù)要求。未來(lái)隨著電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高度集成化的發(fā)展，電驅(qū)動(dòng)橋布置方案趨于模塊化、平臺(tái)化設(shè)計(jì)，電驅(qū)動(dòng)橋的檢測(cè)方式及要求也將日益標(biāo)準(zhǔn)化。

1.1 電機(jī)單體標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段電機(jī)單體標(biāo)準(zhǔn)較為完善，涵蓋了使用范圍最為廣泛的異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)、永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中GB/T 18488—2015《電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)》規(guī)定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求、試驗(yàn)儀器儀表、試驗(yàn)準(zhǔn)備以及各項(xiàng)試驗(yàn)方法，GB/T 29307—2012《電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法》規(guī)定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)在臺(tái)架上的可靠性試驗(yàn)負(fù)荷規(guī)范及可靠性評(píng)定方法。

1.2 減速器單體標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)新能源汽車(chē)行業(yè)，汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出QC/T 1022—2015《純電動(dòng)乘用車(chē)用減速器總成技術(shù)條件》和 QC/T1086—2017《電動(dòng)汽車(chē)用增程器技術(shù)條件》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。其中QC/T 1022—2015規(guī)定了減速器總成的基本參數(shù)，同時(shí)對(duì)減速器的基本要求、臺(tái)架試驗(yàn)要求以及清潔度等內(nèi)容提出了指標(biāo)要求， 并規(guī)定了相應(yīng)的試驗(yàn)方法。

1.3 車(chē)橋單體標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有：QC/T 533—2020《商用車(chē)驅(qū)動(dòng)橋總成》、QC/T 1126—2019《汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋術(shù)語(yǔ)及定義》、QC/T 293—2019《汽車(chē)半軸技術(shù)條件及臺(tái)架試驗(yàn)方法》。其中QC/T 533—2020通過(guò)整合車(chē)橋企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼顧了更多考核形式和指標(biāo)，與原標(biāo)準(zhǔn)QC/T 533—1999和 QC/T 534—1999相比，增加了橋殼橫向彎曲疲勞、驅(qū)動(dòng)橋總成溫升、潤(rùn)滑、噪聲、輪間差速器疲勞等試驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)要求，進(jìn)一步提高了車(chē)橋可靠性要求。

2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)動(dòng)態(tài)

目前國(guó)外有關(guān)于汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)組織主要有ISO、IEC、SAE、JASO等，這些組織制定的標(biāo)準(zhǔn)主要以整車(chē)的零部件接口及安全性試驗(yàn)為主，其中汽車(chē)工程學(xué)術(shù)組織SAE制定了驅(qū)動(dòng)橋總成及其零部件測(cè)試、臺(tái)架試驗(yàn)方法的規(guī)范。國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrotechnical Commission)早在20世紀(jì)80年代制定了IEC/TR 60786:1984《電動(dòng)汽車(chē)控制器》、IEC/TR 60785:1984《電動(dòng)汽車(chē)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)》等電驅(qū)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢測(cè)方面，美國(guó)的檢測(cè)項(xiàng)目多達(dá)30余項(xiàng)，包括電機(jī)性能、溫升、電安全和保護(hù)功能、環(huán)境適應(yīng)性等，而歐洲和日本僅要求最大功率和溫升測(cè)試。

3 下線檢測(cè)項(xiàng)目

在電驅(qū)動(dòng)橋總成出廠前，為保證產(chǎn)品功能的完整性且無(wú)故障，需要在裝配線的終端進(jìn)行功能檢測(cè)和故障診斷。目前，行業(yè)為完成電驅(qū)動(dòng)橋下線檢測(cè)項(xiàng)目，在參考電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器以及傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋國(guó)標(biāo)試驗(yàn)要求的同時(shí)，考慮電驅(qū)動(dòng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)車(chē)工作路況，最終確定電驅(qū)動(dòng)橋的主要下線檢測(cè)項(xiàng)目。

3.1 氣密性檢測(cè)

氣密性檢測(cè)就是以空氣、氮?dú)饣蛘叨栊詺怏w為加壓介質(zhì)檢驗(yàn)電機(jī)冷卻回路和總成油腔是否有泄漏現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)介質(zhì)的溫度應(yīng)和試驗(yàn)環(huán)境的溫度一致并保持穩(wěn)定，被試樣件保留一個(gè)通氣閥，逐漸加壓至試驗(yàn)壓力規(guī)定值，保壓一定時(shí)間后，壓力下降值不得超過(guò)工藝要求值，或在壓力保持過(guò)程中，泄漏率儀表顯示值下降應(yīng)不大于規(guī)定值。

3.2 運(yùn)轉(zhuǎn)檢測(cè)

該項(xiàng)測(cè)試主要是為了通過(guò)磨合消除零件的早期失效階段，改善各運(yùn)動(dòng)副的工作表面狀況以及驗(yàn)證電驅(qū)動(dòng)橋的減速器、差速器、換擋等機(jī)構(gòu)能否正常工作。測(cè)試時(shí)，在空載或者負(fù)載條件下將電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵林付ㄞD(zhuǎn)速，依次切換試驗(yàn)件的各個(gè)擋位，確認(rèn)無(wú)異常后，再依次檢測(cè)每個(gè)擋位的高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況；檢測(cè)電驅(qū)動(dòng)橋差速時(shí)，制動(dòng)任意一側(cè)輪轂，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)另一側(cè)輪轂加倍旋轉(zhuǎn)，以驗(yàn)證差速器是否可以正常工作，具體 檢測(cè)方法可參考QC/T 568—2011《汽車(chē)機(jī)械式變速器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法》和QC/T 1022—2015《純電動(dòng)乘用車(chē)用減速器總成技術(shù)條件》的差速器磨合要求。

3.3 噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度檢測(cè)

在車(chē)橋工作過(guò)程中，任何一個(gè)部件的異常都會(huì)導(dǎo)致車(chē)橋產(chǎn)生噪聲。車(chē)橋運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量的傳統(tǒng)檢測(cè)方式是依靠人耳對(duì)車(chē)橋總成的噪聲進(jìn)行主觀判斷，難以量化評(píng)價(jià)車(chē)橋運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，易造成錯(cuò)判和誤判。噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness,NVH)檢測(cè)技術(shù)可以通過(guò)分貝儀或者振動(dòng)傳感器客觀地評(píng)價(jià)運(yùn)轉(zhuǎn)中的電驅(qū)動(dòng)橋是否存在異常振動(dòng)，可有效地防止因齒輪、軸承等缺陷引起的故障產(chǎn)品出廠。

NVH檢測(cè)原理如圖1所示。NVH檢測(cè)系統(tǒng)主要借助于頻譜分析方法(階次和頻率譜)分析被試件的階次振動(dòng)信號(hào)，并與人工設(shè)置或者自學(xué)習(xí)得到的容限帶相比較，基于該參考值發(fā)現(xiàn)有缺陷的產(chǎn)品。其中自學(xué)習(xí)是指系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)信號(hào)數(shù)據(jù)處理技術(shù)計(jì)算出100臺(tái)樣品的階次振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)曲線，如圖1(a)所示，隨著檢測(cè)數(shù)據(jù)的積累，容限帶會(huì)不斷地被優(yōu)化，NVH檢測(cè)結(jié)果變得更精確、可靠。NVH檢測(cè)系統(tǒng)的階次振動(dòng)信號(hào)界面如圖1(b)所示，當(dāng)階次振動(dòng)信號(hào)超過(guò)容限帶上限時(shí)，被試件運(yùn)轉(zhuǎn)存在異常振動(dòng)。

圖1 NVH檢測(cè)原理

3.4 防抱死剎車(chē)系統(tǒng)傳感器檢測(cè)

作為保障行車(chē)制動(dòng)安全性的關(guān)鍵零部件之一，防抱死剎車(chē)系統(tǒng) (Antilock Braking System,ABS)傳感器安裝在電驅(qū)橋輪轂上用于檢測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速，同時(shí)整車(chē)控制器根據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)能?chē)輪轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)判斷車(chē)輛是否存在滑移傾向，并根據(jù)滑移率做出最佳制動(dòng)調(diào)整。依據(jù) GB/T 18459—2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算方法》制定的ABS 傳感器檢測(cè)項(xiàng)目主要有：最大感應(yīng)電壓、最小感應(yīng)電壓、電壓比值。當(dāng)電驅(qū)橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速為400 r/min時(shí)，測(cè)得某車(chē)橋ABS傳感器在1 s內(nèi)的性能曲線如圖2所示。

圖2 ABS性能測(cè)試曲線

4 結(jié)語(yǔ)

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，純電動(dòng)乘用車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)體系已日益完善，其電驅(qū)動(dòng)橋的檢測(cè)技術(shù)也已成熟，然而用于商用車(chē)的電驅(qū)動(dòng)橋檢測(cè)及其技術(shù)要求尚未形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。文中參考國(guó)內(nèi)外電機(jī)、減速器、傳統(tǒng)車(chē)橋單體檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合同行業(yè)技術(shù)要求從氣密性、總成運(yùn)轉(zhuǎn)、NVH、ABS傳感器4個(gè)方面介紹了商用車(chē)電驅(qū)動(dòng)橋的下線檢測(cè)項(xiàng)目及其技術(shù)要求，為同類(lèi)產(chǎn)品的檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、質(zhì)量評(píng)定提供了參考依據(jù)。