汽車齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)

張敬彩

中國機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司 北京 100044

開發(fā)試驗(yàn)及發(fā)展概況

傳動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)試驗(yàn)，是指在傳動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，在設(shè)計(jì)定型之前檢驗(yàn)設(shè)計(jì)水平與工藝合理性所需進(jìn)行的一系列試驗(yàn)。通過加工樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證、改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝水平，在產(chǎn)品量產(chǎn)之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提升產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。

汽車變速器開發(fā)試驗(yàn)，總體分為臺(tái)架試驗(yàn)和整車試驗(yàn)。臺(tái)架試驗(yàn)在試驗(yàn)室中各種試驗(yàn)臺(tái)上完成，主要包括耐久性試驗(yàn)和性能開發(fā)試驗(yàn)；整車試驗(yàn)一般在臺(tái)架試驗(yàn)完成通過后進(jìn)行，主要驗(yàn)證變速器在實(shí)際工況下的壽命、性能和可靠性。本文重點(diǎn)講述臺(tái)架試驗(yàn)。

臺(tái)架開發(fā)試驗(yàn)包括兩類：第一類為驗(yàn)證通過性試驗(yàn)，如整箱耐久性試驗(yàn)等；第二類為幫助發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的試驗(yàn)，如綜合性能試驗(yàn)、接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)、潤滑性能試驗(yàn)、振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)及換擋性能試驗(yàn)等。

1）第一類試驗(yàn)，如整箱耐久性試驗(yàn)是最耗時(shí)、成本最高的試驗(yàn)，且需要豐富的負(fù)載數(shù)據(jù)即載荷譜作為支撐。目前，國內(nèi)先進(jìn)的驗(yàn)證測(cè)試過程可模擬多種負(fù)載工況，完成這項(xiàng)試驗(yàn)的時(shí)間通常為4～6個(gè)月甚至更長。

2）第二類試驗(yàn)主要為性能試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間較短，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，更重要的是，通過前期進(jìn)行第二類開發(fā)試驗(yàn)和基礎(chǔ)試驗(yàn)，可以極大地提高整箱耐久性一次性通過率，減少整箱耐久性試驗(yàn)次數(shù)。

接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)可進(jìn)行齒輪齒面載荷分布檢測(cè)，并可用于齒輪裝配后的齒輪螺旋線與齒廓精度的評(píng)估。在整箱耐久性試驗(yàn)之前進(jìn)行接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)，可有效評(píng)價(jià)和調(diào)控齒輪的嚙合品質(zhì)，提高齒輪耐久性試驗(yàn)一次性通過率，節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用；在整箱耐久性試驗(yàn)之前進(jìn)行潤滑性能試驗(yàn)則可以有效地避免整箱試驗(yàn)中由于軸承潤滑不足而導(dǎo)致的失效，同樣可幫助提高整箱耐久性試驗(yàn)通過率。目前，接觸斑點(diǎn)、潤滑性能等試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)逐步形成國家標(biāo)準(zhǔn)與企業(yè)規(guī)范，相應(yīng)的國產(chǎn)試驗(yàn)臺(tái)也已成熟應(yīng)用（見圖1）。

圖1 國產(chǎn)汽車變速器試驗(yàn)臺(tái)

隨著用戶對(duì)產(chǎn)品舒適性重視程度的提高，振動(dòng)和噪聲試驗(yàn)越來越受到企業(yè)的關(guān)注。尤其在汽車行業(yè)，國際先進(jìn)企業(yè)將20%的研發(fā)費(fèi)用消耗在解決車輛的NVH問題上。我國在該領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家差距很大，目前國內(nèi)建立起來的振動(dòng)和噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)基本上引入了國外的成套裝備，且核心技術(shù)受制于人。但可喜的是，國內(nèi)少數(shù)研發(fā)能力較強(qiáng)的試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備研發(fā)企業(yè)，已開始自主研制出面向解決 NVH問題的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，包括齒輪傳遞誤差試驗(yàn)臺(tái)和NVH試驗(yàn)臺(tái)。傳遞誤差試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)水平已完全可以滿足汽車變速器企業(yè)需求，NVH試驗(yàn)臺(tái)的研制也在較快提升過程中，有望逐步替代進(jìn)口。

目前，國內(nèi)汽車傳動(dòng)企業(yè)普遍開展了第一類開發(fā)試驗(yàn)，對(duì)于第二類開發(fā)試驗(yàn)，大型汽車傳動(dòng)企業(yè)也已足夠重視，各項(xiàng)試驗(yàn)裝備已經(jīng)較為普及，而部分企業(yè)對(duì)第二類開發(fā)試驗(yàn)重要性的認(rèn)識(shí)有待提高。

耐久性試驗(yàn)

1.耐久性試驗(yàn)發(fā)展概述

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)耐久性試驗(yàn)的主要目的是，在試驗(yàn)臺(tái)上模擬傳動(dòng)系統(tǒng)在整車上將承受的載荷工況，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪、軸承、同步器等關(guān)鍵零部件進(jìn)行耐久性測(cè)試，驗(yàn)證產(chǎn)品是否能夠滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，屬于通過性試驗(yàn)，因此所有企業(yè)都會(huì)配備。

耐久性試驗(yàn)臺(tái)主要包括整箱綜合耐久性試驗(yàn)臺(tái)和同步器耐久性試驗(yàn)臺(tái)。整箱綜合耐久性試驗(yàn)臺(tái)主要針對(duì)齒輪、軸承耐久性進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)可以進(jìn)行效率、密封、溫度特性及高速高溫等試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)形式分為機(jī)械封閉式和電封閉式兩大類。

機(jī)械封閉的試驗(yàn)臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械上的封閉，需要兩個(gè)被試件同時(shí)測(cè)試，兩個(gè)被試件可能會(huì)互相干擾，因此目前已很少采用。在汽車行業(yè)，為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，傳動(dòng)系統(tǒng)整箱綜合耐久試驗(yàn)臺(tái)一般均采用雙電動(dòng)機(jī)或三電動(dòng)機(jī)的電封閉形式，如圖2所示。

圖2 電封閉式變速器及驅(qū)動(dòng)橋試驗(yàn)臺(tái)

對(duì)于普通轉(zhuǎn)速條件下的變速器及驅(qū)動(dòng)橋耐久性試驗(yàn)臺(tái)，國內(nèi)已完全具備研制能力。目前，國內(nèi)有待發(fā)展的總成耐久性試驗(yàn)臺(tái)，主要是用于新能源汽車減/變速器和總成的高轉(zhuǎn)速試驗(yàn)臺(tái)，一般轉(zhuǎn)速要求在15 000r/min以上，因此提高了整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的研制難度。在新能源汽車快速發(fā)展的推動(dòng)下，國內(nèi)已有部分科研院所開始了新能源汽車減/變速器總成試驗(yàn)臺(tái)的研制，并少量投入使用。下面將就相關(guān)技術(shù)做一介紹。

2.新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)耐久性試驗(yàn)技術(shù)與設(shè)備

新能源汽車用變速器耐久試驗(yàn)臺(tái)，主要用于電動(dòng)汽車減/變速器總成疲勞壽命試驗(yàn)和性能試驗(yàn)（包括變速器換擋性能試驗(yàn)、傳動(dòng)效率試驗(yàn)、變速器振動(dòng)噪聲試驗(yàn)、變速器溫度特性試驗(yàn)及變速器密封性能測(cè)試試驗(yàn)等）。

該類試驗(yàn)臺(tái)具有以下三個(gè)重要特點(diǎn)。

（1）轉(zhuǎn)速高 與傳統(tǒng)自動(dòng)和手動(dòng)燃油車變速器相比，轉(zhuǎn)速高是新能源汽車減/變速器的最大特點(diǎn)。試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低于15 000r/min，在汽車變速器試驗(yàn)臺(tái)中屬于最高級(jí)別的轉(zhuǎn)速需求。因此，該試驗(yàn)臺(tái)研制的關(guān)鍵是通過高速回轉(zhuǎn)軸精密設(shè)計(jì)和優(yōu)化試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)，降低試驗(yàn)臺(tái)激振能量和提高試驗(yàn)臺(tái)吸振、抗振能力，確保試驗(yàn)臺(tái)在所有試驗(yàn)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生共振和在強(qiáng)迫振動(dòng)下的低振幅。

（2）精度高 該類試驗(yàn)臺(tái)一般需要進(jìn)行效率等性能試驗(yàn)，因此轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量精度和控制精度要求高。

（3）可靠性高 由于變速器耐久試驗(yàn)臺(tái)需要24h×7d連續(xù)運(yùn)行，故無人值守的高可靠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能是其關(guān)鍵。因此需要在機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)可靠性保證方面有扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗(yàn)。

圖3所示的新能源汽車減/變速器總成耐久性試驗(yàn)臺(tái)，是國內(nèi)某知名傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備研制單位為國內(nèi)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)研制的。

圖3 新能源汽車減/變速器總成耐久性試驗(yàn)臺(tái)

該試驗(yàn)臺(tái)代表了我國目前新能源汽車變速器試驗(yàn)臺(tái)的先進(jìn)水平，關(guān)鍵技術(shù)如下。

1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，保證試驗(yàn)臺(tái)的高可靠性。充分考慮高速輸入端和低速輸出端的技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)高速輸入端，實(shí)現(xiàn)高剛性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，有利于抑制高頻振動(dòng)。

2）通過仿真分析，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)抗振設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)開始就采用CAE仿真分析軟件對(duì)關(guān)鍵部件，如驅(qū)動(dòng)端高速軸系，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)模態(tài)分析和吸振能力分析，提高高速軸系回轉(zhuǎn)精度、動(dòng)平衡級(jí)別和臺(tái)體、基座結(jié)構(gòu)及重量，因此可以實(shí)現(xiàn)：有效避開共振區(qū)域，保證試驗(yàn)臺(tái)軸系自身不會(huì)發(fā)生共振；減小不平衡產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)激振力；減少試驗(yàn)臺(tái)的整體振動(dòng)響應(yīng)及其對(duì)周邊設(shè)施的影響。

3）高速回轉(zhuǎn)軸精密設(shè)計(jì)與制造。針對(duì)15 000r/min高速主軸，回轉(zhuǎn)精度將保證達(dá)到≥0.005mm及更高的高精度。

4）電動(dòng)機(jī)支座高剛度設(shè)計(jì)。為保證試驗(yàn)臺(tái)的高抗振性能，高速驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)支座設(shè)計(jì)為一體化結(jié)構(gòu)。

5）高可靠測(cè)控系統(tǒng)。采用專業(yè)軟件進(jìn)行系統(tǒng)安全等級(jí)設(shè)計(jì)分析。采用 PILZ PAScal SOFTWARE對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的安全性能進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，根據(jù)專業(yè)軟件設(shè)計(jì)分析結(jié)果，結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)實(shí)際設(shè)計(jì)安全防護(hù)系統(tǒng)，保證人機(jī)安全，減少停機(jī)時(shí)間。

性能開發(fā)試驗(yàn)

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)性能開發(fā)試驗(yàn)包括接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)、潤滑試驗(yàn)、傳遞誤差、NVH試驗(yàn)、效率試驗(yàn)、溫度特性、高速高溫及軸密封等。

其中效率試驗(yàn)、溫度特性、高速高溫及軸密封等總成性能試驗(yàn)，可以在耐久性試驗(yàn)臺(tái)上完成。接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)、潤滑試驗(yàn)、傳遞誤差、NVH試驗(yàn)和換擋性能試驗(yàn)則需要專門的試驗(yàn)設(shè)備來完成。

下面將主要介紹接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)、潤滑試驗(yàn)、NVH測(cè)試及換擋性能測(cè)試方法與試驗(yàn)設(shè)備。

1.接觸斑點(diǎn)測(cè)試技術(shù)與設(shè)備

汽車變速器/驅(qū)動(dòng)橋在實(shí)際工況載荷情況下，齒輪接觸斑點(diǎn)的優(yōu)劣，將直接影響齒輪的承載能力和噪聲水平，因此對(duì)于任何一款新研發(fā)或改進(jìn)的傳動(dòng)產(chǎn)品，必須首先進(jìn)行變速器加載情況下的齒輪接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)。

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)，是生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)正向開發(fā)和質(zhì)量保障不可缺少的開發(fā)試驗(yàn)環(huán)節(jié)。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)旨在考核不同載荷水平下齒面接觸的實(shí)際情況與變化規(guī)律，驗(yàn)證齒輪齒向修形、齒廓修形及系統(tǒng)變形等設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，并以此為基礎(chǔ)找出齒形、軸系、殼體等整個(gè)變速器設(shè)計(jì)中的缺陷和不足，并通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升齒輪箱的承載能力和壽命，降低變速器的工作噪聲（見圖4）。

圖4 接觸斑點(diǎn)測(cè)試幫助實(shí)現(xiàn)齒輪修形優(yōu)化和解決承載與噪聲問題

接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)臺(tái)不僅可以完成上述接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)，還可用于變速器承載情況下的密封性檢驗(yàn)，檢查變速器在受載變形狀態(tài)下是否存在漏油問題，以避免變速器在使用過程中的漏油現(xiàn)象。

接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)關(guān)鍵是：保證可以獲得不同加載水平下的齒輪接觸斑點(diǎn)。普通疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)或性能試驗(yàn)臺(tái)一般采用緩慢加載方式，所呈現(xiàn)的齒輪接觸斑點(diǎn)是不同載荷水平下接觸斑點(diǎn)的疊加，不僅不能反映不同加載水平下齒輪的實(shí)際接觸印痕情況，還可能誤導(dǎo)設(shè)計(jì)人員。

要獲得不同載荷水平下齒面接觸的實(shí)際情況與變化規(guī)律，變速器接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)臺(tái)必須滿足以下技術(shù)要求。

1）可以實(shí)現(xiàn)不同載荷水平的自由設(shè)定，能實(shí)現(xiàn)先加載、后起動(dòng)，在試驗(yàn)過程中能保持同一載荷水平。

2）在滿足很低的輸入轉(zhuǎn)速下，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速及穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，使得試驗(yàn)時(shí)不必加入潤滑油，便于齒面試驗(yàn)涂料的保護(hù)從而形成清晰的接觸斑點(diǎn)。

作為一項(xiàng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)必須要做的試驗(yàn)，接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)已被眾多汽車變速器企業(yè)所認(rèn)可，國內(nèi)已具備該類試驗(yàn)設(shè)備的研制能力，可以完全滿足國內(nèi)及外資企業(yè)需求。

針對(duì)用戶需求，接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)臺(tái)可采用電動(dòng)機(jī)+摩擦制動(dòng)器、雙電動(dòng)機(jī)或三電動(dòng)機(jī)的整體布局結(jié)構(gòu)。圖5所示，汽車變速器齒輪接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)臺(tái)是國內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備研發(fā)單位為國內(nèi)汽車變速器企業(yè)自主研制的。

圖5 汽車變速器接觸斑點(diǎn)試驗(yàn)臺(tái)

試驗(yàn)臺(tái)具備以下技術(shù)特點(diǎn)。

1）單一轉(zhuǎn)矩水平測(cè)試。為了獲得待測(cè)轉(zhuǎn)矩水平下的接觸斑點(diǎn)，測(cè)試系統(tǒng)能夠在開始運(yùn)轉(zhuǎn)前加載至待測(cè)轉(zhuǎn)矩，測(cè)試得到的印痕不受加載過程中其他轉(zhuǎn)矩水平印痕的影響，測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。

2）穩(wěn)定性好。試驗(yàn)臺(tái)低速穩(wěn)定性好，測(cè)試過程中能夠保持轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性優(yōu)于±0.1r/min，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性優(yōu)于±1%FS。

3）零速帶載起動(dòng)。試驗(yàn)臺(tái)配備高端變頻控制器，通過專有矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩帶載起動(dòng)。

4）高精轉(zhuǎn)矩檢測(cè)。試驗(yàn)臺(tái)配備高精度轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩測(cè)量精度±0.05%FS；轉(zhuǎn)矩信號(hào)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

5）試驗(yàn)轉(zhuǎn)矩標(biāo)定。試驗(yàn)臺(tái)配備試驗(yàn)轉(zhuǎn)矩標(biāo)定系統(tǒng)，預(yù)先采集被試件各擋位轉(zhuǎn)矩與控制電流的相關(guān)曲線并擬合，獲得標(biāo)定系數(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程中精準(zhǔn)加載。

6）自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。試驗(yàn)臺(tái)操作控制軟件為自主研發(fā)，具有軟件著作權(quán)。

7）支撐設(shè)計(jì)軟件。試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果可用于齒輪設(shè)計(jì)模擬軟件驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器NVH問題的主動(dòng)預(yù)防，準(zhǔn)確診斷和支撐齒輪及變速器設(shè)計(jì)。

2.潤滑測(cè)試技術(shù)與設(shè)備

潤滑試驗(yàn)在汽車傳動(dòng)產(chǎn)品開發(fā)過程中非常重要，是在進(jìn)行疲勞壽命試驗(yàn)之前筆者強(qiáng)烈建議進(jìn)行的一項(xiàng)試驗(yàn)。該試驗(yàn)的目的是檢查變速器/驅(qū)動(dòng)橋各回轉(zhuǎn)部件（特別是軸承）是否工作在良好的潤滑條件下。良好的潤滑條件是這些零部件設(shè)計(jì)壽命計(jì)算時(shí)的假設(shè)條件，如果潤滑條件達(dá)不到，則零部件壽命將嚴(yán)重縮短。也就是說，在進(jìn)行疲勞壽命試驗(yàn)時(shí)，零部件將很快失效。但這種失效不是這些零部件壽命的真實(shí)反映。因此，要保證疲勞壽命試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確地檢測(cè)出變速器回轉(zhuǎn)部件的真實(shí)壽命，必須首先進(jìn)行潤滑試驗(yàn)，檢查和改進(jìn)潤滑情況，直至達(dá)到要求。

用于進(jìn)行潤滑試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備為傾斜潤滑試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)需依據(jù)可模擬變速器在不同工況下的姿態(tài)和油溫，進(jìn)而測(cè)試變速器在不同姿態(tài)和油溫下各軸承位和觀察點(diǎn)的油量、流量和溫升，用于新產(chǎn)品開發(fā)過程中進(jìn)行潤滑、溫升特性和空載損耗功率試驗(yàn)。潤滑試驗(yàn)臺(tái)屬于空載滿轉(zhuǎn)速試驗(yàn)臺(tái)。

該類試驗(yàn)臺(tái)國內(nèi)已完全具備研制能力，圖6所示為典型的汽車變速器潤滑試驗(yàn)臺(tái)。

圖6 汽車變速器潤滑試驗(yàn)臺(tái)

3.振動(dòng)/噪聲（NVH）測(cè)試技術(shù)與設(shè)備

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH試驗(yàn)的目的是測(cè)試其振動(dòng)/噪聲特性，包括振動(dòng)/噪聲的實(shí)際聲壓級(jí)、噪聲場(chǎng)及其與機(jī)械參數(shù)和電參數(shù)的關(guān)系等，用于分析和研究振動(dòng)/噪聲源、頻譜與能量分布、聲品質(zhì)（響度、尖銳度等）、激勵(lì)響應(yīng)與傳播、相關(guān)參數(shù)的相互影響和內(nèi)在規(guī)律，結(jié)合傳遞誤差測(cè)試機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)/噪聲產(chǎn)生的根源進(jìn)行診斷，為降低產(chǎn)品振動(dòng)/噪聲水平或出現(xiàn)概率、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及提高動(dòng)力總成的舒適性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究手段。

NVH測(cè)試時(shí)，被試件應(yīng)置于消聲室內(nèi)的抗振地基上，試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)、加載設(shè)備原則上應(yīng)處于消聲室之外，通過穿墻長軸實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和加載，驅(qū)動(dòng)、加載設(shè)備的噪聲及振動(dòng)需做到有效隔離。而且，為了全面測(cè)試各種工況下傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲情況，試驗(yàn)系統(tǒng)加載、運(yùn)轉(zhuǎn)能力需要能夠覆蓋被試件整個(gè)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速范圍，因此為滿功率試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，功率水平與整箱綜合耐久性試驗(yàn)臺(tái)相同。

由于需要穿墻長軸系設(shè)計(jì)，研制難度相比耐久性試驗(yàn)臺(tái)難度高。特別是對(duì)于新能源汽車減/變速器NVH測(cè)試所需高轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)，其技術(shù)難度更高。因此該領(lǐng)域目前以國外進(jìn)口設(shè)備為主。國內(nèi)企業(yè)已成功研制出了6000r/min以下普通轉(zhuǎn)速NVH試驗(yàn)系統(tǒng)，并開始研制16 000～20 000r/min的新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH試驗(yàn)臺(tái)。

圖7所示如典型NVH試驗(yàn)系統(tǒng)組成原理示意圖。

圖7 汽車變速器NVH試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)原理

對(duì)標(biāo)試驗(yàn)

對(duì)標(biāo)試驗(yàn)是以目標(biāo)競爭產(chǎn)品為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行所有開發(fā)試驗(yàn)，獲得目標(biāo)產(chǎn)品的性能指標(biāo)，以便在設(shè)定產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)予以參考。國外制造商在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前，通常經(jīng)過詳細(xì)調(diào)查市場(chǎng)上競爭產(chǎn)品的技術(shù)水平，結(jié)合本公司的技術(shù)實(shí)力、零部件供應(yīng)商的設(shè)計(jì)和制造水平等，形成新開發(fā)產(chǎn)品的整體目標(biāo)，并將整體目標(biāo)分解到各個(gè)相關(guān)系統(tǒng)和零部件上，為了完成這些工作，就需要進(jìn)行充分的對(duì)標(biāo)試驗(yàn)。制造商一般會(huì)購買性能優(yōu)良的目標(biāo)競爭產(chǎn)品對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)與測(cè)試，并形成測(cè)試數(shù)據(jù)提供給決策部門，最終形成既具有一定競爭力又成本可控的產(chǎn)品。

該類試驗(yàn)同樣在大型、先進(jìn)汽車傳動(dòng)企業(yè)中比較受重視，而不少企業(yè)對(duì)其重視程度和投入還較低，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

所涉及的試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)、方法與設(shè)備與開發(fā)試驗(yàn)基本相同，在此不再贅述。

下線檢測(cè)

1.下線試驗(yàn)及其發(fā)展概況

下線檢測(cè)，即產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，設(shè)置在生產(chǎn)線終端，對(duì)準(zhǔn)備出廠的產(chǎn)品抽樣或者全部進(jìn)行各方面性能檢測(cè)。下線檢測(cè)是產(chǎn)品走向市場(chǎng)的必經(jīng)環(huán)節(jié)，通過對(duì)產(chǎn)品各方面性能進(jìn)行測(cè)試、分析與評(píng)價(jià)，可有效發(fā)現(xiàn)并淘汰不合格的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品出廠的合格率。

汽車變速器是制造業(yè)批量最大的復(fù)雜傳動(dòng)產(chǎn)品，在汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)中扮演著重要角色，直接關(guān)系到傳動(dòng)質(zhì)量的好壞，對(duì)汽車操控性、安全性、舒適性及可靠性都有重要影響。因此，國內(nèi)外汽車變速器企業(yè)普遍配備出廠前下線檢測(cè)，對(duì)每臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行出廠前檢測(cè)，以期控制出廠產(chǎn)品的質(zhì)量一致性。

目前，國內(nèi)大部分企業(yè)仍采用空載下線檢測(cè)，產(chǎn)品在試驗(yàn)臺(tái)上空載運(yùn)轉(zhuǎn)，試驗(yàn)人員主觀判斷。這種檢測(cè)可以檢測(cè)出產(chǎn)品裝配過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重問題，如零件錯(cuò)裝、零件嚴(yán)重超差等造成變速器運(yùn)轉(zhuǎn)、換擋卡滯等問題；檢測(cè)人員也會(huì)主觀判定一下運(yùn)行噪聲的大小，但由于缺乏客觀判定依據(jù)以及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，較難保證產(chǎn)品出廠質(zhì)量的一致性，特別是振動(dòng)/噪聲性能問題，無法發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)受載后才能表現(xiàn)出的問題，如受載后振動(dòng)/噪聲的水平、密封性等問題，對(duì)出廠產(chǎn)品質(zhì)量的把關(guān)有一定的局限性。

發(fā)達(dá)國家的車企對(duì)生產(chǎn)線終端試驗(yàn)非常重視，出廠質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)，成為其售出產(chǎn)品質(zhì)量和信譽(yù)保證，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的大量積累和應(yīng)用促進(jìn)其產(chǎn)品質(zhì)量水平不斷提升。國內(nèi)企業(yè)已普遍認(rèn)識(shí)到加載、智能產(chǎn)線終端試驗(yàn)的重要性，部分大型、先進(jìn)的汽車變速器生產(chǎn)企業(yè)已開始逐步將產(chǎn)品下線檢測(cè)設(shè)備升級(jí)為加載測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，同時(shí)配備故障監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析系統(tǒng)。

2.典型下線試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備

加載運(yùn)行下線試驗(yàn)臺(tái)已逐漸成為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)線終端下線試驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。國內(nèi)專業(yè)試驗(yàn)設(shè)備研制單位，逐步開始重視汽車變速器下線檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)，因此推動(dòng)下線試驗(yàn)設(shè)備水平的快速提升。圖8所為機(jī)械科學(xué)研究總院中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心為國內(nèi)頂級(jí)變速器制造企業(yè)最新研制的全功能下線試驗(yàn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)被試件自動(dòng)對(duì)接、裝卡、自動(dòng)加載、自動(dòng)換擋、快速振動(dòng)/噪聲測(cè)試和故障診斷等功能。經(jīng)過機(jī)械工業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)組織行業(yè)專家鑒定，結(jié)論為其性能和功能達(dá)到國際先進(jìn)產(chǎn)品的水平。

圖8 汽車變速器全功能下線試驗(yàn)臺(tái)

該試驗(yàn)臺(tái)解決了國內(nèi)傳統(tǒng)下線試驗(yàn)臺(tái)存在的問題。

1）采用機(jī)器人自動(dòng)換擋，解決了傳統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)無法采用有力的技術(shù)手段控制換擋過程，存在工人違反工藝操作漏掛擋位、檢測(cè)時(shí)間不夠?qū)е鹿收峡偝闪鞒龅默F(xiàn)象。

2）加載測(cè)試，解決了高低擋轉(zhuǎn)換故障、選/換擋卡滯等常見故障，以及在變速器空載試驗(yàn)狀態(tài)下故障表現(xiàn)不明顯、不易被檢出的問題。

3）各種開關(guān)自動(dòng)操作，解決了原有試驗(yàn)臺(tái)采用手工檢測(cè)各壓力開關(guān)的通斷而容易導(dǎo)致漏檢，或?qū)⒐ぷ鞑环€(wěn)定的開關(guān)誤認(rèn)為合格而導(dǎo)致的故障流出問題。

4）增加了測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析功能，解決了原有試驗(yàn)臺(tái)無試車檢測(cè)記錄存儲(chǔ)功能而造成的無法有效監(jiān)控試車過程和進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量追溯的問題。

運(yùn)行監(jiān)測(cè)

運(yùn)行監(jiān)測(cè)是指在已經(jīng)投入使用的傳動(dòng)產(chǎn)品上，安裝一定的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品運(yùn)行情況，提早預(yù)警故障，并記錄運(yùn)行過程載荷譜，以便為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)提供積極指導(dǎo)。目前，運(yùn)行監(jiān)測(cè)少量應(yīng)用于大型重載車輛的變速器等運(yùn)維成本較高的產(chǎn)品，也有部分汽車傳動(dòng)企業(yè)，以采集實(shí)際運(yùn)行載荷譜為目的，開展了變速器裝車運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)矩信息采集。

目前，國內(nèi)在運(yùn)行監(jiān)測(cè)方法上進(jìn)行了大量研究，形成了振動(dòng)、溫度、磨損等狀態(tài)量的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷方法，但大部分還處在試驗(yàn)或完善階段，且針對(duì)性不強(qiáng)。多數(shù)企業(yè)雖渴望投入運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但因投資過大望而止步。因此，進(jìn)一步研發(fā)新的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，降低軟硬件的開發(fā)成本，是全面實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。我國在這方面才剛剛起步，還有很長的路要走。隨著故障機(jī)理和失效準(zhǔn)則的研究，多源信息融合及大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，汽車傳動(dòng)產(chǎn)品運(yùn)行過程監(jiān)測(cè)將得到更廣泛的推廣。

結(jié)語

近十年來，隨著試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的提升，我國汽車行業(yè)試驗(yàn)裝備的驅(qū)動(dòng)與加載技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)均有了較大發(fā)展。

目前，在加載測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)中，驅(qū)動(dòng)與加載技術(shù)普遍采用變頻電動(dòng)機(jī)，滿足了試驗(yàn)中較大范圍的調(diào)速/調(diào)力要求，并實(shí)現(xiàn)了電能內(nèi)循環(huán)，解決了傳統(tǒng)測(cè)功機(jī)的大量耗能和發(fā)熱問題?？刂萍夹g(shù)中普遍采用計(jì)算機(jī)和PLC實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示，操作軟件的人機(jī)交互性和魯棒性有較大改善；數(shù)據(jù)分析方法和能力有極大提升；傳感器技術(shù)成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)全面的試驗(yàn)測(cè)試和在線監(jiān)測(cè)。但目前高端的高速高性能變頻電動(dòng)機(jī)、變頻控制器及高端傳感器等均由國外產(chǎn)品壟斷，充分顯示出我國基礎(chǔ)零部件的短板。

展望未來，我國汽車齒輪傳動(dòng)試驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)及裝備將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

（1）高端化 目前，我國汽車齒輪傳動(dòng)行業(yè)在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范上還遠(yuǎn)落后于國外，絕大多數(shù)企業(yè)也未能建立系統(tǒng)的企業(yè)試驗(yàn)體系、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，試驗(yàn)設(shè)備的精度和可靠性偏低。因此，按照產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)和試驗(yàn)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)裝備從驅(qū)動(dòng)加載系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，均在向?qū)I(yè)化、高可靠、高精度的高端化發(fā)展，為企業(yè)產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)與開發(fā)提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。為適應(yīng)新能源汽車高端齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品的試驗(yàn)測(cè)試需要，打破國外的壟斷，需要研制一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速、大功率、全功能測(cè)試設(shè)備與NVH測(cè)試系統(tǒng)。

（2）平臺(tái)化 國外先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備供應(yīng)商利用靈活的硬件搭配和高效的軟件開發(fā)環(huán)境，通過模塊化設(shè)計(jì)，為用戶創(chuàng)建適合各類應(yīng)用的解決方案，形成測(cè)試通用平臺(tái)。未來的試驗(yàn)與檢測(cè)平臺(tái)不僅能涵蓋各類試驗(yàn)環(huán)節(jié)的試驗(yàn)裝備，而且相互間形成數(shù)據(jù)傳遞與信息共享，不僅節(jié)省各個(gè)試驗(yàn)階段的成本與時(shí)間，更提升可擴(kuò)展性，有助于滿足多種快速變化的需求，以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展帶來的測(cè)試挑戰(zhàn)。

（3）智能化 展望未來，試驗(yàn)裝備智能化是大勢(shì)所趨的發(fā)展方向。通過結(jié)合基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、硬件在環(huán)技術(shù)、智能傳感器感知及自學(xué)習(xí)質(zhì)量評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)，加快智能控制系統(tǒng)的開發(fā)和專家系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫與知識(shí)庫）的豐富與完善，有效推動(dòng)汽車齒輪智能試驗(yàn)檢測(cè)裝備向?qū)嵱没l(fā)展。

隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)與檢測(cè)技術(shù)水平得到了空前推進(jìn)。通過自主研發(fā)和引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，我國自主研制的測(cè)試裝備水平不斷提高，但仍與國際先進(jìn)水平有一定差距。因此，我們應(yīng)不斷加強(qiáng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)研究和裝備研制，以滿足我國汽車行業(yè)發(fā)展的迫切需要，促進(jìn)該領(lǐng)域向：高、精、智、發(fā)展，向國際先進(jìn)水平看齊。