隨著人們對(duì)汽車的舒適性、操控性等需求日益提高，變速器廠家也越來越注重對(duì)總成NVH問題控制，其中最重要檢測(cè)手段為在線加載。雖然國(guó)家在變速器開發(fā)過程中出臺(tái)了臺(tái)架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但針對(duì)批量生產(chǎn)出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目而進(jìn)行的性能測(cè)試卻無明確規(guī)定，目前各企業(yè)均根據(jù)自己產(chǎn)品特點(diǎn)，采用在線加載試驗(yàn)進(jìn)行下線變速器的出廠性能測(cè)試，并形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為判定產(chǎn)品合格與否的出廠依據(jù)。

一、前言

變速器是汽車三大核心部件之一，其工況好壞直接影響汽車的整體性能，為預(yù)防控制裝配下線的質(zhì)量必須進(jìn)行在線診斷，減少外部質(zhì)量損失，對(duì)變速器進(jìn)行100%快速校驗(yàn)迫切需要。如何快速判斷和辨別出變速器的性能質(zhì)量，除試驗(yàn)人員具備豐富經(jīng)驗(yàn)外，還必須配備好的測(cè)試設(shè)備，在線加載試驗(yàn)臺(tái)因其能夠較真實(shí)地模擬汽車行駛工況而被廣泛推廣和應(yīng)用。我公司是專業(yè)生產(chǎn)各種商/乘用車手動(dòng)變速器的廠商，批量較大，但同時(shí)變型品種也較多，如何開發(fā)出一個(gè)適合公司產(chǎn)品特點(diǎn)的在線加載試驗(yàn)臺(tái)至關(guān)重要，現(xiàn)就在線加載試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)相關(guān)要求及工作原理進(jìn)行探討和總結(jié)。


二、在線加載試驗(yàn)特征描述及比較

簡(jiǎn)單來說，在線加載試驗(yàn)即在產(chǎn)品裝配流水線上利用加載試驗(yàn)臺(tái)對(duì)變速器施加部分載荷進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，查看變速器的過程控制可靠性并作出出廠質(zhì)量評(píng)價(jià)，塞選不合格產(chǎn)品。在線加載試驗(yàn)是近年來發(fā)展起來的，尤其是電封閉在線加載從國(guó)外的引進(jìn)在近年已成熟應(yīng)用和國(guó)產(chǎn)化，其加載原理及檢測(cè)項(xiàng)目源于臺(tái)架試驗(yàn)，能更真實(shí)模擬汽車工況，檢測(cè)效果好，同時(shí)還可以檢測(cè)出傳統(tǒng)的空載試驗(yàn)臺(tái)所不能檢測(cè)的測(cè)試內(nèi)容（如：嘯叫、瞬時(shí)速比、同步器性能等），但其驗(yàn)證目的和檢測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容卻與臺(tái)架試驗(yàn)有所不同，現(xiàn)將空載試驗(yàn)、在線加載、臺(tái)架加載的特征簡(jiǎn)要對(duì)比如下表:


備注：表中所述阻力，即汽車行駛過程中存在的風(fēng)阻、坡阻、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等統(tǒng)稱。

三、在線加載試驗(yàn)臺(tái)正確選型

1、根據(jù)能源回饋分類，目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用加載試驗(yàn)臺(tái)的有開放式/機(jī)械封閉式/電封閉式，應(yīng)用特點(diǎn)如下圖：



2、手動(dòng)變速器在線加載試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)考慮的加載模式應(yīng)為電封閉加載，原因如下四點(diǎn)：

1）適用性：試驗(yàn)臺(tái)反應(yīng)靈敏、易于控制、布置方便靈活、不受被測(cè)件尺寸及傳動(dòng)比的限制等特點(diǎn)。

2）有效性：在模擬汽車工況方面更真實(shí)，能夠?qū)嵤┱?、反拖等，明顯優(yōu)于磁粉制動(dòng)器等，可以更好驗(yàn)證變速器和質(zhì)量評(píng)價(jià)；

3）經(jīng)濟(jì)性：能量回收利用，功耗相對(duì)較小，后期運(yùn)行成本小，同時(shí)，選用電機(jī)壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，符合節(jié)能設(shè)計(jì)原則；

4）可行性：近年電封閉加載已在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟，效果好，也是目前國(guó)內(nèi)主流應(yīng)用模式。

四、電封閉加載試驗(yàn)工作原理

試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)和加載功能主要是通過變頻調(diào)速柜對(duì)變頻電機(jī)的矢量控制（PID控制器）來實(shí)現(xiàn)，使得各時(shí)間段扭矩、轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)匹配，并滿足加載規(guī)范中的要求，從而模擬汽車行使工況。臺(tái)架的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共由整流單元、逆變單元等組成。逆變單元亦采用變頻裝置，分別完成對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和加載電機(jī)的精確速度、扭矩控制。此結(jié)構(gòu)能夠?qū)υ囼?yàn)臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)（包括被試變速箱總成）中由于變速箱總成在傳動(dòng)過程中的能量損失（約占5％～10％） 和2臺(tái)（針對(duì)縱置變速器）交流伺服電機(jī)的工作過程匯總產(chǎn)生的功耗（約占15％～20％）之外的所有能量進(jìn)行回收，回收的能量通過直流至直流母線用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行或直接反饋至電網(wǎng)，從而形成能量的閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)然，由于上述的兩種損耗造成的能量損失應(yīng)有外部供電電網(wǎng)補(bǔ)充。

1、電封閉電氣控制原理示意圖（圖1）



2、電封閉加載臺(tái)動(dòng)作過程簡(jiǎn)介：

現(xiàn)以我公司某5檔手動(dòng)箱加載試驗(yàn)過程為例試驗(yàn)順序由R-1-2-3-4-5，每檔都加載模擬汽車加速/勻速/減速及動(dòng)態(tài)換檔要求（如圖2）為例：

1）正拖（如上圖1中R檔試驗(yàn)階段t1-t2-t3）：

a、齒輪副正面受力嚙合，模擬汽車啟動(dòng)加速直至正常勻速行使過程，此過程中輸入電機(jī)施加設(shè)定的正向扭矩進(jìn)行加速（主要是克服摩擦等阻力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、輸出電機(jī)的發(fā)電制動(dòng)），并保持扭矩不變，直至轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值，正向扭矩減小至合適大小以保證輸出電機(jī)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（主要是克服摩擦等阻力、輸出電機(jī)的發(fā)電制動(dòng)）；

b、輸入電機(jī)根據(jù)信號(hào)指示進(jìn)行加速，該狀態(tài)為電動(dòng)機(jī)，給變速器提供動(dòng)力，而此時(shí)輸出電機(jī)則根據(jù)信號(hào)指示以限制速度模式（不能超過設(shè)定的轉(zhuǎn)速），以滿足得到輸入端提供的相應(yīng)扭矩，阻止輸入端加速轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過做磁力線運(yùn)動(dòng)將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為電能，此時(shí)加載電機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，將所發(fā)電反饋至電網(wǎng)或直接反饋給輸入端。

2）反拖：（如上圖1中的t3-t4-t5）

a、齒輪副反面受力嚙合，模擬汽車松油門剎車減速，此過程中輸出電機(jī)施加設(shè)定反向扭矩進(jìn)行減速，齒輪由勻速轉(zhuǎn)動(dòng)以一定的加速度進(jìn)行減速，直至轉(zhuǎn)速降低到設(shè)定的目標(biāo)值，而輸入端施加的扭矩減小至能保持勻速轉(zhuǎn)即可（怠速狀態(tài)，即油門完全松開狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的初始動(dòng)力）；

b、輸入端電機(jī)根據(jù)信號(hào)指示進(jìn)行扭矩變化，該狀態(tài)仍為電動(dòng)機(jī)（只是提供的動(dòng)力小于負(fù)載提供的阻力），而此時(shí)加載電機(jī)由發(fā)電狀態(tài)調(diào)整為電動(dòng)狀態(tài)，提供阻力（相當(dāng)于汽車慣性仍在高速轉(zhuǎn)動(dòng)），由于輸出轉(zhuǎn)速高于輸入端，反拖輸入端提高轉(zhuǎn)速，致使驅(qū)動(dòng)電機(jī)整體做負(fù)功，處于發(fā)電狀態(tài)，即輸入電機(jī)為發(fā)電機(jī)，輸出電機(jī)為電動(dòng)機(jī)。

3）輸入端加載扭矩與轉(zhuǎn)速變化（正拖—勻速—反拖）試驗(yàn)實(shí)物圖如圖3；



圖3（我公司5T28加載試驗(yàn)臺(tái)5檔測(cè)試界面截圖）

五、在線加載試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求：

1、裝夾快捷、操作方便；

2、各項(xiàng)內(nèi)容檢測(cè)時(shí)間較短，能夠快速檢測(cè)判定結(jié)果；

3、與在線生產(chǎn)節(jié)拍匹配；
4、方便維護(hù)保養(yǎng)；

5、預(yù)留一定換產(chǎn)接口（軟件/硬件），適用變型變速器試驗(yàn)較強(qiáng)（針對(duì)我公司變種產(chǎn)品多，批量小特點(diǎn)）。

六、變速器在線加載試驗(yàn)的功用

短時(shí)間內(nèi)對(duì)變速器的噪音、選換檔性能等NVH指標(biāo)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，具體檢測(cè)內(nèi)容如下：

1、測(cè)試正反齒面加載噪音（檢測(cè)手段：耳感、聲級(jí)計(jì)、振動(dòng)頻譜分析儀）；

2、選換檔性能（選換檔力、選換檔位移）（檢測(cè)手段：手感、設(shè)備傳感器）；

3、倒車、變速同步功能（檢測(cè)手段：目測(cè)、設(shè)備傳感器/速比對(duì)比）；

4、倒車燈/里程表開關(guān)（檢測(cè)手段：設(shè)備檢測(cè)）；

5、傳動(dòng)效率（檢測(cè)手段：根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)計(jì)算）

6、轉(zhuǎn)彎功能（針對(duì)帶差速變速器，檢測(cè)手段：根據(jù)傳感器采集差速速差與設(shè)定同步速差對(duì)比）。

7、油封動(dòng)態(tài)密封檢測(cè)（檢測(cè)手段：目測(cè)，運(yùn)轉(zhuǎn)過后油封處是否有漏油現(xiàn)象）

七、總結(jié)

因受變速器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)特征、裝配節(jié)拍以及使用配置等影響，用戶所需要的在線加載試驗(yàn)臺(tái)表現(xiàn)的形式有可能差別較大，但無論如何變化，其工作原理及設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是相同的，因此本文可作為設(shè)備選型、設(shè)計(jì)等參考。