某車型半浮式驅(qū)動(dòng)半軸扭矩?cái)?shù)據(jù)采集

凌展奇 秦千富 黃遠(yuǎn)都

摘 要：為車輛研發(fā)提供重要數(shù)據(jù)支持，需要采集某車型半浮式驅(qū)動(dòng)半軸的扭矩?cái)?shù)據(jù)。文章根據(jù)具體半軸布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸方案的制定，半軸改制方案的強(qiáng)度校核，并進(jìn)行了扭矩標(biāo)定數(shù)據(jù)的理論驗(yàn)證計(jì)算。確認(rèn)可以獲取到真實(shí)有效的數(shù)據(jù)信號(hào)后，通過(guò)試驗(yàn)車完成相應(yīng)工況采集到了需要的半軸扭矩?cái)?shù)據(jù)信號(hào)。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)半軸;強(qiáng)度校核;扭矩標(biāo)定;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：U467.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）16-133-03

Abstract： The torque data of semi-floating drive axle which is a important support of vehicle research and development. According to the arrangement of drive axle， designing the data signal transmission plan， checking the strength of modified drive axle， and comparing with the theoretical calculation. Finishing the working condition of test vehicle to acquiring the torque data after confirming the data is real.

Keywords： Drive axle; Checking strength; Torque demarcating; Data acquiring

CLC NO.： U467.3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-133-03

引言

隨著車輛研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使用客觀數(shù)據(jù)去探查問(wèn)題、驗(yàn)證方案結(jié)果的需求也越來(lái)越多。驅(qū)動(dòng)半軸的扭矩?cái)?shù)據(jù)可作為傳動(dòng)系相關(guān)計(jì)算分析的輸入數(shù)據(jù)、對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)，傳動(dòng)系的NVH方面研究的輔助數(shù)據(jù)等。驅(qū)動(dòng)半軸是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件，目前主流的采集旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件的扭矩?cái)?shù)據(jù)方法是布置應(yīng)變片后通過(guò)無(wú)線遙測(cè)或者滑環(huán)接線輸出信號(hào)，也可通過(guò)加裝霍爾齒輪采集脈沖信號(hào)后換算得到扭矩信號(hào)。文章針對(duì)某車型半浮式驅(qū)動(dòng)半軸的扭矩采集的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹，探索在實(shí)際工程項(xiàng)目中如何獲取扭矩信號(hào)。

1 扭矩?cái)?shù)據(jù)采集方案介紹以及校核驗(yàn)證

1.1 扭矩?cái)?shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)姆桨负?jiǎn)述

某車型為前置后驅(qū)的布置形式，后懸為非獨(dú)立懸架，其驅(qū)動(dòng)半軸安裝在驅(qū)動(dòng)橋殼內(nèi)，驅(qū)動(dòng)半軸的結(jié)構(gòu)支承形式為半浮式。目前，驅(qū)動(dòng)半軸的扭矩測(cè)量一般選擇為布置應(yīng)變片的惠斯通直流電橋橋路。其中應(yīng)變測(cè)試電橋根據(jù)驅(qū)動(dòng)半軸的受力狀態(tài)進(jìn)行橋路選擇，橋路類型選擇具體選擇參看1.3章節(jié)的應(yīng)變片布置方案介紹。針對(duì)扭矩測(cè)量的應(yīng)變橋路信號(hào)傳輸方式主要有兩種，一種為無(wú)線遙測(cè)，另一種為半軸打孔布線接接線滑環(huán)。由于該車型的驅(qū)動(dòng)橋殼與驅(qū)動(dòng)半軸間的安裝剩余間隙較小，半軸與橋殼間的裝配最大剩余空間小于20mm，而且后橋的相對(duì)封閉的空間還存在電磁屏蔽問(wèn)題，因此難以布置無(wú)線遙測(cè)部件，加上考慮到工程時(shí)間安排以及成本等相關(guān)問(wèn)題，最后選擇的是半軸打孔布線接接線滑環(huán)的方案，如圖1為驅(qū)動(dòng)半軸打孔方案，需要在半軸上開(kāi)徑向孔以及軸向長(zhǎng)孔，用于傳感器的引線走線。開(kāi)孔的尺寸盡量小，避免對(duì)半軸的強(qiáng)度影響過(guò)大，開(kāi)孔方案的強(qiáng)度校核參看1.2章節(jié)。

1.2 驅(qū)動(dòng)半軸打孔方案強(qiáng)度校核

根據(jù)半浮式驅(qū)動(dòng)半軸的三種設(shè)計(jì)載荷工況進(jìn)行強(qiáng)度校核[1]，預(yù)測(cè)打孔后半軸的強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.1 工況一，縱向力達(dá)到最大，此時(shí)側(cè)向力為0

半軸主要受到驅(qū)動(dòng)扭矩，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ，此外半軸還存在彎曲應(yīng)力σ1，是由縱向力和垂向力的合力繞輪轂支撐軸承到車輪中心平面之間的距離形成的彎曲力矩產(chǎn)生。

1.3 半軸打孔方案強(qiáng)度校核結(jié)果

半軸打孔前的應(yīng)力采用校核公式進(jìn)行計(jì)算。而半軸經(jīng)過(guò)打孔后，孔的邊緣位置的應(yīng)力集中為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，因此采用校核公式計(jì)算得到彎矩、扭矩載荷，將載荷輸入到有限元模型中計(jì)算打孔后的半軸的應(yīng)力。半軸打孔狀態(tài)有限元模型采用Hypermesh軟件進(jìn)行建模，網(wǎng)格大小為3mm，單元類型為四面體，采用Nastran求解器進(jìn)行求解計(jì)算。

強(qiáng)度校核結(jié)果如下表1所示：

2 驅(qū)動(dòng)半軸扭矩測(cè)試應(yīng)變片布置

根據(jù)半浮式驅(qū)動(dòng)半軸的受力分析可知，半軸在工作當(dāng)中主要承擔(dān)繞著軸線的扭矩，以及由于半浮式結(jié)構(gòu)布置額外承擔(dān)的彎矩、軸向力。由于只關(guān)心扭矩信號(hào)，因此選擇的應(yīng)變測(cè)量橋路需要具有消除彎矩、軸向力影響的功能。應(yīng)變測(cè)試中常用于扭矩測(cè)試的惠斯通直流電橋的有半橋和全橋，為了實(shí)現(xiàn)消除彎矩以及軸向力的影響，而半橋不能完全實(shí)現(xiàn)消除彎矩以及軸向力的影響，因此需要選擇全橋作為測(cè)試橋路。

根據(jù)圓軸受扭矩作用時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)分析可得，在圓軸表面的主應(yīng)力方向與軸向方向呈±45°，因此沿此方向布置應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變。在驅(qū)動(dòng)半軸上布置應(yīng)變片的方案如圖2所示，一共布置4片應(yīng)變片，分別為Strain gauge1到4，對(duì)稱布置。

在實(shí)際操作中，驅(qū)動(dòng)半軸上粘貼應(yīng)變片時(shí)選用的應(yīng)變片型號(hào)是剪切片型，如圖3所示。貼片定位點(diǎn)要保證距開(kāi)孔位置有一定的距離，否則開(kāi)孔位置的應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的應(yīng)變數(shù)值異常。

3 扭矩標(biāo)定與理論驗(yàn)證計(jì)算

3.1 驅(qū)動(dòng)半軸扭矩標(biāo)定

完成驅(qū)動(dòng)半軸的應(yīng)變片布置后，需要進(jìn)行扭矩標(biāo)定。通過(guò)標(biāo)定關(guān)系確定實(shí)際貼片的應(yīng)變片測(cè)量的應(yīng)變數(shù)值與加載扭矩之間的換算關(guān)系。本次標(biāo)定在電子扭矩試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，如圖4。