基于開式功率流變速器試驗臺架硬件系統(tǒng)分析

張繼方 徐穎若 張嘉婕

摘要：變速器是汽車傳動系統(tǒng)中最重要的一部分，它主要起著改變驅(qū)動力扭矩和轉(zhuǎn)速的作用，可以使車輛在不同的工況下，完成各種動力性能的要求。那么其性能指標(biāo)對整車的經(jīng)濟性、動力性及工作壽命有重大的影響。因此，設(shè)計出一套快速高效的實驗臺架顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：變速器;性能測試;臺架

前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，能源危機日益加劇，對高性能汽車的研發(fā)成為一項重要的研究方向，很多企業(yè)甚至高校，花費了大量的人力、財力來研究這一問題。變速器作為汽車關(guān)鍵零部件之一，其性能的好壞直接影響車輛的行駛性能和駕駛安全。汽車變速器的研究主要有理論分析和試驗測量。而試驗技術(shù)滲透到汽車行業(yè)，變速器試驗技術(shù)逐漸有了自己的方法和研究。

本文結(jié)合汽車的變速器試驗相關(guān)要求，總體設(shè)計整個硬件結(jié)構(gòu)，再對電氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，最終設(shè)計出滿足試驗要求的臺架，并通過試驗驗證其可行性。本試驗臺，采用開始功率流的方法，以達(dá)到快速、高效試驗的目的。開式功率流試驗臺具有實驗過程的控制相對容易，工作可靠等特點，一般用于小功率和非疲勞壽命試驗的試驗場合。

1總體方案設(shè)計

臺架整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由驅(qū)動電機、萬向節(jié)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、主試箱、陪試箱、電渦流測功機以及各個部分支撐架組成。試驗臺工作時，動力由驅(qū)動電機提供，經(jīng)主試箱和陪試箱傳遞到電渦流測功機，最終由測功機的冷卻系統(tǒng)將能量消耗掉。

2硬件系統(tǒng)選型

2.1驅(qū)動電機的選型設(shè)計

目前，國內(nèi)外對于變速器試驗臺架驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)的方案有兩種，其一是使用發(fā)動機，更能夠?qū)崿F(xiàn)原車加載的方法;其二是電動機作為試驗臺的驅(qū)動設(shè)備。這兩種驅(qū)動方式各有優(yōu)劣。當(dāng)被試件需要快速穩(wěn)定輸出的時候，電機驅(qū)動就能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，而且電動機驅(qū)動噪聲和污染較小，更加環(huán)保，電機的加載和調(diào)速響應(yīng)時間都比較快，具有正反轉(zhuǎn)功能，工作效率高。

在這里，我們用驅(qū)動電機模擬發(fā)動機的功能，為變速器提供試驗所需要的轉(zhuǎn)速和扭矩，結(jié)合本試驗臺架，由公式：

n為電機的輸出轉(zhuǎn)速，TL為電機的負(fù)載扭矩，根據(jù)被測試件的參數(shù)選擇，可計算出所需電機的額定功率，在實際的應(yīng)用過程中，還應(yīng)該考慮電機克服摩擦等引起的功率消耗，需再擴大電機的額定功率選擇值。

在確定以上參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電機的選型。本試驗臺選用的驅(qū)動電機為ABB系列變頻電機，該電機的外形結(jié)構(gòu)為鼠籠型，并配有內(nèi)部冷卻系統(tǒng)，其優(yōu)點是節(jié)能、高效、低噪。

2.2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的選型設(shè)計

在變速器試驗臺架中，輸入和輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩是非常重要的兩個參數(shù)，需要進(jìn)行精密的測試?？紤]到被測變速器的最大扭矩和額定轉(zhuǎn)速，試驗臺擬選用JC系列轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，而傳感器采集到的并非直接是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩型號，是交流電信號，需要進(jìn)行相關(guān)的換算處理，最終將轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸入到監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3電渦流測功機的選型設(shè)計

加載技術(shù)主要分為機械加載、液壓加載以及電力加載三種方式。機械加載，節(jié)奏較為復(fù)雜，安裝調(diào)試難度較大，并且受力件容易磨損;液壓加載，加載過程中，輸出的載荷是脈沖信號，油路容易泄露，導(dǎo)致加載不平穩(wěn)，且小功率小扭矩試驗中結(jié)果不夠準(zhǔn)確。而電力加載，精度高，運行平穩(wěn)，易于控制，其中加載裝置在某些場合還可以轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)能量的再回收利用。

本試驗臺架選用的是電渦流測功機為變速器提供負(fù)載，模擬實際道路的測試條件，并能夠快速冷卻的功能。結(jié)合企業(yè)的實際情況和測試需求，本試驗臺擬選用GW320盤式感應(yīng)測功機。

3變速器下線試驗臺運行試驗

在整個試驗系統(tǒng)設(shè)計完成后，安裝主試箱，并檢查各個部分安裝情況，如圖所示，然后對各個部件進(jìn)行標(biāo)定以及試運行，確保無故障后投入使用。本臺架，針對6S100型中型變速器進(jìn)行試驗，其結(jié)果驗證了本試驗臺能夠很好的完成變速器下線檢測的試驗任務(wù)。

4結(jié)語

本文根據(jù)企業(yè)和變速器試驗檢測要求，設(shè)計搭建了該試驗臺，在設(shè)計的過程中，其硬件結(jié)構(gòu)的選取，影響著整個臺架的穩(wěn)定性和測量精度。作為臺架試驗，硬件系統(tǒng)是整個設(shè)計的核心內(nèi)容，針對驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，較好的進(jìn)行了相關(guān)的核算以及電機的選型。針對加載系統(tǒng)的設(shè)計，確定了電渦流測功機作為加載的設(shè)備，完成了相關(guān)的計算和選型，整體方案設(shè)計較為成熟。在對已搭建的臺架進(jìn)行標(biāo)定和試運行之后，該臺架可以完成實驗室測試的需求，最終能夠完成下線檢測的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]葛慶寬. 450Kw液力變速器試驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計與分析[D].貴州大學(xué)，2018.

作者簡介：張繼方，1991.11，男，漢族，河南省南陽市，研究生，新能源汽車技術(shù)，單位：河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院