商用車純電驅(qū)動橋下線檢測研究

雷鳴亞，何志偉，曹慶環(huán)，麻俊方

(中國重汽集團工藝研究院，山東濟南 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)嚴格，新能源汽車發(fā)展已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展的主要趨勢，同時被我國列入《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中，用于全面推動新能源汽車等綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)外商用車主機廠采用的新能源技術(shù)有純電動、混合動力和燃料電池。由于純電動渣土車、環(huán)衛(wèi)車等城市工程車對行駛里程要求不高，在新能源商用車的普及過程中具有更明顯的優(yōu)勢。

目前商用車電驅(qū)動橋常見類型主要分為輪邊電驅(qū)動橋、平行軸電驅(qū)動橋和同軸電驅(qū)動橋。電驅(qū)動橋作為一種高度集成的機電一體化驅(qū)動系統(tǒng)，與傳統(tǒng)驅(qū)動橋有諸多不同之處，而且電驅(qū)動橋行業(yè)標準內(nèi)沒有相關(guān)的出廠檢驗規(guī)范，為此針對商用車平行軸電驅(qū)動橋開展了下線檢驗項目及其檢測方法的研究工作。

1 國內(nèi)電驅(qū)動橋檢測標準

為適應(yīng)新能源汽車行業(yè)發(fā)展需求，我國已制定出涵蓋基礎(chǔ)通用、電動車輛整車、關(guān)鍵系統(tǒng)及零部件、接口及設(shè)施四大領(lǐng)域的純電動乘用車標準體系，其中屬于關(guān)鍵系統(tǒng)及部件領(lǐng)域的電驅(qū)動標準是純電動汽車標準體系的重要組成部分。近兩年，中國汽車工程學會先后發(fā)布了T/CSAE 143—2020《純電動乘用車一體化電驅(qū)動總成測評規(guī)范》、T/CSAE 176—2021《電動汽車電驅(qū)動總成噪聲品質(zhì)測試評價規(guī)范》,T/CSAE 143—2020標準包含了測試條件、測試要求、測試方法、判定標準等內(nèi)容。在商用車方面，由于電驅(qū)動總成布置方案和結(jié)構(gòu)不盡不同，尚未形成統(tǒng)一的檢測標準，行業(yè)人士仍在參考電機、減速器、傳統(tǒng)車橋等單體標準制定電驅(qū)動橋的測試方法和技術(shù)要求。未來隨著電驅(qū)動系統(tǒng)高度集成化的發(fā)展，電驅(qū)動橋布置方案趨于模塊化、平臺化設(shè)計，電驅(qū)動橋的檢測方式及要求也將日益標準化。

1.1 電機單體標準

現(xiàn)階段電機單體標準較為完善，涵蓋了使用范圍最為廣泛的異步驅(qū)動電機、永磁同步驅(qū)動電機。其中GB/T 18488—2015《電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)》規(guī)定了驅(qū)動電機系統(tǒng)的技術(shù)要求、試驗儀器儀表、試驗準備以及各項試驗方法，GB/T 29307—2012《電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng)可靠性試驗方法》規(guī)定了驅(qū)動電機系統(tǒng)在臺架上的可靠性試驗負荷規(guī)范及可靠性評定方法。

1.2 減速器單體標準

針對新能源汽車行業(yè)，汽車標準化技術(shù)委員會提出QC/T 1022—2015《純電動乘用車用減速器總成技術(shù)條件》和 QC/T1086—2017《電動汽車用增程器技術(shù)條件》兩項標準。其中QC/T 1022—2015規(guī)定了減速器總成的基本參數(shù)，同時對減速器的基本要求、臺架試驗要求以及清潔度等內(nèi)容提出了指標要求， 并規(guī)定了相應(yīng)的試驗方法。

1.3 車橋單體標準

現(xiàn)行汽車驅(qū)動橋的相關(guān)標準有：QC/T 533—2020《商用車驅(qū)動橋總成》、QC/T 1126—2019《汽車驅(qū)動橋術(shù)語及定義》、QC/T 293—2019《汽車半軸技術(shù)條件及臺架試驗方法》。其中QC/T 533—2020通過整合車橋企業(yè)標準兼顧了更多考核形式和指標，與原標準QC/T 533—1999和 QC/T 534—1999相比，增加了橋殼橫向彎曲疲勞、驅(qū)動橋總成溫升、潤滑、噪聲、輪間差速器疲勞等試驗內(nèi)容和技術(shù)要求，進一步提高了車橋可靠性要求。

2 國際標準法規(guī)動態(tài)

目前國外有關(guān)于汽車的標準組織主要有ISO、IEC、SAE、JASO等，這些組織制定的標準主要以整車的零部件接口及安全性試驗為主，其中汽車工程學術(shù)組織SAE制定了驅(qū)動橋總成及其零部件測試、臺架試驗方法的規(guī)范。國際電工委員會(International Electrotechnical Commission)早在20世紀80年代制定了IEC/TR 60786:1984《電動汽車控制器》、IEC/TR 60785:1984《電動汽車用旋轉(zhuǎn)電機》等電驅(qū)系統(tǒng)標準。在驅(qū)動電機檢測方面，美國的檢測項目多達30余項，包括電機性能、溫升、電安全和保護功能、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試。

3 下線檢測項目

在電驅(qū)動橋總成出廠前，為保證產(chǎn)品功能的完整性且無故障，需要在裝配線的終端進行功能檢測和故障診斷。目前，行業(yè)為完成電驅(qū)動橋下線檢測項目，在參考電動汽車用驅(qū)動電機、減速器以及傳統(tǒng)驅(qū)動橋國標試驗要求的同時，考慮電驅(qū)動橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實車工作路況，最終確定電驅(qū)動橋的主要下線檢測項目。

3.1 氣密性檢測

氣密性檢測就是以空氣、氮氣或者惰性氣體為加壓介質(zhì)檢驗電機冷卻回路和總成油腔是否有泄漏現(xiàn)象。實驗時，試驗介質(zhì)的溫度應(yīng)和試驗環(huán)境的溫度一致并保持穩(wěn)定，被試樣件保留一個通氣閥，逐漸加壓至試驗壓力規(guī)定值，保壓一定時間后，壓力下降值不得超過工藝要求值，或在壓力保持過程中，泄漏率儀表顯示值下降應(yīng)不大于規(guī)定值。

3.2 運轉(zhuǎn)檢測

該項測試主要是為了通過磨合消除零件的早期失效階段，改善各運動副的工作表面狀況以及驗證電驅(qū)動橋的減速器、差速器、換擋等機構(gòu)能否正常工作。測試時，在空載或者負載條件下將電機轉(zhuǎn)速從零升至指定轉(zhuǎn)速，依次切換試驗件的各個擋位，確認無異常后，再依次檢測每個擋位的高速運轉(zhuǎn)情況；檢測電驅(qū)動橋差速時，制動任意一側(cè)輪轂，驅(qū)動電機通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動另一側(cè)輪轂加倍旋轉(zhuǎn)，以驗證差速器是否可以正常工作，具體 檢測方法可參考QC/T 568—2011《汽車機械式變速器總成臺架試驗方法》和QC/T 1022—2015《純電動乘用車用減速器總成技術(shù)條件》的差速器磨合要求。

3.3 噪聲、振動與聲振粗糙度檢測

在車橋工作過程中，任何一個部件的異常都會導(dǎo)致車橋產(chǎn)生噪聲。車橋運轉(zhuǎn)質(zhì)量的傳統(tǒng)檢測方式是依靠人耳對車橋總成的噪聲進行主觀判斷，難以量化評價車橋運轉(zhuǎn)狀態(tài)，易造成錯判和誤判。噪聲、振動與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness,NVH)檢測技術(shù)可以通過分貝儀或者振動傳感器客觀地評價運轉(zhuǎn)中的電驅(qū)動橋是否存在異常振動，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檢測原理如圖1所示。NVH檢測系統(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信號，并與人工設(shè)置或者自學習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。其中自學習是指系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，通過信號數(shù)據(jù)處理技術(shù)計算出100臺樣品的階次振動信號的包絡(luò)曲線，如圖1(a)所示，隨著檢測數(shù)據(jù)的積累，容限帶會不斷地被優(yōu)化，NVH檢測結(jié)果變得更精確、可靠。NVH檢測系統(tǒng)的階次振動信號界面如圖1(b)所示，當階次振動信號超過容限帶上限時，被試件運轉(zhuǎn)存在異常振動。

圖1 NVH檢測原理

3.4 防抱死剎車系統(tǒng)傳感器檢測

作為保障行車制動安全性的關(guān)鍵零部件之一，防抱死剎車系統(tǒng) (Antilock Braking System,ABS)傳感器安裝在電驅(qū)橋輪轂上用于檢測車輪轉(zhuǎn)速，同時整車控制器根據(jù)實時傳輸?shù)能囕嗈D(zhuǎn)速數(shù)據(jù)判斷車輛是否存在滑移傾向，并根據(jù)滑移率做出最佳制動調(diào)整。依據(jù) GB/T 18459—2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標計算方法》制定的ABS 傳感器檢測項目主要有：最大感應(yīng)電壓、最小感應(yīng)電壓、電壓比值。當電驅(qū)橋驅(qū)動電機輸入轉(zhuǎn)速為400 r/min時，測得某車橋ABS傳感器在1 s內(nèi)的性能曲線如圖2所示。

圖2 ABS性能測試曲線

4 結(jié)語

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，純電動乘用車的標準體系已日益完善，其電驅(qū)動橋的檢測技術(shù)也已成熟，然而用于商用車的電驅(qū)動橋檢測及其技術(shù)要求尚未形成標準規(guī)范。文中參考國內(nèi)外電機、減速器、傳統(tǒng)車橋單體檢驗標準，同時結(jié)合同行業(yè)技術(shù)要求從氣密性、總成運轉(zhuǎn)、NVH、ABS傳感器4個方面介紹了商用車電驅(qū)動橋的下線檢測項目及其技術(shù)要求，為同類產(chǎn)品的檢測系統(tǒng)開發(fā)、質(zhì)量評定提供了參考依據(jù)。