摘要

空氣污染、氣候的不斷變化、未來更嚴(yán)格的二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)，以及石油資源的有限性，這些在過去幾年里提升了電動(dòng)交通工具的重要性。有時(shí)相互矛盾的要求驅(qū)使著客戶需要和購(gòu)買更高效的環(huán)保車輛。因此，動(dòng)力系統(tǒng)的電動(dòng)化已成為汽車工業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。電機(jī)能夠在電動(dòng)機(jī)器勵(lì)磁后立即提供扭矩。因此，電機(jī)可以用于通過一個(gè)或兩個(gè)齒輪變速箱來驅(qū)動(dòng)車輛（例如客車），而不是一個(gè)完整的多級(jí)變速箱。這提高了效率，降低了動(dòng)力系統(tǒng)的復(fù)雜性。

另外，為進(jìn)一步降低電動(dòng)車輛的成本，應(yīng)盡可能減小電機(jī)和電池的尺寸?？紤]到這一點(diǎn)，與單速 EDU 相比，扭矩和尺寸更小的電機(jī)與多速 EDU（電驅(qū)動(dòng)單元）結(jié)合使用更具優(yōu)勢(shì)。為了應(yīng)對(duì)這一新概念的挑戰(zhàn)，必須開發(fā)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法。因此，本文的目的是為 EDU 提供先進(jìn)的變速箱測(cè)試方法，以適應(yīng)和改進(jìn)現(xiàn)有傳統(tǒng)變速箱測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。這涉及到功能和耐久性測(cè)試流程，必要時(shí)將對(duì)其進(jìn)行分析、改良和增強(qiáng)。將研究不同行駛條件對(duì)變速器齒輪性能的影響，使用實(shí)際行駛工況可靠地確定測(cè)試極限。這也有助于改進(jìn)可通過 FEV-MASTER-Program 進(jìn)行的可靠性計(jì)算，以估算 EDU 變速箱的使用壽命。

序言

設(shè)計(jì)和測(cè)試是開發(fā)的兩個(gè)密切相關(guān)的基本領(lǐng)域。為了滿足未來傳動(dòng)系統(tǒng)概念的要求和克服新的挑戰(zhàn)，必須制定新的測(cè)試方法。本文的主題是“按照測(cè)試規(guī)范為電驅(qū)動(dòng)單元 (EDU) 部署變速箱測(cè)試目錄”。其目標(biāo)是通過檢驗(yàn)和開發(fā)現(xiàn)有傳統(tǒng)變速器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì) EDU 的測(cè)試方法進(jìn)行調(diào)整和改良。根據(jù)電動(dòng)化動(dòng)力系統(tǒng)的新要求和挑戰(zhàn)，需要對(duì)功能和耐久性測(cè)試運(yùn)行進(jìn)行研究， 必要時(shí)加以改良和增強(qiáng)。將研究不同行駛條件對(duì)變速器齒輪性能的影響，使用實(shí)際行駛工況可靠地確定測(cè)試極限。

基本因素——EDU 測(cè)試計(jì)劃

FEV 測(cè)試目錄中有超過 30 種內(nèi)燃機(jī) (ICE) 車輛變速箱的功能和耐久性測(cè)試流程。本文目的是為電驅(qū)動(dòng)單元的新要求找到解決方法，在必要時(shí)制定和改良現(xiàn)有的測(cè)試流程。有些測(cè)試不需要作出重大更改，因?yàn)榉椒ê鸵鈭D非常直觀，例如功能測(cè)試或最大速度測(cè)試。

另外，一些測(cè)試需要進(jìn)行改良以適應(yīng)新的電驅(qū)動(dòng)單元，例如：


圖 1：不同應(yīng)用的典型測(cè)試流程

在此將簡(jiǎn)要解釋這些流程的意圖。因此，將在“方法”章節(jié)中介紹為這些流程制定的新方法。

磨合流程

磨合流程是適用于各種基準(zhǔn)載荷測(cè)試以及效率和旋轉(zhuǎn)損耗測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。其目的是減少制造痕跡，確保旋轉(zhuǎn)部件上的良好接觸模式。由于這是在耐久性測(cè)試運(yùn)行開始之前的初始測(cè)試，因此它也應(yīng)該確保基本操作特性的功能。

動(dòng)態(tài)強(qiáng)度測(cè)試

通過該測(cè)試應(yīng)該檢查所有齒輪、軸、軸承和軸承座以不同負(fù)載和速度在動(dòng)態(tài)條件下行駛和滑行時(shí)的整個(gè)變速器的壽命耐久性。

最大荷載多級(jí)測(cè)試

通過該測(cè)試應(yīng)該檢查所有齒輪、軸、軸承和軸承座以高負(fù)載和高速度行駛和滑行時(shí)整個(gè)變速器的耐久性。如果可能，甚至必要的話，也可以考慮過載情況。與動(dòng)態(tài)測(cè)試相比，這種測(cè)試在扭矩和負(fù)荷結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單，但更加苛刻和精簡(jiǎn)，目的是在較短的時(shí)間內(nèi)取得有用的測(cè)試結(jié)果。

基本因素——行駛工況

行駛工況可以定義為針對(duì)測(cè)試生成的模式化駕駛時(shí)間表。到目前為止，已經(jīng)制定了許多不同的行駛工況，可以在相應(yīng)的不同場(chǎng)景中測(cè)試不同類型的車輛。在本研究中使用和說明的三種方法分別是新歐洲行駛工況 (NEDC)、全球統(tǒng)一輕型汽車測(cè)試規(guī)程 (WLTP) 和德國(guó) FEV 公司制定的埃菲爾工況。


圖 2：不同的行駛工況，例如 WLTP、NEDC、埃菲爾工況

NEDC

新歐洲行駛工況環(huán)包括五個(gè)行駛工況：四次重復(fù)的 ECE-15 工況（基本城市行駛工況）和一次重復(fù)的 EUDC 行駛工況（額外市郊行駛工況）。圖 2 的小圓圈表示 ECE-15，大圓圈表示EUDC。

WLTP

全球統(tǒng)一輕型汽車測(cè)試規(guī)程是聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) (UNECE) 和歐盟的幾個(gè)成員國(guó)、日本及印度在汽車行業(yè)的幫助下制定的一個(gè)行駛工況。WLTP 包括名為全球統(tǒng)一輕型汽車測(cè)試工況(WLTC)的底盤測(cè)功機(jī)測(cè)試，用于確定輕型車輛（客車）的燃料消耗和排放。本研究的重點(diǎn)是Class3b-WLTC 工況，該工況適用于最大速度大于 120 km/h 且功率重量比大于 34kW/t 的車輛。也就是說，它代表了在全球市場(chǎng)上行駛的車輛。該工況由 4 個(gè)子部分組成，分別為“低”、“中”、“高”和“超高”。

埃菲爾工況

埃菲爾工況是由德國(guó) FEV 公司制定的行駛工況。與 NEDC 和 WLTP 不同，此工況基于德國(guó)中部山區(qū)的真實(shí)駕駛路線（公共道路）。在埃菲爾工況中，除了速度和加速度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)外，還記錄了海拔數(shù)據(jù)。由于埃菲爾地區(qū)（德國(guó)）的地理特征，測(cè)試道路包括許多高海拔和陡峭的斜坡。埃菲爾工況比不記錄海拔數(shù)據(jù)的 NEDC 和 WLTP 更苛刻。工況總時(shí)間為 6657秒。它由農(nóng)村、城市和高速公路三個(gè)子部分組成。


圖 3：駕駛工況在長(zhǎng)度、時(shí)間、速度和加速度方面的對(duì)比

基本因素——行駛阻力

在設(shè)計(jì)車輛動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，行駛阻力是很重要的參數(shù)。行駛阻力與動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生的損耗一起構(gòu)成了車輛的能源需求。作用在車輛上的不同阻力可分為恒定阻力和動(dòng)態(tài)阻力。恒定阻力在恒速行駛過程中發(fā)生，而動(dòng)態(tài)阻力由車輛加速產(chǎn)生。恒定阻力包括空氣阻力、車輪阻力和爬坡阻力。另外，加速阻力在車輛加速的情況下適用。

上面提到的阻力必須被推進(jìn)力克服，這稱為需求力——Fdem。該力涉及空氣阻力 Fair、滾動(dòng)阻力 Fr、加速度阻力 Fa 和爬升阻力 Fcl。