隨著人們對汽車的舒適性、操控性等需求日益提高，變速器廠家也越來越注重對總成NVH問題控制，其中最重要檢測手段為在線加載。雖然國家在變速器開發(fā)過程中出臺了臺架試驗標準，但針對批量生產(chǎn)出廠檢驗項目而進行的性能測試卻無明確規(guī)定，目前各企業(yè)均根據(jù)自己產(chǎn)品特點，采用在線加載試驗進行下線變速器的出廠性能測試，并形成企業(yè)標準作為判定產(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，為預防控制裝配下線的質(zhì)量必須進行在線診斷，減少外部質(zhì)量損失，對變速器進行100%快速校驗迫切需要。如何快速判斷和辨別出變速器的性能質(zhì)量，除試驗人員具備豐富經(jīng)驗外，還必須配備好的測試設備，在線加載試驗臺因其能夠較真實地模擬汽車行駛工況而被廣泛推廣和應用。我公司是專業(yè)生產(chǎn)各種商/乘用車手動變速器的廠商，批量較大，但同時變型品種也較多，如何開發(fā)出一個適合公司產(chǎn)品特點的在線加載試驗臺至關重要，現(xiàn)就在線加載試驗臺的設計相關要求及工作原理進行探討和總結。


二、在線加載試驗特征描述及比較

簡單來說，在線加載試驗即在產(chǎn)品裝配流水線上利用加載試驗臺對變速器施加部分載荷進行試驗檢測，查看變速器的過程控制可靠性并作出出廠質(zhì)量評價，塞選不合格產(chǎn)品。在線加載試驗是近年來發(fā)展起來的，尤其是電封閉在線加載從國外的引進在近年已成熟應用和國產(chǎn)化，其加載原理及檢測項目源于臺架試驗，能更真實模擬汽車工況，檢測效果好，同時還可以檢測出傳統(tǒng)的空載試驗臺所不能檢測的測試內(nèi)容（如：嘯叫、瞬時速比、同步器性能等），但其驗證目的和檢測項目內(nèi)容卻與臺架試驗有所不同，現(xiàn)將空載試驗、在線加載、臺架加載的特征簡要對比如下表:


備注：表中所述阻力，即汽車行駛過程中存在的風阻、坡阻、轉動慣量等統(tǒng)稱。

三、在線加載試驗臺正確選型

1、根據(jù)能源回饋分類，目前行業(yè)內(nèi)應用加載試驗臺的有開放式/機械封閉式/電封閉式，應用特點如下圖：



2、手動變速器在線加載試驗臺應考慮的加載模式應為電封閉加載，原因如下四點：

1）適用性：試驗臺反應靈敏、易于控制、布置方便靈活、不受被測件尺寸及傳動比的限制等特點。

2）有效性：在模擬汽車工況方面更真實，能夠實施正拖、反拖等，明顯優(yōu)于磁粉制動器等，可以更好驗證變速器和質(zhì)量評價；

3）經(jīng)濟性：能量回收利用，功耗相對較小，后期運行成本小，同時，選用電機壽命長，維護簡單，符合節(jié)能設計原則；

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

四、電封閉加載試驗工作原理

試驗臺的驅動和加載功能主要是通過變頻調(diào)速柜對變頻電機的矢量控制（PID控制器）來實現(xiàn)，使得各時間段扭矩、轉速進行相應匹配，并滿足加載規(guī)范中的要求，從而模擬汽車行使工況。臺架的驅動系統(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，分別完成對驅動電機和加載電機的精確速度、扭矩控制。此結構能夠對試驗臺機械傳動系統(tǒng)（包括被試變速箱總成）中由于變速箱總成在傳動過程中的能量損失（約占5％～10％） 和2臺（針對縱置變速器）交流伺服電機的工作過程匯總產(chǎn)生的功耗（約占15％～20％）之外的所有能量進行回收，回收的能量通過直流至直流母線用以驅動電機運行或直接反饋至電網(wǎng)，從而形成能量的閉環(huán)系統(tǒng)。當然，由于上述的兩種損耗造成的能量損失應有外部供電電網(wǎng)補充。

1、電封閉電氣控制原理示意圖（圖1）



2、電封閉加載臺動作過程簡介：

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

1）正拖（如上圖1中R檔試驗階段t1-t2-t3）：

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

b、輸入電機根據(jù)信號指示進行加速，該狀態(tài)為電動機，給變速器提供動力，而此時輸出電機則根據(jù)信號指示以限制速度模式（不能超過設定的轉速），以滿足得到輸入端提供的相應扭矩，阻止輸入端加速轉動，并通過做磁力線運動將動力轉化為電能，此時加載電機相當于發(fā)電機，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，此過程中輸出電機施加設定反向扭矩進行減速，齒輪由勻速轉動以一定的加速度進行減速，直至轉速降低到設定的目標值，而輸入端施加的扭矩減小至能保持勻速轉即可（怠速狀態(tài)，即油門完全松開狀態(tài)發(fā)動機提供的初始動力）；

b、輸入端電機根據(jù)信號指示進行扭矩變化，該狀態(tài)仍為電動機（只是提供的動力小于負載提供的阻力），而此時加載電機由發(fā)電狀態(tài)調(diào)整為電動狀態(tài)，提供阻力（相當于汽車慣性仍在高速轉動），由于輸出轉速高于輸入端，反拖輸入端提高轉速，致使驅動電機整體做負功，處于發(fā)電狀態(tài)，即輸入電機為發(fā)電機，輸出電機為電動機。

3）輸入端加載扭矩與轉速變化（正拖—勻速—反拖）試驗實物圖如圖3；



圖3（我公司5T28加載試驗臺5檔測試界面截圖）

五、在線加載試驗臺設計要求：

1、裝夾快捷、操作方便；

2、各項內(nèi)容檢測時間較短，能夠快速檢測判定結果；

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

5、預留一定換產(chǎn)接口（軟件/硬件），適用變型變速器試驗較強（針對我公司變種產(chǎn)品多，批量小特點）。

六、變速器在線加載試驗的功用

短時間內(nèi)對變速器的噪音、選換檔性能等NVH指標進行正確評價，具體檢測內(nèi)容如下：

1、測試正反齒面加載噪音（檢測手段：耳感、聲級計、振動頻譜分析儀）；

2、選換檔性能（選換檔力、選換檔位移）（檢測手段：手感、設備傳感器）；

3、倒車、變速同步功能（檢測手段：目測、設備傳感器/速比對比）；

4、倒車燈/里程表開關（檢測手段：設備檢測）；

5、傳動效率（檢測手段：根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)計算）

6、轉彎功能（針對帶差速變速器，檢測手段：根據(jù)傳感器采集差速速差與設定同步速差對比）。

7、油封動態(tài)密封檢測（檢測手段：目測，運轉過后油封處是否有漏油現(xiàn)象）

七、總結

因受變速器產(chǎn)品結構本身設計特征、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臺表現(xiàn)的形式有可能差別較大，但無論如何變化，其工作原理及設計出發(fā)點是相同的，因此本文可作為設備選型、設計等參考。