凌展奇 秦千富 黃遠都

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)動半軸的扭矩數(shù)據(jù)。文章根據(jù)具體半軸布置結(jié)構(gòu)進行了數(shù)據(jù)信號傳輸方案的制定，半軸改制方案的強度校核，并進行了扭矩標定數(shù)據(jù)的理論驗證計算。確認可以獲取到真實有效的數(shù)據(jù)信號后，通過試驗車完成相應(yīng)工況采集到了需要的半軸扭矩數(shù)據(jù)信號。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動半軸;強度校核;扭矩標定;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：U467.3 ?文獻標志碼：A ?文章編號：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)的不斷進步，使用客觀數(shù)據(jù)去探查問題、驗證方案結(jié)果的需求也越來越多。驅(qū)動半軸的扭矩數(shù)據(jù)可作為傳動系相關(guān)計算分析的輸入數(shù)據(jù)、對標數(shù)據(jù)，傳動系的NVH方面研究的輔助數(shù)據(jù)等。驅(qū)動半軸是旋轉(zhuǎn)運動部件，目前主流的采集旋轉(zhuǎn)運動部件的扭矩數(shù)據(jù)方法是布置應(yīng)變片后通過無線遙測或者滑環(huán)接線輸出信號，也可通過加裝霍爾齒輪采集脈沖信號后換算得到扭矩信號。文章針對某車型半浮式驅(qū)動半軸的扭矩采集的實現(xiàn)進行介紹，探索在實際工程項目中如何獲取扭矩信號。

1 扭矩數(shù)據(jù)采集方案介紹以及校核驗證

1.1 扭矩數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)姆桨负喪?/p>

某車型為前置后驅(qū)的布置形式，后懸為非獨立懸架，其驅(qū)動半軸安裝在驅(qū)動橋殼內(nèi)，驅(qū)動半軸的結(jié)構(gòu)支承形式為半浮式。目前，驅(qū)動半軸的扭矩測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)變測試電橋根據(jù)驅(qū)動半軸的受力狀態(tài)進行橋路選擇，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。針對扭矩測量的應(yīng)變橋路信號傳輸方式主要有兩種，一種為無線遙測，另一種為半軸打孔布線接接線滑環(huán)。由于該車型的驅(qū)動橋殼與驅(qū)動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，而且后橋的相對封閉的空間還存在電磁屏蔽問題，因此難以布置無線遙測部件，加上考慮到工程時間安排以及成本等相關(guān)問題，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)動半軸打孔方案，需要在半軸上開徑向孔以及軸向長孔，用于傳感器的引線走線。開孔的尺寸盡量小，避免對半軸的強度影響過大，開孔方案的強度校核參看1.2章節(jié)。

1.2 驅(qū)動半軸打孔方案強度校核

根據(jù)半浮式驅(qū)動半軸的三種設(shè)計載荷工況進行強度校核[1]，預(yù)測打孔后半軸的強度風(fēng)險。

1.2.1 工況一，縱向力達到最大，此時側(cè)向力為0

半軸主要受到驅(qū)動扭矩，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 半軸打孔方案強度校核結(jié)果

半軸打孔前的應(yīng)力采用校核公式進行計算。而半軸經(jīng)過打孔后，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算得到彎矩、扭矩載荷，將載荷輸入到有限元模型中計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求解器進行求解計算。

強度校核結(jié)果如下表1所示：

2 驅(qū)動半軸扭矩測試應(yīng)變片布置

根據(jù)半浮式驅(qū)動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，因此選擇的應(yīng)變測量橋路需要具有消除彎矩、軸向力影響的功能。應(yīng)變測試中常用于扭矩測試的惠斯通直流電橋的有半橋和全橋，為了實現(xiàn)消除彎矩以及軸向力的影響，而半橋不能完全實現(xiàn)消除彎矩以及軸向力的影響，因此需要選擇全橋作為測試橋路。

根據(jù)圓軸受扭矩作用時的應(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)變片測量應(yīng)變。在驅(qū)動半軸上布置應(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，對稱布置。

在實際操作中，驅(qū)動半軸上粘貼應(yīng)變片時選用的應(yīng)變片型號是剪切片型，如圖3所示。貼片定位點要保證距開孔位置有一定的距離，否則開孔位置的應(yīng)力集中會導(dǎo)致測量的應(yīng)變數(shù)值異常。

3 扭矩標定與理論驗證計算

3.1 驅(qū)動半軸扭矩標定

完成驅(qū)動半軸的應(yīng)變片布置后，需要進行扭矩標定。通過標定關(guān)系確定實際貼片的應(yīng)變片測量的應(yīng)變數(shù)值與加載扭矩之間的換算關(guān)系。本次標定在電子扭矩試驗機上進行，如圖4。