鮑益智 張 偉 洪建強 周曉冬

(上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司， 上海 201315)

0 前言

電子扭矩管理器產(chǎn)品是斷開式四驅(qū)傳動系統(tǒng)的核心部件，如圖1所示，通常裝配于四驅(qū)車輛的后橋主減速器總成上。

圖1 ETM總成圖

當(dāng)四驅(qū)車輛勻速行駛時，ETM總成可以斷開后橋主要傳動部件，以實現(xiàn)更高的燃油經(jīng)濟性。當(dāng)需要后輪介入驅(qū)動時，ETM總成通過對電機轉(zhuǎn)子位置的控制，可以在400毫秒內(nèi)從兩驅(qū)轉(zhuǎn)換為四驅(qū)模式，從而達到出色的動態(tài)性能。電子扭矩管理器通過執(zhí)行機構(gòu)控制動力的結(jié)合和斷開來實現(xiàn)整車兩驅(qū)和四驅(qū)模式的自動切換。

ETM總成裝配質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到整車四驅(qū)系統(tǒng)的性能，因此對ETM總成相關(guān)性能進行下線檢測有著重要的意義。通過下線測試，有效地攔截一些不合格品，減少返工成本。

1 ETM產(chǎn)品介紹

1.1 ETM的零件組成

圖2為某款ETM總成裝配圖，ETM總成主要由殼體①、球道支撐盤②、斜坡鋼球壓緊組件④、滾針止推軸承⑤、Z型盤⑥、離合器片組⑦、外摩擦片連接組件⑧、波形彈簧⑨、軸承(⑩、)、內(nèi)鋼片連接半軸、擋油圈、平行銷、減速齒、調(diào)整墊片、電機和油封等零件裝配而成。

圖2 ETM總成裝配

1.2 ETM的工作原理

ETM產(chǎn)品的工作原理，如圖3所示，斜坡球道壓緊組件由輸入執(zhí)行盤、球支架組件和輸出制動盤三個零件組成，其中輸出制動盤通過壓裝固定于球道支撐盤零件上，輸入執(zhí)行盤和減速齒連接，球支架組件裝配于上述兩個零件對稱布置的單向斜坡球道溝槽中。當(dāng)ETM從斷開狀態(tài)變?yōu)榻雍蠣顟B(tài)，電機通過減速齒驅(qū)動具有斜坡球道的輸入執(zhí)行盤，從而實現(xiàn)輸出制動盤和輸入執(zhí)行盤的相對旋轉(zhuǎn)運動[1]。該旋轉(zhuǎn)扭矩可使球支架組件上的鋼球沿相反的斜道向上滾動，由此將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為軸向運動，電機輸出扭矩轉(zhuǎn)換為軸向力。軸向力通過壓力盤和滾針止推軸承最終作用于離合器片組上，實現(xiàn)扭矩的輸出。

圖3 工作原理圖

基于上述原理，輸出扭矩的大小可通過控制ECU對電機旋轉(zhuǎn)位置以及輸出電流的大小來進行控制。

1.3 ETM的產(chǎn)品優(yōu)勢

和其他液壓離合器產(chǎn)品相比，ETM總成電機直接控制執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)電機斷電時，受壓狀態(tài)的波片彈簧靠彈力將執(zhí)行機構(gòu)推回至初始狀態(tài)，確保ETM總成處于斷開狀態(tài)，提升四驅(qū)系統(tǒng)的安全性能。

2 電子扭矩管理器四驅(qū)切換過程分析

車輛兩驅(qū)和四驅(qū)切換時，電子扭矩管理器通過對離合器的主動控制，實現(xiàn)兩輪驅(qū)動或者四輪驅(qū)動功能，其工作過程如圖4所示。

圖4 位置特性圖

第一階段：此時斜坡球道壓緊組件的鋼球處于機械零點位置MEZ(Mechanical Zero)，斜坡球道壓緊組件和離合器片組之間存在一定的間隙(Airgap)，也就是通常所說的空行程。離合器壓盤、摩擦片之間為無轉(zhuǎn)矩傳遞階段，此時車輛為兩驅(qū)狀態(tài)[2]。

第二階段：當(dāng)電機驅(qū)動斜坡球道壓緊組件的鋼球到達扭矩傳遞初始位置點OPZ(Operational Zero)，離合器片組壓盤、摩擦片受壓傳遞扭矩，但是傳遞的轉(zhuǎn)矩沒有達到最大輸出扭矩。此時電機持續(xù)輸出扭矩，離合器片組傳遞的轉(zhuǎn)矩持續(xù)增加直到輸出扭矩達到四驅(qū)所需的扭矩。

實際工作過程中，離合器片組的壓盤和摩擦片在扭矩傳遞過程中會產(chǎn)生相對滑摩，因此電子扭矩管理器工作一段時間之后，摩擦片表面會發(fā)生一定程度的磨損，其厚度會不斷變小[3]。如下圖所示，隨著摩擦片的磨損，扭矩傳遞初始位置點會向右偏移，直至扭矩傳遞初始位置點偏移至OPZ(max)點時，此時最大扭矩傳遞點即球道的斜坡終點MEE(Mechanical End)。后續(xù)隨著摩擦片的進一步磨損，離合器片組壓縮行程將無法滿足性能要求，其輸出扭矩將無法達到四驅(qū)所需的扭矩。

3 下線測試設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用

3.1 下線測試設(shè)備原理

如圖5所示，ETM下線測試設(shè)備主要由PLC(Programmable Logic Controller)、EOL ECU(Electronic Control Unit)以及被測對象組成。

圖5 測試臺布局

PLC運行ETM的測試邏輯(自主開發(fā)策略)，通過CAN總線與EOL ECU進行通信，發(fā)送信號指令控制ETM進行測試，并通過EOL ECU采集位置信號電流信號等對被測件進行偏差判斷。PLC通過I/O端口，CAN接口與EOL ECU相連接，EOL ECU與ETM通過DSUB 9連接器進行CAN通訊。

EOL ECU包括測試硬件以及測試軟件。如圖6所示，測試硬件選用德國ADCOS公司開發(fā)的快速控制原型平臺PUMA PTM。

圖6 測試原理圖

ECU的電源主要是外接供電，為KL30。ECU是否工作由KL15信號控制。當(dāng)KL15小于設(shè)定閾值時，為無效信號。當(dāng)KL15大于閾值時，為有效信號，當(dāng)電源管理芯片收到KL15喚醒信號時便會打開內(nèi)部電子開關(guān)或啟動開關(guān)電源，ECU系統(tǒng)才真正開始工作。發(fā)出CAN信號控制ETM測試，回采霍爾傳感器采集的位置信號以及電機的三相電流進行校驗，最后判斷被測件是否合格。CAN總線需要安裝120 Ω的終端電阻。

測試軟件是通過MATLAB工具搭建的Simulink模型進行開發(fā)，包含了以下幾個模塊：

(1)控制模塊：ETM的控制邏輯；

(2)信號接收模塊：CAN信號發(fā)送與接受，故障信號上報；

(3)測試模塊：將采集的位置信號以及電流信號等與預(yù)設(shè)值進行判斷。

通過MATLAB里的Embedded Coder生成代碼。最后使用刷寫工具更新到測試硬件中。

執(zhí)行電機被安裝于ETM總成的殼體上，通過接插件以及線束和測試ECU進行連接，ECU通過電流環(huán)及位置環(huán)實現(xiàn)對電機進行控制。一方面ECU通過全橋電路對電機進行驅(qū)動，通過PWM控制并同時檢測電機的電流。另一方面，對安裝在電機里面的霍爾傳感器的信號進行解碼監(jiān)測，實時監(jiān)測電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動量。根據(jù)采集的電流信號以及位置信號完成閉環(huán)控制。

3.2 測試流程

如圖7所示，一次完整測試過程分為四個階段，依次為初始化階段、機械零點位置MEZ檢測階段、總成性能參數(shù)檢測階段以及安全脫開性能階段。

圖7 測試循環(huán)

初始化階段為電機的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)，確認(rèn)斜坡球道壓緊組件工作過程中是否存在異?？?。

機械零點位置MEZ檢測階段：此時斜坡球道壓緊組件和離合器片組之間存在最大的間隙，離合器片組處于斷開狀態(tài)，并且在控制邏輯中將該位置設(shè)置為零，即機械零點位置MEZ。

總成性能參數(shù)檢測階段：通過占空比控制電機電流的大小，對總成性能參數(shù)進行測試，并在EOL結(jié)束時記錄測試項數(shù)據(jù)，下線測試參數(shù)如下表所示。

表1 下線測試參數(shù)

安全脫開性能階段：當(dāng)電流到達額定設(shè)置的最大電流后，電流信號設(shè)置為0，ECU記錄上述電流變化過程中對應(yīng)的位置變化量(電機轉(zhuǎn)角)。該項內(nèi)容主要檢測受壓的波形彈簧能否讓斜坡球道壓緊組件回到機械零點位置MEZ，即ETM總成處于斷開狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1) 目前下線測試設(shè)備已正式投入使用，該測試系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，能有效檢測并識別不合格的產(chǎn)品，最終提升了生產(chǎn)節(jié)拍，保證總成的裝配質(zhì)量，滿足公司裝配制造的緊迫需求；

(2) 該項下線測試技術(shù)的研究以及應(yīng)用也為公司的質(zhì)量提升，品牌認(rèn)可度提升產(chǎn)生了積極的效果，最終提升了公司產(chǎn)品的核心競爭力，提高了公司在行業(yè)中的領(lǐng)先地位以及客戶對公司先進裝配技術(shù)水平的認(rèn)可，為后續(xù)ETM新項目的獲取提供必要的支撐條件。