摘 "要:通過搭建兩電機(jī)臺(tái)架對(duì)乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩進(jìn)行測(cè)試,分析對(duì)比車輛不同車速下在制動(dòng)卡鉗、輪轂軸承上阻力矩的分布情況以及不同驅(qū)動(dòng)半軸布置角度下的阻力矩分布情況,為被測(cè)車輛傳動(dòng)效率改善與能耗降低提供改進(jìn)路線和技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞:傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩;分解測(cè)試方案;半軸布置角度;傳動(dòng)效率改善
中圖分類號(hào):U467.4 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A " " "文章編號(hào):1005-2550(2022)05-0029-06
Test Technology and Application of Resistance Torque
Decomposition of Passenger Car Transmission System
LI Jian, CHENG Hua-guo, XU Kang, WU Peng, LI Jun
( Xiangyang Da An Automobile Test Center, Xiangyang 441004, China)
Abstract: By building a two-motor bench to test the resistance torque of the transmission system of the passenger car, the distribution of the resistance torque on the brake caliper and the wheel hub bearing at different vehicle speeds and the distribution of the resistance torque at different driving half-shaft arrangement angles were analyzed and compared. Provide improvement routes and technical support for the improvement of the transmission efficiency of the tested vehicle and the reduction of energy consumption.
Key Words: Transmission Resistance Torque; Decomposing Test Scenarios; Half Shaft Arrangement Angle; Transmission Efficiency Improvement
隨著汽車排放碳中和政策的推進(jìn),近年來新能源汽車研發(fā)技術(shù)迅速發(fā)展,純電動(dòng)車型一躍成為了各大車企的研發(fā)重點(diǎn)。然而,純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程卻成為了限制其發(fā)展的難題之一。除了攻克電池本身的技術(shù)難題之外,降低在傳動(dòng)系統(tǒng)上的動(dòng)力損耗,提高整車傳動(dòng)效率也是提升其續(xù)航里程的技術(shù)路線之一[1]。因此,有必要對(duì)純電動(dòng)汽車的行駛阻力矩進(jìn)行測(cè)試研究,旨在降低傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩,從而提高整車?yán)m(xù)航里程。
目前行業(yè)內(nèi)關(guān)于汽車行駛阻力的測(cè)試方法主要是根據(jù)GB/T 12536-90汽車滑行試驗(yàn)規(guī)范中要求,車輛在道路上具有一定車速的情況下,切斷車輛動(dòng)力輸出,斷開動(dòng)力源與傳動(dòng)系統(tǒng)連接,通過慣性帶動(dòng)車輛滑行,滑行距離越長(zhǎng),則表面車輛行駛阻力越小,能耗越低。此方法是通過滑行距離間接反映傳動(dòng)系統(tǒng)阻力,為了進(jìn)一步研究整車的傳動(dòng)系統(tǒng)阻力,有必要對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)阻力進(jìn)行分解測(cè)試,獲得各傳動(dòng)部件的阻力分布占比,從而為整車傳動(dòng)系統(tǒng)阻力減小和能耗降低提供具體優(yōu)化方案。
1 " "道路車輛行駛阻力構(gòu)成
汽車在道路上的行駛阻力主要由空氣阻力、輪胎滾動(dòng)阻力、傳動(dòng)系統(tǒng)阻力等構(gòu)成??諝庾枇σ话闩c車身空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和外界環(huán)境(濕度、溫度、風(fēng)速)相關(guān),輪胎滾動(dòng)阻力主要與路況和輪胎選用有關(guān)。傳動(dòng)系統(tǒng)阻力主要與底盤傳動(dòng)部件選用和布置架構(gòu)相關(guān),并且傳動(dòng)系統(tǒng)阻力是影響整車效率的因素之一。
2 " "整車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
整車傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括從發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)到輪胎的一系列傳動(dòng)零部件,不同車型傳動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)存在一定差異。商用車傳動(dòng)系統(tǒng)一般由變速箱、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋、輪轂等構(gòu)成;越野車傳動(dòng)系統(tǒng)一般由分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、主減速器、驅(qū)動(dòng)半軸、輪邊減速器等構(gòu)成;而目前主流家用兩驅(qū)乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括變速箱、驅(qū)動(dòng)半軸、輪轂等。
本文測(cè)試對(duì)象為前置后驅(qū)電動(dòng)乘用車型,車輛傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電驅(qū)動(dòng)總成、傳動(dòng)軸、變速箱、驅(qū)動(dòng)半軸、輪轂等組成[2],結(jié)構(gòu)圖如圖1。
3 " "傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩測(cè)試原理
車輛傳動(dòng)系統(tǒng)將電驅(qū)動(dòng)總成輸出的動(dòng)力傳遞到輪轂過程中,需要克服來自傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)部件的傳動(dòng)阻力,最終傳遞到輪轂上的功率小于驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的功率,這種功率損失是由于傳動(dòng)系統(tǒng)的阻力引起的[3]。實(shí)車道路上,通過空擋滑行法測(cè)量整車傳動(dòng)阻力的方式是通過滑行距離間接反映傳動(dòng)系統(tǒng)阻力,并不能精準(zhǔn)得到分布在各傳動(dòng)部件的阻力矩分布。而一般汽車行駛阻力的測(cè)試是在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上通過反拖法進(jìn)行,但是轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)由于設(shè)備精度的限制與輪胎阻力跳動(dòng)的影響,測(cè)量誤差較大,往往不一定能達(dá)到想要的效果[4]。
本項(xiàng)目主要通過自搭建兩電機(jī)臺(tái)架對(duì)整車傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩進(jìn)行測(cè)試,拆除被測(cè)車輛驅(qū)動(dòng)輪輪胎,車輛掛至N擋,通過臺(tái)架電機(jī)對(duì)輪轂進(jìn)行反拖,測(cè)量在不同車速下的阻力矩,并逐項(xiàng)拆卸制動(dòng)卡鉗、輪轂軸承分別進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,獲得在不同傳動(dòng)零部件上的阻力矩分布。另一方面,拆除輪轂后,調(diào)整驅(qū)動(dòng)半軸角度,并測(cè)試不同車速下的傳動(dòng)阻力矩,得到各不同驅(qū)動(dòng)半軸布置角度下的阻力矩分布,整體測(cè)試原理如圖2。
4 " "傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩測(cè)試臺(tái)架搭建
基于測(cè)試車輛傳動(dòng)結(jié)構(gòu),搭建測(cè)試臺(tái)架單側(cè)結(jié)構(gòu)如圖3。臺(tái)架電機(jī)依次通過臺(tái)架傳動(dòng)軸、中間支撐軸承座、轉(zhuǎn)速扭矩傳感器與被測(cè)車輛輪轂連接,采集的轉(zhuǎn)速、扭矩信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入到工業(yè)計(jì)算機(jī)。可分別拆除制動(dòng)卡鉗和輪轂進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,被測(cè)車輛底盤固定于液壓千斤頂上,底盤高度可通過液壓千斤頂調(diào)節(jié),進(jìn)而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)半軸布置角度,可進(jìn)行不同驅(qū)動(dòng)半軸布置角度的對(duì)比測(cè)試。
5 " 傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩測(cè)試方法建立
本試驗(yàn)通過兩個(gè)臺(tái)架電機(jī)分別連接后軸兩輪轂進(jìn)行反拖測(cè)試,電機(jī)轉(zhuǎn)速模擬車輪轉(zhuǎn)速,通過輪端傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得扭矩值,來反映傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩。為了保證測(cè)試數(shù)據(jù)的一致性和橫向?qū)Ρ刃裕瑴y(cè)試項(xiàng)目的臺(tái)架電機(jī)轉(zhuǎn)速均按下表1所示進(jìn)行。扭矩值采樣頻率為100Hz,每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)下采樣時(shí)間為30s。為了使測(cè)試過程中,車輛處于一個(gè)較穩(wěn)定狀態(tài),正式試驗(yàn)前,需進(jìn)行整車預(yù)熱,按照等效車速60km/h給定臺(tái)架電機(jī)轉(zhuǎn)速,預(yù)熱時(shí)間為15min。
5.1 " 制動(dòng)卡鉗和輪轂軸承拆除對(duì)比測(cè)試
為了獲得分布在制動(dòng)卡鉗和輪轂軸承的阻力矩,通過逐步拆除制動(dòng)卡鉗、輪轂軸承,對(duì)不同車速下的傳動(dòng)阻力矩進(jìn)行對(duì)比測(cè)試,從而獲得制動(dòng)卡鉗、輪轂軸承各自損耗的阻力矩。
測(cè)試前,將被試車輛掛至N檔。將整車除去后軸兩個(gè)輪胎并置于兩電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上,底盤通過液壓缸頂起,車輪輪轂外端分別通過扭矩傳感器法蘭與兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入軸進(jìn)行連接和固定見圖6,實(shí)際臺(tái)架整體安裝狀態(tài)見圖7:
5.1.1 整車在不拆除其他零部件情況下,進(jìn)行不同車速下的傳動(dòng)阻力矩測(cè)試,分別測(cè)試并記錄電機(jī)轉(zhuǎn)速由100r/min到700r/min時(shí)的實(shí)時(shí)力矩;
5.1.2 整車在拆除制動(dòng)卡鉗后進(jìn)行不同車速下的阻力矩測(cè)試,與不拆除制動(dòng)卡鉗的測(cè)試結(jié)果分析對(duì)比,可獲得分布在制動(dòng)卡鉗上的阻力矩;
5.1.3 整車在拆除輪轂軸承后進(jìn)行不同車速下的阻力矩測(cè)試,與拆除制動(dòng)卡鉗的測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析,可獲得分布在輪轂軸承上的阻力矩。
根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)記錄在不同車速下車輛分別拆除傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的阻力距分布,分別繪制阻力矩與車速關(guān)系曲線。
5.2 " 不同驅(qū)動(dòng)半軸布置角度下阻力矩對(duì)比測(cè)試
由于汽車底盤架構(gòu)總布置的限制,驅(qū)動(dòng)半軸兩端(差速器端花鍵中心和輪胎胎心)通常不在一條直線上,差速器端法蘭面中心線與驅(qū)動(dòng)軸軸桿中心軸線之間通常有一個(gè)夾角,該夾角在空間上的最大值即驅(qū)動(dòng)軸夾角,該角度可由驅(qū)動(dòng)半軸分別與水平方向上和豎直方向上的夾角合成。本文被測(cè)車輛驅(qū)動(dòng)半軸與豎直方向夾角為0°,滿載軸荷情況下驅(qū)動(dòng)半軸與水平方向夾角為4°,則總驅(qū)動(dòng)半軸空間布置角度為4°。一般通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)軸布置夾角不超過7.5°[5]?;诖耍緶y(cè)試方案驅(qū)動(dòng)半軸布置角度測(cè)試范圍為7°-0°。拆除輪轂后,按照后軸輸出驅(qū)動(dòng)半軸與水平方向夾角為7°、6°、5°、4°、3°、2°、1°、0°依次測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下的阻力矩,通過液壓千斤頂調(diào)整被測(cè)車輛底盤離地高度,進(jìn)而調(diào)整驅(qū)動(dòng)半軸與水平方向角度。
拆除后軸輪轂軸承后,將驅(qū)動(dòng)半軸依次通過花鍵法蘭、扭矩傳感器與臺(tái)架電機(jī)連接,驅(qū)動(dòng)半軸一端連接臺(tái)架固定不動(dòng),另一端連接變速箱固定于汽車底盤,通過液壓千斤頂調(diào)節(jié)底盤高度從而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)半軸與水平方向夾角依次從7°到0°,每個(gè)角度通過數(shù)顯水平尺進(jìn)行測(cè)量確認(rèn),分別測(cè)量記錄每個(gè)角度下輪端轉(zhuǎn)速由100r/min到700r/min阻力矩值。
6 " "試驗(yàn)結(jié)果及優(yōu)化分析
實(shí)際采樣頻率為100Hz,每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)下的采樣時(shí)間為30s。為了便于數(shù)據(jù)分析,見表2所示阻力矩值取每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)下相同數(shù)據(jù)量的算數(shù)平均值。
根據(jù)模擬車速與輪轂測(cè)得阻力矩和,繪制車速-阻力矩曲線如下:
通過拆除制動(dòng)卡鉗和輪轂軸承的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知:
(1)測(cè)試車輛傳動(dòng)阻力矩隨著車速的升高阻力矩值基本呈上升趨勢(shì);
(2)車速在30km/h以下,制動(dòng)卡鉗對(duì)整車行駛最大有4.52N·m的扭矩?fù)p耗,阻力矩占比16.8%,可通過調(diào)節(jié)制動(dòng)卡鉗預(yù)緊力進(jìn)一步降低制動(dòng)卡鉗拖曳扭矩;
(3)車速在30km/h以上時(shí),制動(dòng)卡鉗對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩影響開始逐漸變小。這是因?yàn)殡S著車速升高,制動(dòng)盤與卡鉗摩擦片相對(duì)轉(zhuǎn)速變快,制動(dòng)盤將原本通過預(yù)緊力貼靠在制動(dòng)盤上的摩擦片甩開,間隙變大,摩擦阻力矩變小;
(4)通過拆除輪轂軸承與拆除制動(dòng)卡鉗分析對(duì)比可知,在輪轂軸承分布最大阻力矩3.02N·m, 阻力矩占比11.2%,可通過選配低摩擦軸承來改進(jìn)。
根據(jù)模擬車速與實(shí)際兩后軸驅(qū)動(dòng)半軸測(cè)得阻力矩和,繪制車速-阻力矩曲線如下:
通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)半軸布置角度的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知:
(1)驅(qū)動(dòng)半軸布置角度從0°到3°產(chǎn)生的行駛阻力矩基本保持一致;
(2)驅(qū)動(dòng)半軸布置角度在3°以上行駛力矩有較明顯的上升趨勢(shì);
(3)建議被測(cè)車型滿載軸荷下的驅(qū)動(dòng)軸布置角度在3°以內(nèi)。
7 " "總結(jié)
(1)基于搭建的兩電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架建立了乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩的測(cè)試方法和流程,此測(cè)試方法,相對(duì)于車輛空擋滑行阻力測(cè)試和轉(zhuǎn)鼓反拖法,精度更高;
(2)建立了車速、制動(dòng)卡鉗、輪轂軸承、驅(qū)動(dòng)半軸布置角度對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩影響的定量分析方法,精準(zhǔn)獲得針對(duì)零部件的優(yōu)化方案。
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李 " 建
畢業(yè)于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)就職于襄陽達(dá)安汽車檢測(cè)中心有限公司,任傳動(dòng)系統(tǒng)及零部件試驗(yàn)技術(shù)輔助工程師,主要從事于車輛傳動(dòng)系統(tǒng)及零部件試驗(yàn)技術(shù)研究工作。已發(fā)表汽車傳動(dòng)系統(tǒng)及零部件試驗(yàn)技術(shù)專業(yè)相關(guān)公司級(jí)標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)。
專家推薦語
李少華
東風(fēng)商用車技術(shù)中心動(dòng)力總成部
傳動(dòng)系統(tǒng)總工程師 "研究員高級(jí)工程師
本文基于搭建的兩電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架建立了乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩的測(cè)試方法和流程。對(duì)純電動(dòng)汽車的行駛阻力矩進(jìn)行測(cè)試研究,旨在降低傳動(dòng)系統(tǒng)阻力矩,為整車傳動(dòng)效率改善及降低能耗提供指導(dǎo)。