新能源動力總成差速器測試

張宏超 馬肖 趙坤 韓旭 周有為

摘 要：我國的差速器總成測試資源及手段還很欠缺，也沒有完整的差速器測試方法和標準體系，這對于我國汽車產業極為不利。在此背景下，通過對現有動力總成測試平臺及液壓伺服系統進行升級改造，以期為汽車產業提供差速器總成測試手段和技術支持。圍繞動力總成測試平臺及液壓伺服系統，參考客戶需求及整車實際行駛情況，建立差速器總成測試能力。其重點是拓展動力總成臺架及液壓伺服系統的試驗范圍;初步探索差速器總成的試驗體系框架。

關鍵詞：差速器總成;試驗能力;測試平臺

差速器總成作為動力總成的關鍵零部件，它對整車的性能具有很大的影響。傳統車差速器總成的設計及制造相對成熟，在使用過程中出現的問題也比較少。目前，中國大力發展新能源汽車產業，尤其是純電動汽車產業。純電動汽車差速器總成主要是參照傳統車差速器總成進行設計、制造。但電動車動力總成與傳統車相比有很大區別，電機工作特性與發動機特性、減速器與變速器以及它們之間的配合方式都有所不同，隨著電動車的推廣及普及，差速器總成也暴露出越來越多的問題，成為動力總成系統中最薄弱的環節。測試需求極其旺盛，而國內差速器總成測試資源及手段還很欠缺，也沒有統一完整的差速器總成測試方法。通過對現有總成臺架和液壓伺服系統的升級改造，建立差速器總成測試能力。

純電動車還處于發展階段，關鍵零部件的測試還未引起足夠的重視。純電動車動力總成相比于傳統車的一個主要特點就是結構緊湊、體積較小，而且未來的發展趨勢也是高速化、集成化、大速比。國內相對成熟在用的純電動車動力總成最高轉速在12000～14000r/min，目前正在研制的轉速在16000r/min左右，還有少數企業在研制最高轉速為18000r/min和20000r/min的產品;目前，三合一動力總成在成本、小型化、管理等方面的優勢比較突出，成為主流趨勢。為滿足上述發展趨勢，差速器總成也越來越小，強度將成為重要挑戰。隨著純電動車保有量的增長，暴露出的問題也越來越多，差速器總成的可靠性就是其中一個，相信差速器總成測試規范及體系會隨著純電動車的發展而逐步完善起來。

1 差速器總成測試概述

差速器總成試驗是復雜的系統工作，它需從零部件的角度去考慮如何模擬實車的工作環境，一般從安裝方式和外部環境兩個方面去考慮。本研究課題主要目標就是要明確試驗的準備流程、邊界條件和操作規程，將試驗變成可控、可操作的標準化流程和方法，大大提高差速器總成試驗的效率。根據客戶需求，將試驗分為兩大類，一是動態性能測試，二是靜態性能測試。動態測試主要難點是模擬差速器總成的工作環境。靜態試驗的主要難點是如何保證載荷傳遞路徑及瞬態響應。

基于動力總成臺架的動態性能測試平臺：差速器無法直接安裝在總成臺架上進行測試，需要模擬其工作環境，差速器總成在減速器內通過兩個軸承固定在減速器殼體之內，通過差速器殼體外圍的一圈螺栓與主減速器從動齒輪相連接;在工作中變速器潤滑油對其進行潤滑。根據上述特點，設計專用齒輪箱進行模擬。

基于液壓伺服系統的靜態性能測試平臺：差速器總成通過殼體將載荷傳入，通過半軸錐齒輪將載荷傳出。靜態測試時，一般需要固定兩個半軸錐齒輪，如此液壓缸無法與差速器殼體相連，需要設計專用工裝進行解決。

2 搭建差速器總成測試平臺

2.1 基于動力總成臺架動態性能測試平臺

動力總成試驗臺架為集成一個驅動電機和四個吸收負載電機的解決方案，可測試混合動力總成/傳統動力總成的各種工作模式。自動化控制系統根據數據測量系統所采的被試件各參數和試驗人員的操作動作，控制測功機加載系統使被試件在特定工況下運行;變速箱冷系統調節變速器油壓在合適溫度。

動力總成臺架的構成：主要由測功機系統、測功機綜合控制系統、數據測試與采集系統、變速箱潤滑油系統等構成。

專用齒輪箱設計：模擬差速器總成在減速器中的工作環境，設計差速器專用齒輪工作箱，專用箱為一對嚙合齒輪，速比參照主減速器速比進行設計，其中從動齒輪中空設計，止口及螺孔設計參照主減速器從動齒輪相關部位進行設計[1]。差速器總成軸承采用與減速器相同的軸承。

變速器潤滑油冷卻系統用于自動變速器冷卻，自動變速器自帶油泵，因此需要增加外循環油泵以實現潤滑溫度控制;同時輸入測功機用于模擬發動機或電機參數，專用箱只模擬了主減的速比，還需要一個齒輪箱用于模擬減速器其他部件速比，增加一個齒輪箱也便于臺架的整體布置，避免設備與被試件之間的干涉。

2.2 基于液壓伺服系統的靜態性能測試平臺

液壓伺服系統工作原理如下圖所示。

液壓伺服系統的構成：由液壓動力機構、反饋機構及控制系統過程[2]。

專用工裝設計：由于一側半軸固定與加載端存在干涉，通過如圖5所示的口字型工裝可以避免干涉。

3 差速器試驗能力

3.1 基于差速器動態測試平臺的齒輪疲勞測試

整個試驗過程在工程院動力總成試驗臺架上進行，臺架采用412（三電機控制）模式進行。主動電機與一級減速箱的輸入端相連，一級減速箱的輸出與專用箱的輸入相連，專用箱的輸出為差速器總成的半軸齒輪，通過半軸及連接法蘭與負載電機相連。

試驗條件：試驗前差速器總成要進行充分的磨合以及預熱;潤滑油溫度控制在特定溫度。

試驗步驟：將差速器試驗專用試驗箱安裝在試驗臺架上，按照規定的試驗工況進行試驗，直至齒輪失效。

部分測試后的部件如下圖所示。

3.2 基于差速器靜態測試平臺的扭矩沖擊測試

整個試驗過程在液壓伺服系統臺架上進行。差速器兩個輸出齒輪通過半軸軸頭固定在鐵地板上，減速器殼體通過工裝與液壓伺服系統相連接。

按試驗要求分別對被試件進行扭矩沖擊測試，試驗后被試件如下圖所示。

4 總結

汽車產業是高新技術產業，純電動車會被更多人接受和選擇。差速器總成是作為動力總成的關鍵零部件之一，它對整車的經濟性、駕駛性有著重大的影響。由于重視程度不夠，我國的差速器總成測試資源及手段還很欠缺，也沒有完整的差速器總成測試方法和標準體系，這對于我國汽車產業極為不利。在此背景下，中汽中心工程院通過對現有設備的升級改造，建立差速器總成測試平臺，以期為汽車產業提供測試手段和技術支持。

參考文獻：

[1]張亮亮.機械封閉式汽車變速器試驗臺設計與分析[D].東北大學，2015.

[2]高崗，鄭建明，章小林，等.直驅泵控電液位置伺服系統模糊滑模控制仿真與實驗研究[J].機械科學與技術，2015（08）.