新能源變速器動(dòng)力總成臺(tái)架測(cè)試技術(shù)

從柔性臺(tái)架方案、測(cè)試方案及軟件方案三個(gè)方面，介紹了新能源變速器動(dòng)力總成（以下簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)力總成）臺(tái)架測(cè)試技術(shù)。1

序言隨著汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展，新能源變速器逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)變速器[1]。筆者公司開(kāi)發(fā)的新能源變速器種類(lèi)也越來(lái)越多，產(chǎn)量越來(lái)越大，其中涉及的產(chǎn)品譜系也越來(lái)越多。目前，在生產(chǎn)車(chē)間將動(dòng)力總成裝配完成后，只做變速器機(jī)械部分的下線(xiàn)性能測(cè)試，電氣控制部分的性能測(cè)試轉(zhuǎn)運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室完成，這種形式存在以下問(wèn)題：①半成品跨車(chē)間和地區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高。②增加轉(zhuǎn)運(yùn)成本和人員成本。③實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，影響產(chǎn)品交付周期。在新能源變速器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激化的時(shí)代，如何實(shí)現(xiàn)工藝最優(yōu)，降低產(chǎn)品成本，保證量產(chǎn)能力，高質(zhì)量按期交付，已經(jīng)提上日程。為了解決上述問(wèn)題，筆者公司開(kāi)發(fā)了新能源變速器動(dòng)力總成下線(xiàn)測(cè)試臺(tái)架，放置在生產(chǎn)車(chē)間，動(dòng)力總成裝配好后，直接在本車(chē)間完成變速器機(jī)械性能和電氣控制性能的臺(tái)架測(cè)試。2

柔性臺(tái)架方案2.1產(chǎn)品特征梳理和整合

在臺(tái)架測(cè)試方案開(kāi)發(fā)之初需了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)先考慮機(jī)械機(jī)構(gòu)的柔性方案。筆者公司新能源變速器產(chǎn)品種類(lèi)繁多，有11種型號(hào)，每種型號(hào)結(jié)構(gòu)和外觀差異大，扭矩為500～2400N·m，長(zhǎng)度為0.6～1.9m，質(zhì)量為120～900kg，基本覆蓋了整車(chē)市場(chǎng)的各種車(chē)型對(duì)動(dòng)力總成的需求范圍。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合用戶(hù)需求和市場(chǎng)表現(xiàn)，將11種新能源產(chǎn)品進(jìn)行了梳理，從3個(gè)方向進(jìn)行產(chǎn)品整合和分類(lèi)。

考慮動(dòng)力總成在臺(tái)架上的安裝和固定，需要通過(guò)變速器和電動(dòng)機(jī)的懸置面（見(jiàn)圖1）和輔助工裝進(jìn)行安裝，由于輔助支撐結(jié)構(gòu)種類(lèi)多，我們按照安裝特征將產(chǎn)品整合為3類(lèi)，分別為懸置面垂直分布、懸置面偏45°分布和懸置面特殊角度分布。

圖1

新能源動(dòng)力總成對(duì)電動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行梳理，共有110個(gè)型號(hào)，供應(yīng)商覆蓋到12個(gè)廠家。由于電動(dòng)機(jī)控制器需要通過(guò)專(zhuān)有測(cè)試軟件進(jìn)行測(cè)試，所以需要開(kāi)發(fā)至少12種測(cè)試軟件，造成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試難度增大。前期按照控制器高壓電接口和出水口方向等特征將控制器整合為兩類(lèi)，先進(jìn)行前期的下線(xiàn)測(cè)試，再進(jìn)行后期全產(chǎn)品的擴(kuò)展。2.2柔性臺(tái)架由于每臺(tái)動(dòng)力總成都參與臺(tái)架測(cè)試，因此在開(kāi)發(fā)臺(tái)架時(shí)，需要對(duì)動(dòng)力總成的裝、卸夾具進(jìn)行快速更換方案開(kāi)發(fā)。各類(lèi)型號(hào)動(dòng)力總成的種類(lèi)、長(zhǎng)度及質(zhì)量差異太大，必須考慮柔性化方案，提高兼容性，保證整體測(cè)試節(jié)拍匹配生產(chǎn)需求。臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2臺(tái)架整體結(jié)構(gòu)（1）前端固定方案

在電動(dòng)機(jī)和變速器懸置面上安裝固定工裝，再將動(dòng)力總成吊到測(cè)試臺(tái)架上，臺(tái)架安裝底座上按照各種產(chǎn)品的特征開(kāi)設(shè)多個(gè)螺紋孔，以便適用不同電動(dòng)機(jī)的安裝。將電動(dòng)機(jī)上的固定工裝對(duì)正安裝底座上的螺孔，用螺栓聯(lián)接，將變速器上的固定工裝放入臺(tái)架支撐架上的矩形槽中，再利用輔助機(jī)構(gòu)調(diào)整固定工裝的位置，并進(jìn)行鎖緊，這樣就可以解決快速更換產(chǎn)品和裝夾的問(wèn)題。此方案如圖3所示。

圖3前端固定（2）后端連接方案

為了提高臺(tái)架柔性化性能，同時(shí)規(guī)避前后端同軸度誤差產(chǎn)生的測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)，我們模擬整車(chē)連接方式，將變速器輸出端法蘭盤(pán)與臺(tái)架加載端用萬(wàn)向節(jié)連接。整個(gè)后端加載部分安裝在滑軌上，當(dāng)動(dòng)力總成裝夾后，控制后端在滑軌上軸向移動(dòng)，完成與變速器法蘭盤(pán)的連接，這種方式可以大大提高臺(tái)架的兼容性，滿(mǎn)足各種長(zhǎng)度尺寸新能源動(dòng)力總成的臺(tái)架測(cè)試。此方案如圖4所示。

圖4

后端固定3

測(cè)試方案開(kāi)發(fā)3.1測(cè)試項(xiàng)目確定

變速器機(jī)械部分已經(jīng)在生產(chǎn)車(chē)間獨(dú)立完成臺(tái)架下線(xiàn)檢測(cè)，測(cè)試項(xiàng)目比較齊全，在動(dòng)力總成測(cè)試項(xiàng)目上不再考慮機(jī)械部分的測(cè)試。此臺(tái)架測(cè)試主要研究電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制器（MCU）、變速器控制器（TCU）和CAN總線(xiàn)通信等測(cè)試項(xiàng)目。根據(jù)產(chǎn)品性能要求，綜合市場(chǎng)驗(yàn)證出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題，整理出主要測(cè)試項(xiàng)目和指標(biāo)。（1）電動(dòng)機(jī)控制器的CAN通信和軟件版本測(cè)試給臺(tái)架上低壓電，測(cè)試電動(dòng)機(jī)控制器兩路CAN線(xiàn)的波特率，校驗(yàn)軟件版本號(hào)，此過(guò)程由變速器控制器（TCU）完成。波特測(cè)試結(jié)果與TCU中錄入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)判斷結(jié)果。TCU內(nèi)部寫(xiě)入正確的MCU版本號(hào)，可讀取MCU報(bào)文中版本，通過(guò)比較兩個(gè)結(jié)果，自動(dòng)判斷。

（2）電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制器低壓接口、線(xiàn)束檢測(cè)給臺(tái)架上低壓電，TCU讀取MCU報(bào)文，判斷旋變是否有故障，同時(shí)讀取電動(dòng)機(jī)及MCU溫度值，并進(jìn)行故障判斷。

（3）MCU上下電測(cè)試通過(guò)電池模擬器給MCU供電，TCU模擬整車(chē)給MCU發(fā)出上、下電指令，MCU能夠完成上下電。

（4）MCU扭矩響應(yīng)和精度測(cè)試給臺(tái)架上高壓電，冷卻水泵開(kāi)始循環(huán)工作，TCU給變速器掛直接擋，給負(fù)載電動(dòng)機(jī)設(shè)定要求轉(zhuǎn)速，給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)設(shè)定要求扭矩，測(cè)試負(fù)載電動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的MCU扭矩響應(yīng)精度和響應(yīng)斜率。與TCU設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，自動(dòng)判斷結(jié)果，上報(bào)檢測(cè)結(jié)果并存儲(chǔ)。（5）動(dòng)態(tài)加載測(cè)試臺(tái)架上高壓電，冷卻水泵開(kāi)始循環(huán)工作，動(dòng)力總成從1擋掛到最高擋，每個(gè)擋位將轉(zhuǎn)速上升到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，扭矩上升到目標(biāo)扭矩，通過(guò)加載保持運(yùn)行，再進(jìn)行降速和撤扭，測(cè)試動(dòng)力總成的整體性能。3.2測(cè)試流程變速器和電動(dòng)機(jī)合裝動(dòng)力總成后，在臺(tái)架測(cè)試前需要進(jìn)行加油、接電及通水等一系列準(zhǔn)備工序，待測(cè)試完成后也有多個(gè)作業(yè)工序。對(duì)整個(gè)作業(yè)流程進(jìn)行梳理，具體如圖5所示。

圖5

測(cè)試流程4

測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)發(fā)主要包含PLC軟件、MCU軟件和TCU軟件。PLC軟件主要控制臺(tái)架動(dòng)作，在工控顯示屏上操作；MCU軟件是針對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行指令開(kāi)發(fā)的；TCU軟件也添加測(cè)試程序，主要控制變速器選掛擋，充當(dāng)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的大腦，所有的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試邏輯都編寫(xiě)在TCU軟件里。三大軟件之間相互通信，共同完成動(dòng)力總成的自動(dòng)測(cè)試。

4.1預(yù)設(shè)、錄入功能工控顯示屏操作和顯示界面中，管理人員可預(yù)先設(shè)置好測(cè)試箱型的基本信息，包括變速器型號(hào)、技術(shù)協(xié)議號(hào)、擋位數(shù)量、各個(gè)擋位速比數(shù)據(jù)等固定信息，還可以單獨(dú)設(shè)置輸入端驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速、輸出額定轉(zhuǎn)速、擋位測(cè)試時(shí)間等可變信息。管理人員可以根據(jù)試驗(yàn)需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行靈活設(shè)定，包括選擇性的勾選或屏蔽等。

4.2自動(dòng)測(cè)試、報(bào)故障功能臺(tái)架一鍵啟動(dòng)，自動(dòng)完成所有項(xiàng)目的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與TCU軟件中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，判定合格后臺(tái)架給出合格信號(hào)并顯示在顯示屏中。例如，變速器標(biāo)準(zhǔn)速比設(shè)置為1.56，速比誤差為±0.1，在測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)變速器的輸入轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速的測(cè)算速比，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果為1.46～1.66時(shí)，認(rèn)為速比合格，就可直接輸出合格下線(xiàn)信號(hào)。反之檢測(cè)結(jié)果＜1.46或＞1.66都判定為測(cè)試失敗，并在顯示屏上彈出故障代碼，操作人員通過(guò)對(duì)比故障代碼數(shù)據(jù)庫(kù)，可快速鎖定故障原因和故障禍?zhǔn)准?.3報(bào)表功能通過(guò)掃碼將變速器動(dòng)力總成基本信息錄入工控機(jī)，試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試完成后，自動(dòng)生成測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表匯總于工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，隨時(shí)可以查詢(xún)。報(bào)表主要包括了協(xié)議號(hào)、出廠編號(hào)、班次及各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果等內(nèi)容。詳細(xì)的測(cè)試報(bào)表有助于后期數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)追