2010汽车驱动桥壳台架试验仿真及验证

AUTO PARTS | 汽车零部件商用车驱动桥壳体模态仿真与试验方法研究李旭伟　王恩鹏　杨东绩中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 天津市 300300摘 要： 针对商用车驱动桥壳体模态参数的识别，提出了在不同约束状态下的仿真和测试方法，从计算和试验两个方面验证方法的准确性。

分析了不同约束工况下的结果与驱动桥台架试验振动的关联性，为驱动桥NVH 性能的研究提供了新的思路。

关键词：壳体模态；驱动桥；有限元建模；台架试验1　前言驱动桥是汽车传动系统的重要组成部分，既是车轮与车身或车架连接的部分，也是转速和转矩传递的关键部件。

商用车驱动桥承载了更大的来自于路面的作用力，其内部的齿轮也传递了更大的扭矩。

因此驱动桥在工作过程中来自于内部和外部的动静载荷都有涉及，其刚度、强度和动态特性对于整车的疲劳耐久和NVH性能都有很大影响，对其的设计和分析具有重要的工程意义。

驱动桥在实际工作过程中由于主减速器齿轮的啮合传动，会产生相应的振动，振动经过齿轮轴、轴承传递到桥壳之上，桥壳随之产生振动和噪声。

当发生共振的情况下，壳体会产生强烈的噪声，不但影响车辆动力传动系的工作可靠性，同时还影响乘坐的舒适性[1]。

很多情况下，传动系统发出的噪声并不是在所有的行驶工况下都有，在某个车速工况下会比较明显，需要针对这些工况做有针对性的研究。

驱动桥系统可分成壳体与传动部件两大部分，其中壳体为相对固定的部分，传动部件主要包括齿轮、轴承、半轴等在工作过程中的旋转部件。

针对这些组成部分国内外很多学者都进行了大量的分析研究。

吉林大学李丽，利用CATIA对驱动桥壳进行了三维建模，然后利用有限元软件分析了桥壳在典型工况下的受力情况和受载的疲劳寿命分析[2]。

田程等人专门针对驱动桥主减速器的轴承进行研究，提出了一种考虑轴承刚度耦合性和非线性的有限元计算方法，能够准确的计算出给定外载荷下多支撑轴系中各轴承各方向的载荷和系统的变形[3]。

吴孝泉验证某卡车驱动桥壳的工作特性，对其进行强度分析，并采用S-N方法对优化后的桥壳进行了疲劳寿命预算计算，验证了优化后的驱动桥模态、刚度、强度及疲劳均满足要求[4]。

汽车驱动桥壳台架试验仿真及验证高银峰 吴 斌 宋 博（陕西汉德车桥有限公司 产品研发室）摘 要：在Pro/E环境下建立某汽车驱动桥壳3D模型,利用NX Nastran软件,按国家驱动桥壳台架试验的标准,在计算机中采用有限元方法模拟其垂直弯曲静刚性试验、垂直弯曲静强度试验和垂直弯曲疲劳试验。

同时将有限元计算结果与试验结果进行了对比,吻合较好。

因此用有限元模型模拟台架试验的方法是可行的,能实现在设计阶段对试验结果的预测,有效地降低设计成本,缩短设计周期,产生较好的经济效益。

关键词：驱动桥壳 台架实验 仿真 验证Automotive drive axle housing bench simulation and verificationGAO Yin-feng，WU Bin，SONG BoShaanxi Hande Axle Co., Ltd. R & D OfficeAbstract：In the Pro / E environment, the establishment of a 3D model of the automotive drive axle housing, the use of NX Nastran software, bench by country-driven axle housing standards, in the computer simulation using finite element method, the vertical static bending rigidity test, the vertical bending static strength Test and vertical bending fatigue test. The same time, finite element calculation results with the test results were compared in good agreement. Therefore, the finite element model to simulate bench method is feasible and can achieve in the design phase of the test results of the forecasts, effectively reduce design cost and shorten the design cycle, resulting in better economic benefits.Keywords：Drive axle housing Bench test Simulation Verification1．引言驱动桥桥壳是汽车上的主要零部件之一，它既是底盘中最为主要的承载部件，又是汽车运动的主要传力部件，同时还是驱动桥中其它总成(主减速器、差速器、半轴等) 的外壳，对它们起到安装支撑和保护的作用。

汽车驱动桥壳性能仿真分析及其改进丁文敏【期刊名称】《《机械设计与制造》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】4页(P269-272)【关键词】驱动桥壳; 仿真; 强度; 模态; 刚度【作者】丁文敏【作者单位】江铃汽车股份有限公司江西南昌 330001【正文语种】中文【中图分类】TH16; TP391.71 引言汽车驱动桥壳是汽车的重要传动系统部件[1-2]，在行驶过程中将会承受各种各样的载荷，是非常重要的安全件和功能件，其模态、刚度以及强度直接影响驱动桥的工作特性和使用寿命。

合理地设计驱动桥壳，保证其具有足够的刚度、强度和安全系数，是保证汽车安全性、平顺性的重要措施，因此汽车驱动桥壳应该具有足够的强度和刚度且质量小，并便于主减速器的拆装和调整。

文献[3]采用Hyperworks软件对某轿车扭杆梁式后桥进行有限元建模和强度分析，并且提出了局部改进方案，但其未分析后桥的刚度特性和模态分析。

文献[4]采用有限元分析技术和应力电测技术对某驱动桥壳体进行强度分析和刚度分析，分析结果表明其最大应力均在桥壳过渡区域，但其未分析壳体的模态特性。

文献[5]对某扭转梁式后桥进行试验模态分析和有限元分析，根据应变能较大区域对关键部件进行了改进，提升其模态性能，但是其未考虑后桥的强度性能和刚度性能。

文献[6]对某驱动桥桥壳进行有限元强度分析和自由模态分析，分析结果表明该驱动桥壳的最大应力和模态频率均能满足设计，但是其过度简化了驱动桥壳有限元模型，为未考虑差速器和轮毂等。

以上研究者未同时考察驱动桥的强度特性、刚度特性和模态特性，有一定的局限性。

为了更加精确地分析并且验证某汽卡车驱动桥壳的性能，现基于驱动桥壳原理模型和有限元方法对该驱动桥壳进行有限元建模，包含板簧支座、轮毂和差速器，具有较高的准确性，以此进行强度性能分析，并且对其进行改进改进，使其能够满足强度性能要求。

同时对驱动桥壳的改进方案进行刚度性能分析和模态性能分析，改进分析结果均能够满足刚度要求和模态要求。

小型轮装驱动桥壳的动静态性能仿真分析黄榕清【摘要】为了验证小型轮装驱动桥桥壳新型设计方案的合理性, 提出了基于Hyperworks有限元分析方法的桥壳动静态性能仿真分析. 介绍了静力仿真中驱动桥壳体在3种典型工况和动态性能中约束的模态. 所有的静动态性能仿真都采用有限元分析软件Hyperworks进行,针对仿真的结果进行分析,确定了小型轮装驱动桥桥壳设计方案. 该方案符合设计要求.%In order to verify the rationality of the new design scheme of the drive axle housing in min wheel loader, the static performance simulation analysis method of axle housing is presented based on the Hyperworks finite element analysis. The model analysis of the driving axle housing in 3kinds of typical operating conditions and dynamic performance is mainly introduced. All static and dynamic performance simulation is carried out by using the Hyperworks. According to the results of the simulation analysis, the design scheme of drive axle housing is determined to meet the design requirements for mini wheel loader.【期刊名称】《宁波职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(019)006【总页数】4页(P95-98)【关键词】有限元分析;桥壳;静力分析;模态分析【作者】黄榕清【作者单位】三明职业技术学院机械电子系,福建三明 365000【正文语种】中文【中图分类】TH16小型轮装驱动桥位于传动系统的末端，其基本功能是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左右驱动车轮，并使左右驱动车轮具有行驶运动学所要求的差速功能，同时驱动桥还要承受作用于路面和车架之间的垂直力、纵向力、横向力及其力矩。

基于有限元法的汽车驱动桥壳仿真设计摘要：通过有限元法来进行产品的仿真设计，可以有效降低产品的设计周期以及设计成本。

本文重点针对汽车驱动桥壳的仿真设计工作展开了分析和研究，采取有限元法的三维建模分析方法，有效保证汽车驱动桥壳的设计工作质量。

关键词：有限元法；汽车驱动桥壳；仿真设计汽车驱动桥壳在传统的设计工作当中，通常情况下采用的是类比的设计方法，对已经存在的产品进行有效的改进，然后进行一系列实验和改造。

有限元法属于一种比较先进的结构计算方法，可以通过有限元的分析方法得出汽车驱动桥壳的应力变化以及形变量的具体发展状况，对应力集中区域的速率变化趋势进行有效分析和研究，从中可以得到比较理想化的参数计算结果，在汽车的设计工作当中得到了广泛的应用。

在针对某重型装载汽车的驱动桥壳设计工作中，相关设计工作人员采用的有限元分析方法，建立起了驱动桥壳模型结构，驱动桥壳的整体形变状况、应力分布状况以及强度大小等进行深入分析，相比于传统的设计工作方法，驱动桥壳的受力以及应变状况更加详细，设计工作比较简单，前期的工作成本投入量较低。

1.汽车驱动桥壳模型的建立汽车驱动桥壳的结构构成相对比较复杂，并且其中存在比较复杂的过度曲面结构，因此在实际的分析工作过程中，可以使用三维建模软件建立起汽车驱动桥壳的几何模型。

驱动调和的基础尺寸参数如下所示，壁厚16mm，轮间距1850mm，弹簧距离1050mm。

依照驱动桥壳的几何受力特点和模型特征，在保证典型的受力特征条件下，对汽车桥壳结构进行了有效的简化和分析，具体如图1所示。

在Ansys当中进行了网格划分处理，从中得到了有限元模型，共涉及到了49205个分布节点以及26236个构成单元，如图2所示：图1 驱动桥壳几何模型图2驱动桥壳有限元模型汽车的驱动调和在行驶工作过程中受力的情况相对比较复杂，所承受的外部应力作用主要分为了垂直方向受力牵引力、制动力以及侧方向受力。

在计算工作中通常情况下需要将调和的复杂受力情况进行有效的简化，车轮承受的最大垂直用力大小以及车轮受的最大侧向力分布情况保持相同。

qc t 533-1999汽车驱动桥台架试验方法QC/T533—1999汽车驱动桥台架试验方法代替JB3803—84本标准适用于载货量8t以下〔不包括8t〕旳载货汽车及其相应旳越野车和大客车旳驱动桥，不包括半轴台架试验方法。

1本标准使用旳符号和对试验负荷旳规定1、1本标准使用旳符号统一规定见表1。

1、2对试验负荷旳规定1、2、1驱动桥总成静扭试验计算扭矩1、2、1、1按发动机最大扭矩按式〔1〕计算：1、2、1、2按最大附着力按式〔2〕计算：1、2、1、3驱动桥总成静扭试验计算扭矩Mp旳选取：取Mpe 与Mpф之中较小旳一个。

1、2、2驱动桥总成齿轮疲劳试验和锥齿轮支承刚性试验旳试验计算扭矩1、2、2、1按发动机最大扭矩按式〔3〕计算：1、2、2、2按最大附着力算：计算公式同1.2.1.2。

1、2、2、3驱动桥总成齿轮疲劳试验和锥齿轮支承刚性试验旳试验计算扭矩旳选取：取Mpe 和Mpф之中较小旳一个。

1、2、3驱动桥桥壳垂直弯曲疲劳试验负荷旳选取1、2、3、1最大负荷旳选取：被试车辆作载货车使用时，按该驱动桥载货旳满载轴荷2.5倍计算；作越野车使用时，按该驱动桥旳越野满载轴荷3倍计算。

试验时按上述两种负荷下静态所测旳应力作为静态和动态旳最大负荷旳标准。

1、2、3、2最小负荷旳选取：应力等于零时旳载荷。

2驱动桥总成静扭试验2、1试验目旳检查驱动桥总成中抗扭旳最薄弱零件，计算总成静扭强度后备系数。

2、2试验样品由托付单位提供符合设计图纸要求旳产品，取样3件，并附有必要旳设计工艺资料。

2、3试验方法2、3、1试验装置扭力机、XY记录仪、传感器等。

2、3、2试验程序2、3、2、1将装好旳驱动桥总成旳桥壳牢固地固定在支架上。

驱动桥总成输入端〔即减速器主动齿轮一端〕与扭力机输出端相连。

驱动桥输出端〔即半轴输出端或轮毅〕固定在支架上。

2、3、2、2调整扭力机力臂，使力臂在试验过程中处在水平位置上下摆动，并校准仪器。

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过搭建驱动桥模型，对汽车驱动桥的结构、工作原理及对车辆性能的影响进行深入研究，验证理论知识的正确性，并提高实际操作能力。

二、实验原理汽车驱动桥是汽车传动系统的重要组成部分，其主要功能是将发动机输出的动力传递到车轮，实现车辆的行驶。

驱动桥通常由主减速器、差速器、半轴和桥壳等部件组成。

在实验中，我们将通过搭建驱动桥模型，观察各部件的协同工作，了解驱动桥的工作原理。

三、实验器材1. 驱动桥模型：包括主动轴、从动轴、齿轮、传动轴等。

2. 测量工具：游标卡尺、角度测量仪等。

3. 计算机软件：Matlab、Origin等。

四、实验步骤1. 搭建驱动桥模型：将主动轴、从动轴、齿轮和传动轴等部件按照设计要求组装成驱动桥模型。

2. 观察驱动桥结构：观察各部件的安装位置和连接方式，了解驱动桥的结构特点。

3. 测量齿轮参数：使用游标卡尺和角度测量仪，测量齿轮的直径、宽度、齿数等参数。

4. 分析驱动桥工作原理：观察主动轴转动时，动力如何通过齿轮、差速器、半轴传递到从动轴，进而驱动车轮。

5. 验证驱动桥性能：通过改变齿轮参数、差速器参数等，观察驱动桥的性能变化，分析其对车辆性能的影响。

6. 数据处理与分析：使用Matlab、Origin等软件对实验数据进行处理和分析，得出结论。

五、实验结果与分析1. 驱动桥结构分析：在实验中，我们搭建的驱动桥模型主要由主动轴、从动轴、齿轮、传动轴等部件组成。

主动轴通过齿轮与从动轴连接，实现动力传递。

差速器用于实现两侧车轮的差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向。

2. 齿轮参数对驱动桥性能的影响：在实验中，我们改变了齿轮的直径和齿数，观察驱动桥的性能变化。

结果表明，增大齿轮直径可以增大驱动桥的传动比，提高车辆的爬坡能力；增大齿轮齿数可以减小齿轮的转速，降低驱动桥的噪音。

3. 差速器参数对驱动桥性能的影响：在实验中，我们改变了差速器的齿数和宽度，观察驱动桥的性能变化。

e a rI n t e r v a l N u m b e r P r o g r a mm i n g a n d I n t e r v a lA n a l y s i s M e t h o d[J].E n g i n e e r i n g S t r u c t u r e s,2007,29(11):3168‐3177.[13] D e b K,A g a r w a lS,P r a t a p A,e t a l.A F a s tE l i t i s tN o n‐d o m i n a t e d S o r t i n g G e n e t i c A l g o r i t h m f o rM u l t i‐o b j e c t i v e O p t i m i z a t i o n:N S G A‐Ⅱ[J].L e c-t u r eN o t e s i nC o m p u t e rS c i e n c e s,2000,1917,849‐858.(编辑 王艳丽)作者简介:李伟平,男,1971年生㊂湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室副教授㊁博士㊂主要研究方向为汽车系统动力学㊁优化理论㊂发表论文30余篇㊂王振兴,男,1989年生㊂湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室硕士研究生㊂张宝珍,男,1988年生㊂湖南大学机械与运载工程学院博士研究生㊂窦现东,男,1989年生㊂湖南大学机械与运载工程学院硕士研究生㊂柳 超,男,1990年生㊂湖南大学机械与运载工程学院硕士研究生㊂汽车驱动桥传动效率试验台的研制及测试章德平 莫易敏 赵木青武汉理工大学,武汉,430070摘要:研发了一种专门用于汽车驱动桥传动效率测试的试验台㊂使用该试验台进行测试分析,可以明确影响驱动桥传动效率的关键因素,发现各因素对驱动桥传动效率的影响规律,从而找到提高驱动桥传动效率的有效途径,这对于提高汽车动力性和燃油经济性具有十分重要的意义㊂该试验台采用模块化结构设计,具有安装简便㊁调整方便㊁自动化程度高的特点㊂该试验台采用直接转矩控制来进行转矩和转速控制,利用谐波传动和行星传动技术实现了动态加载,利用直流母线技术实现了系统功率封闭㊂测试结果表明:该试验台测试结果准确,完全满足驱动桥传动效率的测试要求㊂关键词:汽车;驱动桥;传动效率;试验台中图分类号:U467.3 D O I:10.3969/j.i s s n.1004-132X.2014.12.026D e v e l o p m e n t a n dT e s t i n g o fT e s t B e n c h f o rT r a n s m i s s i o nE f f i c i e n c y o fA u t o m o b i l eD r i v eA x l eZ h a n g D e p i n g M oY i m i n Z h a o M u q i n gW u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,W u h a n,430070A b s t r a c t:At e s t b e n c hw a s d e v e l o p e d f o r t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y t e s t i n g.W i t h t h i s t e s t b e n c h,t h e k e y f a c t o r s t h a t h a d i m p a c t s o n t h e t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y o f a u t o m o b i l e d r i v e a x l e c o u l d b e f o u n d,t h e i n f l u e n c e r e g u l a r i t y o f t h e s e f a c t o r s o n t h e t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y c o u l db e d e t e r m i n e d,a n d f i n a l l y,a n e f f e c t i v em e t h o d t o i m p r o v e t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y w a s p r o p o s e d,w h i c hh a dv e r y i m p o r t a n t s i g n i f i-c a n c e t o i m p r o v e t h e d y n a m i c p e r f o r m a n c e a n d f u e l e c o n o m y o f a u t o m o b i l e.A d o p t i n g t h em o d u l a r i z a-t i o nd e s i g n,t h e t e s t b e n c hh a s t h e a d v a n t a g e s o f q u i c k i n s t a l l a t i o n,c o n v e n i e n t o p e r a t i o n a n d h i g h a u t o-m a t i o nd e g r e e.T h e t o r q u ea n ds p e e dc o n t r o l so f t h e t e s tb e n c h w e r ea c h i e v e dt h r o u g hd i r e c t t o r q u e c o n t r o l,d y n a m i c l o a d i n g w a s r e a l i z e d t h r o u g hh a r m o n i cd r i v e a n d p l a n e t a r y t r a n s m i s s i o n,a n ds y s t e m e n e r g y f e e d b a c kw a sb r o u g h t t oa r e a l i t y t h r o u g hD Cb u s t e c h n o l o g y.T h e p r a c t i c e i n d i c a t e s t h a t t h e c o n t r o l p r e c i s i o no f t h e t e s t b e n c hh a s a c h i e v e d t h e a n t i c i p a t e d t a r g e t.K e y w o r d s:a u t o m o b i l e;d r i v e a x l e;t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y;t e s t b e n c h0 引言对于汽车而言,燃油消耗量大小主要取决于发动机系统和传动系统的技术状况[1]㊂驱动桥位于汽车传动系统的末端,其基本功用是增大由传动系统上游部件传递过来的转矩,将转矩分配给驱动桥输出端两侧的驱动车轮,并使驱动车轮具有汽车行驶所必需的差速功能,同时还要承受各种外来作用力[2]㊂传动效率是评价汽车驱动桥系收稿日期:2013 01 15统工作性能的一项重要指标,对汽车驱动桥的使用性能乃至整车的燃油经济性都有很大影响㊂对汽车驱动桥传动效率进行准确测量,不仅有利于深入开展驱动桥的优化研究,而且可以为整个传动系统的动力匹配提供有力的数据支持㊂要进行汽车驱动桥传动效率的测试分析,就需要一个具有很强针对性的测试平台㊂利用专门的试验台架模拟驱动桥实际工况进行传动效率测试,具有价格低廉和可控性强等特点,自然成为了汽车驱动桥传动效率测试的最理想选择㊂㊃9961㊃汽车驱动桥传动效率试验台的研制及测试 章德平 莫易敏 赵木青Copyright©博看网. All Rights Reserved.1 试验台总体设计汽车驱动桥传动效率试验台的基本原理就是通过分别测量汽车驱动桥测试样件的输入功率和输出功率,进而根据相应数学模型计算出汽车驱动桥系统的传动效率㊂驱动桥传动效率测试原理大致如下:以驱动电机作为动力源对驱动桥测试样件进行拖动,驱动桥测试样件输出端两侧都有一台加载电机进行模拟加载;驱动电机和加载电机均可以工作在电动和发电两种状态,测试过程中驱动电机以变频调速的电动机方式模拟发动机工作,可以吸收直流母线能量;加载电机吸收驱动桥测试样件机械能以发电机方式模拟工作负载,将机械能转化为电能并通过直流母线反馈给输入电机,实现能量闭环㊂在驱动电机与驱动桥测试样件输入端之间设有扭矩法兰,可以测得输入扭矩;在加载电机和驱动桥测试样件输出端之间均设置扭矩法兰,可以测量输出扭矩;至于输入端转速和两侧输出端转速,由于驱动电机和加载电机内部均自带旋转编码器,故可直接获取㊂将测得的输入输出扭矩参数㊁输入输出转速参数进行数据处理就能得到系统输入功率㊁输出功率及传动效率㊂汽车驱动桥传动效率试验台布置如图1所示㊂图1 汽车驱动桥效率试验台布置图2 测控系统的设计试验台测控系统采用工控机和P L C主从式结构[3]㊂如图2所示,工控机作为上位机负责人机交互以及控制信号的产生,P L C作为下位机接收工控机的命令对电机进行控制并定时采集传感器检测的转矩和转速信号,两者可以通过标准接口进行相互通信,P L C通过通信模块将系统所需的扭矩㊁转速等参数以信号形式分别发送给各个异步电机的变频控制系统,由变频控制系统改变异步电机的工作特性,各个异步电机工作时的扭矩㊁转速参数的实时数据又会及时地传递回P L C,经过P L C的分析处理,可以实现与工控机的数据交流,进而控制各个电机运行㊂图2 测控系统结构图2.1 变频控制系统所有电机变频控制均采取直接转矩控制(D T C),由于直接转矩控制没有采用解耦的方式,所以在算法上并不存在旋转坐标变换,通过简单检测电机定子电压和电流,借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩,并与给定值进行比较,根据所得差值就能实现转矩的直接控制[4]㊂试验台所用的交流变频控制系统为具有明确定义功能和接口的A B B最新一代全数字变频器控制装置A C S800,其最大的优点就是采用了通用技术,具有广泛的适应性㊂变频控制系统可以分成两个基本部分:转矩控制环和速度控制环㊂2.1.1 转矩控制环异步电机的直流母线电压和定子电流以及逆变器的开关状态由相应检测单元进行检测之后,相应信息流入自适应电机模型㊂在D T C传动运行之前,自适应电机模型在电机辨识的过程中收集数据,这个过程被称为自动辨识㊂通过自动辨识过程,电机模型可以进行精确计算并输出描述电机实际转矩和磁通状态的控制信号,同时也输出电机轴的转速[5]㊂描述电机实际转矩和磁通状态的控制信号进入比较器后每隔25m s就与给定值进行一次比较,通过计算得出的转矩和磁通状态信号随即被输送到优化脉冲选择器,优化脉冲选择器内部使用的数字信号处理器与专用集成电路硬件一起来确定逆变器的开关逻辑㊂转矩控制框图见图3㊂图3 转矩控制框图为获得高动态性能的转矩输出,转矩波动被限制在一定的容差范围内,所有控制信号通过高速光纤来传输,极大地提高了处理速度,每隔㊃0071㊃中国机械工程第25卷第12期2014年6月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.25m s逆变器的半导体开关装置收到一个脉冲来控制功率器件的通断或保持,以保证电机转矩的精确性㊂2.1.2 速度控制环转矩控制系统性能直接影响速度控制系统的动㊁静态性能[6]㊂在直接转矩控制中,通常是由速度控制器根据给定速度与实际速度的偏差产生给定转矩信号,实际速度通常是借助速度传感器来获取的,但系统引入速度传感器增加了系统的复杂性及成本,因此无速度传感器技术就成为一种更理想的选择㊂本试验台速度控制以自适应理论为基础,通过选择合适的参数自适应律,利用转子磁链方程构建了无速度传感器直接转矩控制系统[7]㊂具体速度控制过程如下:在转矩给定控制器的内部,速度控制输出信号为转矩限幅和直流母线电压所限制;当使用外部转矩信号进行速度控制时,从转矩给定控制器输出的内部转矩给定进入转矩比较器;当使用外部转速信号进行速度控制时,外部速度给定信号与电机模型输出的实际速度进行比较,偏差信号进入P I D调节器和加速补偿器,速度控制器的输出为P I D调节器输出值和加速补偿器输出值之和㊂速度控制框图见图4㊂图4 速度控制框图2.2 数据采集系统试验过程中对转矩㊁转速等参数进行持续采集是试验台数据采集系统的主要任务[8]㊂采集任务是由布置在相关位置的各种传感器实现的,通过这些传感器将采集到的数据参数传送到P L C 上,再由P L C对收集来的所有数据进行处理㊂相应传感器所采集到的扭矩或转速参数,通过转换模块输入P L C分析处理之后,由通信模块反馈给变频控制系统,就可以调整异步电机的扭矩或转速,实现对扭矩或转速的闭环控制㊂在测试过程中还需要对润滑油温度㊁桥壳温度㊁室温㊁大气压力㊁湿度等数据等参数进行监控,出现异常情况及时进行报警㊂2.3 电封闭系统汽车试验台大体可分为开放式和封闭式两大类㊂开放式试验台结构简单,但其输入功率除维持系统运转外,其余全部被加载装置以热能形式消耗掉,运行成本较高,故不宜进行大功率加载试验㊂封闭式试验台具有功率回收功能,动力源发出的功率可以部分反馈回来,具有能耗低的优点,因此适合较大功率的长时间运转试验㊂封闭式试验台又可以分为机械封闭式和电封闭式两大类[9]㊂机械封闭式试验台机械结构非常复杂,试验过程中加载的变化和扭矩的准确控制等功能都不易实现,且试验性能不够稳定,通用性较差㊂电封闭式试验台在进行加载的同时还可以实现发电的功能,发出的电通过闭环系统提供给电动机或反馈给电网,以降低试验能耗,电封闭式试验台具有能源利用效率高和能够实现动态加载等优点㊂电封闭式试验台又可进一步细分为交流电能反馈式和直流电能反馈式两类㊂交流电能反馈式试验台通过闭环系统将电能反馈回电网循环利用,对电气设备运行的同步同相要求较高,从而导致电气设备复杂,工作可靠性差,且容易对公共电网造成污染㊂直流电能反馈式试验台则不存在此问题,电机发出的电不送回电网,而是送回到电动机,电气设备简单,工作可靠性高[10]㊂综合各种因素,本文所设计的试验台采用基于直流母线的电封闭结构形式,即将一台驱动电机和两台加载电机变频系统的直流母线互联,三台电机可分别工作在电动状态和发电状态两种模式㊂当试验台进行驱动桥正向扭矩加载时,驱动电机工作在电动状态,整流单元将电网中送来的交流电转化成直流电供给直流母线,驱动电机通过逆变器从直流母线上获取电能驱动测试桥样件运转;而此时加载电机工作在发电状态,将驱动电机经测试样件送来的机械能转换为电能,并将这部分电能进行逆变回馈至直流母线㊂由于外部电网到直流母线间的能量传输只是单向传输,故避免了电机发电对公共电网造成污染㊂电封闭系统原理如图5所示㊂图5 汽车驱动桥传动效率试验台电封闭系统原理图由于采用了采用电封闭结构,故能量可以在上述封闭系统内连续流动,形成能量封闭系统㊂㊃1071㊃汽车驱动桥传动效率试验台的研制及测试 章德平 莫易敏 赵木青Copyright©博看网. All Rights Reserved.在实际测试过程中,由于存在能量损耗,故系统需要从外界补充部分能量来弥补能量损耗㊂为了防止由于电枢并联使发电机也处于电动状态,电动机与发电机的电枢回路要用单向导通的二极管隔离开㊂从能量的角度来看,外界只需要供应上述能量循环过程中由于机械摩擦和电子元件损耗而消耗掉的这部分功率就可以使系统运转,从而实现最大程度地利用能量的目标㊂3 软件结构设计作为中央监控计算机,工控机中安装了控制软件,控制软件界面如图6所示㊂控制软件设计是试验台控制系统的核心,根据设计方案,软件设计必须兼顾控制功能的实现和系统总体布局的需要,既要能实现各模块的控制任务,又要便于实现系统的机电一体化控制㊂目前控制系统的发展趋势是丰富软件功能㊁简化硬件结构,从而提高系统的可靠性和智能性,并有利于系统功能的扩展[11]㊂ 汽车驱动桥传动效率试验台软件系统采用V C ++作为开发工具,采用模块化设计方法,实现了系统状态监控㊁系统参数设置及数据实时显示等功能,界面直观,操作便捷㊂如图7所示,该软件系统主要功能模块如下:图6控制软件界面图图7 软件系统功能模块图(1)控制参数输入模块㊂具有开放的载荷谱编辑功能,可按照一定格式设置进行连续效率测试试验的一系列包含加载负荷输入转速持续时间的试验节点,即可在自动试验模式下,按照设定的试验程序自动完成全部试验循环㊂(2)数据存储模块㊂将测试过程中扭矩和转速数据进行记录并存储下来,输出数据报表㊂(3)数据动态显示模块㊂以实时数据或趋势曲线的形式显示当前驱动电机转速及扭矩㊁加载电机的转速及扭矩㊁被测驱动桥样件内齿轮润滑油温度等状态信息㊂(4)报警监控模块㊂可设定转速㊁扭矩㊁油温㊁驱动桥测试样件安装基板振动量等试验参数的报警上限,对试验过程中的各项试验参数进行实时监控,出现异常情况时可以按照报警分级处理设置对各种故障状态执行相应的处理程序㊂(5)数据处理模块㊂对测试得到的扭矩和转速参数进行处理,得到对应的系统效率值㊂(6)文件管理模块㊂用于对各种图表㊁图形文件的保存㊁读取和删除㊂4 试验台测试应用现以某型号驱动桥为例,进行该驱动桥系统传动效率的测试㊂试验1 保持加载电机的负载为400N ㊃m ,将驱动桥测试样件输入转速由300r /m i n 逐渐增大到2700r /m i n,具体测定结果见表1㊂由测试结果可以发现:当加载电机的负载为恒定值时,随着输入转速的增大,系统功率损失的增大主要来自于搅油功率损失和齿轮啮合功率损失的同时增大;虽然系统功率损失绝对值是增大的,但系统输入功率也是增大的且幅度更大,因此系统负载恒定时,驱动桥的传动效率随输入转速的增大而相应增大㊂试验2 保持测试的输入转速为2700r /m i n,将加载电机的负载由100N ㊃m 逐渐增大到1k N ㊃m ,具体测定结果见表2㊂㊃2071㊃中国机械工程第25卷第12期2014年6月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.表1 试验1测试结果样件序号输入转速(r /m i n )输入转矩(N ㊃m )输出转速1(r /m i n )输出转矩1(N ㊃m )输出转速2(r /m i n )输出转矩2(N ㊃m )效率(%)1299.5181.661.3400.261.1400.390.072598.2183.6122.6400.8122.5401.089.473898.8181.4183.8399.1183.6399.389.9641198.1180.2243.1398.8244.7398.990.1251496.6180.8305.6399.2305.9399.390.2361796.7180.9367.5399.3367.5399.390.2372096.5181.0429.6399.2430.1399.390.4582397.3180.1490.5399.6490.5399.590.78表2 试验2测试结果样件序号输入转速(r /m i n )输入转矩(N ㊃m )输出转速1(r /m i n )输出转矩1(N ㊃m )输出转速2(r /m i n )输出转矩2(N ㊃m )效率(%)1898.384.8184.5178.0184.0171.084.392896.5174.8183.1391.4183.3377.189.843900.0301.1185.4690.0184.0673.292.924899.0428.3184.0996.0184.0961.193.52由测试结果可以发现:当输入转速为恒定值时,随着加载电机负载的增大,搅油功率损失基本不变化,系统功率损失的增大主要来自于齿轮啮合功率损失的增大;虽然系统功率损失绝对值是增大的,但系统输入功率也是增大的且幅度更大,因此,当系统输入转速恒定时,驱动桥的传动效率随着负载增大而相应增大㊂5 结语实际测试结果表明:该试验台结构合理,操作方便,使用范围广,运行时系统稳定可靠,总体能耗较小,完全能满足现实工作中的测试要求㊂参考文献:[1] 许红平,应富强,宋玲玲.机械传动系统多功能试验台的设计研究[J ].机电工程,2002,19(3):8‐10.X u H o n g p i n g ,Y i n g F u q i a n g ,S o n g L i n g l i n g .T h e D e s i g na n d S t u d y o ft h e M a c h i n e D r i v e n S y s t e m M u l t i f u n c t i o nT e s tB e d [J ].M e c h a n i c a l&E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g M a g a z i n e ,2002,19(3):8‐10.[2] 黄宏成,徐继财,闻居博.C V T 效率台架试验与分析[J ].传动技术,2010,24(2):37‐41.H u a n g H o n g c h e n g ,X u J i c a i ,W e n J u b o .T e s t a n dA -n a l y s i s C V T E f f i c i e n c y [J ].D r i v e S y s t e m T e c h -n i qu e ,2010,24(2):37‐41.[3] 蒋巍,石晓辉,李文礼.变速器试验台测控系统的研制[J ].自动化仪表,2012,33(4):45‐51.J i a n g W e i ,S h iX i a o h u i ,L iW e n l i .R e s e a r c ha n dD e v e l -o p m e n t o f t h eM e a s u r e m e n t a n dC o n t r o l S y s t e m U s e d f o rT e s tB e d o fT r a n s m i s s i o nB o x e s [J ].P r o c e s sA u t o -m a t i o n I n s t r u m e n t a t i o n ,2012,33(4):45‐51.[4] 王皖君,张为公,杨帆,等.变速器试验台测控系统设计[J ].测控技术,2011,30(9):21‐23.W a n g W a n j u n ,Z h a n g W e i g o n g ,Y a n g F a n ,e t a l .D e -s i g n o fM e a s u r e m e n t a n dC o n t r o l S y s t e mf o rT r a n s -m i s s i o n T e s t R i g [J ].M e a s u r e m e n ta n d C o n t r o l T e c h n o l o g y,2011,30(9):21‐23.[5] 常智海,吴坚兰,李浩,等.变速箱试验台控制系统[J ].电气传动,2008,38(7):13‐16.C h a n g Z h i h a i ,W u J i a n l a n ,L i H a o ,e ta l .C o n t r o l S ys t e mo fG e a r b o x T e s tB e n c h [J ].E l e c t r i cD r i v e ,2008,38(7):13‐16.[6] L a u w e r y sC ,S w e v e r sJ ,S a sP .R o b u s tL i n e a rC o n -t r o l o f a nA c t i v e S u s p e n s i o no n aQ u a r t e rC a rT e s t ‐r i g [J ].C o n t r o lE n g i n e e r i n g Pr a c t i c e ,2005,13(5):577‐586.[7] I r i m e s c uA ,M i h o nL ,P a d u r eG.A u t o m o t i v eT r a n s -m i s s i o n E f f i c i e n c y M e a s u r e m e n t U s i n g a Ch a s s i s D y n a m o m e t e r [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fA u t o m o -t i v eT e c h n o l o g y,2011,12(4):555‐559.[8] K l e i nFH.T h eV a l i d i t y o f C yc l eL i f eB e n c hT e s tD a t a i nR e l a t i o n t oR e a lW o r ld I n ‐ve h i c l eT e s t i n g [J ].J o u r -n a l of P o w e r S o u r c e s ,1986,17(3):257‐266.[9] N a k a m u r aM.D e v e l o p m e n t o fD i s kT y p eU n d e r w a -t e rG l i d e r f o rV i r t u a lM o o r i n g :P a r t 2,C o n s t r u c t i o n o fT e s t ‐b e d V e h i c l ea n d F i e l d E x pe r i m e n t s [J ].J o u r n a l of t h e J a p a nS o c i e t y o fN a v a lA r c h i t e c t s a n d O c e a nE n gi n e e r s ,2011,13:205‐218.[10] W o n M ,K i mSS ,K a n g BB ,e t a l .T e s t B e d f o rV e -h i c l e L o n g i t u d i n a l C o n t r o l U s i n g C h a s s i s D y n a -m o m e t e r a n dV i r t u a lR e a l i t y :a nA p p l i c a t i o n t oA -d a pt i v eC r u i s eC o n t r o l [J ].J o u r n a lo f M e c h a n i c a l S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2001,15(9):1248‐1256.[11] B i s h o p K M.E l e c t r i c a lE q u i pm e n t f o rA u t o m a t e d V e h i c l e T e s t B e d s [J ].E l e c t r o n i c s a n d P o w e r,1975,21(19):1053‐1054.(编辑 陈 勇)作者简介:章德平,男,1981年生㊂武汉理工大学机电工程学院博士研究生㊂主要研究方向为机械设计及理论㊂发表论文4篇㊂莫易敏,男,1960年生㊂武汉理工大学机电工程学院教授㊁博士研究生导师㊂赵木青,男,1985年生㊂武汉理工大学机电工程学院硕士研究生㊂㊃3071㊃汽车驱动桥传动效率试验台的研制及测试章德平 莫易敏 赵木青Copyright ©博看网. 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驱动桥桥壳疲劳寿命预测与试验验证的开题报告尊敬的指导老师：我是一名机械工程专业的研究生，现在准备选定我的研究方向，并开始我的研究工作。

在经过几次思考和讨论之后，我选择了“驱动桥桥壳疲劳寿命预测与试验验证”做为我的研究课题。

以下是我的开题报告：一、选题背景驱动桥是车辆传动系统的重要组成部分，其正常运行直接关系到车辆的动力性能、稳定性和安全性。

驱动桥的核心部分是桥壳，其承受着车辆的重量、行驶过程中的震动和扭转等各种负荷，容易出现疲劳断裂，影响整个车辆的使用寿命和安全性。

因此，预测驱动桥桥壳的疲劳寿命是非常必要的。

二、研究目的本研究旨在通过建立驱动桥桥壳的疲劳寿命预测模型，预测桥壳在长期使用过程中的疲劳寿命，并进行试验验证，以进一步提高驱动桥的安全性和可靠性。

具体的研究目标如下：1. 研究不同道路条件、手动/自动驾驶等工况下驱动桥的载荷特性。

2. 建立针对驱动桥桥壳的疲劳寿命预测模型，考虑材料参数、载荷、应力集中等因素，并对模型进行验证。

3. 进行驱动桥桥壳的疲劳试验，与预测模型进行对比分析，验证模型的准确性和可靠性。

三、研究方法本研究采用以下研究方法：1. 理论研究：通过文献调研和先进的材料力学理论模型，分析驱动桥的载荷特性和桥壳的疲劳断裂机理，建立桥壳的疲劳寿命预测模型。

2. 细化有限元模型：在建立预测模型的基础上，采用ANSYS软件，对驱动桥的有限元模型进行细化，得到桥壳的应力分布和应力集中区域的位置。

3. 疲劳试验：在海洋大学汽车测试平台，进行驱动桥的疲劳试验，并进行全程监测，包括温度、位移、应变等参数。

通过数据分析和模型对比，验证预测模型的准确性。

四、预期成果本研究预计可以达到以下成果：1. 确定驱动桥桥壳在长期使用过程中的疲劳寿命，为驱动桥的设计和使用提供依据。

2. 建立驱动桥桥壳的疲劳寿命预测模型，该模型可以考虑不同工况和材料参数，准确预测桥壳的疲劳寿命，为驱动桥的优化设计提供科学依据。