一种汽车驱动桥总成试验台的设计

吕栋腾

摘要： 驱动桥总成是汽车的重要组成部件，驱动桥总成实验系统是汽车生产过程中的重要环节。分析力汽车驱动桥总成的性能要求，设计了一种汽车驱动桥总成试验台。主要介绍了试验装置的组成结构，机电系统的具体配置。该试验台线下运行稳定，对现阶段汽车驱动桥总成试验装置的设计具有一定借鉴意义。

Abstract： The drive axle assembly is an important component of the automobile， and the drive axle assembly experimental system is an important link in the automobile production process. The performance requirements of automobile drive axle assembly are analyzed， and an automobile drive axle assembly test bench is designed. This paper mainly introduces the composition and structure of the test device and the specific configuration of the electromechanical system. The off-line operation of the test bench is stable， which has certain reference significance for the design of automobile drive axle assembly test device at the present stage.

关键词： 驱动桥总成;试验台;机电系统

Key words： drive axle assembly;test bench;electromechanical system

中图分类号：TP273                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0084-02

0  引言

驱动桥总成是汽车的重要组成部件，在以发动机为动力的汽车机械式传动系中，驱动桥被用来将发动机发出的扭矩传递到驱动轮，驱动桥使用频繁，常见的故障有齿轮副早期磨损，齿轮断裂，主齿轮轴承早期磨损，驱动桥发响，驱动桥发热，驱动桥漏油等。这些故障产生的原因和形成并不孤立而有一定的相互联系。在汽车安全性受收到日益关注的今天，对汽车性能的检测技术要求也越来越高。驱动桥总成实验系统作为汽车生产过程中的重要一环，只有通过测试的车桥才能用于车辆总装，通过驱动桥总成检测有利于提高整车质量，减少车辆硬件控制系统的的调整工作，通过检测结果的分析，可以显示驱动桥总成在设计、加工装配中存在的问题并加以改进。

1  驱动桥总成试验台的结构

本次设计的驱动桥总成实验台主要包括由工控机、PLC系统、试验台驱动机械设备和传感器。上位工控机负责在线实时数据的监控和显示，PLC采集现场信息，并接收执行上位机的控制指令，并通过接触器、继电器等低压控制电器驱动实验台的机械设备。传感器实时检测被测量（如主减速器轴承的温度，制动气压等），并将它们转换成一定的电压或电流信号反馈给工控机，进行实时监控。驱动橋总成试验台组成结构如图1所示。本系统上位机选用研华工控机，15寸TFT高清晰真彩平板显示器，预留3个USB接口，一个网络接口，一个并行接口，配备操作键盘。使用隔离变压器、滤波器、屏蔽、多点接地等抗干扰措施。上位机主要处理来自下位机的各种采样数据，判断监控系统运行状态，在试验结束后对试验数据记录打印。选择西门子小型PLC作为下位机，带1个EM223扩展模块。

2  驱动桥总成试验台的机械系统

本次设计的驱动桥总成试验台工作时试件用专用夹具定位，油缸实现夹紧并加载。代用车轮在油缸的推动下与两边制动鼓对接。IPC向PLC发信，主传动电机启动，电磁调速电机通过两个电磁离合器将动力传给两个飞轮和摩擦轮，通过代用车轮将动力传给制动鼓和主减速器。制动磨合时离合器自动脱开，否则报警。飞轮的旋转动模拟汽车行驶平移动能。扭矩-转速传感器测取摩擦轮的扭矩、转速信号，压力传感器测取输入制动气室的气压及制动力的大小信号，噪声传感器测量工作运行时的噪声声压信号，温度传感器测取制动鼓、主减速器轴承和油封部位的温度信号。试验过程中，IPC对采集到的有关数据处理、判断、显示并储存，超标和不正常发出声光报警。再将所输入的数据发信给PLC，由PLC来控制各个部件的动作情况。

3  驱动桥试验台的电气系统

电气系统由主传动系统，液压控制系统，气压控制系统，润滑系统和通风冷却系统五部分组成。2台主传动电动机，1台液压泵电动机，1台气泵电动机，1台为润滑泵电动机，1台鼓风机电动机。其中主传动电动机均为10kW以上的三相笼型异步电动机，应采用降压起动，起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机起动来后再将电压恢复到额定值，使之运行在额定电压下，限制起动电流，减小起动时对负载电压的影响。其余电动机均为10kW以下容量的三相笼型异步电动机，起动时采用直接起动工作方式。

三相交流电源由低压断路器控制，主传动电动机可实现正反转，星三角降压起动，急停控制。电磁离合器和测速发电机由相应的控制器实现通断等功能。液压泵电动机通过接触器的控制来实现单向连续運转，其功能是用来控制工件的夹紧与放松，工作台的前进与后退，往差速锁电磁阀、左右制动气室电磁阀以及进气电磁阀。气压泵电动机通过接触器控制来实现单向连续运转，用来给制动气室供气，和中桥差速锁供气。为制动磨合试验做准备。润滑泵电动机由中间继电器控制单向旋转，试验前要先往中、后桥主减速器及轮边减速器注入定量的润滑油。目的是防止主减速器及其轴承过早磨损，提高驱动桥的寿命。润滑系统要有回流装置，以免造成润滑油的浪费。鼓风机电动机由接触器控制单向旋转，在制动试验过程中，由于制动磨合，使主减速器、轮边减速器轴承部位产生很高的温度。确保开始试验之前就启动通风冷却系统，在试验结束后在停止其工作。这样就保证了主减速器、轮边减速器轴承部位不会因为温度的问题而影响整个试验结果。

驱动桥总成试验台设计中，采用了U、V、W三相分相供电方案，IPC、PLC采用了隔离变压器和UPS不间断电源供电，并提供断电保护现场数据的功能，传感器、PLC模块也采用了隔离变压器供电，强电控制与弱电控制分开安装，强电线与弱电线分开走线，减少了相互串扰。控制电路采用了稳压电源单独供电的措施，对减少电器故障非常有效。

4  驱动桥试验台传感器的选型

传感器作为试验台的检测装置，用来检测制动气室的气压及制动力的大小（压力传感器）;制动鼓、主减速器轴承和油封部位的温度（温度传感器）;驱动桥总成工作运行时的噪声生压（噪声传感器）;摩擦轮的扭矩-转速（钮矩-转速传感器）并将这些数据以反馈给工控机，由工控机来对这些数据进行监控、判断、处理。由于传感器的精度高低、性能好坏直接影响到整个自动测试系统的品质和运行状态。对于传感器的选择主要考虑其技术指标、使用环境、电源、可靠性、维修和管理等要求。

本次设计选用PT100热敏电阻式温度传感器来检测制动鼓、主减速器轴承及轮边温度，当温度超高限报警。在温度传感器中，热敏电阻式温度传感器灵敏度高、温度系数大、响应快，易于实现远距离测量，在汽车得到广泛应用。选用PM10系列压力变送器检测控制输入制动气室的气压及制动力的大小。PM10型压力传感器是一种固态压力变送器，采用先进的微机刻锁加工工艺制成的硅膜片上扩散四个电阻形成四臂式惠斯登电桥组成压阻式力敏器件，可将被测压力作用在硅膜上形成的应力转换成被测压力成正比的电压输出信号。选用JN338数字式转矩转速传感器，检测摩擦轮的扭矩和转速。JN338转矩转速传感器采用了两组特殊环形旋转变压器以实现电源的输入及转矩信号的输出。该传感器同时还可实现旋转轴转速的测量，从而可方便的根据转矩、转速测量值计算出轴输出功率。选用AWA6218A型噪声统计分析仪来检测桥总成运行噪声，作为一种高智能化袖珍式噪声测量仪器，集积分声级计、噪声统计分析仪、数据采集器，数字式记录仪和噪声剂量计等几种仪器功能于一体。综上所选用的温度、压力、噪声、钮矩-转速传感器都具有与计算机通信的功能。选用的传感器都是电流型的，模拟量与数字量严格分开，以保证计算机系统工作可靠，防止串扰。对一些频繁吸合的接触器等电磁部位都安装了RC灭弧装置。操作面板上的开关及计算机上的一些触发转换电路加装了RC滤波电路，可有效提高系统的抗干扰能力。

5  结束语

我国国产车辆生产随着国民经济的不断提高，有了突飞猛进的发展，在生产技术上有了很大的进步，随之相应的检测试验设备也有很大发展，但现阶段国内关于驱动桥总成试验的设备自动化程度不高。本次设计的驱动桥总成试验台能够模拟好坏路面两种工作环境，可进行驱动桥总成综合，驱动桥总成疲劳寿命等试验。涉及的技术领域包括驱动桥总成性能研究，机械设计技术，传感器技术，PLC及其通讯技等，主要偏重系统硬件的配置和选型。经过线下综合调试，该试验台运行稳定，对现阶段车辆驱动桥总成试验装置的设计具有一定的借鉴意义。

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