汽车变速器总成性能加载试验台研制过程中的问题

文/刘青华

1 测试台工作过程

1.1 变速器定输入转速试验

变速器安置在台架后，夹紧、主驱动轴及加载轴的伸缩都是利用液压系统控制相应的液压缸驱动相应机构来实现。控制输入端变频器转速，对各档进行试验。PC机通过PLC系统及采集系统，记录各档的输入转速、输入扭矩、输出转速、输出扭矩等数据，并在屏幕上绘制成曲线显示。

1.2 变速器空载损耗试验

断开输出端与负载间的离合器，输入转速从规定的初始转速开始，以规定的转速间隔上升至额定转速，再以相同间隔回复至初始转速，对各档进行试验，记录各档数据，并绘制输入转速与空载功率损耗的关系曲线。

1.3 振动、噪声试验

启动试验台，分离离合器并挂一档，接合离合器，转速在检测速度时运转3-4s，同时记录转矩及转速等数据；完成记录后，分离离合器，并挂至二档，进行测试；依次升档至五档。通过加速度传感器，噪声仪测量NVH及噪声。

2 系统组成及功能描述

变速器安置在台架后，主驱动及加载是由电机完成的。

被测变速箱的输入和加载系统选择两台交流变频器系统。其中，输入轴端由交流变频电机实现定速驱动。在负载端，交流变频电机工作于发电机状态，同时通过变频器转矩控制功能，实现额定加载；在用作负载端的交流变频器系统，作为发电机回馈的电能，直接通过变频器的公共直流母线，返还给驱动电机使用，有效避免变频器对电网的污染，并可降低整台设备的工作能耗。输入端安装有离合器，可以根据需要在换挡时断开来自驱动电机的运动和动力，同时减少变速器一轴侧的转动惯量，输出端安装有离合器，并可在需要时断开或切换来自变速箱输出端的负载或驱动。

测量记录数据包括：输入转速、输出转速测量，输入扭矩、输出扭矩测量。测试台设有计算机管理系统，将实验过程中采集的相应数据及身份信息被传送到计算机系统存储并显示相应的过程曲线，保存在数据库中的数据并可根据变速箱编号查询。

驱动、负载电机系统选择需要注意的问题：

（1）电机的选择，首先根据变速器的输入特性，可以确定测试时变速器需要的输入扭矩及输入速度，根据扭矩及速度可以选择相应的电机。然后选择负载端电机，由于变速器的负载端需要覆盖整个二轴的输出特性，比如在一档的时候速度不高但是需要较大的扭矩，对应到了高档位速度高但是扭矩不大。所以需要根据变速器每个档位的齿数比将输出端的转速及扭矩列出来对比样本中矩频图选择合适的电机，大部分情况下负载电机要比驱动电机的功率要大一些。

（2）主回路的电源经过同一断路器或空气开关再经过各变频器的交流输入电抗器进入变频器。本系统由于传动侧的变频器处于电动状态，加载侧的变频器处于发电状态，因此实际的进线电流并不大，因此开关的规格可按照输入侧的变频器功率要求配置。进线电抗器的作用是保证在交流供电的情况下的直流母线互联时，对变频器的输入功率模块进行保护。根据电网电压的不同，可以选择电压降为1%或1.7%的输入电抗器。

（3）直流母线将两台丹佛斯FC302变频器的直流端连接在一起，为保护变频器在任何一台变频器直流端短路故障时保护另外的一台变频器，需要接入快速熔断器进行保护，快速熔断器的选择可按照输入侧变频器的功率（此端功率较小）选择即可。建议参比Siba,Bussmann等品牌进行选择，类型至少应为aR型，电压不要低于660VAC.一般按照变频器交流输入侧的最大输入电流（60秒的持续电流）值再乘以1.2-1.6倍选择快熔的电流值即可（冷态和热态的值有些差异）。如变频器的输入电压为380-500V等级的，37KW，60秒的持续输入电流值为90.2A，直流母线快熔的电流选择范围为100-160A，如：Siba-20-189- 20，160A,660V。

（4）制动电阻的选择，因为系统由于直流母线互联，负载侧的回馈能量基本被输入侧利用，制动基本不会被使用，但考虑到在一些工况状态变化情况下，如快速停机的情况避免变频器过压跳闸等，还是加上电阻为好，电阻的功率选择可以小一些，按10%甚至更小的制动周期选择即可。因此变频器的选择上尽量选择小功率的带制动单元，这样可以更经济些。

（5）速度反馈的光电编码器的选择，光电编码器用于测量实际的电机转速，用于变频器的速度控制和转矩控制，特别是转矩控制时，编码器的分辨率越高，越有利于提高转矩的控制精度。建议系统的选择编码器的分辨率最好不低于2048PPR,对于选择采用变频器T32,33接入的推挽式编码器，PNP,NPN的输出方式均可使用。注意编码器至变频器接线防干扰的处理。

（6）试验台的测量及控制系统包括转速测量、扭矩测量、轴径跳动测量、端面跳动测量、PLC、工控机、软件等。测试数据与工件编号绑定后被存储到测量PC中并且如果有需要可以将测量数据传送到网络硬盘中。测量控制系统采用PLC作为运动控制核心，PLC控制器的电源前端加有隔离变压器和（或）滤波器，防止电网的波动和噪声污染使PLC发生故障。全部电控元件（电机、电磁阀等）都可在触摸屏上实时控制或监控，并显示诸如产量等生产信息；用手动工作方式时，可以对每一个电控元件进行手动操作；系统如发生故障，人机界面可显示报警信息；通过触摸屏可对所有生产参数进行修改，但必须有相应权限（通过密码实现）。具体测量有采集卡有PC采集数据并且由测量PC完成数据分析的工作。

3 小结

通过对变速器加载测试台在设计过程中若干问题的讨论，我们明确了使用电机模拟汽车发动机和负载，能够更加真实的反映在变速器在实际工作时的状态。并且由于使用电机，可以方便的改变测试的转矩转速以适应不同型号的变速器，可以使测试台适应当前对工业自动化的柔性化智能化的要求。