基于四驱动力总成台架的整车传动系阻力分解测试分析

1、    基于四驱动力总成台架的整车传动系阻力分解测试分析    张维 石昊天 张贺林 孔治国 付玉成 王宏策 于洋 程海涛摘 要：为提高新能源整车的经济性，增加其续驶里程。本文依托四驱动力总成测试台架研究整车传动系中各个动力传动单元在动力输出过程中的阻力分布状况，并根据测试结果对各传动系单元的阻力进行分析评价，提出优化方向，从而降低车辆能量损耗，提高车辆经济性。关键词：四驱动力总成台架;传动系;阻力1 引言近年来，电动汽车凭借其零排放、无污染的特点受到越来越多的青睐1。然而，现阶段电动汽车续航里程普遍较短的问题使大众对其望而却步。除了突破动力电池技术瓶颈

2、之外，提高传动效率是提高其续航里程的另一条关键的技术路线;因此，优化传动系统性能，降低传动系统阻力成为当前汽车企业改善车辆动力性与经济性的一项重要技术措施。本文针对汽车动力传动系统阻力开展研究，利用四驱动力总成测试台架对车辆进行反拖测试，通过扭矩法兰获取不同车速下车辆的阻力矩，并应用逐项拆解法，获取不同传动单元的阻力矩，通过数据拟合的方法获得传动阻力与车速间的关系曲线，最终通过对比和分析锐骐与其他车辆间传动系统阻力差异，评价其传动系统性能水平，同时为被测车辆的动力传动系统改善，降低传动能耗提供技术改进方向和重要的数据支持。2 整车传动阻力构成2.1 整车传动系汽车传动系统是指将驱动电机输出的动

3、力传递至车轮的一系列传动装置，主要包括变速箱、传动轴、驱动桥、半轴、轮毂、制动器等零部件2。汽车传动系统除了传递发动机输出的动力之外，还要将驱动电机输出轴的转速和转矩等特性转化为汽车行驶所需求的驱动特性。2.2 车辆传动系阻力构成车辆传动系统将汽车驱动电机输出的转矩传递至车轮的过程中，需要克服来自传动系统各个部件的传动阻力，最终传递到车轮上的功率小于驱动电机输出的功率，这种功率损失即是由于传动系统的阻力引起的。传动系阻力由两部分组成，即相对运动存在的机械摩擦引起的机械阻力和旋转件搅油引起的液力阻力组成3。3 整车传动系阻力分解测试测试车辆为前置后驱式两驱，其动力传动单元由动力总成、传动轴、后桥

4、、制动卡钳组成，其结构图如图1所示。整车传动系阻力测试采用四驱总成台架对车辆进行反拖试验，测试前，将整车除去四个车轮并安装于四驱总成台架上，车轮轮毂外端分别与四台负载测功机的输出轴扭矩法兰进行连接和固定。正式试验前进行热机操作，热机工况为车速60km/h，保持15分钟。为了能够使所有测试数据具有横向可比性，所有测试项目均在同一工况下进行测试测试，所选取的工况点如表1所示。3.1 整车传动系整体阻力测试试验过程中，车辆处于空档状态，扭矩法兰所测得扭矩即为传动系的阻力矩。整车传动系统整体阻力测试时，车辆固定于测试台上，不拆除任何传动单元，车辆处于空挡状态下，测功机采用四驱转速控制模式，应用测功机在

5、每个工况点对车辆进行反拖测试，记录测功机输出轴的扭矩值，此扭矩即为整车的总传动阻力矩，记为tv，将测试所得阻力矩换算为阻力值，通过最小二乘法二项式进行拟合，则得出车辆传动系整体阻力与车速间的关系式如下式：3.2 动力总成阻力测试因此本文采用一套单轴测功机台架对车辆动力总成的阻力进行测试，应用测功机在每个工况点对车辆进行反拖测试，记录测功机输出轴的扭矩值，此扭矩即为动力总成传动阻力矩，记为tm，将测试所得阻力矩换算为阻力值，通过最小二乘法二项式进行拟合，则得出动力总成传动阻力与车速间的关系式如下式：3.3 后桥与传动轴阻力测试3.1和3.2中的试验结束后，将传动轴与后桥主减速器分离，应用测功机在

6、每个工况点对车辆进行反拖测试，记录测功机输出轴的扭矩值，此扭矩即为后桥的传动阻力矩，记为tr，将测试所得阻力矩换算为阻力值，通过最小二乘法二项式进行拟合，则得出后桥传动阻力与车速间的关系式如下式：测试数据拟合曲线如图4所示。而此时应用车辆传动系整体阻力矩减去动力总成阻力矩及后桥阻力矩即为传动轴的阻力矩tcd：将测试所得阻力矩换算为阻力值，通过最小二乘法二项式进行拟合，则得出传动轴阻力与车速间的关系式如下式：2.4  卡钳阻力测试在完成以上试验后，为了减少因人为安装等造成的试验误差，首先应用台架的前驱两轴模式对带有制动卡恰的前轴模式在每个工况点对车辆进行反拖测试，记录测功机输出轴的扭矩

7、值为tf。然后将制动卡钳进行拆卸，再次在相同工况进行试验，记录测功机输出轴的扭矩值为tf1，则此时可获得卡钳的制动阻力矩为：将测试所得阻力矩换算为阻力值，通过最小二乘法二项式进行拟合，则得出卡钳制动阻力车速间的关系式如下式：4 对比分析及优化提升4.1 对比分析通过对比分析可看出，日产锐骐在整车传动阻力方面具有较大的提升空间。日产锐骐所搭载的电驱动总成效率较高、自身阻力较小，优化空间不大;然而该车辆传动轴、后桥以及卡钳阻力均较大，传动轴、后桥及卡钳阻力在不同车速下的数值如下表2所示。对测试数据进行分析可知，日产锐骐整车传动轴阻力随着车速的升高阻力值成线性递减，这是由于该传动轴由三个万向节组成，

8、且在中间万向节处加入支撑，形成一定传动角度，增大了传动阻力值。因此，日产锐骐整车传动轴建议可通过减少万向节数量以及减小支撑角度来减小其传动阻力。而万向节在低速时对阻力影响较大，高速时影响较小，因此可将高速时（90-100km/h）所测传动轴阻力值作为传动轴阻力优化的目标值，即11.9n。此时传动轴阻力仅与摩擦有关，可近似为恒定值。后桥阻力与轴承摩擦、润滑油温度以及搅油阻力有关。测试时，轴承摩擦阻力近似为定值，此时搅油阻力与转速成线性关系，因此可通过更换阻尼系数更小的润滑油以及选用低摩擦轴承来减小后桥阻力。这里建议将车速为50km/h时的阻力值作为优化的目标值，即在全车速域下优化后的后桥阻力最大

9、值为66.5n左右。优化后后桥最高传动效率提升了0.08%，最低传动效率提升了7.4%，优化效果显著。车辆卡钳阻力为卡钳与制动盘的摩擦阻力，因此卡钳阻力仅与所调整的预紧力有关，建议通过调整预紧力来进一步减小卡钳阻力。通过与同类型车卡钳阻力测试结果进行对比分析可知，日产锐骐卡钳阻力可减小约43%。经过传动轴、后桥以及卡钳阻力优化后，建议优化后的整车传动阻力相比优化前降低约9.38%13.05%，从而进一步降低传动阻力能耗，提升整车传动效率。5 总结（1）基于四驱动力总成试验台架建立了整车传动系统阻力测试的方法和流程，获得测试车辆的各传动单元的阻力分布状态。（2）分析影响各传动单元阻力的主要因素，并根据测试数据提出优化方案，计算出优化后的传动系阻力最大可降低13.05%，从而降低整车传动损耗，提升传动效率。参考文献：1黃瑞，沈天浩，陈芬放，陈俊玄，俞小莉.电动汽车动力总成能量流试验研究j.实验室研究与探索，2018，37