技术领域
[0001] 本
发明属于
汽车台架试验领域，特别涉及一种汽车驱动桥轮间差速锁冲击耐久试验台及台架试验方法。技术背景
[0002] 驾驶员通常会在车辆两侧轮胎附着条件差异大的路面上，选择使用轮间差速锁起步脱困。此时车辆处于低挡位，在锁止轮间差速锁后，理论上应该缓慢结合
离合器，而驾驶员倾向于加大
油门提升
发动机转速，快速结合离合器，从而产生车辆传动系误用，对轮间差速锁组件产生很大的冲击
扭矩。受到驾驶习惯以及车辆工况的影响，轮间差速锁工作时，存在移动齿套与固定齿套不完全
啮合的情况，这进一步恶化了轮间差速锁组件的受
力状况。根据系统动力学分析，轮间差速锁的组件所承受的扭矩为交变冲击扭矩，属于疲劳损伤范畴，对差速锁组件的损伤更大。
[0003] 目前整车试验是进行轮间差速锁耐久试验唯一方法，但是存在整车整备时间长、试验工况一致性差、试验周期长及成本高等不利因素，所以不适合大范围推广应用，需要寻求新的测试方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种汽车驱动桥轮间差速锁冲击耐久试验台及台架试验方法，以驱动桥作为试验样品，模拟实
车轮间差速锁的使用工况，在室内完成验证任务，具有试验条件稳定可控、试验成本低和试验周期短等优势，目前驱动桥行业内没有该方面的专用台架试验设备，也没有该方面的台架试验方法。
[0005] 本发明的目的通过如下技术方案实现：
[0006] 一种驱动桥轮间差速锁冲击耐久试验台及台架试验方法，包括
[0007]
基座1，所述的基座上布置有驱动
电机系统、惯性盘系统、陪试系统、测量系统、样品约束系统、负载单元；
[0008] 所述的
驱动电机系统包括驱动电机2和驱动电机脱开离合器3，所述的驱动电机2通过电机支座固定在基座1上，其
输出轴与驱动电机脱开离合器3的从动盘连接；
[0009] 所述的惯性盘系统包括惯性盘组6、轴向
定位装置7、惯性盘
支架8、前
轴承座5、惯性盘轴4和后轴承座9；惯性盘轴4的两端通过前轴承座5和后轴承座9
支撑在基座上，惯性盘支架8固定在后轴承座9上，惯性盘组6中的不工作的惯性盘套置在惯性盘支架8上，轴向定位装置7套置在惯性盘轴4上抵靠在前轴承座5方向上的惯性盘上，所述的驱动电机脱开离合器3的压盘固定在惯性盘轴4上，惯性盘组6套置在惯性盘轴4上
花键连接；
[0010] 所述的陪试系统包括陪试离合器10、
变速器总成12和前
传动轴13，陪试离合器10的压盘固定连接在惯性盘轴4上，所述的陪试离合器10、变速器总成12、前传动轴13采用整车布置形式，变速器总成12和陪试离合器10的
外壳均与支承单元11联接，支承单元11与基座1固定连接；变速器总成12的输出端和前传动轴13输入端联接；
[0011] 所述的测量系统包括扭矩测量系统和
角度测量系统，所述的扭矩测量系统的输入端位于驱动桥输入端，由输入扭矩
传感器19和第三轴承座15组成，所述的前传动轴13的输出端与第三轴承座15的输入
法兰相联接；第三轴承座15的输出端固定连接；所述的角度测量系统位于驱动桥输入端，由
齿形带轮17，齿形带16、
编码器等组成，负责输入摆角的测量；所述的齿形带轮17通过齿形带16与驱动转角传感器18连接，转角传感器18与第三轴承座
15联接；所述扭矩测量系统的输出端分别位于驱动桥两侧轮端，由固定在磁粉
制动器支架上的由左扭矩传感器22和右扭矩传感器32组成，负责扭矩值的测量，第三轴承座15的输出端与后
驱动轴20联接，后驱动轴20的输出端与待测试驱动桥总成26的输入突缘联接，驱动桥总成26的输入突缘与样品约束系统固定联接；
[0012] 所述的负载单元包括两个
轮毂工装24、左右共两个扭矩传感器22、左右共两个轮边传动轴27和左右共两个磁粉制动器21，驱动桥总成输出端与轮毂工装24联接，轮毂工装24 与轮边传动轴27联接，轮边传动轴27扭矩传感器22联接，扭矩传感器22与磁粉制动器
21联接。
[0013] 作为本发明更优的技术方案，还包括润滑系统，所述的润滑系统包括润滑电机、
润滑油泵28、
散热器29和润滑管路30，所述的润滑油泵28通过润滑管路30与待测驱动桥总成连接，所述的
散热器29安装在磁粉制动器21支架上。
[0014] 作为本发明更优的技术方案，还包括压缩空气系统31，所述的压缩空气系统与陪试离合器10、驱动电机脱开离合器3、轮间差速锁通过管路连接。
[0015] 作为本发明更优的技术方案，还包括电气系统，所述的电气系统包括工控机、
配电柜、电器柜、
数据采集卡、PLC、继电器及其他附件等。
[0016] 作为本发明更优的技术方案，所述的基座1上开设有互相平行的多个T型槽。
[0017] 本发明还提供一种基于上述试验台的试验方法，包括以下两个步骤：目标转速
自学习阶段和自动连续运转阶段；
[0018] 步骤一、目标转速自学习阶段：
[0019] 通过目标转速自学习阶段来确定转速增量与扭矩增量间函数关系，设定以下参数：目标转速初始值、自学习的次数上限，上限小于等于10次、两次学习试验间的转速增量、上次冲击试验的冲击扭矩与目标冲击扭矩的偏差，偏差为两轮端扭矩峰值中的较大值与目标扭矩值的差值；两轮端扭矩峰值中的较大值与目标扭矩值的差值达到偏差以内时，目标自学习试验阶段结束，目标转速自学习阶段中，试验误差
许可范围的冲击次数计入样品冲击耐久试验结果中；
[0020] 步骤二、自动连续运转阶段
[0021] 完成步骤一自学习阶段后，试验进入自动连续的耐久冲击试验过程，目标转速为目标自学习阶段所获得的数值，在后续试验中，控制系统能够根据冲击扭矩峰值的变化情况，根据自学习阶段确定的转速增量与扭矩增量间的函数关系对目标转速进行修正；自动连续运转阶段需要根据整车差速锁使用工况和
载荷数据编制冲击扭矩峰值及滑转扭矩的循环子程序，该程序包含数个单次冲击试验，每次单次冲击试验的冲击扭矩峰值及滑转扭矩可以不同，可以出现负值，即车辆驱动力方向与倒车方向相同的情况，反复运行循环子程序，直至样品失效，记录下冲击次数，即为冲击耐久试验结果。
[0022] 具有以下优点和有益效果：
[0023] 本发明用于测试驱动桥轮间差速锁的冲击耐久寿命，其模拟量有：实车
动力总成的
转动惯量、发动机输出转速、离合器结合过程、驾驶员急于脱困时的误用、变速器的挡位、路面附着情况、左右车轮附着差异(包括单侧车轮严重过载，另一侧车轮滑转的极端工况)、轮间差速锁接合过程(包括车辆正常运行时接合和低速起步接合)等。有助于深入挖掘市场上轮间差速锁失效的根本原因，为改进差速锁设计提供方向指导，提高了轮间差速锁评价的客观性，完善了驱动桥总成台架试验的评价体系。
附图说明
[0024] 图1为本发明的驱动桥轮间差速锁冲击耐久试验台的结构示意图；
[0025] 图2为本发明的驱动桥轮间差速锁冲击耐久试验台的控制原理图；
[0026] 图中：1-基座；2-驱动电机；3-驱动电机脱开离合器；4-惯性盘轴；5-前轴承座；6- 惯性盘组；7-轴向定位装置；8-惯性盘支架；9-后轴承座；10-陪试离合器；11-支承单元； 12-变速器总成；13-前传动轴；14-电气系统；15-第三轴承座；16-齿形带；17-齿形带轮；
18-转角传感器；19-输入扭矩传感器；20-后传动轴；21-左磁粉制动器；22-左扭矩传感器；
23-左轮边传动轴；24-轮毂工装；25-样品约束系统；26-被测样品；27-右轮边传动轴；28- 润滑油泵；29-
热交换器；30-润滑油管路；31-
气动系统。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0028] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029] 如图1所示，本发明提供一种驱动桥轮间差速锁冲击耐久试验台及台架试验方法，包括基座1，所述的基座上布置有驱动电机系统、惯性盘系统、陪试系统、测量系统、样品约束系统、负载单元。
[0030] 所述的驱动电机系统包括驱动电机2和驱动电机脱开离合器3，所述的驱动电机2通过电机支座固定在基座1上，其输出轴与驱动电机脱开离合器3的从动盘连接；驱动电机2是试验台的动力源，驱动惯性盘系统达到目标转速；电机支座用来安装和调整电机
位置。驱动电机脱开离合器3负责在冲击振荡过程发生之前断开驱动电机系统和惯性盘系统。
[0031] 所述的惯性盘系统包括惯性盘组6、轴向定位装置7、惯性盘支架8、前轴承座5、惯性盘轴4和后轴承座9；惯性盘轴4的两端通过前轴承座5和后轴承座9支撑在基座上，惯性盘支架8固定在后轴承座9上，惯性盘组6中的不工作的惯性盘套置在惯性盘支架8上，轴向定位装置7套置在惯性盘轴4上抵靠在前轴承座5方向上的惯性盘上，所述的驱动电机脱开离合器3的压盘固定在惯性盘轴4上，惯性盘组6套置在惯性盘轴4上花键连接；惯性盘组由4个不同惯量的惯性盘组成，根据试验需求选用择合适的惯性盘或惯性盘组4，未参与工作的惯性盘通过轴向定位装置固定在惯性盘支架8上。轴向定位装置7实现惯性盘在轴向上的定位。惯性盘支架8固定在后轴承座9上，不参与工作的惯性盘均由其承载。前后两个轴承座起承担轴系的作用。
[0032] 所述的陪试系统包括陪试离合器10、变速器总成12和前传动轴13，陪试离合器10的压盘固定连接在惯性盘轴4上，所述的陪试离合器10、变速器总成12、前传动轴13采用整车布置形式，变速器总成12和陪试离合器10的外壳均与支承单元11联接，支承单元11与基座1固定连接；变速器总成12的输出端和前传动轴13输入端联接；陪试系统是模拟试验时负载的重要组成部分；支承单元11承载离合器及变速器总成。
[0033] 所述的测量系统包括扭矩测量系统和角度测量系统，所述的扭矩测量系统的输入端位于驱动桥输入端，由输入扭矩传感器19和第三轴承座15组成，所述的前传动轴13的输出端与第三轴承座15的输入法兰相联接；第三轴承座15的输出端固定连接；所述的角度测量系统位于驱动桥输入端，由齿形带轮17，齿形带16、编码器等组成，负责输入摆角的测量；所述的齿形带轮17通过齿形带16与驱动转角传感器18连接，转角传感器18与第三轴承座
15联接；所述扭矩测量系统的输出端分别位于驱动桥两侧轮端，由固定在磁粉制动器支架上的由左扭矩传感器22和右扭矩传感器32组成，负责扭矩值的测量，第三轴承座15的输出端与后驱动轴20联接，后驱动轴20的输出端与待测试驱动桥总成26的输入突缘联接，驱动桥总成26的输入突缘与样品约束系统固定联接；
[0034] 所述的负载单元包括两个轮毂工装24、左右共两个扭矩传感器22、左右共两个轮边传动轴27和左右共两个磁粉制动器21，驱动桥总成输出端与轮毂工装24联接，轮毂工装24 与轮边传动轴27联接，轮边传动轴27扭矩传感器22联接，扭矩传感器22与磁粉制动器
21联接。轮毂工装24和轮边传动轴27负责连接被测样品和磁粉制动器21。磁粉制动器21 负责提供负载，是输出端的模拟负载关键总成。
[0035] 所述的润滑系统包括润滑电机、润滑油泵28、散热器29和润滑管路30，所述的润滑油泵28通过润滑管路30与待测驱动桥总成连接，所述的散热器29安装在磁粉制动器21支架上。润滑系统主要为被试件的轴承进行润滑及散热。
[0036] 所述的压缩空气系统与陪试离合器10、驱动电机脱开离合器3、轮间差速锁通过管路连接。压缩空气系统主要为陪试系统的离合器、驱动电机脱开离合器、轮间差速锁提供驱动。
[0037] 所述的电气系统包括工控机、配电柜、电器柜、数据采集卡、PLC、继电器及其他附件等，是试验台的运行的
基础，试验台的控制系统读取试验程序输入条件，由PC与PLC相互通信，将命令传达给试验台的各个执行单元，完成台架试验过程中的每一步要求，同时测量、采集、处理和存储相关数据，完成单次试验乃至样品的耐久试验过程，其控制原理如图2所示。
[0038] 所述的样品约束系统25包括输入端约束机构、轮端约束机构，是试验台正常运转的关键条件，合理的约束系统才能保证冲击试验中测试数据能够达到目标值并保持稳定。轮间差速锁冲击试验的约束系统关系到台架试验与整车冲击工况拟合度，同时直接影响单次冲击试验的
稳定性。单驱动桥车辆，应在
钢板
弹簧支座处进行模拟约束；采用平衡悬架的中、后驱动桥的车辆，对I杆支架和V杆支架进行模拟约束。如以上部位不好约束，也可以在驱动桥制动
底板处进行约束。所有的驱动桥输入突缘轴承座位置均需要适当约束，该约束是冲击台架试验中特有的约束要求。驱动桥的约束系统要满足规定的驱动桥输入突缘轴线与变速器输出突缘轴线
同轴度要求。
[0039] 本试验台的模拟量有：实车动力总成的转动惯量、发动机输出转速、离合器结合过程、驾驶员急于脱困时的误用、变速器的挡位、路面附着情况、左右车轮附着差异(包括单侧车轮严重过载，另一侧车轮滑转的极端工况)、轮间差速锁接合过程(包括车辆正常运行时接合和低速起步接合)等。
[0040] 以下试验台工作过程及控制原理实施例中的所涉及到的名称术语，见表1。
[0041] 表1
[0042]
[0043] 本发明的试验台的驱动电机2的输出轴与驱动电机脱开离合器3的从动盘相配合，驱动电机脱开离合器3的压盘固定惯性盘轴4上，惯性盘轴4的前后分别通过前轴承座5和后轴承座9来约束，惯性盘组6有四个不同惯量惯性盘，都通过内花键与惯性盘轴的外花键配合，靠近前轴承座5的惯性盘被惯性盘轴4上轴向定位装置7约束住而不能够轴向移动，其余三个惯性盘在不使用时，可以在惯性盘支架8上轴向移动，这时不使用的惯性盘的内花键空套在惯性盘支架8上，并用卡环将惯性盘轴向固定在惯性盘支架8上。变速器总成的离合器10的压盘固定在惯性盘轴4上，离合器10的从动盘与变速器12的
输入轴配合，变速器总成12离合器壳与支承单元11相联接，变速器总成12的输出端与前传动轴13的输入端联接，前传动轴13的输出端与轴承座15输入法兰相联接，轴承座15的输出端装有齿形带轮17，齿形带轮17通过齿形带16驱动转角传感器18，转角传感器18测量冲击振荡过程中驱动桥输入端摆角的变化情况。轴承座15的输出端与后传动轴20的输入端联接，后传动轴20的输出端与被样品25(驱动桥总成)的输入突缘联接。驱动桥总成输入突缘端被样品的约束系统25固定联接。
[0044] 在差速锁冲击试验过程中，系统的
惯性力由驱动桥总成的输入突缘输入，再由左右轮毂传递给相应的轮毂工装24上，左右轮毂工装与左右传动轴23、27联接。以驱动桥的左侧轮端为例，左传动轴23将扭矩传递给与其联接的左扭矩传感器22，左扭矩传感器将扭矩传递给左磁粉制动器21，驱动桥的右侧轮端与左侧为对称结构，结构和扭矩的传递路线等都相同，不再说明。试验台启动控制程序，润滑油泵28即开始对驱动桥主从齿啮合区及
主减速器内的轴承进行润滑，试验中被加热的油经散热器29后，又通过润滑管路30返回试验样品中。试验的
气动系统31根据系统的要求控制着驱动电机脱开离合器、变速器总成12的离合器10以及差速锁的拨叉轴，是试验控制系统组成部分。
[0045] 本发明所述的试验方法包括以下两个步骤：目标转速自学习阶段和自动连续运转阶段；
[0046] 步骤一、目标转速自学习阶段：
[0047] 通过目标转速自学习阶段来确定函数关系，设定以下参数：目标转速初始值、自学习的次数上限，上限小于等于10次、两次学习试验间的转速增量、上次冲击试验的冲击扭矩与目标冲击扭矩的偏差，偏差为两轮端扭矩峰值中的较大值与目标扭矩值的差值；两轮端扭矩峰值中的较大值与目标扭矩值的差值达到偏差以内时，目标自学习试验阶段结束，目标转速自学习阶段中，试验误差许可范围的冲击次数计入样品冲击耐久试验结果中；
[0048] 步骤二、自动连续运转阶段
[0049] 完成步骤一自学习阶段后，试验进入自动连续的耐久冲击试验过程，目标转速为目标自学习阶段所获得的数值，在后续试验中，控制系统能够根据冲击扭矩峰值的变化情况，根据自学习阶段确定的转速增量与扭矩增量间的函数关系对目标转速进行修正；自动连续运转阶段需要根据整车差速锁使用工况和载荷数据编制冲击扭矩峰值及滑转扭矩的循环子程序，该程序包含数个单次冲击试验，每次单次冲击试验的冲击扭矩峰值及滑转扭矩可以不同，可以出现负值，即车辆驱动力方向与倒车方向相同的情况，反复运行循环子程序，直至样品失效，记录下冲击次数，即为冲击耐久试验结果。
[0050] 实施例1
[0052] 启动控制软件后，需要设定样品参数和设置试验参数，样品参数包括：驱动桥速比、驱动桥额定输出扭矩、差速锁分布位置、拨叉轴的驱动方式等。试验参数包括：目标转速、冲击扭矩峰值和角度保护值等。
[0053] 二、开始试验，控制系统即启动润滑系统的电机，带动油泵对被测样品关键位置进行持续强制润滑。断开脱开离合器供气系统，即接合脱开离合器，驱动电机带动惯性盘组升速转动，同时保持陪试系统中的离合器通气状态，即离合器处于脱开状态，同时控制系统给轮间差速锁供气。当驱动电机连同惯性盘组达到目标转速时，控制系统给驱动电机脱开离合器供气，该离合器脱开，驱动电机与惯性盘组分离，同时变速器离合器断气，该离合器快速结合，高转速的惯性盘组连同变速器、传动轴对驱动桥及其负载单元产生冲击扭矩，随后振荡衰减至系统停止，供气系统恢复初始状态，即脱开离合器断气，陪试离合器通气，被测样品轮间差速锁断气，润滑电机停止工作，即完成单次冲击试验。在整个冲击过程中，数采系统记录输入端和两轮端三个扭矩传感器的数值变化，输入端角度传感器的数值变化，并将数据存储在
数据库文件中。
[0054] 三、编制正式加载程序前，需要通过自学习阶段获得的冲击扭矩峰值和目标转速的对应关系，同时应参考整车差速锁的使用情况和载荷谱为依据，从而确定冲击扭矩峰值、滑转扭矩、车辆驱动方向及载荷循环的模式。
[0055] 试验台实时测量输入端的扭矩值、左右两侧磁粉制动器的输出扭矩以及冲击振荡过程中输入摆角，在测试程序中有对摆角设置保护值，每次试验的摆角会被拿来与保护值进行对比，超出保护范围时，试验台即自动终止试验，并提示试验人员检查样品状态；在连续试验过程中，如出现扭矩
信号异常时(丢失，
波动过大等)，停止试验，检查样品，如出现裂纹，断裂等情况确定即判定样品失效，终止试验。
