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新一代传动装置和变速器试验台 |
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作者：德国帝目机械设备有限公司 |
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帝目的新型模块式传动装置和变速器试验台，在真实的负载情况下对变速器的声音、振动噪音以及变速器的功能进行测试。其模块式的设计理念使得试验台高度柔性化，可同时测试多种不同型号的传动装置和变速器。直接连接测试轴的加载和负载电机优化了试验台的声音属性、振动和控制性能。
变速器或传动部件的功能测试在批量生产和新车的研发过程中非常重要。为此，一种新型的模块式变速器和传动部件测试理念应运而生，充分地迎合了技术发展的未来趋势。
在研发新实验台的早期阶段，将当前的汽车传动技术及其未来的发展趋势同时予以考虑是非常重要的，比如：传动系统的最小噪音污染、最小能耗、连续提高的扭矩和重量比，将电子功能模块整合于传动系统等。为了保证有限投资的长期可用性，需要开发新的试验设备理念。
研发的目的是用电动机代替发动机（或电子驱动）和车轮负载对传动装置或变速器进行测试。变速器被固定于试验台，驱动电机连接输入端，两负载电机分别连接于两负载端。分开使用的两负载电机可模拟弯道行驶和其他非对称负载及拉力/推力情况。研发的最终目标是完成一个系统化的模块设计。
着眼于未来的中心模块技术
设计概念是将加载（输入）、负载（输出）和控制显示模块以星状分布放置于中心模块的周围。中心模块包括所有的产品特性，其结构将产品特性和产品标准性在物理上进行了区分，使各种模块标准化并可进行小批量生产，从而节约了成本。更重要的是，这些模块即使在试验台被修改后仍可继续使用，实现了最佳的经济性，缩短了交货期。
运用包含了变速器特性的中心模块，就能在短时间内完成所有不同的试验台布局，不需要重复进行工程设计。比如，一个前置横置变速器有一个输入端和两个平行的输出端，按上述所示，这就意味着试验台需要一个90°变角的T型布局；与此相对，一个直列变速器有一个同轴的输入端和输出端，则需要直线型的试验台布局，而后轴变速器（差速器）所需的T型试验台布局又与前置横置变速器有所不同；一个四轮驱动的变速器试验台需要一个星状的布局，而一个前置横置四轮驱动变速器试验台则需要一个有90°变角的星状布局。以上所有这些不同的结构都可由图1 所示的模块结构的变速器试验台得以实现。
图1 加载和负载模块布局图
模块概念在变速器功能和噪音测试中的应用
负载下变速器功能测试和噪音分析中的功能模块已研发成功。试验台的高度灵活性来源于不同程度功能模块的组合，这种组合在市场上是史无前例的。运用这些功能模块可以组合成任何一种测试系统，以满足用户不同的测试需要。这些基本模块包括：
□ 中心模块，负载和加载模块外壳 （以中心模块发散为星状布局）；
□ 夹紧模块；
□ 加载模块；
□ 负载模块（同轴，90°转角，带或不带不同型号变速器的电子适配装置）；
□ 操作模快；
□ 噪音分析模块。
这些基本模块，如图2所示，允许不对称负载的情况或电子同步转动装置模拟直线行驶的情况。负载模块总是有一个单向移动装置来实现试验台测试轴和变速器输出间的连接。
图2 模块组合应用举例：前置横置变速器试验台
如果变速器输入轴和输出轴间的距离不同，可在系统中插入双向移动装置进行电子调节。由模块化结构带来的高度灵活性显而易见，很多不同构造都可由图2中所示的模块得以实现。
模块理念带来的功能扩展
变速器的测试系统可有选择地添加以下模块，扩展其功能：
□ 负载模块自动调节装置，用于适配不同的变速器构造；
□ 电子变速模块 （关键词Tiptronic）；
□ 用于自动变速的换档机器手，可测量换挡力、换档过程和手动变速器的换档噪音；
□ 效率测试模块；
□ 自动上下料模块；
□ 测试时自动加油、进行油量测量和油温控制以及试验油过滤的模块（包括一个自动扭紧和松开油塞的模块）。
在实际中的应用重点
1、加载和负载模块的设计
图3左边所示为负载模块（红色箭头），对负载模块所产生噪音的隔离由此可见。这个模块可被独立安装，再放置于中心模块之上即可。加载模块（白色箭头）也是按相似概念设计的。
图3 新理念试验台——前置横置变速器试验台
整个试验台的控制系统（黄色箭头）也是独立设计的模块。所有操作和显示功能以及打印和音响（包括噪音分析电脑）等，都可根据需要整合于此模块之中。此模块包括一台NT双处理机电脑，进行噪音分析并有其用户界面。图4为典型的噪音测试的傅力叶分析， 通过此图可分析变速器噪音的出处和原因。
图4 噪音分析
另外，操作模块还可包含手动换档模块（蓝色箭头）。为了创造相对真实的条件，也可以使用变速器档位和变速档电缆原件。模块式的结构允许现在或将来在变速档位置上安装带换档机器手的操作模块，其中机器手可以测量换档力、换档时间、同步时间等。
试验台底座上整合了一个三向移动装置，其任务是调整电机的位置，使其灵活自如地适配变速器输出的几何位置。此模块设计为一个子模块，可根据需要进行整合、删除或代替，比如被手动调整代替。这个负载模块的底部为聚合物混凝土填充物。在此之上，也可以看见其他模块的装配点。
负载模块本身由精准的低架来控制轴向的移动，而不再使用中心套原理，大大减少了转动部件的使用，实现了精确的控制。声音、振动、动力性和控制性通过直接连接测试轴的电机得以实现。从图3上还可以看到使用同样技术的加载模块。
根据需执行的任务，差距很大的测试载荷可被整合于一个模块。一种包括人工上下料模块或各种自动上下料模块的理念应运而生。
硬件和软件
试验台的设计理念提供了模块式的控制系统。每个模块都有一个相应的控制（硬件）模块置于控制箱内，包括模块控制、测试数据传输、频率转换器和电源部件，以及用户要求的电源提供和电力回收模块。每一个控制（硬件）模块都放在一个底板上，为其安装于控制箱中做好准备，其与设备模块的连接是通过现场总线实现的。
这样，每一个功能模块都包括一个设备模块、一个控制模块和一个软件模块，它们之间是相互独立的，可灵活的安装。
如上面所述，机械的模块性逐渐向软件延伸。在控制和监测的软件中，将显示测试程序并且允许用户自己定义单独的测试模块（如图5所示）。
图 5 操作和显示举例： 前置横置变速器试验台
双处理机的结构解决了过去由于在同一个处理机上同时进行显示、控制和噪音分析而出现的问题，并且能显示不同设备的情况。在系统模块设计的支持下，操作员可以相对快速地编辑自己定义的测试步骤。
优势
这是一个着眼于未来的试验台理念，它可以被扩展用于测试其他类型的变速器和传动装置，并保留已建立的模块环境。它可以让客户避免设计和制造专用设备，并让一部分模块实现小的批量生产。其优势为：
□ 保证现有投资可以用于未来的生产；
□ 经济性强；
□ 直接连接测试轴的电机降低了噪音，减少了振动，提供了良好的动力性能和试验台控制性能（速度、扭矩）；
□ 高质量测试技术测试的数据更加稳定可靠，特别是变速器噪音测试；
□ 可扩展、模块化，可适应不同变速器和传动装置的构造；
□ 高度的标准化实现了在第一时间内研发的不间断进展（运用更多复杂的计算方法）；
□ 可同时生产不同模块的能力和调试时间的减少使交货期大大缩短；
□ 用户友好的硬件和软件；
□ 简单的维护（简化的错误监测）；
□ 模块可以升级，如将手动换档升级为机器手换档；
□ 模块的保留（可再使用）。
在试验台的实际应用中包括生产、装配、电子安装和设备的调试，不仅证明了系统的基本功能，同时也证明了模块式构造的可行性。此新系统的特点在于非常平稳的运行和低噪音，如一个功率为100kW的试验台其噪音低于68db，以及良好的动力性和控制性能。这些都是声音和功能测试中的重要因素。
所有的基本模块都可以重复使用，并能整合于其他系统中。这就意味着用户的投资有了强有力的保证，此试验台新理念为有效利用投资做出了贡献。
帝目的试验台具有最佳的柔性，既满足最初的小批量生产，又可后增加自动化程度以满足产量增加后的要求，极大地满足了变速器制造商们的需求。这种新的理念可使传动装置和变速器的测试获得高度的灵活性，并且大大提高声音和振动质量，由此节约成本。除了现有的应用外，模块构造的灵活性和经济性也可用于其他声音和振动测试领域。
(end)
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(10/1/2005) |
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