新能源变速器动力总成台架测试技术

从柔性台架方案、测试方案及软件方案三个方面，介绍了新能源变速器动力总成（以下简称动力总成）台架测试技术。1

序言随着汽车制造业的发展，新能源变速器逐渐代替传统变速器[1]。笔者公司开发的新能源变速器种类也越来越多，产量越来越大，其中涉及的产品谱系也越来越多。目前，在生产车间将动力总成装配完成后，只做变速器机械部分的下线性能测试，电气控制部分的性能测试转运到实验室完成，这种形式存在以下问题：①半成品跨车间和地区转运质量风险高。②增加转运成本和人员成本。③实验室测试时间长，影响产品交付周期。在新能源变速器市场竞争日益激化的时代，如何实现工艺最优，降低产品成本，保证量产能力，高质量按期交付，已经提上日程。为了解决上述问题，笔者公司开发了新能源变速器动力总成下线测试台架，放置在生产车间，动力总成装配好后，直接在本车间完成变速器机械性能和电气控制性能的台架测试。2

柔性台架方案2.1产品特征梳理和整合

在台架测试方案开发之初需了解产品的结构特点，优先考虑机械机构的柔性方案。笔者公司新能源变速器产品种类繁多，有11种型号，每种型号结构和外观差异大，扭矩为500～2400N·m，长度为0.6～1.9m，质量为120～900kg，基本覆盖了整车市场的各种车型对动力总成的需求范围。根据产品结构特点，结合用户需求和市场表现，将11种新能源产品进行了梳理，从3个方向进行产品整合和分类。

考虑动力总成在台架上的安装和固定，需要通过变速器和电动机的悬置面（见图1）和辅助工装进行安装，由于辅助支撑结构种类多，我们按照安装特征将产品整合为3类，分别为悬置面垂直分布、悬置面偏45°分布和悬置面特殊角度分布。

图1

新能源动力总成对电动机控制器进行梳理，共有110个型号，供应商覆盖到12个厂家。由于电动机控制器需要通过专有测试软件进行测试，所以需要开发至少12种测试软件，造成现场测试难度增大。前期按照控制器高压电接口和出水口方向等特征将控制器整合为两类，先进行前期的下线测试，再进行后期全产品的扩展。2.2柔性台架由于每台动力总成都参与台架测试，因此在开发台架时，需要对动力总成的装、卸夹具进行快速更换方案开发。各类型号动力总成的种类、长度及质量差异太大，必须考虑柔性化方案，提高兼容性，保证整体测试节拍匹配生产需求。台架整体结构如图2所示。

图2台架整体结构（1）前端固定方案

在电动机和变速器悬置面上安装固定工装，再将动力总成吊到测试台架上，台架安装底座上按照各种产品的特征开设多个螺纹孔，以便适用不同电动机的安装。将电动机上的固定工装对正安装底座上的螺孔，用螺栓联接，将变速器上的固定工装放入台架支撑架上的矩形槽中，再利用辅助机构调整固定工装的位置，并进行锁紧，这样就可以解决快速更换产品和装夹的问题。此方案如图3所示。

图3前端固定（2）后端连接方案

为了提高台架柔性化性能，同时规避前后端同轴度误差产生的测试风险，我们模拟整车连接方式，将变速器输出端法兰盘与台架加载端用万向节连接。整个后端加载部分安装在滑轨上，当动力总成装夹后，控制后端在滑轨上轴向移动，完成与变速器法兰盘的连接，这种方式可以大大提高台架的兼容性，满足各种长度尺寸新能源动力总成的台架测试。此方案如图4所示。

图4

后端固定3

测试方案开发3.1测试项目确定

变速器机械部分已经在生产车间独立完成台架下线检测，测试项目比较齐全，在动力总成测试项目上不再考虑机械部分的测试。此台架测试主要研究电动机、电动机控制器（MCU）、变速器控制器（TCU）和CAN总线通信等测试项目。根据产品性能要求，综合市场验证出现的各类问题，整理出主要测试项目和指标。（1）电动机控制器的CAN通信和软件版本测试给台架上低压电，测试电动机控制器两路CAN线的波特率，校验软件版本号，此过程由变速器控制器（TCU）完成。波特测试结果与TCU中录入标准进行比对，自动判断结果。TCU内部写入正确的MCU版本号，可读取MCU报文中版本，通过比较两个结果，自动判断。

（2）电动机和电动机控制器低压接口、线束检测给台架上低压电，TCU读取MCU报文，判断旋变是否有故障，同时读取电动机及MCU温度值，并进行故障判断。

（3）MCU上下电测试通过电池模拟器给MCU供电，TCU模拟整车给MCU发出上、下电指令，MCU能够完成上下电。

（4）MCU扭矩响应和精度测试给台架上高压电，冷却水泵开始循环工作，TCU给变速器挂直接挡，给负载电动机设定要求转速，给驱动电动机设定要求扭矩，测试负载电动机不同转速下对应的MCU扭矩响应精度和响应斜率。与TCU设定值进行对比，自动判断结果，上报检测结果并存储。（5）动态加载测试台架上高压电，冷却水泵开始循环工作，动力总成从1挡挂到最高挡，每个挡位将转速上升到目标转速，扭矩上升到目标扭矩，通过加载保持运行，再进行降速和撤扭，测试动力总成的整体性能。3.2测试流程变速器和电动机合装动力总成后，在台架测试前需要进行加油、接电及通水等一系列准备工序，待测试完成后也有多个作业工序。对整个作业流程进行梳理，具体如图5所示。

图5

测试流程4

测试软件开发软件开发主要包含PLC软件、MCU软件和TCU软件。PLC软件主要控制台架动作，在工控显示屏上操作；MCU软件是针对电动机运行指令开发的；TCU软件也添加测试程序，主要控制变速器选挂挡，充当整个测试系统的大脑，所有的测试标准、测试项目和测试逻辑都编写在TCU软件里。三大软件之间相互通信，共同完成动力总成的自动测试。

4.1预设、录入功能工控显示屏操作和显示界面中，管理人员可预先设置好测试箱型的基本信息，包括变速器型号、技术协议号、挡位数量、各个挡位速比数据等固定信息，还可以单独设置输入端驱动转速、输出额定转速、挡位测试时间等可变信息。管理人员可以根据试验需要对参数进行灵活设定，包括选择性的勾选或屏蔽等。

4.2自动测试、报故障功能台架一键启动，自动完成所有项目的测试，测试结果与TCU软件中设定的标准值进行对比，判定合格后台架给出合格信号并显示在显示屏中。例如，变速器标准速比设置为1.56，速比误差为±0.1，在测试过程中实时检测变速器的输入转速和输出转速的测算速比，当检测结果为1.46～1.66时，认为速比合格，就可直接输出合格下线信号。反之检测结果＜1.46或＞1.66都判定为测试失败，并在显示屏上弹出故障代码，操作人员通过对比故障代码数据库，可快速锁定故障原因和故障祸首件。4.3报表功能通过扫码将变速器动力总成基本信息录入工控机，试验台测试完成后，自动生成测试数据报表汇总于工控机的数据库内，随时可以查询。报表主要包括了协议号、出厂编号、班次及各个测试项目的测试结果等内容。详细的测试报表有助于后期数据分析和数据追