FEV-电驱动单元（EDU）变速箱测试目录的部署

摘要

空气污染、气候的不断变化、未来更严格的二氧化碳标准，以及石油资源的有限性，这些在过去几年里提升了电动交通工具的重要性。有时相互矛盾的要求驱使着客户需要和购买更高效的环保车辆。因此，动力系统的电动化已成为汽车工业的一项重要任务。电机能够在电动机器励磁后立即提供扭矩。因此，电机可以用于通过一个或两个齿轮变速箱来驱动车辆（例如客车），而不是一个完整的多级变速箱。这提高了效率，降低了动力系统的复杂性。

另外，为进一步降低电动车辆的成本，应尽可能减小电机和电池的尺寸。考虑到这一点，与单速 EDU 相比，扭矩和尺寸更小的电机与多速 EDU（电驱动单元）结合使用更具优势。为了应对这一新概念的挑战，必须开发适当的测试方法。因此，本文的目的是为 EDU 提供先进的变速箱测试方法，以适应和改进现有传统变速箱测试标准。这涉及到功能和耐久性测试流程，必要时将对其进行分析、改良和增强。将研究不同行驶条件对变速器齿轮性能的影响，使用实际行驶工况可靠地确定测试极限。这也有助于改进可通过 FEV-MASTER-Program 进行的可靠性计算，以估算 EDU 变速箱的使用寿命。

序言

设计和测试是开发的两个密切相关的基本领域。为了满足未来传动系统概念的要求和克服新的挑战，必须制定新的测试方法。本文的主题是“按照测试规范为电驱动单元 (EDU) 部署变速箱测试目录”。其目标是通过检验和开发现有传统变速器测试标准，对 EDU 的测试方法进行调整和改良。根据电动化动力系统的新要求和挑战，需要对功能和耐久性测试运行进行研究， 必要时加以改良和增强。将研究不同行驶条件对变速器齿轮性能的影响，使用实际行驶工况可靠地确定测试极限。

基本因素——EDU 测试计划

FEV 测试目录中有超过 30 种内燃机 (ICE) 车辆变速箱的功能和耐久性测试流程。本文目的是为电驱动单元的新要求找到解决方法，在必要时制定和改良现有的测试流程。有些测试不需要作出重大更改，因为方法和意图非常直观，例如功能测试或最大速度测试。

另外，一些测试需要进行改良以适应新的电驱动单元，例如：


图 1：不同应用的典型测试流程

在此将简要解释这些流程的意图。因此，将在“方法”章节中介绍为这些流程制定的新方法。

磨合流程

磨合流程是适用于各种基准载荷测试以及效率和旋转损耗测试的标准。其目的是减少制造痕迹，确保旋转部件上的良好接触模式。由于这是在耐久性测试运行开始之前的初始测试，因此它也应该确保基本操作特性的功能。

动态强度测试

通过该测试应该检查所有齿轮、轴、轴承和轴承座以不同负载和速度在动态条件下行驶和滑行时的整个变速器的寿命耐久性。

最大荷载多级测试

通过该测试应该检查所有齿轮、轴、轴承和轴承座以高负载和高速度行驶和滑行时整个变速器的耐久性。如果可能，甚至必要的话，也可以考虑过载情况。与动态测试相比，这种测试在扭矩和负荷结构上更简单，但更加苛刻和精简，目的是在较短的时间内取得有用的测试结果。

基本因素——行驶工况

行驶工况可以定义为针对测试生成的模式化驾驶时间表。到目前为止，已经制定了许多不同的行驶工况，可以在相应的不同场景中测试不同类型的车辆。在本研究中使用和说明的三种方法分别是新欧洲行驶工况 (NEDC)、全球统一轻型汽车测试规程 (WLTP) 和德国 FEV 公司制定的埃菲尔工况。


图 2：不同的行驶工况，例如 WLTP、NEDC、埃菲尔工况

NEDC

新欧洲行驶工况环包括五个行驶工况：四次重复的 ECE-15 工况（基本城市行驶工况）和一次重复的 EUDC 行驶工况（额外市郊行驶工况）。图 2 的小圆圈表示 ECE-15，大圆圈表示EUDC。

WLTP

全球统一轻型汽车测试规程是联合国欧洲经济委员会 (UNECE) 和欧盟的几个成员国、日本及印度在汽车行业的帮助下制定的一个行驶工况。WLTP 包括名为全球统一轻型汽车测试工况(WLTC)的底盘测功机测试，用于确定轻型车辆（客车）的燃料消耗和排放。本研究的重点是Class3b-WLTC 工况，该工况适用于最大速度大于 120 km/h 且功率重量比大于 34kW/t 的车辆。也就是说，它代表了在全球市场上行驶的车辆。该工况由 4 个子部分组成，分别为“低”、“中”、“高”和“超高”。

埃菲尔工况

埃菲尔工况是由德国 FEV 公司制定的行驶工况。与 NEDC 和 WLTP 不同，此工况基于德国中部山区的真实驾驶路线（公共道路）。在埃菲尔工况中，除了速度和加速度随时间变化的数据外，还记录了海拔数据。由于埃菲尔地区（德国）的地理特征，测试道路包括许多高海拔和陡峭的斜坡。埃菲尔工况比不记录海拔数据的 NEDC 和 WLTP 更苛刻。工况总时间为 6657秒。它由农村、城市和高速公路三个子部分组成。


图 3：驾驶工况在长度、时间、速度和加速度方面的对比

基本因素——行驶阻力

在设计车辆动力系统时，行驶阻力是很重要的参数。行驶阻力与动力系统发生的损耗一起构成了车辆的能源需求。作用在车辆上的不同阻力可分为恒定阻力和动态阻力。恒定阻力在恒速行驶过程中发生，而动态阻力由车辆加速产生。恒定阻力包括空气阻力、车轮阻力和爬坡阻力。另外，加速阻力在车辆加速的情况下适用。

上面提到的阻力必须被推进力克服，这称为需求力——Fdem。该力涉及空气阻力 Fair、滚动阻力 Fr、加速度阻力 Fa 和爬升阻力 Fcl。