先进的变速器开发手段

袁文文

新的法规延长了车辆的质保期，质量缺陷造成的车辆召回带给汽车制造企业额外的开支。严苛的质量标准要求汽车的耐久性试验比以往更加全面和准确。针对变速器测试的新手段更加先进，丰富的道路负载数据和NVH环境预设使得测试结果精度更高。
        变速器耐久性测试可分为两类，即开发性验证测试和系统试验。在新产品的原型开发阶段，要进行设计验证或开发性测试，试验内容包括诸如齿轮、轴和换档机构等零部件的耐久性能（见图1）。被测零部件经常要接受测试直至发生失效为止，测试结果会被作为验证设计和制造工艺的参考数据。英国的里卡多公司从事由概念到生产的变速器设计和开发工作，该公司称，完整的变速器齿轮耐久性试验将长达3周以上。
        在开发工作后期，测试重点转移到系统试验方面。有时，这些试验包括发动机、传动轴及变速器。验证测试过程中将模拟多种负载工况，包括乡村道路、城市路段、高速公路和其他具体道路的工况等，这些试验的耗时将更长。在里卡多公司，完成这一项试验花费的时间通常将消耗4～6个月。

       

先进的变速器开发手段

        供应商与客户共同参与变速器研发
        意大利变速器供应商Oerlikon Graziano公司在利沃里的测试部门拥有进行耐久性测试的所有必要设备。由于汽车行业越来越重视提高测试与实际驾驶之间的关联性，因此零部件供应商与设备制造商之间的合作更加密切，从而更好地获取真实道路的数据。Oerlikon Graziano公司的第一层级测试部门负责人Gabriele Mussa先生指出：“为了获取更多的真实工况，我们的客户更多地参与了从车辆上收集数据和数据处理工作。”
        Getrag（格特拉克）公司也制定了类似的开发模式，该公司的主要业务是设计和制造手动变速器、双离合器变速器（DCT）、齿轮箱以及为混合动力汽车和电动汽车配备的变速器。其双离合器变速器核心技术负责人Alexander Strube先生解释说：“当与客户达成协议后，我们会坐上客户的汽车，在客户的试车道上收集数据并处理。我们可以利用CAE软件对这些数据进行前期分析，并将分析结果输入测功仪，对每个齿轮和离合器进行精细化测试。”格特拉克公司有时也会收到来自测试设备供应商的一些反映行车里程的数据。另外，供应商也有内容丰富的道路数据库，可以反馈给CAE工作。
        里卡多公司负责测试的主任工程师Hugh Freeman先生说：“对里卡多公司而言，用于标定和质量监控的测试结果，是在耐久性测试周期中选择道路负载工况的重要参考标准。”Hugh Freeman先生表示，由于没有直接可用的数据，设计全新变速器时的负载需要从已有的产品中估算。
        里卡多公司的工程师们利用公司自行设计或采购来的设备对耐久性测试的结果进行记录和整理。Hugh Freeman先生解释道：“设定工况和负载最主要的要求是正确选择测量轴的转矩和转速；另一项重要的设置是温度、压力、振动频率以及在反复周期性试验的周期数。里卡多公司制造专用设备，用于验证NVH性能和换档质量。另外，里卡多公司也配备了一些专用的数据记录设备，这些设备一般采购自HBM公司和美国国家仪器公司。

       

先进的变速器开发手段

        噪声强度模拟
        消费者对汽车的要求不仅体现在可靠性上，他们对噪声隔绝的性能也提出了相当高的要求。由于客户对车辆噪声的敏感度不断增加，车辆的NVH性能也越来越受到关注。
        对于里卡多公司而言，对产品的NVH性能测试比以往任何时候都重要，于是，模拟的重点被转移到解决噪声相关问题方面。“在概念设计阶段，进行快速的齿轮噪声评估；在详细设计阶段，使用变速器性能动态分析法，对齿轮噪声进行量化分析。”Hugh Freeman先生说。
        模拟仿真是优化NVH性能的关键，特别是开发阶段早期。里卡多公司在齿轮装配同轴度、齿轮配合误差预测以及齿轮宏观几何形状设计等工作中使用了由其自行开发的SABR软件包。“我们还有用于结构模拟仿真的OptiStruct、Abaqus 、Nastran以及用于齿轮微观设计和模拟仿真的Dontyne 等软件。” Hugh Freeman先生介绍说。同时，里卡多公司开发了用于动态分析的VALDYN和MSC Adams软件。
        在Getrag公司，一个工程师小组按照与客户商定好的目标，开展NVH性能优化工作。Alexander Strube先生对各种测试的布置进行了解释：“我们在零部件和子系统层级上采用CAE分析，工程师们进行全面的预分析工作，随后会进入特征分析和验证阶段，这是对CAE分析获得的结果的核实确认。”
        “我们先采用Abaqus软件进行结构初步分析，随后利用OptiStruct、SimulationX和Adams等软件进行多体动力学分析及局部精细化分析，” Alexander Strube先生介绍道，“我们还有用于微观几何形状和变速器内结构弯曲分析的Romax和KISSsoft等软件。
        Oerlikon Graziano公司试验部门有一个NVH性能专用试验室，配置经过优化和平衡处理的音频设备，用于对噪声的分析。在全面介绍NHV试验的过程时，Gabriele Mussa先生表示：“负责NHV性能验证的技术人员利用安装在变速器上的麦克风和驾驶室内的声学探头验证乘客的听觉感受，确定室内噪声的强度与变速器转速、转矩的关系。”