張帥舉，齊曉旭，蔡遠(yuǎn)駿

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 518057）

新能源汽車起步輪端噪音分析與優(yōu)化

張帥舉，齊曉旭，蔡遠(yuǎn)駿

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 518057）

汽車起步工況比較復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出克服傳動(dòng)系統(tǒng)各種阻力，最終傳遞到輪轂花鍵，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在傳動(dòng)系統(tǒng)末端，車輪端從靜到動(dòng)。微觀上看，驅(qū)動(dòng)軸克服輪轂軸承端面靜摩擦力矩到滑動(dòng)摩擦，最終花鍵嚙合傳遞扭矩。此時(shí)滑動(dòng)摩擦消失，在該過(guò)程中很容易產(chǎn)生摩擦異響，尤其新能源汽車起步工況異響更為明顯。文章搭建模擬臺(tái)架測(cè)試摩擦力矩變化，分析評(píng)估噪音變化、摩擦副的影響因素，并采取有效措施消除異響。研究關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)用在其它項(xiàng)目。

新能源汽車；摩擦力矩；起步工況；軸承

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)07-20-03

引言

新能源汽車目前處于發(fā)展階段，其設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)汽車有所不同，除了電池技術(shù)和安全方面，對(duì)于車輛性能和NVH方面也比較關(guān)注。新能源汽車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸將扭矩傳遞到車輪，克服傳動(dòng)系的各種阻力矩，尤其是摩擦阻力矩。在車輪端，車輛起步是從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)過(guò)程，驅(qū)動(dòng)軸與輪轂軸承發(fā)生端面摩擦，傳統(tǒng)汽車起步扭矩一般可達(dá)80N.m，新能源汽車電機(jī)響應(yīng)更快，電機(jī)扭矩可達(dá)100N.m，更容易產(chǎn)生噪音。發(fā)動(dòng)機(jī)工作噪音明顯高于電機(jī)工作噪音，因此新能源車型起步輪端摩擦聲音更容易引起用戶抱怨，輪端扭矩和摩擦副的研究和優(yōu)化勢(shì)在必行。

1、設(shè)計(jì)原理

1.1 結(jié)構(gòu)原理

傳動(dòng)系統(tǒng)（如圖1所示）一端由電驅(qū)變速箱輸出端與驅(qū)動(dòng)軸端通過(guò)花鍵連接在一起，使用卡簧限位；另一端由車輪輪轂花鍵和驅(qū)動(dòng)軸一端花鍵配合。卷邊螺母安裝在驅(qū)動(dòng)軸花鍵端，并機(jī)械鎖緊。輪轂軸承是通過(guò)半軸端鎖止螺母擰緊提供足夠的預(yù)緊力，保證輪轂軸承在負(fù)游隙狀態(tài)下工作。

圖1 新能源汽車傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 摩擦異響產(chǎn)生機(jī)理

車輛M模式行駛時(shí)，電池供電給驅(qū)動(dòng)變速箱，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后通過(guò)離合器傳遞給輸入軸，帶動(dòng)一級(jí)齒輪組工作。輸出軸將扭矩傳遞到差速器輸出，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)至輪端，車輛開(kāi)始行駛。在起步時(shí)，扭矩開(kāi)始傳遞。驅(qū)動(dòng)軸受扭轉(zhuǎn)剛度作用，其輸入端與輸出端的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角不斷增大，車輪輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)之前，驅(qū)動(dòng)軸與輪轂軸承有了轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，即驅(qū)動(dòng)軸端面和輪轂軸承之間(如圖2所示)存在靜摩擦力矩，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸扭矩不斷增加，克服靜摩擦力矩轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦后，花鍵間隙及花鍵軸扭轉(zhuǎn)剛度逐漸消除。驅(qū)動(dòng)軸花鍵與輪轂花鍵充分嚙合，并傳遞扭矩，此時(shí)驅(qū)動(dòng)軸與輪轂軸承的相對(duì)滑動(dòng)摩擦力矩又會(huì)消失?；瑒?dòng)摩擦力及最大靜摩擦力由夾持力、摩擦副決定(f= μ.N)，其中摩擦副涉及接觸面大小、粗糙度、夾緊力、溫度、表面氧化膜、振動(dòng)，及其他等諸多因素等。

圖2 扭矩傳遞路徑圖

2、模擬測(cè)試

圖3 臺(tái)架模擬結(jié)構(gòu)

建立驅(qū)動(dòng)軸及輪轂?zāi)M臺(tái)架（圖3所示），驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸及輪端，隨著輸入扭矩逐步增大，測(cè)試輪端扭矩以及輸入端轉(zhuǎn)角的變化，確認(rèn)異響區(qū)間。利用該試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行交互驗(yàn)證，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸和輪轂端，測(cè)試輪轂端扭矩變化，篩選驅(qū)動(dòng)軸和輪轂端的相關(guān)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，摩擦力矩突變?cè)酱?，聲音越大，異響的突變摩擦力矩（圖4所示）明顯大于無(wú)異響突變摩擦力矩（圖5所示）。對(duì)輪轂軸承和半軸接觸面摩擦副因子進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：增加軸承和半軸接觸面積、減小卷邊螺母夾持力和涂抹介質(zhì)降低接觸面粗糙度均能夠有效減小摩擦力，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

圖 5 輪端無(wú)異響-滑動(dòng)摩擦力矩

圖4 輪端異響-滑動(dòng)摩擦力矩圖

表1 摩擦副因子影響測(cè)試結(jié)果圖

3、改善措施

影響滑動(dòng)摩擦系數(shù)因數(shù)較多，由于條件和精力限制，無(wú)法進(jìn)行全面研究。本文主要從零件本身結(jié)構(gòu)考慮，研究在不改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、不增加產(chǎn)品成本前提下，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化。摩擦系數(shù)主要是壓力、接觸面積、表面粗糙度等影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：端面配合壓力、接觸面積、表面粗糙度調(diào)整會(huì)異響表摩擦系數(shù)，滑動(dòng)摩擦力矩。接觸面積由輪轂軸承和軸端決定，由于布置空間限制，不能大幅增加，根據(jù)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分布情況，主要從三個(gè)方面來(lái)改善異響：

1）盡可能增加接觸面積，接觸寬度取6mm以上；

2）夾持力必須在首先考慮軸承本身要求，保證其在負(fù)游隙狀態(tài)下工作的前提下，考慮軸向減小夾持力，夾持力一般在80-100KN；

3）表面粗糙度結(jié)合加工能力考慮，控制在0.8以下。

調(diào)整參數(shù)后（如圖6所示），滑動(dòng)摩擦力矩突變明顯降低，輪端異響消失。

圖6 改善后-滑動(dòng)摩擦力

4、總結(jié)

通過(guò)對(duì)新能源汽車起步軸端異響研究，說(shuō)明新能源汽車和傳統(tǒng)汽車在零件上要求有所區(qū)別?？紤]到安全性、駕駛性和NVH，會(huì)有所提高，所以新能源汽車在設(shè)計(jì)軸端輪轂設(shè)計(jì)時(shí)，在保證產(chǎn)品功能，同時(shí)要考慮輪端配合要求。摩擦系數(shù)涉及因素較多，根據(jù)驅(qū)動(dòng)軸和輪轂軸承零件成本，優(yōu)先從配合面、軸向壓力、粗糙度去考慮優(yōu)化結(jié)合面摩擦異響，提高產(chǎn)品在新能源車上的使用。

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New energy vehicles started round the noise analysis and optimization

Zhang Shuaiju, Qi Xiaoxu, Cai Yuanjun
( Automobile group co., LTD. Shanghai technology center, Shanghai 518057 )

The vehicle starting conditions are complex. The engine output torque to overcome inner resistance, the torque is finally transferred to the spline between differential axle and bearing, and wheels begin to rotate. From microcosm, the wheels overcome static friction torque, and then overcome the dynamic friction. The spline begins to transfer torque, and dynamic friction disappeared. The noise is easy to find out at this moment, especially for electric vehicle. This paper builds simulation rig to analyze the friction torque and noise. Finding out the influencing factors of friction pairs and take effective measures to eliminate noise. And apply it in other vehicle project.

Electric vehicl; Friction torque; starting condition; bearing

U469.7

：A

：：1671-7988 (2017)07-20-03

張帥舉，就職于上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.009