陳浩，韓文飛，許雨濤，李強(qiáng)，劉國慶，汪名月，趙福成，王瑞平，2

(1.寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司，浙江寧波 315336；2.浙江吉利羅佑發(fā)動機(jī)有限公司，浙江寧波 315800)

0 引言

目前國內(nèi)外都在對BSG新能源車進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，國外已有量產(chǎn)經(jīng)驗，國內(nèi)主機(jī)廠于2018年陸續(xù)量產(chǎn)進(jìn)入市場。帶傳動一體化起動/發(fā)電機(jī)(BSG)轎車屬于弱混合動力電動汽車，采用皮帶驅(qū)動一體化起動/發(fā)電機(jī)技術(shù)，能夠有效降低油耗和改善排放。此種車輛結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)車型改動小，控制簡單、成本低，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[1]。

而對于BSG電機(jī)處于不同工作模式時張緊器的匹配是相當(dāng)重要的，BSG張緊器為前端附件輪系提供穩(wěn)定的系統(tǒng)張力。如果張緊器失效，BSG電機(jī)將不能實(shí)現(xiàn)自身的功能。目前對于新技術(shù)的研發(fā)都存在一些經(jīng)驗不足，導(dǎo)致系統(tǒng)失效的風(fēng)險，而通過試驗可以暴露出這些問題，經(jīng)過后期對失效問題分析研究和試驗驗證，可以明確問題發(fā)生的根本原因以及有效的對策，總結(jié)經(jīng)驗防止后期再發(fā)生。本文作者將對這一問題進(jìn)行討論。

1 BSG雙向張緊器的工作原理

BSG雙向張緊器的工作原理是：張緊器皮帶輪在回位彈簧回彈力的作用下緊壓在皮帶上，使皮帶具有所要求的預(yù)張力，在此預(yù)張力的作用下皮帶即可傳遞扭矩。此時回位彈簧力與皮帶張緊力相平衡，張緊器初始安裝處于靜止?fàn)顟B(tài)，其扭轉(zhuǎn)彈簧工作扭轉(zhuǎn)角度及其他結(jié)構(gòu)參數(shù)均是固定的，對皮帶施加的張緊力也是固定的[2]。

發(fā)動機(jī)工作時，張緊器皮帶輪在彈簧的作用下自動壓緊皮帶，保證系統(tǒng)張力。要使得彈簧扭矩隨擺臂位置的變化保持理想的阻尼特性，通過彈簧的反作用力來驅(qū)動阻尼元件。理想的阻尼特性所起的作用是在皮帶緊邊的張緊力波動稍有增加的前提下，可大幅度減少松邊皮帶的波動，從而增加輪系運(yùn)行的平穩(wěn)性[3]。由此可見，阻尼對輪系而言起著舉足輕重的作用。

2 問題描述

在發(fā)動機(jī)臺架耐久試驗中，日常停機(jī)檢查時發(fā)現(xiàn)皮帶位于帶輪外邊緣，拆掉皮帶使用共面度測量儀觀察輪系未見異常；復(fù)裝皮帶后，發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)行時皮帶明顯跑出帶輪外邊緣，進(jìn)一步觀察張緊器搖臂之間出現(xiàn)不均勻的間隙(見圖1)，張緊器安裝支架上有金屬粉末，懷疑內(nèi)部零件磨損。

對張緊器進(jìn)行拆解分析，其余零部件未見異常，只有阻尼襯套發(fā)生磨損失效，嚴(yán)重部分已脫落，磨損嚴(yán)重部分有搖臂鑄鋁露出(見圖2)。由此可見，支架上的金屬粉末是搖臂與阻尼襯套發(fā)生摩擦導(dǎo)致。

圖2 阻尼襯套磨損照片

3 張緊器阻尼襯套失效的原因分析

通過對故障件解析初步認(rèn)為，張緊器連續(xù)擺幅大導(dǎo)致阻尼襯套與搖臂之間發(fā)生異常摩擦，導(dǎo)致失效。對于張緊器試驗過程中擺幅大進(jìn)行如下的分析：

3.1 臺架試驗工況分析

使用高清相機(jī)觀察試驗過程中張緊器擺幅情況，在BSG電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收工況時，張緊器連續(xù)擺幅大(最大為12°)，且擺動頻率快(頻率為40 Hz)。進(jìn)一步了解，BSG電機(jī)能量回收時，發(fā)動機(jī)為全負(fù)荷輸出。

對整車實(shí)際應(yīng)用條件及標(biāo)定策略進(jìn)行確認(rèn)，整車實(shí)際標(biāo)定策略為制動能量回收，即只有制動剎車(此時發(fā)動機(jī)斷油)才會實(shí)現(xiàn)能量回收功能，發(fā)動機(jī)有負(fù)荷輸出或者全負(fù)荷輸出時，BSG電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)能量回收功能。

因此，臺架試驗方法與整車標(biāo)定策略相悖。臺架的策略類似于整車上油門和剎車同時踩到底，實(shí)際應(yīng)用中不會存在這種現(xiàn)象，由此可以判斷臺架試驗中張緊器已經(jīng)超出了應(yīng)用條件。

3.2 耐久后樣件拆解分析

對所有耐久后的張緊器樣件進(jìn)行拆解分析，發(fā)現(xiàn)張緊器阻尼襯套失效的均為臺架耐久，整車無失效，結(jié)果如下所示：

(1)動機(jī)臺架耐久試驗后的張緊器阻尼襯套均出現(xiàn)不同程度的磨損，嚴(yán)重時有局部脫落的現(xiàn)象，詳見表1。

(2)整車耐久試驗后張緊器阻尼襯套均無磨損，詳見表2。

表1 臺架耐久后拆解統(tǒng)計

表2 整車耐久后拆解統(tǒng)計

通過對耐久試驗后的樣件拆解分析可知：臺架試驗后張緊器阻尼襯套失效不是偶然的，在臺架這樣的控制策略下，張緊器阻尼襯套失效是必然的。

3.3 張緊器故障復(fù)現(xiàn)試驗

按照張緊器試驗臺架極限條件進(jìn)行故障模擬試驗，張緊器持續(xù)擺幅加至最大，擺動頻率最大，張緊器持續(xù)185 h，這個時間和發(fā)動機(jī)臺架上出現(xiàn)連續(xù)擺幅大的時間基本吻合。由試驗結(jié)果可知：4個張緊器阻尼襯套均發(fā)生嚴(yán)重磨損，失效模式和系統(tǒng)耐久一致，說明阻尼襯套磨損失效的根本原因是張緊器連續(xù)擺幅大導(dǎo)致，結(jié)果詳見表3。

表3 模擬試驗統(tǒng)計

3.4 原因分析總結(jié)

BSG電機(jī)、發(fā)動機(jī)、測功機(jī)3個動力源在發(fā)動機(jī)全負(fù)荷能量回收時，是在不同的扭矩方向上工作，且相互之間由于單獨(dú)控制的原因未做適當(dāng)?shù)膭恿Ψ峙浼皠恿︸詈?，造成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)波動，張緊器連續(xù)擺幅超標(biāo)導(dǎo)致內(nèi)部阻尼襯套磨損，這是張緊器阻尼襯套失效的根本原因。

臺架耐久中BSG能量回收時發(fā)動機(jī)全負(fù)荷輸出與實(shí)際標(biāo)定策略相悖，導(dǎo)致張緊器處于長時間異常工作模式，也超出了張緊器的許用條件，臺架控制示意見圖3。

圖3 臺架控制策略示意圖

4 FEAD校核分析

對張緊器擺幅進(jìn)行校核，當(dāng)BSG電機(jī)處于制動能量回收時，張緊器最大擺幅小于5°，通過輪系動態(tài)計算分析可知，此套輪系滿足設(shè)計要求，而實(shí)際臺架運(yùn)行時張緊器連續(xù)擺幅已超標(biāo)，張緊器的應(yīng)用已超出許用條件，動態(tài)校核分析結(jié)果見圖4。

圖4 張緊器擺幅CAE分析

5 輪系測試

為了驗證臺架試驗工況的合理性，分別使用整車ECU、臺架ECU+BSG單獨(dú)控制，在臺架上進(jìn)行輪系測試，結(jié)果如下：

(1)使用整車ECU模擬整車工況，BSG電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收功能時，張緊器最大擺幅小于2°，見圖5。

圖5 整車ECU控制輪系測試數(shù)據(jù)

(2)使用臺架ECU+BSG電機(jī)(單獨(dú)控制)，BSG電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收功能時，張緊器最大擺幅小于4°，見圖6。

圖6 臺架ECU+BSG控制輪系測試數(shù)據(jù)

通過實(shí)際測試可以確定，在整車實(shí)際運(yùn)行工況下沒有出現(xiàn)張緊器連續(xù)擺幅超標(biāo)現(xiàn)象，張緊器滿足整車應(yīng)用條件。

6 解決方案

通過理論分析和實(shí)際測試可知：臺架耐久試驗工況不合理，即BSG電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量回收功能時發(fā)動機(jī)為全負(fù)荷輸出，這種工況已超出了張緊器的許用條件，與實(shí)際整車策略相悖。

特對試驗工況進(jìn)行優(yōu)化(詳見圖7)：BSG電機(jī)能量回收時給發(fā)動機(jī)斷油，由測功機(jī)拖動BSG電機(jī)，同時BSG電機(jī)扭矩加之最大，實(shí)現(xiàn)最大能量回收功能，這樣就和實(shí)際標(biāo)定策略一致。經(jīng)過測試，張緊器擺幅在輪系設(shè)計要求之內(nèi)，滿足張緊器的許用條件。

圖7 優(yōu)化后臺架控制策略示意圖

7 結(jié)束語

(1)此次張緊器阻尼襯套磨損的主要原因是臺架試驗工況不合理，張緊器連續(xù)擺幅超標(biāo)、擺動頻率大，導(dǎo)致張緊器內(nèi)部阻尼襯套嚴(yán)重磨損；

(2)在新技術(shù)輪系設(shè)計驗證時，必須要考慮輪系的許用條件，避免由于試驗工況不合理造成輪系異?？己耍?/p>

(3)對于BSG輪系問題的處理，必須對BSG標(biāo)定策略有較深入的了解，這樣才能加快質(zhì)量問題的推進(jìn)和解決。