姚源　黃蔚　馮應(yīng)超

摘 要：48V新增功能、參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的開發(fā)有了新的要求。本文對(duì)48V發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)中一些影響皮帶打滑的關(guān)鍵參數(shù)做了詳細(xì)的試驗(yàn)分析，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng) 平均滑移率 BSG 皮帶 扭矩

1 引言

面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的汽車油耗和排放法規(guī)，各主機(jī)廠已經(jīng)開始研究各種節(jié)油、降排技術(shù)。48V輕混系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低而受到關(guān)注。48V新增的啟停、助力、能量回收等功能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)影響巨大。新增功能對(duì)附件系統(tǒng)傳遞功率、扭矩能力的要求有了很大的提高;同時(shí)皮帶的松緊邊也不再像傳統(tǒng)系統(tǒng)一直不變，而是隨BSG功能變化而變化;即48V對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的開發(fā)有了新的要求。本文以某款1.5L四缸增壓機(jī)48V系統(tǒng)皮帶打滑問(wèn)題為分析對(duì)象，對(duì)影響皮帶打滑的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

2 問(wèn)題描述

某款配1.5L四缸增壓機(jī)48V車型在開發(fā)過(guò)程發(fā)現(xiàn)車輛在急加速時(shí)出現(xiàn)“唧唧唧”的異響，檢查發(fā)現(xiàn)皮帶異常磨損;在發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)測(cè)試中也發(fā)現(xiàn)皮帶平均滑移率高達(dá)5%，遠(yuǎn)超皮帶允許的平均滑移率。皮帶異常磨損詳見(jiàn)圖1，楔面帆布層已破壞、楔底已磨出裂痕。

3 問(wèn)題分析

該發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，由曲軸皮帶輪、皮帶啟發(fā)電一體機(jī)（Belt-Driven Starter Generator，文中稱作“BSG”）、Ω張緊輪、惰輪和皮帶構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

該系統(tǒng)開發(fā)時(shí)48V發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)CAE數(shù)據(jù)庫(kù)信息較少，這導(dǎo)致CAE分析結(jié)果與實(shí)際狀態(tài)出現(xiàn)差異。CAE分析結(jié)果皮帶滑移率在2%左右;但從現(xiàn)狀看，皮帶滑移率過(guò)大，達(dá)5%，這是皮帶打滑異響和異常磨損的根本原因?，F(xiàn)需重新對(duì)影響皮帶滑移率的相關(guān)參數(shù)做調(diào)整，并優(yōu)化。

4 優(yōu)化措施

針對(duì)異響、異常磨損問(wèn)題，現(xiàn)需從如下幾個(gè)方面分析、研究?jī)?yōu)化措施;后續(xù)所有測(cè)試均為鎖定其他參數(shù)不變，單獨(dú)更改需要研究的參數(shù)。

4.1 皮帶優(yōu)化

初始設(shè)計(jì)皮帶線繩為高模量聚酯線繩，剛度低。高模量芳綸皮帶剛度要高于高模量聚酯聚酯皮帶，理論上可以有效的改善皮帶滑移問(wèn)題?，F(xiàn)將皮帶線繩更改為高模量芳綸線繩，并進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從測(cè)試結(jié)果看，皮帶線繩如由高模量聚酯線繩更換為高模量芳綸皮帶，可降低皮帶平均滑移率1.5%左右，改善效果明顯。

4.2 自動(dòng)張緊輪彈簧剛度優(yōu)化

自動(dòng)張緊輪彈簧剛度直接影響皮帶張緊力，剛度越大，張緊力越大;表2為不同剛度自動(dòng)張緊輪的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

從數(shù)據(jù)上看，剛度達(dá)到540Nmm/度之后，再繼續(xù)加大，對(duì)皮帶滑移影響不大;可維持原自動(dòng)張緊輪剛度（620Nmm/度）不變。由此數(shù)據(jù)可看出彈簧剛度（張緊力）增加到一定程度后，再繼續(xù)加大對(duì)系統(tǒng)滑移并無(wú)明顯改善。

4.3 BSG帶輪直徑優(yōu)化

CAE分析中顯示加大BSG帶輪直徑可降低皮帶滑移;現(xiàn)增大BSG直徑，并相應(yīng)的增加曲軸皮帶輪直徑，保證速比不變，相關(guān)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3結(jié)果可看出，隨著BSG帶輪直徑的增加，皮帶滑移率相應(yīng)降低，但降幅逐步收窄。設(shè)計(jì)中，為保證合理的速比（一般在2.0到3.2之間），不能無(wú)限度的加大BSG帶輪直徑，所以需要依據(jù)BSG特性選取合理的直徑。

4.4 BSG輸出扭矩優(yōu)化

BSG輸入輸出扭矩遠(yuǎn)大于普通發(fā)電機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)工作環(huán)境變惡劣的根本原因之一。針對(duì)這點(diǎn)可以考慮在滿足整車需求的同時(shí)，限制BSG部分工況的輸入輸出扭矩，圖4是BSG助力時(shí)最大輸出扭矩分別為38N.m和27N.m時(shí)皮帶平均滑移的對(duì)比信息。

由數(shù)據(jù)可看出BSG最大輸出扭矩的變更可直接有效的影響到皮帶平均滑移率;輸出扭矩越大，皮帶平均滑移率越高。所以在48V的開發(fā)中，應(yīng)該在發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件承受范圍內(nèi)來(lái)合理的調(diào)整BSG輸出扭矩。

4.5 BSG扭矩變化率優(yōu)化

BSG的扭矩變化率也對(duì)皮帶滑移率有很大影響，表3是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

由數(shù)據(jù)可看出BSG的扭矩變化率也可直接有效的影響到皮帶平均滑移率;BSG扭矩變化率越大，皮帶平均滑移率越高。所以在48V的開發(fā)中，應(yīng)該在不影響駕駛性的基礎(chǔ)上盡可能的降低BSG扭矩變化率。

目前業(yè)內(nèi)沒(méi)有合適的CAE分析方法（軟件）可分析BSG的扭矩變化率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)的影響，后續(xù)可考慮作為新課題進(jìn)行研究。

5 優(yōu)化方案確認(rèn)

綜合上述實(shí)測(cè)結(jié)果，最終選定如下方案：

（1）皮帶線繩材料由高模量聚酯變更為高模量芳綸。

（2）自動(dòng)張緊輪彈簧剛度不變，為620Nmm/度。

（3）BSG帶輪直徑由50mm更改為60mm。

（4）BSG輸出扭矩由38N.m更改30N.m。

（5）BSG扭矩變化率由58N.m/s更改為45N.m/s。

按如上更改后，皮帶滑移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

優(yōu)化后系統(tǒng)皮帶平均滑移從5%降低至1.7%，小于皮帶允許的最大滑移，滿足系統(tǒng)要求，且后續(xù)在試驗(yàn)中未出現(xiàn)打滑異響及皮帶異常磨損等問(wèn)題。

最后將所有測(cè)試數(shù)據(jù)返回CAE分析處，用于優(yōu)化系統(tǒng)模型，提高CAE分析準(zhǔn)確性。

6 總結(jié)

在新系統(tǒng)的開發(fā)中，需要對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行分析，這樣可充分的識(shí)別各參數(shù)的特性，并制定合理的設(shè)計(jì)方案。本文對(duì)48V發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)開發(fā)中的一些關(guān)鍵參數(shù)做了詳細(xì)的試驗(yàn)分析，對(duì)后續(xù)的48V發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)開發(fā)有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳強(qiáng)，丘勝?gòu)?qiáng)，羅海鵬，吳廣權(quán)，高博. 某款48V BSG附件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化.汽車零部件.2020，（09）.

[2]徐立強(qiáng)，滕勤，關(guān)瑩，劉剛.某BSG混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件驅(qū)動(dòng)特性研究.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置.2016，33（05）.