劉芳，王健，葛海龍

上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 200041

0 引言

為緩解環(huán)境惡化，與世界共建文明生態(tài)， 我國提出了在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”、在2060年前實現(xiàn)“碳中和”的目標。 在國家政策驅動、技術路線、進入門檻、消費環(huán)境的多重驅動下，預計2025年，新能源汽車將會占汽車總量的20%以上，因此當前以純電動汽車作為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向。

純電動汽車的結構主要包括電源系統(tǒng)、驅動電機系統(tǒng)、整車控制器和輔助系統(tǒng)等。 動力電池輸出電能，通過電機控制器驅動電機運轉產(chǎn)生動力，再通過減速機構，將動力傳給驅動車輪，促使電動汽車行駛。由于純電動汽車省去發(fā)動機，其NVH性能顯得異常重要。

本文針對某款純電動汽車在平坦路面，以車速10～15 km/h行駛，在整車360°轉彎、油門50%開度時，其差速器出現(xiàn)感知異響問題。通過分析，找到了改善措施，從而解決了異響問題。

1 差速器的工作原理

差速器由差速器殼體、半軸齒輪、行星齒輪、從動錐齒輪、軸承、調(diào)整墊片等組成，如圖1所示。

圖1 差速器結構

如圖2所示，當車輛直線行駛時，動力通過環(huán)形齒輪傳遞到行星齒輪，由于兩側驅動輪受到的阻力相同，行星齒輪不發(fā)生自轉，通過半軸把動力傳到兩側車輪，即相當于剛性連接，兩側車輪轉速相等。

圖2 直線行駛

如圖3所示，當車輛轉彎行駛時，左右車輪受到的阻力不一樣，這時行星齒輪繞著半軸公轉同時自轉，從而吸收阻力差，使車輪能夠以不同的速度旋轉。

圖3 轉彎行駛

2 NVH影響因素分析

從差速器的結構和工作原理來看，產(chǎn)生NVH的來源可能涉及差速器、半軸、轉向系統(tǒng)、整車布置等多個方面。差速器本體產(chǎn)生異響的原因主要有：軸承、半軸齒輪軸徑、十字軸軸頸、差殼、齒輪鍵槽之間的配合間隙、嚙合間隙等。同時摩擦片的材料、摩擦片的硬度、熱處理方式、油品的摩擦特性等。本文主要從摩擦的角度進行闡述如何改善NVH。

摩擦因數(shù)計算公式為：

(1)

式中:為摩擦因數(shù);為摩擦扭矩，N·mm;為摩擦片數(shù)目;為平均摩擦有效半徑,mm;為作用在摩擦片面上壓力,kPa;為有效摩擦面面積，mm。

首先結合公式及理論，改善摩擦效果可以降低摩擦扭矩、提高摩擦片數(shù)目、提高均摩擦有效半徑，提高作用在摩擦面上的壓力。上述措施都涉及硬件結構的調(diào)整或優(yōu)化，在設計鎖定的條件下去更改硬件結構比較困難。

為進一步改善NVH主要從側面去改善摩擦條件，比如摩擦片的材料(65Mn)、摩擦片的熱處理方式(氮化或者涂層方式)、處于摩擦中的油液(油液的黏度、油液的摩擦特性)、差速器的承載能力以及差速器與整車的匹配等。所用油品的黏溫特性曲線如圖4所示，摩擦因數(shù)與滑動速率的變化曲線如圖5所示。

圖4 黏溫特性曲線

圖5 摩擦因數(shù)與滑動速率的變化曲線

油品中對于動摩擦和低速摩擦起作用的組分是不同的：控制動摩擦以分散劑為主，控制低速摩擦和靜摩擦則以有機摩擦改進劑或清凈劑為主。為了滿足摩擦特性，一是采用摩擦改進劑的調(diào)配，二是采用性能更好的摩擦改進劑，形成一種相對較弱的鍵，產(chǎn)生物理或化學吸附。有機摩擦改進劑為含磷、含氮和含硼長鏈化合物，其基本結構為P-L-A，其中P為極性基團，A為長鏈脂肪烴。加入的這些摩擦改進劑主要是為了降低鋼對鋼的低速摩擦因數(shù)。摩擦改進劑分子極性越強、吸附膜厚度及強度越大，越有利于EVF(electrical vehicle fluid)保持其特有的摩擦特性，有利于EVF的靜摩擦因數(shù)的減小和保持動摩擦因數(shù)基本不變。本文涉及相對速度差很小的鋼對鋼摩擦，根據(jù)異響的條件，控制轉速差在低轉速范圍內(nèi)。所采取的措施為：在保持油品理化特性不變的情況下，增加了0.25%的摩擦改進劑的劑量。原油品和改進油品的摩擦特性對比如圖6所示。

圖6 原油品和改進油品的摩擦特性對比

在制造摩擦材料時，需要保證摩擦部件中大量的能量能夠在短時間盡可能轉變?yōu)闊崮?，同時要保證摩擦材料經(jīng)過多次摩擦而沒有大的損傷以及有合適使用壽命和工作的平順性等。差速器的摩擦片材料一般選用65Mn、DC01等。

此外摩擦材料的熱處理方式在一定程度上影響著鋼表面的磨損和摩擦因數(shù)，當前用得比較多的是氮化處理和涂層處理。

3 試驗驗證

NVH主觀評價指標見表1。

表1 NVH主觀評價指標

對不同的改善方式進行了NVH主觀評價的指標，結果如圖7所示。

圖7 不同改善方式對NVH的影響

對耐久之后的油品分別在整車和臺架上進行了NVH評價和摩擦因數(shù)測試。耐久之后的油品較好地滿足整車NVH的條件下，摩擦因數(shù)較新油僅降低了9%左右，如圖8所示。

圖8 油品的摩擦特性對比

所采取措施現(xiàn)已應用于相應的在產(chǎn)車型，效果顯著。

4 結束語

本文將以市場上某純電動汽車差速器異響作為研究對象，基于差速器的結構和原理來分析產(chǎn)生異響的原因，找到可行的改善措施，成功驗證了技術方案的可行性，并已應用于實際量產(chǎn)車型，為新能源汽車電驅動系統(tǒng)的開發(fā)提供有利條件。