新能源汽車起步輪端噪音分析與優化

張帥舉，齊曉旭，蔡遠駿

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 518057）

新能源汽車起步輪端噪音分析與優化

張帥舉，齊曉旭，蔡遠駿

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 518057）

汽車起步工況比較復雜，發動機扭矩輸出克服傳動系統各種阻力，最終傳遞到輪轂花鍵，車輪轉動。在傳動系統末端，車輪端從靜到動。微觀上看，驅動軸克服輪轂軸承端面靜摩擦力矩到滑動摩擦，最終花鍵嚙合傳遞扭矩。此時滑動摩擦消失，在該過程中很容易產生摩擦異響，尤其新能源汽車起步工況異響更為明顯。文章搭建模擬臺架測試摩擦力矩變化，分析評估噪音變化、摩擦副的影響因素，并采取有效措施消除異響。研究關鍵參數應用在其它項目。

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展階段，其設計理念與傳統汽車有所不同，除了電池技術和安全方面，對于車輛性能和NVH方面也比較關注。新能源汽車由電機驅動，通過驅動軸將扭矩傳遞到車輪，克服傳動系的各種阻力矩，尤其是摩擦阻力矩。在車輪端，車輛起步是從靜態到動態過程，驅動軸與輪轂軸承發生端面摩擦，傳統汽車起步扭矩一般可達80N.m，新能源汽車電機響應更快，電機扭矩可達100N.m，更容易產生噪音。發動機工作噪音明顯高于電機工作噪音，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化勢在必行。

1、設計原理

1.1 結構原理

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

圖1 新能源汽車傳動系統結構圖

1.2 摩擦異響產生機理

車輛M模式行駛時，電池供電給驅動變速箱，電機轉動后通過離合器傳遞給輸入軸，帶動一級齒輪組工作。輸出軸將扭矩傳遞到差速器輸出，帶動驅動軸轉動至輪端，車輛開始行駛。在起步時，扭矩開始傳遞。驅動軸受扭轉剛度作用，其輸入端與輸出端的相對扭轉角不斷增大，車輪輪轂轉動之前，驅動軸與輪轂軸承有了轉動趨勢，即驅動軸端面和輪轂軸承之間(如圖2所示)存在靜摩擦力矩，當驅動軸扭矩不斷增加，克服靜摩擦力矩轉化為滑動摩擦后，花鍵間隙及花鍵軸扭轉剛度逐漸消除。驅動軸花鍵與輪轂花鍵充分嚙合，并傳遞扭矩，此時驅動軸與輪轂軸承的相對滑動摩擦力矩又會消失。滑動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，及其他等諸多因素等。

圖2 扭矩傳遞路徑圖

2、模擬測試

圖3 臺架模擬結構

建立驅動軸及輪轂模擬臺架（圖3所示），驅動電機拖動驅動軸及輪端，隨著輸入扭矩逐步增大，測試輪端扭矩以及輸入端轉角的變化，確認異響區間。利用該試驗臺架進行交互驗證，驅動驅動軸和輪轂端，測試輪轂端扭矩變化，篩選驅動軸和輪轂端的相關參數。試驗結果表明，摩擦力矩突變越大，聲音越大，異響的突變摩擦力矩（圖4所示）明顯大于無異響突變摩擦力矩（圖5所示）。對輪轂軸承和半軸接觸面摩擦副因子進行調整，試驗發現：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降低接觸面粗糙度均能夠有效減小摩擦力，測試結果如表1所示。

圖 5 輪端無異響-滑動摩擦力矩

圖4 輪端異響-滑動摩擦力矩圖

表1 摩擦副因子影響測試結果圖

3、改善措施

影響滑動摩擦系數因數較多，由于條件和精力限制，無法進行全面研究。本文主要從零件本身結構考慮，研究在不改變產品結構、不增加產品成本前提下，進行產品設計和優化。摩擦系數主要是壓力、接觸面積、表面粗糙度等影響。試驗數據顯示：端面配合壓力、接觸面積、表面粗糙度調整會異響表摩擦系數，滑動摩擦力矩。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，根據試驗及數據分布情況，主要從三個方面來改善異響：

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，保證其在負游隙狀態下工作的前提下，考慮軸向減小夾持力，夾持力一般在80-100KN；

3）表面粗糙度結合加工能力考慮，控制在0.8以下。

調整參數后（如圖6所示），滑動摩擦力矩突變明顯降低，輪端異響消失。

圖6 改善后-滑動摩擦力

4、總結

通過對新能源汽車起步軸端異響研究，說明新能源汽車和傳統汽車在零件上要求有所區別。考慮到安全性、駕駛性和NVH，會有所提高，所以新能源汽車在設計軸端輪轂設計時，在保證產品功能，同時要考慮輪端配合要求。摩擦系數涉及因素較多，根據驅動軸和輪轂軸承零件成本，優先從配合面、軸向壓力、粗糙度去考慮優化結合面摩擦異響，提高產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股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.07.009