某SUV起步噪声机理及改进措施

汪江，马成，吕孟理，董恒，司志明

摘 要：针对某SUV所实际发生的起步或倒车过程中发出的金属噪声，这种金属噪声在过去并不普遍，一般可以通过在等速驱动轴与轮毂轴承配合端面涂抹减摩涂层解决。但某SUV为了改善制动抖动问题，在轮毂轴承上增加了冷成型的铆压翻边结构，这种铆压翻边结构可以为轮毂轴承提供夹紧力，但改变了轮毂轴承与等速驱动轴配合端面的配合关系。这实际上使系统对激励更加敏感。文章解释了激励背后的物理机制，并定义了影响激励的参数，通过优化这些参数成功解决了起步噪声问题，为同类问题的解决提供参考。

关键词：起步倒车;金属噪声;等速驱动轴;轮毂轴承;铆压翻边

中图分类号：U463  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）23-109-02

Starting noise mechanism and improvement measures of an SUV

Wang Jiang， Ma Cheng， Lv Mengli， Dong Heng， Si Zhiming

（Anhui jianghuai automobile group co. LTD.， Anhui Hefei 230601）

Abstract： The metal noise emitted by an SUV during the actual starting or reversing process， this metal noise was not common in the past and generally can be solved by applying anti-friction coating on the drive shaft and hub bearing matching face. However， in order to improve the braking jitter problem， riveting pressure flanging structure was added on the hub bearing， the riveting flanging structure can provide clamping force for hub bearing， but it changes the relationship between hub bearing and drive shaft mating surface. This actually makes the system more responsive to incentives. This paper explains the physical mechanism behind the excitation and defines the parameters that affect the excitation， by optimizing these parameters， the problem of starting noise solved successfully.

Keywords： Start astern; Metal noise; Constant speed drive shaft; Wheel hub bearing; Riveting pressure flanging

CLC NO.： U463  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）23-109-02

引言

隨着汽车工业的快速发展，汽车 NVH 性能越来越受到人们的关注，且已成为衡量汽车性能的重要指标之一。起步工况作为常用工况，其舒适性是一项至关重要的评价指标[1]。

1 介绍

等速驱动轴的末端通常连接齿轮或车轮等部件，当这些部件通过简单的螺栓或螺母安装在驱动轴上时，产生的负载高度依赖于紧固件扭矩和一些设计参数，除了必须在驱动轴产品生命周期中保持扭矩承载能力和完整性外，NVH性能通常是设计优化和开发的重点。

令人反感的噪声是在等速驱动轴扭矩上升过程中产生的短时瞬态噪声。该驱动转矩在上述接口中诱导旋转运动。本文将详细介绍噪声产生的机理和导致或增强噪音的物理参数并提供改进措施。

在讨论某SUV起步噪声的物理特性之前，了解所涉及部件及其相互作用是至关重要的。

所涉及的三个部件分别为轮毂轴承、驱动轴接口及锁紧螺母，如图1所示。在这三个部件中，轮毂轴承的设计在过去的10到15年里变化最大，而锁紧螺母和驱动轴接口的设计保持不变。某SUV为了改善制动抖动问题，采用最新的轮毂轴承结构，此轮毂轴承内圈延伸并采用冷成型工艺铆压在轴承上，为轮毂轴承提供夹紧力，相比传统轮毂轴承的硬质贴合面，冷成型的表面对起步噪音更敏感。

图1  驱动轴与轮毂轴承配合接口

图2  轮毂轴承结构

2 噪声产生机理

车辆从静止状态快速加速时，驱动轴转矩超过锁紧螺母转矩时，因驱动轴与轮毂轴承配合花键存在侧向间隙，如果驱动轴转矩在主轴上的变化率足够快，驱动轴与轮毂轴承将产生相对滑动，轮毂轴承与驱动轴交界面将由静摩擦转向滑动摩擦。对于干燥的金属交界面，其摩擦系数如表1所示[2]。

表1  金属表面的摩擦系数

对于两个干燥的硬钢表面，由静摩擦变为滑动摩擦将导致摩擦系数下降约46%，从而导致夹紧力瞬间等效上升46%。导致产生更大的轴向力，在此过程中应变能得到释放产生轴向冲击，这种冲击力刺激周围的结构产生噪声，同时应注意存储的应变能释放时间越短，冲击力越大。这也解释了为什么扭矩输出较大的车辆噪声倾向较高。

对比表1中干燥表面与油腻表面的静态及滑动摩擦系数，发现油腻表面的静、滑动摩擦系数变化较小，变化率只有7%，这就解释了在交界面涂抹减摩涂层能显著降低起步噪音的原因。

3 优化系统设计参数

通过对噪声产生机理的分析突出了几个起主要作用的设计参数。例如，如果可以将轮毂轴承与驱动轴交界面的摩擦系数控制为无穷大或接近于零，则不会有激励。如果摩擦系数无穷大，两交界面之间就不会有滑动，该设计特点是通过在轮毂轴承和驱动轴交界面采用端面齿来传递转矩，但这需要对轮毂轴承和驱动轴接口采用新的设计及制造工艺，并增加成本。

而对于大多数如某SUV一样采用轴向花键传递转矩的车辆，驱动轴接口将在轮毂轴承上滑动。因此应尽可能降低两交界面的静、滑动摩擦系数的变化率，这可通过正确定义两接口的表面完成;并降低两接口的夹紧压力，某SUV轮毂轴承的铆压翻边结构可为轴承提供足够的夹紧力，因此可适当降低锁紧螺母的扭矩，同时夹紧压力还可以通过增大交界面的接触面积来降低，另外减小两接口配合花健的侧隙，提升花健接触区域的扭转刚度来尽量减小驱动轴在滑转过程的扭转角也是十分必要的。

4 优化方案验证

通过上述分析，对某SUV车辆进行了如下优化：

（1）輪毂轴承与驱动轴交界面增加减摩涂层;

（2）驱动轴锁紧螺母扭矩由260Nm降低至200Nm;

（3）轮毂轴承铆压翻边接触面粗糙度由Ra1.0减低至Ra0.6;

（4）轮毂轴承铆压翻边接触面面积增大20%;

（5）驱动轴与轮毂轴承配合花键增加螺旋角10'±3'，侧隙由0.0489mm～0.1355mm变为-0.1402mm～0.0337mm;

（6）轮毂轴承内花键及铆压翻边面增加热处理，提升刚度（受工艺限制此措施未实施）。

通过实车验证，所有措施或几种措施的结合就足以改善起步噪声。

5 结论

介绍了传动系统在等速驱动轴传递转矩时驱动轴与轮毂轴承交界面噪声产生的机理。对于这种情况，结果表明高动力的传动系统输出的转矩容易克服摩擦力使驱动轴与轮毂轴承交界面产生相对滑动，并产生足够的轴向冲击力，导致噪声的产生。

通过对相关参数的分析，并在某SUV上进行了实车验证，确认了一些有效和经济的措施，对轮毂轴承与驱动轴采用花键配合的结构均有效，为其它车型解决此类问题提供有效的参考。

参考文献

[1] 李新鹏，连俊义，郭世辉，王臣.某SUV车型起步异响原因分析及优化[J].汽车实用技术，2019.01.019.

[2] 机械手册第十八版，肯普斯工程师年鉴1980.