纯电动车差速器异响研究

2022-07-01刘芳王健葛海龙

汽车零部件 2022年6期

刘芳，王健，葛海龙

上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 200041

0 引言

为缓解环境恶化，与世界共建文明生态，我国提出了在2030年前实现“碳达峰”、在2060年前实现“碳中和”的目标。在国家政策驱动、技术路线、进入门槛、消费环境的多重驱动下，预计2025年，新能源汽车将会占汽车总量的20%以上，因此当前以纯电动汽车作为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向。

纯电动汽车的结构主要包括电源系统、驱动电机系统、整车控制器和辅助系统等。动力电池输出电能，通过电机控制器驱动电机运转产生动力，再通过减速机构，将动力传给驱动车轮，促使电动汽车行驶。由于纯电动汽车省去发动机，其NVH性能显得异常重要。

本文针对某款纯电动汽车在平坦路面，以车速10～15 km/h行驶，在整车360°转弯、油门50%开度时，其差速器出现感知异响问题。通过分析，找到了改善措施，从而解决了异响问题。

1 差速器的工作原理

差速器由差速器壳体、半轴齿轮、行星齿轮、从动锥齿轮、轴承、调整垫片等组成，如图1所示。

图1 差速器结构

如图2所示，当车辆直线行驶时，动力通过环形齿轮传递到行星齿轮，由于两侧驱动轮受到的阻力相同，行星齿轮不发生自转，通过半轴把动力传到两侧车轮，即相当于刚性连接，两侧车轮转速相等。

图2 直线行驶

如图3所示，当车辆转弯行驶时，左右车轮受到的阻力不一样，这时行星齿轮绕着半轴公转同时自转，从而吸收阻力差，使车轮能够以不同的速度旋转。

图3 转弯行驶

2 NVH影响因素分析

从差速器的结构和工作原理来看，产生NVH的来源可能涉及差速器、半轴、转向系统、整车布置等多个方面。差速器本体产生异响的原因主要有：轴承、半轴齿轮轴径、十字轴轴颈、差壳、齿轮键槽之间的配合间隙、啮合间隙等。同时摩擦片的材料、摩擦片的硬度、热处理方式、油品的摩擦特性等。本文主要从摩擦的角度进行阐述如何改善NVH。

摩擦因数计算公式为：

(1)

式中:为摩擦因数;为摩擦扭矩，N·mm;为摩擦片数目;为平均摩擦有效半径,mm;为作用在摩擦片面上压力,kPa;为有效摩擦面面积，mm。

首先结合公式及理论，改善摩擦效果可以降低摩擦扭矩、提高摩擦片数目、提高均摩擦有效半径，提高作用在摩擦面上的压力。上述措施都涉及硬件结构的调整或优化，在设计锁定的条件下去更改硬件结构比较困难。

为进一步改善NVH主要从侧面去改善摩擦条件，比如摩擦片的材料(65Mn)、摩擦片的热处理方式(氮化或者涂层方式)、处于摩擦中的油液(油液的黏度、油液的摩擦特性)、差速器的承载能力以及差速器与整车的匹配等。所用油品的黏温特性曲线如图4所示，摩擦因数与滑动速率的变化曲线如图5所示。

图4 黏温特性曲线

图5 摩擦因数与滑动速率的变化曲线

油品中对于动摩擦和低速摩擦起作用的组分是不同的：控制动摩擦以分散剂为主，控制低速摩擦和静摩擦则以有机摩擦改进剂或清净剂为主。为了满足摩擦特性，一是采用摩擦改进剂的调配，二是采用性能更好的摩擦改进剂，形成一种相对较弱的键，产生物理或化学吸附。有机摩擦改进剂为含磷、含氮和含硼长链化合物，其基本结构为P-L-A，其中P为极性基团，A为长链脂肪烃。加入的这些摩擦改进剂主要是为了降低钢对钢的低速摩擦因数。摩擦改进剂分子极性越强、吸附膜厚度及强度越大，越有利于EVF(electrical vehicle fluid)保持其特有的摩擦特性，有利于EVF的静摩擦因数的减小和保持动摩擦因数基本不变。本文涉及相对速度差很小的钢对钢摩擦，根据异响的条件，控制转速差在低转速范围内。所采取的措施为：在保持油品理化特性不变的情况下，增加了0.25%的摩擦改进剂的剂量。原油品和改进油品的摩擦特性对比如图6所示。