某新能源车型高速行驶异响实例分析

摘 要：文章介绍了某新能源车型遇到的一例高速行驶过程中出现的高速异响问题示例，并以此案例进行展开，详细介绍了轴承各个类型，并在该案例中运用CAE进行辅助分析，以达成解决问题的目的，并为后续工程开发提供了良好的工程技术储备。

关键词：轴承异响 高速异响 CAE分析

0 引言

轴承在各行各业中都扮演着重要的角色，在汽车领域中，轮毂轴承更是起到了不可替代的作用，一方面作为连接作用，用于将制动器、转向节、传动轴等零部件进行连接，另一方面承载着汽车的单轴载荷。轮毂轴承的性能优劣会体现在车辆的平顺性、整车安全性能与使用寿命上。目前新能源汽车的市场占比与日俱增，对于整车NVH性能的要求也逐渐提高，轮毂轴承异响问题的规避成为目前新能源汽车制动系统开发过程中逐渐关注的一个重点。本文以某新能源车型高速行驶异响为例，与利用LMS系统与CAE分析的方法如何锁定问题原因。

1 轮毂轴承简介

1.1 一代轮毂轴承

一代轴承结构（图1）简单，生产制造工艺简单，采购成本低，曾广泛应用于各个行业，主要是指填入润滑脂并且带有密封结构的双列圆锥滚子轴承或者双列角接触球轴承。一代轴承针对汽车转向行驶工况下产生的侧向力进行了性能优化，可有效地承受侧向力，且轮毂轴承本身设计带有密封圈，减少了安装密封圈的工序，提高了生产效率[1]。

目前各主机厂向轴承供应商采购的一代轴承，都需要在制动器角总成装配时，将一代轴承压装至转向节上，也正因如此，进行售后维修时，各主机厂均选择转向节小总成的形式作为售后备件。目前一代轴承的产量与使用量也越来越少，仅有部分主机厂还在基于成本的考虑在选择一代轴承，而目前新能源车型正逐渐淘汰一代轴承，随着过往车型EOP，后续将逐渐被三代轴承所替代。

1.2 二代轮毂轴承

相较于一代轮毂轴承，二代轴承（图2）是将紧固件安装在转向节或者制动盘上，这种设计提高了各个零部件之间的装配便利性。

虽然二代轴承提高了装配的便利性，可仅是装配时减少了压去轮毂步骤，与转向节之间的配合依旧是过盈配合，还是需要增加压装的步骤，二代轴承仅可视作轮毂轴承的一个过渡方案。

1.3 三代轮毂轴承

三代轮毂轴承（图３）是目前各主机厂使用数量最多，目前技术最为成熟的轮毂轴承。三代轮毂轴承集成了ABS齿圈、轮毂、轴承套圈，可视作在二代轮毂轴承上进行的再一次优化。

三代轮毂轴承的法兰可分为内外法兰，外法兰通过螺栓与制动盘、轮辋相连接，内法兰同样是通过螺栓与转向节相连接。三代轮毂轴承的设计简化了轴承的装配过程，便于盘式制动器带转向节角总成的生产装配以及售后市场更换轮毂轴承的便利性，也便于对轮毂单元总成进行降重，簧下旋转件重量的减轻，也能够很有效地提高新能源车的续航能力。三代轮毂轴承相较于一代、二代轴承，生产制造工艺更复杂，制造成本更高，但其带来的装配便利性与重量减轻的优势，依然得到了国内外各主机厂的青睐

2 噪音的发生工况与排查

某新能源车型在开发过程的客户耐久路试中，车速在90km/h至105km/h这一区间时，车辆以匀速、加速、滑行行驶时，机舱内发出“呜呜”声，发生该问题时，车辆行驶总里程距离约8500km。出现问题后，NVH工程师、产品工程师均对该异响进行了主观评价，发现该异响在打转向时更容易出现，直线行驶时方向盘居中（不打转向）异响不容易复现或复现的不明显。（图4）

主观判断异响是车辆左前轮发出，且为高速时出现的异响，初步怀疑是轮毂轴承出现的相应的问题，为此利用LMS设备对噪音进行分析，在转向节上布置了传感器。

3 数据的采集与分析

利用LMS设备在转向节与主驾外耳处均布置了传感器，经实车测试，异响的频率约为192.24Hz，而在转向节上测得的频率约在190Hz左右，与人耳听到的噪音频率接近。

图５至图６均为按照时间处理得到的噪音频率，可在图中直观地看到在190Hz左右，左前转向节处有明显的频率耦合。对数据进行处理，将信号按轮速进行处理。

经过处理后数据可以看到，在192.24Hz处，左前转向节处的频率与人耳听到的频率耦合，基本可以判定噪音是有左前转向节处发生的。为进一步验证猜想，对左前盘式制动器带转向节总成做了一次ABA换件，经过换件后发现，噪音会跟着件走，从而最终确认了噪音的来源。

4 故障原因分析

将问题车的轴承进行拆解分析，经观察发现，轴承外圈单侧沟道存在一处形似“水滴”或者“贝壳”样貌的剥落失效，行业内定义该形式剥落是一种非典型的剥落，呈现为“贝壳型”脆性裂纹，称为“贝状剥落”。“贝状剥落”是车辆在急变速行驶的过程中，钢球在滚道中呈现混合滑动形态（转动与滑动），产生较大的接触应力，局部升温，产生摩擦化学反应，从而会导致油脂润滑能力下降，钢球与滚道直接接触，滚动体与滚道接触椭圆在边界处局部应力集中，致使裂纹产生。

轴承润滑脂延长工作锥入度变化率不宜大于15%，这样能够保证润滑脂在轴承运转产生的长期机械剪切作用下不易出现过度软化与流水现象，有利于在轴承表面保存润滑脂，避免轴承润滑早期失效。为了解决该问题，优化了轴承中的油脂，选择了延长工作锥入度在20%以上的油脂，从而该问题得到了解决。

5 展望

轮毂轴承是制动系统产品开发过程中的重点产品，一方面是轮毂轴承满足寿命要求需要承受的载荷，一方面是轮毂轴承的噪音表现。轮毂轴承为旋转件，若出现异响的问题，一般都会出现周期性的异响，给驾驶者和乘客的驾乘感受带来很大的影响。本次某新能源车型高速行驶异响的分析解决，明确了我们在轮毂轴承这一产品在开发过程中遇到问题的思路，并且让我们在开发过程中重视轴承润滑脂的牌号选择，过去的开发过程中，轴承润滑脂的牌号并不是关注的重点，而经过解决该示例问题后，后续轴承产品的开发过程中，需要注意与排查的方向会更加的明确，开发过程中可提前规避掉这一类问题，这些都是工程技术开发过程的宝贵经验，也会后续车型开发提供了宝贵的技术支持！

参考文献：

[1]宋祥峰.轮毂轴承的定义、分类和技术发展趋势[J].汽车实用技术，2018（12）：178-180.