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電動車差速行駛異響優(yōu)化案例
一、問題描述
某搭載“三合一”集成式電驅總成的橫置前驅緊湊型純電動轎車，在大角度的低速加速轉向行駛過程中，前機艙內存在明顯的“嗡嗡”異響，但整車沒有抖動或聳動現(xiàn)象。并且，在左/右兩側的轉向工況也都存在該異常噪聲，而車輛直行時則異響消失。由于低速轉彎行駛時的車內背景噪聲較低，這種低沉的異響聲就容易被車內的駕乘人員感知和抱怨。此外，車輛經過持續(xù)地磨合行駛之后，該異響發(fā)生幾率有一定的降低。
二、問題排查
為了繼續(xù)排查該車型轉彎異響問題特征和異響源位置，在差速器輸出接口布置加速度振動傳感器，分別在前機艙和車內布置麥克風，如圖所示。同時，通過CAN總線同步采集車速、電機的轉速和輸出扭矩等信息。
在綜合性能試驗場的光滑路面上，車輛在D檔下穩(wěn)定地轉彎行駛，如圖所示，車速保持在 20km/h 以內，進行多次的重復試驗，采集各信道的信息。
頻數(shù)據的反復回放，并結合主客觀評價的對比辨識，可以發(fā)現(xiàn)車內與前機艙內的異常噪聲特征主要表現(xiàn)均在250 Hz～275 Hz的較寬頻帶，且無明顯的階次特征，轉彎過程的異常噪聲與差速器輸出端的殼體振動特征相吻合，如圖所示。
三、原因分析
對故障零部件差速器的解析情況，初步推測差速器半軸墊片的摩擦性能可能是該車型轉彎異響的潛在原因。在車輛的大角度轉彎過程中，行星齒輪圍繞行星軸轉動，通過與半軸齒輪的嚙合，實現(xiàn)對兩側車輪的差速驅動，保證車輛平穩(wěn)地過彎行駛。在行星錐齒輪與半軸錐齒輪的扭矩傳遞過程中，錐齒輪副之間的切向力可以分成軸向力和徑向力，其中的軸向力將直接通過墊片傳遞到差速器殼體的定位平面，形成正壓力，并分別產生行星/半軸齒輪與差速器殼體之間的運動摩擦副。在半軸齒輪、墊片和差速器之間摩擦副表面間隙逐步減小的過程中，如果潤滑油液分布不均勻或者油膜動態(tài)壓力穩(wěn)定性降低，潤滑油膜發(fā)生破裂，摩擦副表面潤滑狀態(tài)將由混合潤滑轉化為邊界潤滑，金屬表面之間發(fā)生相互的接觸，導致運動表面摩擦系數(shù)的波動，產生粘滑現(xiàn)象，從而引起自激勵振動噪聲問題，并通過驅動半軸和減速器殼體等“結構聲路徑”傳遞到車內。
四、改進方案與試驗驗證
在保持差速器的主體結構設計不變、不能影響可靠耐久的綜合性能、不重新調整差速器齒輪嚙合側隙等前提下，以及考慮到成本和后期整改的工程可行性等因素，采用的是對65 Mn材質的半軸齒輪墊片表面處理工藝改進的方案，試圖能夠快速有效地解決車輛轉彎的差速器異響問題。其具體措施方案為將原來的半軸齒輪墊片軟氮化處理方式，更改為磷化處理方式，并通過改進磷化配方與工藝，在墊片表面生成超微細磷酸錳轉化涂層。
由于磷酸錳化表面處理工藝是金屬表面與磷酸鹽溶液之間的化學轉化過程，通過置換反應而沉積出混合磷酸鹽氧化膜。如圖所示，其表面微觀形貌具有不連續(xù)性和多孔隙特征，有利于吸附油膜的形成，增加儲油能力，能夠降低欠邊界和混合潤滑工況的摩擦系數(shù)，顯著改善摩擦界面的粘滑性能，并提升耐磨性能。
在整車上進行了優(yōu)化方案的換裝對比驗證，如圖所示，此純電動車型在大角度低速轉彎工況的異常噪聲消失了，差速器輸出端伴隨的異常振動特征也消失了，車輛的駕駛品質明顯提升。
優(yōu)化前/后的差速器近場噪聲試驗對比
優(yōu)化前/后的差速器輸出端振動試驗對比
參考文獻，張軍，《純電動汽車轉彎行駛差速器異響測試分析及優(yōu)化》
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