環(huán)境溫度對(duì)乘用車輪轂軸承摩擦能耗的影響試驗(yàn)研究*

范圍廣,許林芳

(萬向錢潮股份公司 技術(shù)中心,浙江 杭州 311215)

0 引 言

隨著全球環(huán)境不斷惡化,能源的日趨短缺,為了實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)峰”的目標(biāo),降低汽車排放,減少無用的油耗或電耗是非常重要的。

輪轂軸承是汽車底盤重要的零部件,它作用于汽車車軸處,承擔(dān)汽車重量,并為車輪提供精確的引導(dǎo),它不僅承受車重導(dǎo)致的徑向力,還承受汽車轉(zhuǎn)彎導(dǎo)致的側(cè)向力(軸向力)。目前市場(chǎng)上主流乘用車使用的輪轂軸承大都是第三代輪轂單元,其主要零部件有內(nèi)外法蘭盤、內(nèi)圈、保持架、鋼球、密封圈、ABS齒圈和輪速傳感器、潤滑脂等。

摩擦性能是輪轂軸承一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。摩擦不僅會(huì)造成大量的能量損失,摩擦引起的磨損還會(huì)使軸承精度下降,使軸承產(chǎn)生過高的溫升,導(dǎo)致軸承工作表面燒傷或潤滑脂失效,從而導(dǎo)致軸承早期失效或損壞。在汽車行駛中,輪轂軸承摩擦阻力(力矩)所做的功為輪轂軸承摩擦能耗。減小輪轂軸承摩擦阻力,降低輪轂軸承摩擦能耗對(duì)汽車節(jié)能減排具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。輪轂軸承的摩擦力矩和能耗是一個(gè)十分復(fù)雜的問題,其與軸承結(jié)構(gòu)、加工精度、裝配精度、材料性能、汽車工作載荷、潤滑脂性能和汽車行駛環(huán)境溫度等多種因素相關(guān)。

針對(duì)輪轂軸承摩擦力矩,很多學(xué)者進(jìn)行了專門的研究。莫易敏等人[1-3]以輪轂軸承的結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,從輪轂軸承密封圈、負(fù)游隙和潤滑脂3個(gè)方面分別探究,建立了相應(yīng)的模型,試驗(yàn)定量分析了各方面對(duì)軸承摩擦力矩的影響;其研究表明負(fù)游隙對(duì)摩擦力矩存在較明顯的影響,隨著負(fù)游隙絕對(duì)值的減小,摩擦力矩呈減小的趨勢(shì);使用不同黏度潤滑脂、不同密封狀態(tài)的輪轂軸承,其摩擦力矩差異很大。張永等人[4]對(duì)滾動(dòng)軸承密封件導(dǎo)致的摩擦力矩進(jìn)行了研究,提出了預(yù)測(cè)模型,經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),預(yù)測(cè)值與原始數(shù)據(jù)非常接近,該模型預(yù)測(cè)精度高。徐偉等人[5]對(duì)前驅(qū)車型輪轂軸承的摩擦力矩的影響因素進(jìn)行了研究,并提出了減少摩擦力矩的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。徐榮瑜[6]對(duì)角接觸球軸承的摩擦力矩進(jìn)行了理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證,得出了軸承摩擦力矩的計(jì)算方法。鄧四二等人[7]也對(duì)角接觸球軸承摩擦力矩特性進(jìn)行了研究,重點(diǎn)從軸承不同轉(zhuǎn)速對(duì)摩擦力矩的影響進(jìn)行了分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。張奎等人[8]8對(duì)所有球軸承(包括輪轂軸承)摩擦力矩進(jìn)行了理論上的分析計(jì)算,提出了3種計(jì)算方法,即一般計(jì)算方法、較準(zhǔn)確的計(jì)算方法和能量轉(zhuǎn)換計(jì)算方法。朱愛華等人[9]重點(diǎn)介紹了SKF公司滾動(dòng)軸承摩擦力矩的計(jì)算模型,并與一般計(jì)算方法進(jìn)行了對(duì)比,且其計(jì)算方法可推廣至輪轂軸承。SNARE B等人[10-12]提出了不同軸承在一定條件下摩擦力矩的計(jì)算方法。王建華等人[13]分析了輪轂軸承摩擦的影響因素,研究了滾道預(yù)載荷、密封過盈量、密封潤滑脂、密封接觸表面粗糙度等因子對(duì)摩擦力矩的影響,給出了較為科學(xué)的摩擦力矩試驗(yàn)方法。

以上學(xué)者大都基于輪轂軸承產(chǎn)品內(nèi)在因素對(duì)摩擦力矩的影響進(jìn)行了研究,但沒有從汽車行駛中實(shí)際工況、溫度環(huán)境條件等外在因素對(duì)輪轂軸承的摩擦力矩和摩擦能耗的影響進(jìn)行研究。比如汽車行駛時(shí),天氣對(duì)輪轂軸承摩擦力矩的影響有多大;在冬天和夏天時(shí),輪轂軸承摩擦力矩有多大的差異;如何定量測(cè)量和評(píng)估輪轂軸承在冬天和夏天的單位里程摩擦能耗等方面,目前均無相關(guān)的研究。

環(huán)境溫度導(dǎo)致汽車輪轂軸承摩擦力矩的變化,主要原因有2個(gè):一是輪轂軸承潤滑脂受溫度變化后,其黏度等性能參數(shù)發(fā)生改變,導(dǎo)致軸承摩擦阻力產(chǎn)生變化;二是由于軸承各零件材料的熱膨脹系數(shù)不同,環(huán)境溫度變化后,在載荷作用下,各零件材料變形量和變形速度均不相同,導(dǎo)致軸承游隙發(fā)生變化,從而使軸承摩擦力矩發(fā)生變化。

基于前人研究的不足,筆者將著重對(duì)輪轂軸承實(shí)際工作時(shí),不同環(huán)境溫度對(duì)輪轂軸承摩擦力矩和摩擦能耗的影響進(jìn)行理論分析,并進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證和定量研究。

1 輪轂軸承摩擦力矩和摩擦能耗

1.1 輪轂軸承摩擦力矩計(jì)算

根據(jù)輪轂軸承組成結(jié)構(gòu)和工作原理,并參考其他類型球軸承摩擦力矩計(jì)算公式,目前行業(yè)上比較規(guī)范和正式的輪轂軸承摩擦力矩理論計(jì)算公式有2種。

一般計(jì)算方法,只考慮力載荷和潤滑脂引起的摩擦力矩,該方法考慮因素不多,計(jì)算較簡(jiǎn)單。計(jì)算公式[8]8如下:

M=M0+M1

(1)

(2)

M1=f1P1dm

(3)

式中:M為軸承總摩擦力矩,Nm;M0為與軸承類型、轉(zhuǎn)速和潤滑脂性質(zhì)有關(guān)的摩擦力矩,它反映了潤滑脂流體動(dòng)力損耗,Nm;M1為與軸承載荷有關(guān)的摩擦力矩,它反映了由載荷造成的各種摩擦能量損耗,Nm;ν0為潤滑脂的運(yùn)動(dòng)黏度;n為軸承轉(zhuǎn)速;f0為與軸承類型和潤滑方式有關(guān)的系數(shù);f1為與軸承類型和載荷有關(guān)的系數(shù);dm為軸承的節(jié)圓直徑;P1為確定軸承摩擦力矩的計(jì)算載荷。

另一種理論研究者認(rèn)為,輪轂軸承內(nèi)部至少存在3種摩擦:1)滾動(dòng)體、滾道、潤滑脂三者之間的滾動(dòng)摩擦;2)滾動(dòng)體保持架、潤滑脂三者之間的滑動(dòng)摩擦;3)密封、摩擦副表面、潤滑脂三者之間的滑動(dòng)摩擦[14]。

根據(jù)軸承摩擦產(chǎn)生的機(jī)理,學(xué)者給出了另一種較準(zhǔn)確的計(jì)算公式[8]9:

M=ME+MD+MS+MCB+MCR+MO

(4)

式中:M為軸承總摩擦力矩;ME為由于材料彈性滯后性質(zhì),鋼球在滾道上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦力矩;MD為差動(dòng)滑動(dòng)引起的摩擦力矩,由于鋼球與滾道接觸橢圓面上各點(diǎn)的線速度不同,產(chǎn)生了微觀的滑動(dòng),由此產(chǎn)生的摩擦力矩;MS為自旋滑動(dòng)引起的摩擦力矩;MCB為保持架與球接觸產(chǎn)生的摩擦力矩;MCR為保持架與引導(dǎo)面接觸產(chǎn)生的摩擦力矩;MO為油膜黏性損失引起的摩擦力矩;以上單位均為Nm。

各摩擦力矩分項(xiàng)均有詳細(xì)的計(jì)算公式,且總的摩擦力矩M與輪轂軸承所承受載荷正相關(guān),且受輪轂軸承游隙、結(jié)構(gòu)尺寸等影響較大。

由于每個(gè)軸承工作環(huán)境和工作條件不同,以及軸承制造生產(chǎn)的差異性,理論計(jì)算僅作為參考,其與實(shí)際工況下軸承運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的摩擦力矩差異還是很大的。特別是輪轂軸承,除了其本身的因素外,汽車行駛時(shí)路況條件對(duì)輪轂軸承摩擦力矩的影響是非常大的。

因此,要了解輪轂軸承實(shí)際摩擦力矩的大小,一般以輪轂軸承摩擦力矩試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行路況模擬試驗(yàn)為主要測(cè)量手段。

1.2 輪轂軸承摩擦能耗評(píng)估計(jì)算

由于汽車實(shí)際行駛時(shí),受到載荷、行駛速度、行駛路況、天氣等影響,導(dǎo)致輪轂軸承摩擦力矩是一個(gè)不斷變化的動(dòng)態(tài)值。在實(shí)際臺(tái)架試驗(yàn)時(shí),筆者也是在模擬不同速度、不同溫度等路況下進(jìn)行試驗(yàn),瞬時(shí)摩擦力矩也是一個(gè)動(dòng)態(tài)值。

輪轂軸承摩擦能耗是輪轂軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其摩擦阻力所做的功。計(jì)算評(píng)估輪轂軸承摩擦能耗時(shí),需先測(cè)量其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)的瞬時(shí)摩擦力矩值,再根據(jù)計(jì)算公式積分求出其摩擦能耗值。

輪轂軸承摩擦功率、摩擦能耗計(jì)算公式[15]如下:

摩擦功率PF為:

PF(t)=τF(t)×n(t)×2π

(5)

摩擦能耗WF為:

(6)

式中:PF為輪轂軸承摩擦功率,PF(t)為摩擦功率實(shí)時(shí)值,W;τF為摩擦力矩,τF(t)為實(shí)時(shí)值,Nm;n為轉(zhuǎn)速,n(t)為實(shí)時(shí)瞬時(shí)值,r/min;WF為輪轂軸承摩擦能耗,Wh;t為時(shí)間參數(shù),s。

2 環(huán)境溫度對(duì)輪轂軸承摩擦能耗影響

2.1 對(duì)潤滑脂性能的影響

對(duì)于乘用車輪轂軸承而言,v0n≥2 000,從式(2)可以看出,潤滑脂的運(yùn)動(dòng)黏度v0對(duì)于整個(gè)輪轂軸承摩擦力矩值的大小有較大影響,而環(huán)境溫度參數(shù)是影響潤滑脂黏度主要因素之一。

潤滑脂的黏度,是指潤滑油脂稀稠的程度,潤滑脂流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度。運(yùn)動(dòng)黏度,指潤滑脂在重力作用下內(nèi)摩擦力的量度,其值為在相同溫度下其動(dòng)力黏度與密度之比。在一定的溫度范圍內(nèi),溫度的高低對(duì)潤滑脂運(yùn)動(dòng)黏度影響很大,溫度高,潤滑脂的運(yùn)動(dòng)黏度降低;溫度低,潤滑脂的黏度升高。

目前行業(yè)中,乘用車輪轂軸承一般選用合成復(fù)合鋰基酯,以滿足其高溫、高速、抗磨損、安全等要求。在一般情況下乘用車行駛的環(huán)境溫度范圍內(nèi)(-20 ℃～50 ℃),運(yùn)動(dòng)參數(shù)相同,環(huán)境溫度越高導(dǎo)致復(fù)合鋰基酯的運(yùn)動(dòng)黏度v0越小。

因此,環(huán)境溫度升高,運(yùn)動(dòng)黏度v0變小,輪轂軸承摩擦力矩減小;溫度降低,其摩擦力矩增大。

2.2 對(duì)輪轂軸承工作游隙的影響

汽車在-20 ℃～50 ℃的環(huán)境下行駛,當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),由于輪轂軸承及配合各零部件材料的線膨脹系數(shù)不同,輪轂軸承的內(nèi)圈法蘭、滾動(dòng)體、保持架、外圈法蘭、配合安裝軸等零部件的尺寸變形量各不相同,導(dǎo)致輪轂軸承的游隙發(fā)生變化。

為了使輪轂軸承有更長(zhǎng)的使用壽命,目前行業(yè)上普遍將第三代輪轂軸承設(shè)計(jì)為存在極小的負(fù)游隙的狀態(tài)。在軸承裝配時(shí)施加了一定的預(yù)載,采用預(yù)緊的方式消除滾動(dòng)體與滾道的接觸間隙,從而形成了負(fù)游隙[16]。一般負(fù)游隙在0～-0.06 mm范圍內(nèi)。根據(jù)黃其圣等人[17]研究結(jié)論,溫度升高,導(dǎo)致軸承游隙值變小。對(duì)于乘用車輪轂軸承工作時(shí)的負(fù)游隙而言,溫度升高,輪轂軸承負(fù)游隙的絕對(duì)值變小;當(dāng)溫度降低時(shí),輪轂軸承負(fù)游隙的絕對(duì)值變大。

根據(jù)輪轂軸承的游隙和相關(guān)尺寸計(jì)算接觸載荷,可知,隨著負(fù)游隙絕對(duì)值的增大,軸承內(nèi)外滾道的接觸載荷呈逐漸增大的趨勢(shì)。利用式(4)推導(dǎo),據(jù)莫易敏等人[1]19研究表明:輪轂軸承總的摩擦力矩M與輪轂軸承所承受載荷呈正相關(guān)。因此,負(fù)游隙絕對(duì)值的增大將導(dǎo)致軸承摩擦力矩的增大。

因此,在-20 ℃～50 ℃的溫度環(huán)境下,溫度越低,輪轂軸承摩擦力矩越大;溫度越高,軸承摩擦力矩越小。根據(jù)式(5)和式(6),摩擦力矩和摩擦能耗呈正相關(guān),因此,環(huán)境溫度越高,汽車輪轂軸承摩擦能耗越小;環(huán)境溫度越低,汽車輪轂軸承摩擦能耗越大。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

筆者利用目前國際上最先進(jìn)的輪轂軸承摩擦力矩和能耗專用試驗(yàn)機(jī),設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)程序,選取國內(nèi)某品牌合資乘用車配套用第三代輪轂軸承為試驗(yàn)樣品,測(cè)量該輪轂軸承在低溫和高溫環(huán)境條件下摩擦力矩和摩擦能耗情況,并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié),以驗(yàn)證環(huán)境溫度對(duì)于摩擦力矩和摩擦能耗影響的理論分析結(jié)果。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備和原理

從德國進(jìn)口的輪轂軸承摩擦力矩及能耗試驗(yàn)機(jī),如圖1圖示。

圖1 輪轂軸承摩擦力矩及能耗試驗(yàn)機(jī)Fig.1 Wheel hub bearing friction torque and energy loss test machine

試驗(yàn)機(jī)原理如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)機(jī)原理圖Fig.2 Schematic diagram of test machine ①旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī);②去耦合組件;③加載裝置;④和⑤工裝夾具;⑥輪轂軸承;⑦靜壓軸承;⑧扭矩傳感器;⑨徑向加載;⑩軸向加載;轉(zhuǎn)速傳感器;ET為輪轂軸承安裝偏距,mm。

試驗(yàn)機(jī)除了上述主要機(jī)械部分外,還包括高低溫環(huán)境箱,以及用來測(cè)量溫度、轉(zhuǎn)速、力和摩擦力矩的傳感器。

試驗(yàn)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸軟連接驅(qū)動(dòng)輪轂軸承旋轉(zhuǎn),加載裝置通過支撐軸承對(duì)輪轂軸承施加徑向力和軸向力。輪轂軸承法蘭通過夾具與靜壓軸承相連,筆者在靜壓軸承尾端安裝扭矩傳感器,扭矩傳感器測(cè)量輪轂軸承實(shí)時(shí)摩擦力矩值。靜壓軸承起到支撐及傳遞扭矩的作用。

試驗(yàn)時(shí),輪轂軸承的初始溫度及環(huán)境溫度有特殊要求,因此輪轂軸承試樣及部分夾具被包裹在高低溫環(huán)境箱內(nèi)。輪轂軸承按照一定工況路譜進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),筆者測(cè)量其瞬時(shí)動(dòng)態(tài)的摩擦力矩值,然后根據(jù)式(5)和式(6)計(jì)算評(píng)估該輪轂軸承在規(guī)定路譜下的摩擦功率、摩擦能耗。

輪轂軸承試樣安裝如圖3所示。

圖3 輪轂軸承試樣安裝圖Fig.3 Installation of the wheel hub bearing test sample

3.3 試驗(yàn)程序

筆者試驗(yàn)過程中施加徑向載荷和軸向載荷,徑向載荷4 500 N,軸向載荷225 N,2個(gè)載荷貫穿于整個(gè)試驗(yàn)過程中,并保持不變[18]。

試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速和環(huán)境溫度要求如表1所示。

表1 試驗(yàn)路譜程序

筆者根據(jù)試驗(yàn)路譜程序要求進(jìn)行設(shè)置,該程序主要目的:在恒定轉(zhuǎn)速下的試驗(yàn)為磨合試驗(yàn),測(cè)量輪轂軸承穩(wěn)定的摩擦力矩值;在變速的路譜工況下測(cè)量輪轂軸承摩擦能耗。

該樣品車輪滾動(dòng)動(dòng)態(tài)半徑為362 mm,試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速之間可根據(jù)車輪動(dòng)態(tài)滾動(dòng)半徑互相轉(zhuǎn)化計(jì)算。輪轂軸承試樣順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)各一次,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別對(duì)應(yīng)汽車的前進(jìn)和后退。

CLTC-P是在中國交通環(huán)境下描述乘用車行駛特征所使用的時(shí)間-速度曲線,是我國工信部要求的乘用車能耗及續(xù)航里程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)路譜程序。其包括慢速、中速和快速駕駛?cè)齻€(gè)階段,測(cè)試過程持續(xù)30 min,汽車總行駛里程約14.5 km,模擬汽車走走停停、堵車環(huán)境、加減速頻繁等行駛特點(diǎn)。

CLTC-P工況曲線如圖4所示。

圖4 CLTC-P工況路譜Fig.4 CLTC-P load spectrum

NEDC是最新歐洲駕駛循環(huán)周期程序,它包括4個(gè)市區(qū)道路駕駛循環(huán)和1個(gè)市郊道路駕駛循環(huán)。市區(qū)道路行駛車速較低,郊區(qū)車速較高,整個(gè)循環(huán)時(shí)間共計(jì)約20 min,測(cè)試總里程為10.93 km。

NEDC工況曲線如圖5所示。

圖5 NEDC工況路譜Fig.5 NEDC load spectrum

3.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

筆者利用圖1試驗(yàn)機(jī),根據(jù)表1程序進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)過程曲線如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)過程曲線Fig.6 The curve of test process

圖6試驗(yàn)過程曲線包括試驗(yàn)轉(zhuǎn)速曲線、輪轂軸承摩擦力矩和摩擦功率曲線、以及試驗(yàn)過程中的溫度曲線。試驗(yàn)記錄時(shí)長(zhǎng)為15 000 s,試驗(yàn)過程中為達(dá)到目標(biāo)溫度而等待的時(shí)間不計(jì)入試驗(yàn)總時(shí)間。

從過程曲線可以看出:每個(gè)階段(5個(gè)不同的溫度階段)的轉(zhuǎn)速都是一致的,且環(huán)境溫度越高,摩擦功率越趨于穩(wěn)定;在低溫情況下,軸承溫度和環(huán)境溫度保持高度一致還存在一定的難度。

恒定車速(100 km/h)、不同溫度下,輪轂軸承的摩擦力矩試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同溫度下摩擦力矩值

摩擦力矩變化趨勢(shì)圖如圖7所示。

圖7 不同溫度下摩擦力矩趨勢(shì)圖Fig.7 The curve of friction torque in different temperature

從表2數(shù)據(jù)及圖7可以看出:汽車在100 km/h恒定車速下行駛,同一旋轉(zhuǎn)方向情況下,輪轂軸承隨著環(huán)境溫度升高其摩擦力矩變小。以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例,40 ℃高溫下的摩擦力矩比-20 ℃低溫下摩擦力矩降低了約50%。

不同溫度下CLTC-P路譜輪轂軸承摩擦能耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

摩擦能耗變化趨勢(shì)如圖8所示。

從表3數(shù)據(jù)和圖8可以看出:汽車按照CLTC-P路譜在不同的環(huán)境溫度下行駛,溫度越高輪轂軸承的摩擦能耗越小。以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例,40 ℃高溫下的摩擦能耗比-20 ℃低溫下的摩擦能耗降低了約60%。以20 ℃順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例,運(yùn)行一個(gè)CLTC-P循環(huán),一個(gè)輪轂軸承摩擦能耗為15.95 Wh,一輛乘用車四個(gè)輪轂軸承,共計(jì)摩擦能耗約64 Wh,一個(gè)CLTC-P循環(huán)行駛14.5 km;若行駛100 km,一輛乘用車四個(gè)輪轂軸承總摩擦能耗約為441 Wh,計(jì)0.441 kWh。若以特斯拉Model S車型汽車為例,官方數(shù)據(jù)為行駛100 km耗電約18 kWh,則輪轂軸承摩擦阻力產(chǎn)生的能耗約占其2.5%。

表3 不同溫度下CLTC-P路譜摩擦能耗

圖8 不同溫度下摩擦能耗趨勢(shì)圖(CLTC-P)Fig.8 The curve of friction energy loss in different temperature(CLTC-P)

不同溫度下的NEDC路譜輪轂軸承摩擦能耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同溫度下NEDC路譜摩擦能耗

摩擦能耗變化趨勢(shì)如圖9所示。

圖9 不同溫度下摩擦能耗趨勢(shì)圖(NEDC)Fig.9 The curve of friction energy loss in different temperature(NEDC)

從表4數(shù)據(jù)和圖9可以看出:汽車按照NEDC路譜在不同的環(huán)境溫度下行駛,溫度越高輪轂軸承的摩擦能耗越小。以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例,40 ℃高溫下的摩擦能耗比-20 ℃低溫下的摩擦能耗降低了約60%。同理,以20 ℃為例,在NEDC路譜下一個(gè)循環(huán),四個(gè)輪轂軸承摩擦能耗約44 Wh,100 km共計(jì)能耗403 Wh,計(jì)0.403 kWh。

同樣以特斯拉Model S汽車為例,100 km里程下,輪轂軸承摩擦能耗占總能耗的2.2%。

4 結(jié)束語

筆者針對(duì)乘用車在行駛過程中不同的環(huán)境溫度對(duì)輪轂軸承摩擦力矩及摩擦能耗的影響進(jìn)行了分析研究。首先。從理論上進(jìn)行分析總結(jié);然后,采用目前國際最先進(jìn)的臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備,設(shè)計(jì)了特殊的路譜試驗(yàn)程序,進(jìn)行了輪轂單元摩擦力矩和摩擦能耗的試驗(yàn)驗(yàn)證。

研究結(jié)論如下:

1)汽車在恒定車速、不同溫度下行駛,輪轂軸承隨著環(huán)境溫度升高,其摩擦力矩變小。以100 km/h恒定車速行駛為例,汽車前進(jìn)方向,40 ℃高溫下的輪轂軸承摩擦力矩比-20 ℃低溫下的摩擦力矩降低了約50%;

2)汽車在相同路譜工況、不同溫度下行駛,高溫下輪轂軸承摩擦能耗比低溫下要小。無論在中國路譜CLTC-P還是歐洲路譜NEDC下行駛,汽車前進(jìn)方向,40 ℃高溫下輪轂軸承摩擦能耗比-20 ℃摩擦能耗降低了約60%。這也是汽車在冬天時(shí)單位里程油耗或電耗比夏天高的主要原因之一;

3)汽車在中國路譜CLTC-P下行駛,其輪轂軸承摩擦能耗比在歐洲路譜NEDC下行駛要大,以20 ℃順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為例,一個(gè)CLTC-P路譜能耗為15.95 Wh,一個(gè)NEDC路譜能耗為10.82 Wh,CLTC-P路譜比NEDC路譜增加了47%;行駛相同里程100 km,一輛車四個(gè)輪轂軸承一個(gè)CLTC-P路譜能耗為441 Wh,NEDC路譜為403 Wh,CLTC-P能耗比NEDC能耗增加了9.4%。這也說明測(cè)量汽車能耗,中國路譜標(biāo)準(zhǔn)CLTC-P比歐洲標(biāo)準(zhǔn)NEDC要嚴(yán)苛。

后續(xù),筆者將利用先進(jìn)的臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備不斷開展試驗(yàn)工作,從輪轂軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作環(huán)境等方面對(duì)摩擦力矩和摩擦能耗的影響進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,從而為設(shè)計(jì)開發(fā)出低扭矩低能耗的輪轂軸承做出貢獻(xiàn)。