某新能源車型高速行駛異響實(shí)例分析

摘 要：文章介紹了某新能源車型遇到的一例高速行駛過程中出現(xiàn)的高速異響問題示例，并以此案例進(jìn)行展開，詳細(xì)介紹了軸承各個(gè)類型，并在該案例中運(yùn)用CAE進(jìn)行輔助分析，以達(dá)成解決問題的目的，并為后續(xù)工程開發(fā)提供了良好的工程技術(shù)儲(chǔ)備。

關(guān)鍵詞：軸承異響 高速異響 CAE分析

0 引言

軸承在各行各業(yè)中都扮演著重要的角色，在汽車領(lǐng)域中，輪轂軸承更是起到了不可替代的作用，一方面作為連接作用，用于將制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動(dòng)軸等零部件進(jìn)行連接，另一方面承載著汽車的單軸載荷。輪轂軸承的性能優(yōu)劣會(huì)體現(xiàn)在車輛的平順性、整車安全性能與使用壽命上。目前新能源汽車的市場占比與日俱增，對(duì)于整車NVH性能的要求也逐漸提高，輪轂軸承異響問題的規(guī)避成為目前新能源汽車制動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)過程中逐漸關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。本文以某新能源車型高速行駛異響為例，與利用LMS系統(tǒng)與CAE分析的方法如何鎖定問題原因。

1 輪轂軸承簡介

1.1 一代輪轂軸承

一代軸承結(jié)構(gòu)（圖1）簡單，生產(chǎn)制造工藝簡單，采購成本低，曾廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，主要是指填入潤滑脂并且?guī)в忻芊饨Y(jié)構(gòu)的雙列圓錐滾子軸承或者雙列角接觸球軸承。一代軸承針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向行駛工況下產(chǎn)生的側(cè)向力進(jìn)行了性能優(yōu)化，可有效地承受側(cè)向力，且輪轂軸承本身設(shè)計(jì)帶有密封圈，減少了安裝密封圈的工序，提高了生產(chǎn)效率[1]。

目前各主機(jī)廠向軸承供應(yīng)商采購的一代軸承，都需要在制動(dòng)器角總成裝配時(shí)，將一代軸承壓裝至轉(zhuǎn)向節(jié)上，也正因如此，進(jìn)行售后維修時(shí)，各主機(jī)廠均選擇轉(zhuǎn)向節(jié)小總成的形式作為售后備件。目前一代軸承的產(chǎn)量與使用量也越來越少，僅有部分主機(jī)廠還在基于成本的考慮在選擇一代軸承，而目前新能源車型正逐漸淘汰一代軸承，隨著過往車型EOP，后續(xù)將逐漸被三代軸承所替代。

1.2 二代輪轂軸承

相較于一代輪轂軸承，二代軸承（圖2）是將緊固件安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)或者制動(dòng)盤上，這種設(shè)計(jì)提高了各個(gè)零部件之間的裝配便利性。

雖然二代軸承提高了裝配的便利性，可僅是裝配時(shí)減少了壓去輪轂步驟，與轉(zhuǎn)向節(jié)之間的配合依舊是過盈配合，還是需要增加壓裝的步驟，二代軸承僅可視作輪轂軸承的一個(gè)過渡方案。

1.3 三代輪轂軸承

三代輪轂軸承（圖３）是目前各主機(jī)廠使用數(shù)量最多，目前技術(shù)最為成熟的輪轂軸承。三代輪轂軸承集成了ABS齒圈、輪轂、軸承套圈，可視作在二代輪轂軸承上進(jìn)行的再一次優(yōu)化。

三代輪轂軸承的法蘭可分為內(nèi)外法蘭，外法蘭通過螺栓與制動(dòng)盤、輪輞相連接，內(nèi)法蘭同樣是通過螺栓與轉(zhuǎn)向節(jié)相連接。三代輪轂軸承的設(shè)計(jì)簡化了軸承的裝配過程，便于盤式制動(dòng)器帶轉(zhuǎn)向節(jié)角總成的生產(chǎn)裝配以及售后市場更換輪轂軸承的便利性，也便于對(duì)輪轂單元總成進(jìn)行降重，簧下旋轉(zhuǎn)件重量的減輕，也能夠很有效地提高新能源車的續(xù)航能力。三代輪轂軸承相較于一代、二代軸承，生產(chǎn)制造工藝更復(fù)雜，制造成本更高，但其帶來的裝配便利性與重量減輕的優(yōu)勢(shì)，依然得到了國內(nèi)外各主機(jī)廠的青睞

2 噪音的發(fā)生工況與排查

某新能源車型在開發(fā)過程的客戶耐久路試中，車速在90km/h至105km/h這一區(qū)間時(shí)，車輛以勻速、加速、滑行行駛時(shí)，機(jī)艙內(nèi)發(fā)出“嗚嗚”聲，發(fā)生該問題時(shí)，車輛行駛總里程距離約8500km。出現(xiàn)問題后，NVH工程師、產(chǎn)品工程師均對(duì)該異響進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)該異響在打轉(zhuǎn)向時(shí)更容易出現(xiàn)，直線行駛時(shí)方向盤居中（不打轉(zhuǎn)向）異響不容易復(fù)現(xiàn)或復(fù)現(xiàn)的不明顯。（圖4）

主觀判斷異響是車輛左前輪發(fā)出，且為高速時(shí)出現(xiàn)的異響，初步懷疑是輪轂軸承出現(xiàn)的相應(yīng)的問題，為此利用LMS設(shè)備對(duì)噪音進(jìn)行分析，在轉(zhuǎn)向節(jié)上布置了傳感器。

3 數(shù)據(jù)的采集與分析

利用LMS設(shè)備在轉(zhuǎn)向節(jié)與主駕外耳處均布置了傳感器，經(jīng)實(shí)車測(cè)試，異響的頻率約為192.24Hz，而在轉(zhuǎn)向節(jié)上測(cè)得的頻率約在190Hz左右，與人耳聽到的噪音頻率接近。

圖５至圖６均為按照時(shí)間處理得到的噪音頻率，可在圖中直觀地看到在190Hz左右，左前轉(zhuǎn)向節(jié)處有明顯的頻率耦合。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將信號(hào)按輪速進(jìn)行處理。

經(jīng)過處理后數(shù)據(jù)可以看到，在192.24Hz處，左前轉(zhuǎn)向節(jié)處的頻率與人耳聽到的頻率耦合，基本可以判定噪音是有左前轉(zhuǎn)向節(jié)處發(fā)生的。為進(jìn)一步驗(yàn)證猜想，對(duì)左前盤式制動(dòng)器帶轉(zhuǎn)向節(jié)總成做了一次ABA換件，經(jīng)過換件后發(fā)現(xiàn)，噪音會(huì)跟著件走，從而最終確認(rèn)了噪音的來源。

4 故障原因分析

將問題車的軸承進(jìn)行拆解分析，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，軸承外圈單側(cè)溝道存在一處形似“水滴”或者“貝殼”樣貌的剝落失效，行業(yè)內(nèi)定義該形式剝落是一種非典型的剝落，呈現(xiàn)為“貝殼型”脆性裂紋，稱為“貝狀剝落”?！柏悹顒兟洹笔擒囕v在急變速行駛的過程中，鋼球在滾道中呈現(xiàn)混合滑動(dòng)形態(tài)（轉(zhuǎn)動(dòng)與滑動(dòng)），產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，局部升溫，產(chǎn)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，從而會(huì)導(dǎo)致油脂潤滑能力下降，鋼球與滾道直接接觸，滾動(dòng)體與滾道接觸橢圓在邊界處局部應(yīng)力集中，致使裂紋產(chǎn)生。

軸承潤滑脂延長工作錐入度變化率不宜大于15%，這樣能夠保證潤滑脂在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的長期機(jī)械剪切作用下不易出現(xiàn)過度軟化與流水現(xiàn)象，有利于在軸承表面保存潤滑脂，避免軸承潤滑早期失效。為了解決該問題，優(yōu)化了軸承中的油脂，選擇了延長工作錐入度在20%以上的油脂，從而該問題得到了解決。

5 展望

輪轂軸承是制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)過程中的重點(diǎn)產(chǎn)品，一方面是輪轂軸承滿足壽命要求需要承受的載荷，一方面是輪轂軸承的噪音表現(xiàn)。輪轂軸承為旋轉(zhuǎn)件，若出現(xiàn)異響的問題，一般都會(huì)出現(xiàn)周期性的異響，給駕駛者和乘客的駕乘感受帶來很大的影響。本次某新能源車型高速行駛異響的分析解決，明確了我們?cè)谳嗇炤S承這一產(chǎn)品在開發(fā)過程中遇到問題的思路，并且讓我們?cè)陂_發(fā)過程中重視軸承潤滑脂的牌號(hào)選擇，過去的開發(fā)過程中，軸承潤滑脂的牌號(hào)并不是關(guān)注的重點(diǎn)，而經(jīng)過解決該示例問題后，后續(xù)軸承產(chǎn)品的開發(fā)過程中，需要注意與排查的方向會(huì)更加的明確，開發(fā)過程中可提前規(guī)避掉這一類問題，這些都是工程技術(shù)開發(fā)過程的寶貴經(jīng)驗(yàn)，也會(huì)后續(xù)車型開發(fā)提供了寶貴的技術(shù)支持！

參考文獻(xiàn)：

[1]宋祥峰.輪轂軸承的定義、分類和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（12）：178-180.