某纯电动客车差速器损坏分析与优化.pdf

客 车 技 术 与 研 究第 期 .收稿日期:第一作者:韩雪雯()女工程师主要从事底盘电控研发工作:.通讯作者:王功博()男工程师主要从事新能源汽车研发工作:.某纯电动客车差速器损坏分析与优化韩雪雯 王功博 刘岳青 李 飞 韩晋植(.江铃汽车股份有限公司 南昌 .中电国瑞供应链管理有限公司 北京.山东劳动职业技术学院 济南 .中国航发南方工业有限公司 湖南 株洲)摘 要:测试过程中发现某纯电动客车在高低附对开路面急加速时后桥差速器传动失效 本文找出其失效原因并通过增加速差保护功能解决该问题最后通过实车验证关键词:纯电动客车 差速器 速差保护中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:由于电动机比传统内燃机扭矩响应快在高低附对开等特殊路面行驶时电动车极易出现单轮打滑的情况若两侧车轮速差过大则会有损坏差速机构的风险 进行某款纯电动轻型客车路试时发现多台测试车均出现差速器传动失效的故障 本文分析故障原因在不修改硬件结构及材料的前提下通过在控制软件中增加后桥速差保护功能的方式解决该技术问题 故障件分析 故障现象当车辆在高低附对开路面上急加速时低附路面一侧车轮出现打滑空转 车辆由 /加速至/重复加速 次后后桥桥壳温度由 升至 桥壳附近有灼烧味 静置 后查看后桥状态发现后桥差速器失效电机仅可通过传动轴驱动一侧车轮另一侧车轮无动力输出 差速器拆解及分析故障发生后对多台差速器进行拆解拆解图如图 所示 发现 点位置差速器中心轴与行星齿轮间有烧蚀及磨损痕迹 点位置行星齿轮及中心轴均发生部分碎裂缺损 除上述磨损痕迹外其余接触零部件均未发现异常磨损痕迹该现象说明差速器内部润滑脂无异常结合上述烧蚀及磨损痕迹分析故障原因为:单侧车轮高速打滑时行星齿轮围绕中心轴高速转动导致中心轴与行星轮间出现高温并发生粘着磨损中心轴与行星轮粘连导致中心轴及行星齿轮碎裂 碎裂部分脱离原有位置导致传动失效图 差速器拆解故障分析 差速器中心轴强度校核该差速器中心轴轴颈与行星齿轮轴瓦之间在滑动摩擦下工作可视为径向滑动轴承机构 径向滑动轴承所能承受的载荷与线速度的关系用 曲线来表示其中横轴对应轴承滑动线速度 纵轴对应轴承载荷 当轴承的()在图中所对应的点处于安全工作区域时轴承可正常工作否则轴承则会存在损坏风险查阅该差速器中心轴参数该中心轴轴承的 曲线如图 所示其安全区域为由()()()()()点所围成的五边形阴影区域图 差速器中心轴 曲线图)该车型电机端峰值扭矩为 在电机转速 /时可维持峰值扭矩电机通过单级齿轮减速机构与差速器相连传动比为 经减速器扭矩放大后峰值轮边扭矩 ()当车辆处于电机输出最大扭矩的高附侧车轮静止、低附侧车轮打滑的极限打滑工况时电机驱动扭矩几乎全部作用在行星轮上此时行星轮承受的最大径向力 为/()式中:为行星齿轮基圆直径取 由径向轴承的径向载荷计算公式:/()可得出行星轮加载到轴承上的最大径向压强为 式中 为中心轴宽度取 为中心轴轴径取 行星轮在电机最大输出扭矩范围内的最大线速度 为/()/式中:为驱动系统传动比取 为半轴齿轮齿数取 为行星齿轮齿数取 为电机转速取 /最大压强及该压强下的最高转速所对应的点处于图 的安全工作区域内电机转速在 /时可保持 的峰值扭矩随后随着电机转速的提升电机峰值扭矩逐渐下降在转速达到 /时峰值扭矩降至 根据单轮打滑的极限工况按照上述方法校核轴承滑动速度为 /、/、/时轴承的最大径向载荷分别为 、均处于图 所示的轴承安全工作区域内 由于扭矩随转速变化相对线性因此可判断在轴承允许的线速度范围内轴承径向载荷满足设计需求)该车型电机最高转速 为 /当车辆处于高附侧车轮静止、低附侧车轮打滑的极限工况时由公式 /可得左右轮最大转速差为 /当电机处于最高转速时减速器主动轮转速 由公式/可得行星齿轮(即中心轴)最大转速 为 /由径向轴承的滑动速度计算公式 可得此时中心轴的最大滑动速度为 /超出了该轴承所能承受的最高速度(图 所示的 /)不在安全工作区域内 优化方案 优化方案选型针对差速器失效的优化方案有 种一种为通过强化差速器内部零部件的强度使其满足单轮打滑极 第 期 韩雪雯 王功博 刘岳青 等:某纯电动客车差速器损坏分析与优化端工况下的性能要求另一种为在不影响系统正常工作的前提下部分限制驱动轮扭矩及速差使其处于差速器允许的性能范围内 考虑到单轮完全滑移的行驶工况出现概率较低在该工况下驾驶员对整车动力性能无过大要求且提升零部件强度会明显提升成本并延长研发周期因此本文采用限制驱动轮扭矩及速差的方式对差速器进行保护在整车扭矩链中整车控制器()首先采集车辆状态信息并计算驾驶员需求扭矩将该扭矩发送给电机控制器()响应 的扭矩请求并控制电动机以该扭矩输出动力 通过在 软件中嵌入速差保护功能根据实际速差及扭矩对请求扭矩进行限制是解决该问题较为简单高效的方法 方案确定及软件建模本文差速器保护模块的功能逻辑方案如图 所示图 差速器保护功能逻辑图由图 可知该功能模块可细分为 个子模块其具体工作逻辑如下:)驾驶员需求扭矩计算模块负责根据采集到的车辆行驶信息及驾驶员操作意图计算驾驶员需求扭矩)速差计算模块负责分别采集左右侧驱动轮轮速 及 并计算出左右轮速差)扭矩采集模块负责采集电机当前的实际输出扭矩)速差限制模块首先根据公式 /()计算出差速器中心轴轴承的相对滑动速度式中 为中心轴轴径 为车轮滚动半径然后再根据公式/()计算出中心轴的径向载荷 式中 为中心轴宽度为行星齿轮基圆直径 为减速机构传动比 最后将 作为图 中的 值作为图 中的 值对照图 中的 曲线查询并判断轴承的该 值是否处于安全工作区域内当处于安全工作区域内时速差保护功能不激活不对需求扭矩进行处理当处于安全工作区域外时速差保护功能激活此时判断轮速差 是否小于 /当轮速差不小于 /时将需求扭矩限制为 当轮速差小于 /时退出速差保护功能并解除对需求扭矩的限制输出处理后的需求扭矩 进入请求扭矩滤波模块)请求扭矩滤波模块负责对速差限制模块计算得出的扭矩 进行斜率限制扭矩变化斜率上限 依照整车驾驶性及平顺性的要求进行标定在整车平顺性可满足属性要求的情况下可适当增大 值以确保差速保护功能的响应速度本文 为 /输出限制变化率后的请求扭矩 响应 的最终请求扭矩 结束使用 软件对上述功能逻辑进行软件建模并集成进 软件中 实车验证由于低附工况一般出现在冰雪路面行驶过程中因此测试选择在冬季冰面试验场进行分别进行高低附对开路面急加速测试及低附路面耐久测试首先将车辆静止在高低附对开路面全油门加速至 /通过 设备实时观察并记录各轮速及扭矩变化情况标定量为 /和 /的测试数据分别如图 和图 所示客 车 技 术 与 研 究 年 月图 标定量为 /测试数据图图 标定量为 /测试数据图由图 可知踩下加速踏板 后电机扭矩达到 的峰值此时驱动轮速差为 /随后电机扭矩开始下降当电机扭矩降至 时速差达到最大值此时速差为 /随后速差在 /间反复波动直至车速达到 /测试终止测试过程中中心轴轴承相对滑动速度最大值为 /超出了轴承 曲线的安全工作区域 经分析当差速达到最大值时速差保护模块已经触发并开始限制扭矩但因扭矩下降斜率较慢导致扭矩下降过程中速差仍在上升且超出了安全工作区域标定工程师随即将轮边扭矩下降斜率标定量由 /修改为 /并重复上述测试测试结果如图 所示图 所示测试过程中的驾驶平顺性在可接受范围中心轴轴承相对滑动速度最大值为 /且测试全程中心轴 值均处于轴承的安全工作区域内 连续重复上述测试 组后桥桥壳温度由升至 无灼烧味出现传动系统未见异常随后对车辆进行低附耐久试验模拟正常使用工况在低附测试路段行驶 后桥传动系统未见异常随后对后桥总成进行拆解中心轴与行星齿轮均未发现过量磨损 结束语本文提出的差速保护功能可在不修改硬件结构及材料的前提下解决电动车辆后桥因速差过大导致的损坏失效问题提高了车辆安全性及后桥使用寿命同时还降低了成本参考文献:杨林张雪峰柴召朋等.某型差速器磨损研究及验证.时代汽车():.陈新龙吴利锋.单级主减速器装配新工艺探究.客车技术与研究():.姜致强黄苏刚章文忠.整体式差速器一字轴锁销断裂分析.汽车工艺师():.郭明亮王兴华.浅析差速器行星齿轮与轴磨损原因及改善措施.内燃机与配件():.张爱敏张爱国陈鹭滨.某车辆差速器行星齿轮早期断裂原因.理化检验(物理分册)():.陈博刘厚斗何琦等.汽车差速器现状及结构分析.重型汽车():.刘丽新汤一飞屠有余等.某汽车差速器故障原因分析及对策.汽车文摘():.魏聪王优强周亚博等.汽车差速器锥齿轮差速工况下的润滑特性研究.润滑与密封():.姚书涛关崴赵彦辉等.自动变速器差速器烧蚀故障分析.汽车实用技术():.原健钟文艺王文涛等.重型柴油载货汽车差速器的设计与改进.机械设计与制造():.黄玲.分布式电驱动车辆电子差速控制算法研究.客车技术与研究():.张龙巩占峰席飞等.某重卡差速器润滑改进.汽车实用技术():.徐正保皮红玲皮红斌.一批重型汽车桥间差速器异常损坏的启示.重型汽车():.第 期 韩雪雯 王功博 刘岳青 等:某纯电动客车差速器损坏分析与优化