某款48V系統皮帶打滑問題研究

姚源　黃蔚　馮應超

摘 要：48V新增功能、參數對發動機前端附件系統的開發有了新的要求。本文對48V發動機前端附件系統中一些影響皮帶打滑的關鍵參數做了詳細的試驗分析，并得出相應的結論。

關鍵詞：發動機前端附件系統 平均滑移率 BSG 皮帶 扭矩

1 引言

面對越來越嚴格的汽車油耗和排放法規，各主機廠已經開始研究各種節油、降排技術。48V輕混系統因結構簡單、成本相對較低而受到關注。48V新增的啟停、助力、能量回收等功能對發動機前端附件系統影響巨大。新增功能對附件系統傳遞功率、扭矩能力的要求有了很大的提高;同時皮帶的松緊邊也不再像傳統系統一直不變，而是隨BSG功能變化而變化;即48V對發動機前端附件系統的開發有了新的要求。本文以某款1.5L四缸增壓機48V系統皮帶打滑問題為分析對象，對影響皮帶打滑的各項參數進行了對比驗證，并得出相應的結論。

2 問題描述

某款配1.5L四缸增壓機48V車型在開發過程發現車輛在急加速時出現“唧唧唧”的異響，檢查發現皮帶異常磨損;在發動機前端附件系統測試中也發現皮帶平均滑移率高達5%，遠超皮帶允許的平均滑移率。皮帶異常磨損詳見圖1，楔面帆布層已破壞、楔底已磨出裂痕。

3 問題分析

該發動機前端附件系統布置簡單，由曲軸皮帶輪、皮帶啟發電一體機（Belt-Driven Starter Generator，文中稱作“BSG”）、Ω張緊輪、惰輪和皮帶構成，具體結構見圖2。

該系統開發時48V發動機前端附件系統CAE數據庫信息較少，這導致CAE分析結果與實際狀態出現差異。CAE分析結果皮帶滑移率在2%左右;但從現狀看，皮帶滑移率過大，達5%，這是皮帶打滑異響和異常磨損的根本原因。現需重新對影響皮帶滑移率的相關參數做調整，并優化。

4 優化措施

針對異響、異常磨損問題，現需從如下幾個方面分析、研究優化措施;后續所有測試均為鎖定其他參數不變，單獨更改需要研究的參數。

4.1 皮帶優化

初始設計皮帶線繩為高模量聚酯線繩，剛度低。高模量芳綸皮帶剛度要高于高模量聚酯聚酯皮帶，理論上可以有效的改善皮帶滑移問題。現將皮帶線繩更改為高模量芳綸線繩，并進行相關測試。實測數據見表1。

從測試結果看，皮帶線繩如由高模量聚酯線繩更換為高模量芳綸皮帶，可降低皮帶平均滑移率1.5%左右，改善效果明顯。

4.2 自動張緊輪彈簧剛度優化

自動張緊輪彈簧剛度直接影響皮帶張緊力，剛度越大，張緊力越大;表2為不同剛度自動張緊輪的實測數據。

從數據上看，剛度達到540Nmm/度之后，再繼續加大，對皮帶滑移影響不大;可維持原自動張緊輪剛度（620Nmm/度）不變。由此數據可看出彈簧剛度（張緊力）增加到一定程度后，再繼續加大對系統滑移并無明顯改善。

4.3 BSG帶輪直徑優化

CAE分析中顯示加大BSG帶輪直徑可降低皮帶滑移;現增大BSG直徑，并相應的增加曲軸皮帶輪直徑，保證速比不變，相關測試結果見圖3。

由圖3結果可看出，隨著BSG帶輪直徑的增加，皮帶滑移率相應降低，但降幅逐步收窄。設計中，為保證合理的速比（一般在2.0到3.2之間），不能無限度的加大BSG帶輪直徑，所以需要依據BSG特性選取合理的直徑。

4.4 BSG輸出扭矩優化

BSG輸入輸出扭矩遠大于普通發電機是發動機前端附件系統工作環境變惡劣的根本原因之一。針對這點可以考慮在滿足整車需求的同時，限制BSG部分工況的輸入輸出扭矩，圖4是BSG助力時最大輸出扭矩分別為38N.m和27N.m時皮帶平均滑移的對比信息。

由數據可看出BSG最大輸出扭矩的變更可直接有效的影響到皮帶平均滑移率;輸出扭矩越大，皮帶平均滑移率越高。所以在48V的開發中，應該在發動機前端附件承受范圍內來合理的調整BSG輸出扭矩。

4.5 BSG扭矩變化率優化

BSG的扭矩變化率也對皮帶滑移率有很大影響，表3是實測數據。

由數據可看出BSG的扭矩變化率也可直接有效的影響到皮帶平均滑移率;BSG扭矩變化率越大，皮帶平均滑移率越高。所以在48V的開發中，應該在不影響駕駛性的基礎上盡可能的降低BSG扭矩變化率。

目前業內沒有合適的CAE分析方法（軟件）可分析BSG的扭矩變化率對發動機前端附件系統的影響，后續可考慮作為新課題進行研究。

5 優化方案確認

綜合上述實測結果，最終選定如下方案：

（1）皮帶線繩材料由高模量聚酯變更為高模量芳綸。

（2）自動張緊輪彈簧剛度不變，為620Nmm/度。

（3）BSG帶輪直徑由50mm更改為60mm。

（4）BSG輸出扭矩由38N.m更改30N.m。

（5）BSG扭矩變化率由58N.m/s更改為45N.m/s。

按如上更改后，皮帶滑移實測數據見表4。

優化后系統皮帶平均滑移從5%降低至1.7%，小于皮帶允許的最大滑移，滿足系統要求，且后續在試驗中未出現打滑異響及皮帶異常磨損等問題。

最后將所有測試數據返回CAE分析處，用于優化系統模型，提高CAE分析準確性。

6 總結

在新系統的開發中，需要對系統的各項關鍵參數設計對比試驗進行分析，這樣可充分的識別各參數的特性，并制定合理的設計方案。本文對48V發動機前端附件系統開發中的一些關鍵參數做了詳細的試驗分析，對后續的48V發動機前端附件系統開發有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]陳強，丘勝強，羅海鵬，吳廣權，高博. 某款48V BSG附件系統設計及優化.汽車零部件.2020，（09）.

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