某新能源車型高速行駛異響實例分析

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的高速異響問題示例，并以此案例進行展開，詳細介紹了軸承各個類型，并在該案例中運用CAE進行輔助分析，以達成解決問題的目的，并為后續工程開發提供了良好的工程技術儲備。

關鍵詞：軸承異響 高速異響 CAE分析

0 引言

軸承在各行各業中都扮演著重要的角色，在汽車領域中，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，用于將制動器、轉向節、傳動軸等零部件進行連接，另一方面承載著汽車的單軸載荷。輪轂軸承的性能優劣會體現在車輛的平順性、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，對于整車NVH性能的要求也逐漸提高，輪轂軸承異響問題的規避成為目前新能源汽車制動系統開發過程中逐漸關注的一個重點。本文以某新能源車型高速行駛異響為例，與利用LMS系統與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

一代軸承結構（圖1）簡單，生產制造工藝簡單，采購成本低，曾廣泛應用于各個行業，主要是指填入潤滑脂并且帶有密封結構的雙列圓錐滾子軸承或者雙列角接觸球軸承。一代軸承針對汽車轉向行駛工況下產生的側向力進行了性能優化，可有效地承受側向力，且輪轂軸承本身設計帶有密封圈，減少了安裝密封圈的工序，提高了生產效率[1]。

目前各主機廠向軸承供應商采購的一代軸承，都需要在制動器角總成裝配時，將一代軸承壓裝至轉向節上，也正因如此，進行售后維修時，各主機廠均選擇轉向節小總成的形式作為售后備件。目前一代軸承的產量與使用量也越來越少，僅有部分主機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向節或者制動盤上，這種設計提高了各個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，可僅是裝配時減少了壓去輪轂步驟，與轉向節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）是目前各主機廠使用數量最多，目前技術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行的再一次優化。

三代輪轂軸承的法蘭可分為內外法蘭，外法蘭通過螺栓與制動盤、輪輞相連接，內法蘭同樣是通過螺栓與轉向節相連接。三代輪轂軸承的設計簡化了軸承的裝配過程，便于盤式制動器帶轉向節角總成的生產裝配以及售后市場更換輪轂軸承的便利性，也便于對輪轂單元總成進行降重，簧下旋轉件重量的減輕，也能夠很有效地提高新能源車的續航能力。三代輪轂軸承相較于一代、二代軸承，生產制造工藝更復雜，制造成本更高，但其帶來的裝配便利性與重量減輕的優勢，依然得到了國內外各主機廠的青睞

2 噪音的發生工況與排查

某新能源車型在開發過程的客戶耐久路試中，車速在90km/h至105km/h這一區間時，車輛以勻速、加速、滑行行駛時，機艙內發出“嗚嗚”聲，發生該問題時，車輛行駛總里程距離約8500km。出現問題后，NVH工程師、產品工程師均對該異響進行了主觀評價，發現該異響在打轉向時更容易出現，直線行駛時方向盤居中（不打轉向）異響不容易復現或復現的不明顯。（圖4）

主觀判斷異響是車輛左前輪發出，且為高速時出現的異響，初步懷疑是輪轂軸承出現的相應的問題，為此利用LMS設備對噪音進行分析，在轉向節上布置了傳感器。

3 數據的采集與分析

利用LMS設備在轉向節與主駕外耳處均布置了傳感器，經實車測試，異響的頻率約為192.24Hz，而在轉向節上測得的頻率約在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，左前轉向節處有明顯的頻率耦合。對數據進行處理，將信號按輪速進行處理。

經過處理后數據可以看到，在192.24Hz處，左前轉向節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向節處發生的。為進一步驗證猜想，對左前盤式制動器帶轉向節總成做了一次ABA換件，經過換件后發現，噪音會跟著件走，從而最終確認了噪音的來源。

4 故障原因分析

將問題車的軸承進行拆解分析，經觀察發現，軸承外圈單側溝道存在一處形似“水滴”或者“貝殼”樣貌的剝落失效，行業內定義該形式剝落是一種非典型的剝落，呈現為“貝殼型”脆性裂紋，稱為“貝狀剝落”。“貝狀剝落”是車輛在急變速行駛的過程中，鋼球在滾道中呈現混合滑動形態（轉動與滑動），產生較大的接觸應力，局部升溫，產生摩擦化學反應，從而會導致油脂潤滑能力下降，鋼球與滾道直接接觸，滾動體與滾道接觸橢圓在邊界處局部應力集中，致使裂紋產生。

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轉產生的長期機械剪切作用下不易出現過度軟化與流水現象，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

輪轂軸承是制動系統產品開發過程中的重點產品，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。輪轂軸承為旋轉件，若出現異響的問題，一般都會出現周期性的異響，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，明確了我們在輪轂軸承這一產品在開發過程中遇到問題的思路，并且讓我們在開發過程中重視軸承潤滑脂的牌號選擇，過去的開發過程中，軸承潤滑脂的牌號并不是關注的重點，而經過解決該示例問題后，后續軸承產品的開發過程中，需要注意與排查的方向會更加的明確，開發過程中可提前規避掉這一類問題，這些都是工程技術開發過程的寶貴經驗，也會后續車型開發提供了寶貴的技術支持！

參考文獻：

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