差速器總成是整車實現(xiàn)改變動力方向和左右輪轉(zhuǎn)速差等功能的重要零件，差速器總成 NVH 好壞對整車低速噪音影響很大，所以對差速器各零件配合尺寸及零件表面處理方式有很高的要求 . 電驅(qū)動 總成搭載某兩驅(qū)純電動整車上市后，2022 年 11 月整車在低速雙扭線工況行駛時，車內(nèi)有 “嗚嗚” 異響聲 . 人耳最敏感頻率是 200 ～ 800 Hz 之間的聲音，此異響頻率正在其中，易被人耳識別，使人極不舒服 . 文中對整車低速雙扭線工況進(jìn)行主觀駕評、振動及噪音測試，通過人員駕評、故障車測試數(shù)據(jù)分析，并識別到異響發(fā)生在傳動系統(tǒng)上，隨后對激勵源和傳遞路徑逐級進(jìn)行分析排查，最后，通過行星齒輪表面磷化的優(yōu)化改進(jìn)，快速有效地解決困擾該車型的差速器嗚嗚異響問題.
一、故障現(xiàn)象描述
某搭載電驅(qū)動總成的兩驅(qū)純電動汽車，在低速雙扭線工況加速行駛過程中，在整車左或右轉(zhuǎn)彎加油門時，車內(nèi)人員都能聽到明顯的 “嗚嗚”異響聲，但在此過程整車并未出現(xiàn)竄動，整車在直行加減速或滑行都無此異響聲 . 整車低速雙扭線工況行駛時，這種金屬摩擦聲易被車內(nèi)人員聽到，并產(chǎn)生極大抱怨 . 為了快速識別產(chǎn)生 “嗚嗚”異響的故障源，把故障車上舉升機，模擬整車雙扭線工況，異響未復(fù)現(xiàn). 通過對整車底盤結(jié)構(gòu)分析，初步確定故障與轉(zhuǎn)向差速時關(guān)聯(lián)件有關(guān)，須對左右半軸、差速器等關(guān)聯(lián)件進(jìn)行振動響應(yīng)噪音測試.
二、故障現(xiàn)象確認(rèn)
對故障車進(jìn)行測試
1) 在整車半軸支架、中間軸軸承及差速器軸承殼體處布置傳感器測試，如圖 1，整車雙扭線行駛軌跡，如圖 2.
2) 整車測試數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如圖 3 和圖 4.
通過對整車左右半軸支架、差速器軸承處殼體和中間軸軸承處殼體位置布點測量其振動和噪音信號并分析時域特征和音頻數(shù)據(jù)，差速器殼體振動加速度出現(xiàn) 5 次的瞬時沖擊特征，其振動沖擊最大，超過半軸底盤件的 3 倍，
差速器軸承處殼體附近的振動是傳動旋轉(zhuǎn)件非線性規(guī)律的信號，同時 “嗚嗚”異響噪聲主要頻率在 500 ～ 1 000 Hz 之間，而非在半軸頻率的 200 ～ 300 Hz 之間，結(jié)合主觀駕評可以初步鎖定此 “嗚嗚”異響來源電驅(qū)動差速器總成異響.
三、故障原因分析排查
整車低速雙扭線差速器異響影響因子識別
通過對差速器嗚嗚異響故障產(chǎn)生的機理分析，識別出差速器異響因子，如圖 5.
差速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計簡述
差速器總成結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖 6，其零部件有差速器殼體空腔內(nèi)分布左右半軸齒輪墊片及半軸齒輪，上下分布行星齒輪墊片及行星齒輪，裝配時，把左右半軸齒輪墊片及半軸齒輪、上下分布行星齒輪墊片及行星齒輪，放在差速器殼體內(nèi)，行星齒輪軸穿過差速器差殼、行星齒輪及行星齒輪墊片的內(nèi)孔，再通過卷銷固定到差速器殼體上，把主減齒輪壓裝到差速器殼體上并焊接，再對主減齒輪進(jìn)行磨齒，通過兩端軸承分別位于差速器殼體左右兩端軸頸，裝配到殼體軸承孔內(nèi)，起到支撐作用 .
整車差速工況及行星齒輪自轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)計算
整車低速雙扭線工況行駛時，由于兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)彎半徑的差異，差速器的內(nèi)摩擦力矩引起兩個行星齒輪方向相反的自轉(zhuǎn)運動，以抵消車輪之間的轉(zhuǎn)彎附加阻力矩，如圖 7 所示 . 行星齒輪驅(qū)動半軸之間的轉(zhuǎn)速差 Δω 為
式中: ω1 為外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速; ω2 為內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速; ω3 為行星齒輪自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速; z1 為行星齒輪齒數(shù)，齒數(shù)為 9; z2 為半軸齒輪齒數(shù)，齒數(shù)為 13
根據(jù)采集整車雙扭線異響工況測試數(shù)據(jù)，通過式 (1) 計算出行星齒輪的自轉(zhuǎn)速度，如表 1.
客退件總成臺架故障復(fù)現(xiàn)測試
把客退有 “嗚嗚”異響的電驅(qū)動總成，按照整車異響工況上臺架進(jìn)行復(fù)測，發(fā)現(xiàn)近場噪音和差速器附件殼體振動明顯異常，進(jìn)一步鎖定異響來源為差速器總成內(nèi)部零件，故障復(fù)現(xiàn)測試結(jié)果如圖 8.
故障件尺寸檢查及關(guān)聯(lián)分析
對故障件差速總成及零部件尺寸檢測，差速器總成相關(guān)間隙檢測合格如表 2，再進(jìn)行差速器總成拆解并進(jìn)行零部件尺寸檢測，尺寸合格如表 2，檢測結(jié)果可排除故障不是零件制造加工問題.
四、對策制定及驗證
通過對整車、電驅(qū)動總成臺架測試以及差速器內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)及工作原理分析，整車在雙扭線工況行駛時，行星齒輪與行星齒輪軸之間配合間隙較小，在差速器實現(xiàn)差速時，它們受載出現(xiàn)軸向和自轉(zhuǎn)運動，導(dǎo)致行星齒輪軸與行星齒輪內(nèi)孔發(fā)生不連續(xù)的金屬摩擦聲; 另外行星齒輪內(nèi)孔表面未采用涂層處理和行星齒輪軸表面采用鍍鎳處理，零件表面油膜吸附能力較低，形成地動態(tài)油膜較少，同時在 整車差速時，它們之間潤滑油膜穩(wěn)定性的動態(tài)壓力遭到破壞，造成它們發(fā)生干摩擦，最終造成金屬摩擦聲，故通過上面異響產(chǎn)生的機理分析，制定以下驗證優(yōu)化方案.
雙扭線嗚嗚異響制定對策
1) 增加潤滑油量，同時適當(dāng)增加行星齒輪軸和行星齒輪內(nèi)孔配合間隙，整車差速時，它們之間潤滑油膜增加，減弱它們之間的金屬摩擦聲;
2) 增加墊片耐磨性，如墊片表面進(jìn)行 MoS2 涂層;
3) 行星齒輪采用磷化處理，增加其內(nèi)孔表面油膜吸附能力，改善其與行星齒輪軸摩擦聲音，摩擦部位如圖 9.
通過以上優(yōu)化策略，制定組合驗證.
異響對策方案驗證
針對以上優(yōu)化改善對策進(jìn)行組合裝配樣機，對不同方案總成分別進(jìn)行臺架測試，測試驗證分析結(jié)果如圖 10 ～ 13.
針對以上優(yōu)化改善對策，嗚嗚異響驗證結(jié)果匯總，下表為 “嗚嗚”異響驗證效果如表 3.
綜上所述，通過異響產(chǎn)生機理分析、臺架及整車驗證結(jié)果，在差速器總成、零部件結(jié)構(gòu)變動涉及物料成本及不影響差速器可靠性前提下，從 BOM 成本、加工、裝配工藝、零件變動庫存等經(jīng)濟角度考慮，文中最終通過對行星齒輪表面磷化處理，來優(yōu)化解決整車雙扭線差速器異響問題，進(jìn)行優(yōu)化件差速器可靠性臺架試驗驗證結(jié)果，如圖 14、15 所示.
通過對客退件行星齒輪磷化處理，進(jìn)行電驅(qū)動總成差速可靠性臺架測試驗證，差速可靠性試驗驗證，驗證時間相當(dāng)于整車進(jìn)行 30 萬公里行駛里程，雖然試驗后仍然有輕微特征，但遠(yuǎn)比故障件特征輕，最總通過客戶整車評估，目前已按照這種優(yōu)化措施推進(jìn)市場工程化 3 個多月，整車投入市場已經(jīng)近萬輛，無一例此問題反饋，最終成功攻克此技術(shù)質(zhì)量難題.
五、結(jié)論
純電動汽車噪聲遠(yuǎn)比傳統(tǒng)燃油車低，整車雙扭線異響問題的影響因素很多，產(chǎn)生異響原因可能各不相同，排查驗證周期長，解決問題慢的問題 . 差速器總成是整車行駛中實現(xiàn)改變動力方向和實現(xiàn)左右輪的轉(zhuǎn)速差等功能的重要部件 . 文中以搭載某兩驅(qū)純電動整車雙扭線異響解決思路為例，通過采集整車異響工況，電驅(qū)動總成在臺架實現(xiàn)故障復(fù)現(xiàn) . 通過對激勵、傳遞路徑和響應(yīng)的分析，逐條排除了底盤相關(guān)激勵和驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)激勵，最終鎖定激勵源為差速器總成內(nèi)部零件金屬摩擦產(chǎn)生，較全面闡述了該異響問題故障因子的分析排查過程，識別其異響的主要因子，并通過優(yōu)化行星齒輪表面磷化涂層處理的方式，成功解決問題 . 隨著純電動汽車市場占有率越來越高，客戶對汽車 NVH 性能的要求越來越高，電驅(qū)動 NVH 性能水平要求也越來越高，文中成功解決整車在低速雙扭線行駛過程中的嗚嗚異響問題，為后期純電動電驅(qū)產(chǎn)品開發(fā)過程出現(xiàn)類似的問題提供了一種較全面、系統(tǒng)、快速經(jīng)濟地解決思路，無論為差速器總成自研開發(fā)，還是選型開發(fā)，對后期產(chǎn)品工程產(chǎn)業(yè)化都有很好的借鑒作用 .
參考文獻(xiàn)略.