纯电动轻型载货车电驱桥参数匹配及仿真分析
摘 要：齿轮作为电驱后桥的核心部件，是电驱桥啸叫噪声的源头.但啸叫问题往往并不是因为齿轮参数设计的不合理，而是由于齿面接触状况不良所导致.本文针对某纯电动厢式货车电驱后桥的二级齿轮副啸叫问题，采用齿轮修形的方法来优化齿面接触印痕、降低齿面最大单位接触应力，以达到减小齿轮传递误差、减振降噪.最后对齿轮修行后的电驱桥进行整车测试分析，验证修形方法的有效性.随着新能源技术的大力发展.新能源汽车已经被大众广泛接受.商用市场上主推的有两种类型：纯电动汽车(PEV)和混合动力汽车(HEV).纯电动汽车与传统汽车相比，其动力总成通常由电机和传动系统组成，一般采用永磁同步电机加二级减速器(前驱)或永磁同步电机加后桥构成电驱桥(后驱)的组合形式(如图1所示)，电机系统的噪声以电磁噪声为主，传动系统的噪声以齿轮噪声为主[1].由于纯电动汽车的背景噪声比传统汽车更小，乘客在主观上更易察觉啸叫噪声.因此，对纯电动汽车的噪声控制要求更高.本文以某纯电动箱货分布式电驱后桥的啸叫问题为出发点，采用齿轮修形的方法，对齿轮的啸叫噪声进行优化.2 电驱桥啸叫测试及分析
2.1 电驱桥啸叫测试
某纯电动箱式货车在主观驾评过程中，加速工况电机转速4 600～5 000 r/min时出现明显的车内啸叫噪声，初步判断啸叫噪声来自后桥.利用Lms.testlab软件对电机、后桥进行噪声测试，确定该啸叫噪声为电驱桥二级齿轮副的阶次噪声，如图2所示.2.2电驱桥啸叫分析
利用传动系统分析软件Romax对电驱桥进行建模，一级齿轮副速比57/23，二级齿轮副速比68/21.总减速比为8.如图3所示.对建好的传动模型进行微观几何分析，得到的结果如图4、5所示.原齿轮接触印痕呈现明显的边缘接触，而且受载后出现印痕偏载的现象.齿面单位长度载荷达到381 N/mm.对原齿轮进一步分析得到传递误差(峰-峰)值为1.67 μm，如图5所示.3 齿轮修形机理及方法
3.1 齿轮修形机理
电驱后桥的振动噪声S(south)、P(path)、R(Receiver)(源-路径-接收/响应)模型如图6所示，齿轮动态啮合力是电驱后桥振动、噪声的源头.可知，齿轮啮合力由传递误差与刚度的乘积构成.因此，齿轮修形的机理即在后桥结构刚度一定的情况下，通过修形微观改变来调整接触印痕、降低单位齿面接触载荷.以达到减小传递误差的目的[2].3.2 齿轮修形方法
齿轮修形分为宏观修形和微观修形.传统的方法一般先根据经验修形，加工出齿面，再进行接触印痕实验验证.但这种方法必须通过多轮实验和设计修改来确定接触印痕，成本高且时间长.而Romax软件可以很好地模拟这些实验过程，有效地节省成本并缩短设计周期.Romax软件对于齿轮修形可分为齿向(Lead)、齿廓(Porfile)和对角(Bias)修形等方式.每种方式中又包含鼓形修形、倾斜修形、修缘修形等不同的方法及组合.(1)齿向鼓形是为了减小受载不均时齿向两端的应力集中，对齿轮的强度以及NVH均有较好的效果.如图7所示[3].(2)齿向倾斜是弥补受载不均时齿宽方向的应力集中，主要针对啸叫敏感的工况进行修形，如图8所示.(3)齿顶修缘是切除由于基节误差带来的干涉部分，同时可以减轻轮齿啮入、啮出时的冲击.如图9所示.根据不同的修形方法的特点，单一采用某一种方法进行的修形得到的结果不全面也不合理.因此，文中选择齿向鼓形+齿向倾斜的综合修形方法对二级齿轮进行修行.修行前后参数对比如表1所示[4].通过多组修形参数的计算，最终得到结果如图10、11所示.修形后齿轮接触印痕(图10)消除了原齿轮的边缘接触和印痕偏载.齿面单位长度载荷为343 N/mm，比原齿轮降低了38 N/mm.降比为10%.同时修形后齿轮的传递误差(图11)峰-峰值为0.58 μm；比原齿轮降低了1.09 μm，降比为65%.受载后传递误差波动更为平稳.减小了齿轮的啮合力[5].4 整车测试验证
将修形后齿轮重新装配成电驱桥并搭载到整车上进行噪声主观驾评及客观测试，传感器测点的布置如图12、13所示.使用Lms.testlab软件对车辆加速过程中的车内噪声以及振动数据进行采集，对比修形前后电驱桥噪声的变化情况，试驾过程中发现原4 600～5 000 r/min转速段的啸叫消失.对采集到的噪声数据进行阶次分析，结果如图14所示.修行后的电驱桥二级齿轮副啸叫转速段噪声由原来的68 dB降到60 dB，且修行后的噪声曲线波动平稳无突出峰值.5 结 论
针对电驱桥在试驾过程中出现的啸叫问题，首先锁定啸叫问题的部件，其次，根据振动噪声SPR模型和修形机理确定采用齿轮修形的方法来优化齿面接触印痕、降低齿面最大单位接触应力，以达到减小齿轮传递误差，减振降噪的目的.最后，通过整车实测试数据验证啸叫改善明显，证明了齿轮修形对电驱后桥的噪声降低有效可行.[1] 李彦昊，吴光强，栾文博.基于齿轮修形的变速器啸叫特性优化[J].机械传动，2014(1):19-20.[2] 易建军，张 明，徐中耀.汽车齿轮修形的研究[J].汽车技术,1997(12):28-32.[3] 凌天谋，余卓平.基于Romax的电动汽车减速箱设计分析[J].机械工程师,2015(1):106-108.[4] 赵登利，于良峰，刘 勇.基于KISSsoft的齿轮修形优化设计[J].风机技术，2014(1):66-70.[5] 刘天浪.直齿轮齿廓修形研究[J].长春大学学报,2011,21(4):9-12.作者：张亚岐1， 韩 超1， 郭 凯1， 夏利峰1， 孙伟元1作者单位：(四川建安工业有限责任公司，四川 雅安 625000)【免责声明】本文来自汽车技术研究所，作者：张亚岐等。版权归原作者所有，仅用于学习等，对文中观点判断均保持中立，若您认为文中来源标注与事实不符，若有涉及版权等请告知，将及时修订删除，谢谢大家的关注！ 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-04-22
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