NVH工程案例：低速 8 字弯一踩电门就"呜鸣"异响，真凶是差速器行星齿轮干摩擦

01　现象：低速 8 字弯，电门一踩就"呜鸣"

这是一台搭载电驱动总成的两驱纯电动汽车。在低速双纽线（即 8 字弯）工况加速时，整车左转或右转弯并踩下电门，车内人员都能听到明显的"呜鸣"异响；但在此过程中整车并未出现窜动，直行减速或滑行时也没有这种异响声。由于这种金属摩擦声在低速工况下极易被乘员捕捉，客户抱怨很大。

为了快速定位故障源，工程师最初把故障车上升级台、模拟整车 8 字弯工况，却没能复现异响。通过对底盘衬套做固定化分析，初步把嫌疑范围缩到"转向差速时的关联件"——左右半轴与差速器，于是布置传感器实车复测（图1），并按 8 字弯轨迹行驶（图2）采集数据。

图1　整车双纽线（8 字弯）行驶轨迹：两个交叠的弯道构成左右转向差速工况

实车采集的时域与音频数据（图3）显示：在 38～48 s 的多次"异响"标注区，差速器壳体振动与近场噪声同步抬升——问题确实与转弯踩电门强相关。

图3　整车双纽线异响测试时域特征和噪音分析：异响标注区差速器壳体振动与近场噪声同步异常

02　确认：差速器壳体冲击最大，超半轴件 3 倍

工程师在整车半轴支架、中间轴轴承及差速器轴承壳体处布点，同步测量振动与噪声信号并做时域、频谱分析，得到两个关键判据：

其一，差速器壳体振动加速度出现 5 次瞬时冲击特征，其振动冲击幅值在三处测点中最大，超过半轴底盘件的 3 倍；其二，"呜鸣"异响的主要频率落在 500～1 000 Hz，而并不在半轴频率所在的 200～300 Hz 区间。结合主观驾评，初步锁定异响来源为电驱动差速器总成。

为进一步坐实结论，把客退的故障电驱动总成装上台架、按整车异响工况复测（图8）：近场噪声与差速器附件壳体振动均明显异常——至此，异响来源被锁定在差速器总成内部零件。

图8　双纽线"呜鸣"异响客退总成台架测试结果：近场噪声与壳体振动均明显异常

03　排查：故障树定性，尺寸检测排除制造问题

方向锁定后，先用故障树对差速器呜鸣异响的影响因子做系统梳理（图5），归为三大类：零件之间配合关系不合适（如行星齿轮与垫片接触、内孔与行星齿轮轴配合等）、零件表面涂层不合适、润滑不良。

图5　"呜鸣"异响差速器因子分析：由配合关系、表面涂层、润滑三大类逐层展开

差速器总成的结构也不复杂（图6 爆炸图）：左右腔体分布半轴齿轮垫片与半轴齿轮，上下分布行星齿轮垫片与行星齿轮；行星齿轮轴穿过各零件内孔后，用卷销固定到差速器壳体上，主减齿轮压装并焊接，再经磨齿，两端由轴承支撑。

图6　差速器总成爆炸图：半轴齿轮、行星齿轮及其垫片、行星齿轮轴、主减齿轮与壳体

接下来对客退故障总成及零部件做尺寸检测，差速器总成相关间隙与零件尺寸全部合格：如行星齿轮球径 Sqφ94.6±0.035 mm、实测 94.617 5 mm，行星齿轮轴轴径 19.97～19.99 mm、实测 19.983 7 mm，垫片涂层厚度 3～8 μm 等均在公差带内。由此可排除"零件制造加工不良"这一分支，问题指向配合与润滑。

04　机理：行星齿轮反向自转，油膜破裂致干摩擦

整车低速 8 字弯行驶时，两侧车轮转弯半径不同，差速器的内摩擦力矩会使两个行星齿轮朝相反方向自转，以抵消车轮之间的转差附加力矩（图7）。行星齿轮驱动半轴之间的转速差满足：

Δω = ω₁ − ω₂ = 2ω₃·(z₁/z₂)
式中：ω₁ 为外侧半轴转速，ω₂ 为内侧半轴转速，ω₃ 为行星齿轮自转转速；z₁ 为行星齿轮齿数（9），z₂ 为半轴齿轮齿数（13）。

图7　差速器运动原理示意图：行星齿轮以 ±ω₃ 反向自转，实现左右半轴差速

按采集的双纽线异响工况数据，用上式算出行星齿轮的自转速度：电机转速约 1 595～1 868 r/min、电机扭矩 2～147.25 N·m 时，行星齿轮自转速度约 ±(34.5～39.7) r/min。

机理至此清晰：行星齿轮与行星齿轮轴之间配合间隙偏小，差速时行星齿轮同时做轴向与自转运动，其内孔与轴发生不连续的金属摩擦；加之行星齿轮内孔未做涂层处理、行星齿轮轴表面为镀镍处理，零件表面油膜吸附能力较低、动态油膜较薄，整车差速时润滑油膜的动态稳定性被破坏，最终演变为干摩擦，发出金属摩擦声。

05　对策：三个方向，磷化处理是王牌

针对上述机理，工程师从"间隙—油膜—涂层"三条路径制定对策：

1）增加润滑油量，同时适当增大行星齿轮内孔与行星齿轮轴的配合间隙，让差速时摩擦副之间形成更充分的油膜，削弱金属摩擦声；2）垫片表面增加 MoS₂ 涂层，提升耐磨性；3）行星齿轮采用磷化处理，增大内孔表面油膜吸附能力，改善其与行星齿轮轴的摩擦音声。摩擦发生的部位如图9。

图9　行星齿轮内孔与行星齿轮轴接触产生摩擦声的部位

06　验证：磷化方案 ★★★★，30 万公里无异响

把以上对策组合成不同方案，分别装配样机并上台架测试（图10～图13）。结果表明：仅增加油量或单纯扩大内孔无明显效果；垫片 MoS₂ 涂层配合增加 100 ml 油量有一定效果（★）；而行星齿轮磷化处理效果最佳（★★★★）。

图10　方案 1 台架测试结果：垫片 MoS₂ 涂层 + 增加 100 ml 油量，近场噪声与壳体振动仍有残留

图12　方案 3 台架测试结果：行星齿轮磷化处理后，异响频带能量显著下降，效果最佳

最终采用磷化方案做台架耐久验证（图15），并通过整车耐久：车辆已行驶 30 万公里，期间未再出现一例异响问题反馈，该技术难题被成功攻克。

图15　方案 3（更换磷化后行星齿轮）差速器耐久试验：长时间运行无异响特征

07　小结：让摩擦副始终有一层稳定的油膜

这个案例的可迁移经验是一句话：异响治理要回到"间隙—油膜—涂层"三要素。当零件尺寸全部合格却仍有异响时，问题往往不在"制造偏差"，而在配合间隙与润滑状态的匹配——把摩擦副之间的油膜稳住，金属摩擦声就失去了生根的土壤。

原文也指出，该思路为纯电驱动产品开发过程中类似异响问题，提供了一种较全面、系统、快速的解决路径，无论对差速器总成自研开发还是选型开发，都有很好的工程借鉴价值。

本文根据《车辆与动力技术》2024 年第 1 期论文《某两驱纯电乘用车差速器异响故障机理分析和解决》（陈辉，鲁方骏，程翔，吴桂义．无锡中车浩夫尔动力总成有限公司）编写，图表取自原文。文中数据均引自原文，具体以原文及实测报告为准。本文仅作技术交流，不构成任何投资建议。

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