纯电动轻型载货车电驱桥参数匹配及仿真分析

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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.

关键词：电驱后桥齿轮修形传递误差

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.

图1 某商用纯电动汽车的动力总成

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.

图2 电驱桥二级齿轮副啸叫噪声

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.

图3 电驱桥传动系统模型

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.

图4 原齿轮接触印痕及齿面单位长度载荷

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.

图5 原齿轮传递误差

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.

图6 电驱桥SPR模型

同时，根据齿轮啮合力公式

F啮合力=TE×Stiffness，

(1)

式中：TE为传递误差；Stiffness为刚度.

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].

图7 齿向鼓形修形

(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.

图8 齿向倾斜修形

(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.

图9 齿顶修缘修形

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].

表1 修行前后参数对比 μm

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].