某款48V系統(tǒng)皮帶打滑問題研究

姚源　黃蔚　馮應(yīng)超

摘 要：48V新增功能、參數(shù)對發(fā)動機前端附件系統(tǒng)的開發(fā)有了新的要求。本文對48V發(fā)動機前端附件系統(tǒng)中一些影響皮帶打滑的關(guān)鍵參數(shù)做了詳細(xì)的試驗分析，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機前端附件系統(tǒng) 平均滑移率 BSG 皮帶 扭矩

1 引言

面對越來越嚴(yán)格的汽車油耗和排放法規(guī)，各主機廠已經(jīng)開始研究各種節(jié)油、降排技術(shù)。48V輕混系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)簡單、成本相對較低而受到關(guān)注。48V新增的啟停、助力、能量回收等功能對發(fā)動機前端附件系統(tǒng)影響巨大。新增功能對附件系統(tǒng)傳遞功率、扭矩能力的要求有了很大的提高;同時皮帶的松緊邊也不再像傳統(tǒng)系統(tǒng)一直不變，而是隨BSG功能變化而變化;即48V對發(fā)動機前端附件系統(tǒng)的開發(fā)有了新的要求。本文以某款1.5L四缸增壓機48V系統(tǒng)皮帶打滑問題為分析對象，對影響皮帶打滑的各項參數(shù)進(jìn)行了對比驗證，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

2 問題描述

某款配1.5L四缸增壓機48V車型在開發(fā)過程發(fā)現(xiàn)車輛在急加速時出現(xiàn)“唧唧唧”的異響，檢查發(fā)現(xiàn)皮帶異常磨損;在發(fā)動機前端附件系統(tǒng)測試中也發(fā)現(xiàn)皮帶平均滑移率高達(dá)5%，遠(yuǎn)超皮帶允許的平均滑移率。皮帶異常磨損詳見圖1，楔面帆布層已破壞、楔底已磨出裂痕。

3 問題分析

該發(fā)動機前端附件系統(tǒng)布置簡單，由曲軸皮帶輪、皮帶啟發(fā)電一體機（Belt-Driven Starter Generator，文中稱作“BSG”）、Ω張緊輪、惰輪和皮帶構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

該系統(tǒng)開發(fā)時48V發(fā)動機前端附件系統(tǒng)CAE數(shù)據(jù)庫信息較少，這導(dǎo)致CAE分析結(jié)果與實際狀態(tài)出現(xiàn)差異。CAE分析結(jié)果皮帶滑移率在2%左右;但從現(xiàn)狀看，皮帶滑移率過大，達(dá)5%，這是皮帶打滑異響和異常磨損的根本原因?，F(xiàn)需重新對影響皮帶滑移率的相關(guān)參數(shù)做調(diào)整，并優(yōu)化。

4 優(yōu)化措施

針對異響、異常磨損問題，現(xiàn)需從如下幾個方面分析、研究優(yōu)化措施;后續(xù)所有測試均為鎖定其他參數(shù)不變，單獨更改需要研究的參數(shù)。

4.1 皮帶優(yōu)化

初始設(shè)計皮帶線繩為高模量聚酯線繩，剛度低。高模量芳綸皮帶剛度要高于高模量聚酯聚酯皮帶，理論上可以有效的改善皮帶滑移問題?，F(xiàn)將皮帶線繩更改為高模量芳綸線繩，并進(jìn)行相關(guān)測試。實測數(shù)據(jù)見表1。

從測試結(jié)果看，皮帶線繩如由高模量聚酯線繩更換為高模量芳綸皮帶，可降低皮帶平均滑移率1.5%左右，改善效果明顯。

4.2 自動張緊輪彈簧剛度優(yōu)化

自動張緊輪彈簧剛度直接影響皮帶張緊力，剛度越大，張緊力越大;表2為不同剛度自動張緊輪的實測數(shù)據(jù)。

從數(shù)據(jù)上看，剛度達(dá)到540Nmm/度之后，再繼續(xù)加大，對皮帶滑移影響不大;可維持原自動張緊輪剛度（620Nmm/度）不變。由此數(shù)據(jù)可看出彈簧剛度（張緊力）增加到一定程度后，再繼續(xù)加大對系統(tǒng)滑移并無明顯改善。

4.3 BSG帶輪直徑優(yōu)化

CAE分析中顯示加大BSG帶輪直徑可降低皮帶滑移;現(xiàn)增大BSG直徑，并相應(yīng)的增加曲軸皮帶輪直徑，保證速比不變，相關(guān)測試結(jié)果見圖3。

由圖3結(jié)果可看出，隨著BSG帶輪直徑的增加，皮帶滑移率相應(yīng)降低，但降幅逐步收窄。設(shè)計中，為保證合理的速比（一般在2.0到3.2之間），不能無限度的加大BSG帶輪直徑，所以需要依據(jù)BSG特性選取合理的直徑。

4.4 BSG輸出扭矩優(yōu)化

BSG輸入輸出扭矩遠(yuǎn)大于普通發(fā)電機是發(fā)動機前端附件系統(tǒng)工作環(huán)境變惡劣的根本原因之一。針對這點可以考慮在滿足整車需求的同時，限制BSG部分工況的輸入輸出扭矩，圖4是BSG助力時最大輸出扭矩分別為38N.m和27N.m時皮帶平均滑移的對比信息。

由數(shù)據(jù)可看出BSG最大輸出扭矩的變更可直接有效的影響到皮帶平均滑移率;輸出扭矩越大，皮帶平均滑移率越高。所以在48V的開發(fā)中，應(yīng)該在發(fā)動機前端附件承受范圍內(nèi)來合理的調(diào)整BSG輸出扭矩。

4.5 BSG扭矩變化率優(yōu)化

BSG的扭矩變化率也對皮帶滑移率有很大影響，表3是實測數(shù)據(jù)。

由數(shù)據(jù)可看出BSG的扭矩變化率也可直接有效的影響到皮帶平均滑移率;BSG扭矩變化率越大，皮帶平均滑移率越高。所以在48V的開發(fā)中，應(yīng)該在不影響駕駛性的基礎(chǔ)上盡可能的降低BSG扭矩變化率。

目前業(yè)內(nèi)沒有合適的CAE分析方法（軟件）可分析BSG的扭矩變化率對發(fā)動機前端附件系統(tǒng)的影響，后續(xù)可考慮作為新課題進(jìn)行研究。

5 優(yōu)化方案確認(rèn)

綜合上述實測結(jié)果，最終選定如下方案：

（1）皮帶線繩材料由高模量聚酯變更為高模量芳綸。

（2）自動張緊輪彈簧剛度不變，為620Nmm/度。

（3）BSG帶輪直徑由50mm更改為60mm。

（4）BSG輸出扭矩由38N.m更改30N.m。

（5）BSG扭矩變化率由58N.m/s更改為45N.m/s。

按如上更改后，皮帶滑移實測數(shù)據(jù)見表4。

優(yōu)化后系統(tǒng)皮帶平均滑移從5%降低至1.7%，小于皮帶允許的最大滑移，滿足系統(tǒng)要求，且后續(xù)在試驗中未出現(xiàn)打滑異響及皮帶異常磨損等問題。

最后將所有測試數(shù)據(jù)返回CAE分析處，用于優(yōu)化系統(tǒng)模型，提高CAE分析準(zhǔn)確性。

6 總結(jié)

在新系統(tǒng)的開發(fā)中，需要對系統(tǒng)的各項關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計對比試驗進(jìn)行分析，這樣可充分的識別各參數(shù)的特性，并制定合理的設(shè)計方案。本文對48V發(fā)動機前端附件系統(tǒng)開發(fā)中的一些關(guān)鍵參數(shù)做了詳細(xì)的試驗分析，對后續(xù)的48V發(fā)動機前端附件系統(tǒng)開發(fā)有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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