點(diǎn)擊藍(lán)字丨關(guān)注我們 0引言 面對越來越嚴(yán)峻的能源和環(huán)保壓力，以及越來越嚴(yán)苛的汽 車油耗排放法規(guī)要求，越來越多的主機(jī)廠開始研究各種整車節(jié)油技術(shù)，48V電氣系統(tǒng)便是其中一種研究應(yīng)用比較廣的技術(shù)。48V電氣系統(tǒng)是通過在原有的12V電氣系統(tǒng)上增加48V電機(jī)以及與之
面對越來越嚴(yán)峻的能源和環(huán)保壓力，以及越來越嚴(yán)苛的汽 車油耗排放法規(guī)要求，越來越多的主機(jī)廠開始研究各種整車節(jié)油技術(shù)，48V電氣系統(tǒng)便是其中一種研究應(yīng)用比較廣的技術(shù)。48V電氣系統(tǒng)是通過在原有的12V電氣系統(tǒng)上增加48V電機(jī)以及與之相匹配的電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)快速啟動、助力、能量回收及怠速停機(jī)等功能，以達(dá)到節(jié)油的效果。
根據(jù) 48V電機(jī)布置位置的不同，48V系統(tǒng)可以分為5類:(1)P0(也稱BSG(Belt Driven Starter and Generator)):
48V電機(jī)取代12V電機(jī)，布置在發(fā)動機(jī)前端，通過皮帶與發(fā)動機(jī)連接;(2)P1:48V電機(jī)布置在發(fā)動機(jī)輸出端，離合器之前;(3)P2:48V電機(jī)布置在介于離合器和變速器之間;(4)P3:48V電機(jī)布置在變速器后端，與輸出軸直接連接;(5)P4:48V電機(jī)布置在前/后橋，單獨(dú)作為驅(qū)動模塊。文中介紹的是 48VP0系統(tǒng)，在前端附件系統(tǒng)采用48VBSG系統(tǒng)后，由于發(fā)動機(jī)驅(qū)動的附件負(fù)載增加，對發(fā)動機(jī)前端附件系統(tǒng)影響比較大，需要對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行驗證。文中以某 4缸發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計了一款48VBSG附件系統(tǒng)方案，遵循靜態(tài)布置原則判別所設(shè)計的系統(tǒng)滿足布置要求，通過系統(tǒng)測試進(jìn)行方案性能評估，并對方案存在問題進(jìn)行分析及優(yōu)化，這對工程開發(fā)具有重要意義。如圖 1所示為某款發(fā)動機(jī)48VBSG前端附件系統(tǒng)布局圖，該48VBSG附件系統(tǒng)主要由減震皮帶輪(TVD)、空調(diào)壓縮機(jī)、48V發(fā)電機(jī)、雙向張緊器及皮帶組成。一般來說，要判斷附件系統(tǒng)方案的布置是否合理，可以從 附件輪包角和帶段長度等靜態(tài)參數(shù)來判斷系統(tǒng)布置的合理性，表1為各附件輪包角結(jié)果。由表 1可知，帶輪包角基本上滿足設(shè)計參考值。由表 2可知，帶段長度基本上滿足設(shè)計參考值。綜上，此系統(tǒng)空間布置比較緊湊，附件輪包角及帶段長度基本上均能滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，所以 48VBSG系統(tǒng)布置上判 斷是合理的。該設(shè)計方案曲軸皮帶輪采用普通減震皮帶輪，附件系統(tǒng)初始設(shè)計張力為 380N。通過Ｒ otec測試設(shè)備對此附件系統(tǒng)進(jìn)行整車系統(tǒng)測試，驗 證所設(shè)計的 BSG系統(tǒng)性能。由于在發(fā)動機(jī)工作過程中，張緊臂擺動角度是附件系統(tǒng)性能最重要的衡量指標(biāo)，張緊臂擺動幅度太大，會影響系統(tǒng)張力波動過大，系統(tǒng)容易引起異響發(fā)生，所以在測試驗證中重點(diǎn)關(guān)注張緊臂的擺動幅度指標(biāo)。如圖 2所示為各模式(助力模式、發(fā)電模式、回收模式、48V啟動、12V啟動)張緊臂擺動量測試值。由圖 2可知，助力模式、48V啟動、12V啟動下張緊臂擺動角度均較大，尤其在車輛12V起動機(jī)啟動工況更嚴(yán)重，左臂擺動角度達(dá)到30°，右臂擺動角度達(dá)到50°。在該模式啟動時，出現(xiàn)明顯的異響，如圖3所示為12V啟動異響聲壓級曲線，聲壓級最大值為93.3dB。
從圖 2和圖3可以看出，異響發(fā)生時刻是在左、右側(cè)張緊臂同方向運(yùn)動(逆時針為正值，順時針為負(fù)值)，且擺動角度比較大，此時張緊輪出現(xiàn)脫離皮帶現(xiàn)象(見圖4)，當(dāng)張緊臂來回運(yùn)動時，出現(xiàn)皮帶與帶輪拍打而引起異響。傳遞到附件端的曲軸角振動大小對張緊器擺動影響較大，較大角振動會引起帶輪脫離皮帶，為此，需要對此方案進(jìn)行優(yōu)化，考慮到空間 等因素所限，把曲軸減震皮帶輪更換成隔離皮帶輪，通過隔離皮帶輪的隔振作用，減少傳遞到附件端的角振動。隔離皮帶輪內(nèi)部彈簧結(jié)構(gòu)可以很好地減少對曲軸傳遞到附件端的扭轉(zhuǎn)角振動，緩和沖擊，對改善張緊臂擺動有很好的改善作用，可避免因張緊器擺動過大而產(chǎn)生噪聲。隔振率是隔離皮帶輪隔振效果一個很重要的性能指標(biāo)。如圖 5所示為曲軸軸系簡化的力學(xué)模型。以隔離皮帶輪外圈 I b 作為研究對象，皮帶輪內(nèi)圈轉(zhuǎn)動慣量為I a ，θ a 作為附件端(內(nèi)圈)的輸入激勵，K為隔離皮帶輪彈簧剛度，C為隔離皮帶輪阻尼。則運(yùn)動學(xué)公式為由公式可知，當(dāng) λ＞ 
時，隔振器才有起到減振作用。隔振效果主要取決隔離皮帶輪彈簧剛度和轉(zhuǎn)動慣量大小。通過選擇合適的彈簧剛度和轉(zhuǎn)動慣量達(dá)到相應(yīng)隔振效果。根據(jù)需求隔振效果，匹配相適應(yīng)的隔離皮帶輪，采用隔離皮帶輪后，張緊輪擺動角 TVD方案得到了改善，如圖6所示為各模式(助力模式、發(fā)電模式、回收模式、48V啟動、12V啟動)張緊臂擺動量測試結(jié)果。從測試結(jié)果上看，使用了隔離皮帶輪后，各模式張緊器擺幅明顯下降， 尤其是12V啟動張緊器左臂擺動量最大為17.5°，降幅約為29%;右臂擺動量最大約為25°，降幅約為50%，且發(fā)動機(jī)并沒有發(fā)生明顯的異響。圖 7為12V啟動聲壓級曲線，從圖中可以看出，聲壓級峰值為89.9dB，較原方案降低約3.4dB。在聲壓級最大時刻 (即張緊器擺動最大)，右側(cè)張緊輪沒有脫離皮帶(見圖8)，說明使用帶有減震功能的曲軸皮帶輪對48VBSG系統(tǒng)性能具有很好的改善作用，該方案滿足對系統(tǒng)功能要求。48VBSG附件系統(tǒng)方案可行性需滿足靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)測試結(jié)果兩方面評價結(jié)果。隔離皮帶輪相比TVD對48VBSG系統(tǒng) 張緊器擺動和附件算聲壓級有較好的優(yōu)化效果，這對工程實際應(yīng)用及解決工程實際問題具有重要意義。文章來源：廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院
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