0 前言
轮毂轴承作为轮毂的核心组件，不仅要确保轮毂的平稳旋转，还要承受来自路面的冲击和压力。轮毂轴承在运转过程中会由于摩擦而产生一定的阻力，叫作轮毂轴承阻力。这种阻力会影响汽车的燃油经济性、行驶平稳性以及轴承的使用寿命。减小轮毂轴承摩擦阻力对汽车节能减排具有非常现实的意义。
1 节油原理
在相同车速情况下，降低轮毂轴承阻力可以减小传动系内阻和整车阻力，进而降低此车速下所需的发动机功率，从而降低整车能耗。以等速工况为例，依据以下公式：
式中，是等速百公里燃油消耗量，单位L/100km；P 是发动机驱动功率，单位KW；b 是比油耗，发动机有效燃油消耗率，单位g/kWh；μa 是车速，单位km/h；是传动系机械效率；Ft是整车阻力，单位N；Ff 是滚动阻力，单位N；Fw是空气阻力，单位N；F内是传动系阻力，单位N。
2 技术方案
轮毂轴承阻力主要包含密封圈摩擦阻力、钢球滚动阻力以及润滑脂阻力。钢球滚动阻力和密封圈阻力占轮毂轴承阻力的比重最大，是主要的优化方向。降低钢球滚动阻力通过减小轴承的配合过盈量可以实现，降低密封圈摩擦阻力通过优化密封圈结构来实现。图1所示为转毂轴承阻力分布。
图1 转毂轴承阻力分布示意
当前车型前轮轮毂采用一代轴承，后轮轮毂采用三代轴承，针对不同结构轴承，分别进行优化。表1所示为轮毂轴承阻力优化方案。
2.1 前轮轮毂轴承优化方案
（1）轴承密封圈由三唇优化为两唇，图2所示为密封圈优化方案。
（2）与转向节配合过盈量调整由-0.065～-0.113mm调整为-0.052～-0.095mm。
图2 密封圈优化方案
2.2 后轮轮毂轴承优化方案
由于后轮毂轴承为三代轴承，游隙为-0.05～-0.01mm，在保轴承密封和耐久性能的前提下，调整轴承游隙为-0.045～-0.01mm。
3 试验结果
轮毂轴承结构优化后，轮毂轴承阻力下降，整车阻力下降，NEDC工况下油耗会有一定的优化，具体效果需要确认。效果主要分为部件级和整车级两大类别，其中部件级主要测量起动阻力矩和滚动阻力矩，整车级主要测量整车阻力和整车能耗。
3.1 轴承起动力矩
试验方法是采用直接测量法，在轴承试验台架上分别测量优化前后的轮毂轴承起动力矩。试验标准要求是转速3～5r/min，持续时间10s，要求起动力矩≤2.5N·m。前后轮毂轴承各进行两轮次台架试验，第一轮次从小批量轴承中选取两套轮毂轴承共4个（分左右两边），第二轮次选取四套轮毂轴承共8个（分左右两边）。第二轮次样本容量大于第一轮次，第二轮次平均值更能体现整体水平。前轮毂轴承优化后平均起动力矩为0.29N·m，起动力矩平均下降0.17N·m，降幅为36.4%。图3所示为前轮毂轴承优化前后起动力矩对比。
图3 前轮毂轴承起动力矩优化前/后
后轮毂轴承优化后平均起动力矩为0.434N·m，起动力矩平均下降0.00025N·m，降幅为0.057%。图4所示为后轮毂轴承优化前后起动力矩对比。试验结果评价为前后轮毂轴承起动力矩合计降低0.17N·m。
图4 后轮毂轴承起动力矩优化前/后
3.2 轴承滚动阻力矩
试验方法是采用直接测量法，在轴承试验台架上测量不同转速和加载条件下优化前后的滚动力矩。试验标准要求为转速400r/min、800r/min、950r/min，前轮轮毂载荷382.5N·m，后轮轮毂载荷355N·m，要求滚动力矩≤2N·m。前后轮毂轴承各进行两轮次台架试验，第一轮次从小批量轴承中选取两套轮毂轴承共4个（分左右两边），第二轮次选取四套轮毂轴承共8个（分左右两边）。第二轮次样本容量大于第一轮次，第二轮次平均值更能体现整体水平。前轮毂轴承优化后平均滚动阻力矩为0.79N·m，滚动力矩平均下降0.192N·m，降幅为20.04%。图5所示为前轮毂轴承优化前后滚动阻力力矩对比。
图5 前轮毂轴承滚动阻力力矩优化前/后
后轮毂轴承优化后平均滚动阻力矩为0.64N·m，滚动力矩平均下降0.037N·m，降幅为5.04%。如图6所示为后轮毂轴承优化前后滚动阻力力矩对比。试验结果评价为前后轮毂轴承滚动力矩合计降低0.229N·m。
图6 后轮毂轴承滚动阻力力矩—优化前/后
3.3 整车阻力
试验方法是采用间接测量法，在整车转毂上，测量不同车速下优化前/后的轮毂轴承的阻力，两者差值即为试验阻力下降值。试验标准要求为反拖车速分别为40km/h、80km/h，温度25℃。共进行了3轮次试验，实测内阻平均下降值为6.27N。图7所示为轮毂轴承阻力优化前后整车阻力对比。
图7 整车阻力对比—轮毂轴承阻力前/后
3.4 整车能耗
汽车能耗试验是NEDC工况，关空调，热机状态下节油0.052L/100km，节油效果为0.82%。从试验结果来看，EUDC工况节油效果优于UDC工况。表2所示为轮毂轴承阻力优化前后整车节油验证效果。
4 结语
汽车能耗是影响整车产品力的核心要素之一，对全社会节能降耗也有巨大的现实意义。目前通过新能源动力等技术已使整车能耗有了极大的降低，未来节能技术将进入更加深入和细微的环节，不断突破极限。本文通过优化轮毂轴承结构设计和加工工艺等，降低轮毂轴承阻力，从而降低整车阻力实现节油的目的。通过试验验证，前轮轮毂轴承降低20%，后轮轮毂轴承降低5%，前后合计阻力力矩下降0.397N·m，整车能耗降低0.82%。
参考文献
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