雷龍，張偉

（金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)（蘇州）有限公司技術(shù)中心，江蘇蘇州　215026）

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客車(chē)懸架與傳動(dòng)系匹配中的NVH問(wèn)題

雷龍，張偉

（金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)（蘇州）有限公司技術(shù)中心，江蘇蘇州215026）

摘要：通過(guò)測(cè)試某客車(chē)的NVH性能，發(fā)現(xiàn)其主要問(wèn)題為懸架與傳動(dòng)系的頻率分布不當(dāng)引起。通過(guò)調(diào)整傳動(dòng)系參數(shù)、調(diào)整懸架剛度和增大非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)阻尼比的方法對(duì)車(chē)輛進(jìn)行整改，提出客車(chē)設(shè)計(jì)中懸架與傳動(dòng)系匹配的頻率分布應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：客車(chē)；懸架；傳動(dòng)系；匹配；NVH

目前，客車(chē)懸架的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)懸架靜撓度、簧上質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率（車(chē)身振動(dòng)偏頻）、動(dòng)撓度來(lái)計(jì)算懸架的剛度、比應(yīng)力、主要尺寸等參數(shù)[1-3]。客車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率特性、最小傳動(dòng)比、最大傳動(dòng)比來(lái)設(shè)計(jì)變速器各檔位的速比和后橋速比，然后再計(jì)算不同匹配下客車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性，綜合考慮各方面因素，最終確定各系統(tǒng)的參數(shù)[4-7]。

客車(chē)的懸架設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系設(shè)計(jì)幾乎沒(méi)有重合，會(huì)導(dǎo)致某些車(chē)輛行駛中由于懸架與傳動(dòng)系的頻率分布不當(dāng)而引起車(chē)輛的NVH問(wèn)題。大量試驗(yàn)證明，6.5～7.5 m客車(chē)、校車(chē)易出現(xiàn)此NVH問(wèn)題；而7.5 m以上的客車(chē)，由于后輪胎多為雙輪胎并聯(lián)使用，懸架與傳動(dòng)系的頻率重合點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速較低，其振動(dòng)的激勵(lì)較小，不易發(fā)生頻率重合導(dǎo)致車(chē)輛振動(dòng)的問(wèn)題。本文就此問(wèn)題進(jìn)行闡述，并對(duì)問(wèn)題車(chē)輛進(jìn)行整改，提出了懸架與傳動(dòng)匹配中應(yīng)注意的頻率分布問(wèn)題。

1　客車(chē)懸架與傳動(dòng)系匹配不適造成的NVH問(wèn)題

有些客車(chē)加速過(guò)程中在某些車(chē)速下會(huì)發(fā)生比較明顯的振動(dòng)，主觀(guān)感覺(jué)與傳動(dòng)軸系在低速行駛中引起的振動(dòng)現(xiàn)象相似，但頻譜圖上軸系所在的頻段內(nèi)并無(wú)明顯的問(wèn)題。進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)[8-10]，其問(wèn)題原因?yàn)檩喬サ?倍轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與懸架的非懸掛質(zhì)量頻率重合，導(dǎo)致非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的強(qiáng)烈振動(dòng)。

1.1問(wèn)題車(chē)輛主觀(guān)評(píng)價(jià)

問(wèn)題車(chē)輛的振動(dòng)噪聲明顯，可通過(guò)表1提供的主觀(guān)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行判斷。

表1　問(wèn)題車(chē)輛主觀(guān)評(píng)價(jià)方法

1.2問(wèn)題車(chē)輛測(cè)試

如圖1所示為某問(wèn)題車(chē)輛掛5檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 300 ～2 250 r/min，對(duì)應(yīng)車(chē)速50～93 km/h加速工況的地板振動(dòng)頻測(cè)試圖。圖中可以看出，x向（前后）振動(dòng)并無(wú)明顯異常，而在車(chē)速74 km/h、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 850 r/min時(shí)，輪胎2倍旋轉(zhuǎn)階次0.54階在16.4 Hz與非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率有重合，導(dǎo)致車(chē)輛在該車(chē)速下行駛時(shí)，整車(chē)y向（左右）和z向（上下）振動(dòng)較大，即引起車(chē)輛的左右晃動(dòng)和上下跳動(dòng)。輪胎2倍旋轉(zhuǎn)階次Ot2的計(jì)算公式為Ot2=2/（ii×i0）。其中，ii為行駛中的檔位速比；i0為主減速比。表2為車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度值。

表2　車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果

2　問(wèn)題車(chē)輛整改

依據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以調(diào)整問(wèn)題車(chē)輛的后橋速比及輪胎半徑以調(diào)整輪胎的旋轉(zhuǎn)階次，同時(shí)調(diào)整鋼板彈簧剛度以調(diào)整非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率和阻尼比，使得非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率與輪胎的旋轉(zhuǎn)階次頻率在車(chē)速較低點(diǎn)重合，達(dá)到解決問(wèn)題的目的。

2.1車(chē)輪半徑及速比的調(diào)整

問(wèn)題車(chē)輛初始所配主減速比為4.88，現(xiàn)有可更換速比的主減有4.33與5.57；問(wèn)題車(chē)輛初始所配輪胎規(guī)格為7.00R16，可更換輪胎有8.00R19.5和7.00R15。依據(jù)傳動(dòng)系匹配結(jié)果，更換8.00R19.5輪胎和5.57速比進(jìn)行測(cè)試。圖2為車(chē)輛掛5檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 300～2 400 r/min，對(duì)應(yīng)車(chē)速50～94 km/h加速工況的地板振動(dòng)頻譜測(cè)試圖。圖中可以看出，x向振動(dòng)無(wú)明顯異常，y向和z向的共振車(chē)速上升到82 km/h，且振動(dòng)加速度增大，車(chē)輛高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性變差。

更換7.00R15輪胎和4.33速比進(jìn)行測(cè)試。圖3為車(chē)輛掛5檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200～2 300 r/min，對(duì)應(yīng)車(chē)速50～95 km/h加速工況的地板振動(dòng)頻譜測(cè)試圖。圖中可以看出，x向振動(dòng)無(wú)明顯異常，y向和z向的共振車(chē)速下降到66 km/h。由于車(chē)速降低，路面對(duì)整車(chē)的振動(dòng)激勵(lì)減小，車(chē)輛的y向和z向振動(dòng)加速度減小。表3為更換小速比后橋和輪胎后車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度值。

表3　換小速比后橋及輪胎后車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果

2.2懸架剛度調(diào)整

非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率w1的計(jì)算公式為w1=其中：K為懸架剛度；Kt為輪胎剛度；m1為非懸掛質(zhì)量。非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)阻尼比ξ1的計(jì)算公式：其中：C為阻尼器阻力系數(shù)。

由上兩式可以看出，降低懸架的剛度K和輪胎的剛度Kt既可以降低非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率；又可以增加非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比，從而減小共振時(shí)的振動(dòng)加速度。

當(dāng)輪胎所承受的載荷確定后，其充氣壓力已經(jīng)確定，輪胎的剛度Kt也隨著確定，所以不能通過(guò)降低輪胎氣壓的方法來(lái)調(diào)整非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率w1，只能通過(guò)改變懸架的剛度來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的剛度。

問(wèn)題車(chē)輛后懸架的初始剛度為2 100 N/cm調(diào)整為1 950 N/cm后，非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率從16.3 Hz下降為15.6 Hz。圖4為車(chē)輛掛5檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200～2 300 r/min，對(duì)應(yīng)車(chē)速50～95 km/h加速工況的地板振動(dòng)頻譜測(cè)試圖。圖中可以看出，x向振動(dòng)無(wú)明顯異常，y向和z向的共振車(chē)速下降到62 km/h，且懸架剛度降低后，系統(tǒng)的阻尼比ξ1由0.549提高到0.559，試驗(yàn)時(shí)車(chē)速62 km/h時(shí)，車(chē)輛的跳動(dòng)和晃動(dòng)基本感覺(jué)不出來(lái)。表4為調(diào)整后懸架剛度后車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度值。

表4　調(diào)整后懸架剛度后車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果

2.3鋼板彈簧襯套調(diào)整

為了進(jìn)一步提高非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比，提高車(chē)輛的舒適性，調(diào)整了問(wèn)題車(chē)輛鋼板彈簧吊耳處襯套的材料，在襯套里添加橡膠成分，做成了復(fù)合襯套，非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比ξ1提高到0.562。表5為調(diào)整襯套材料后車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度值，可以看出三個(gè)方向的加速度值進(jìn)一步降低。

表5　調(diào)整襯套材料后車(chē)輛共振時(shí)地板振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果

2.4匹配設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的頻率分布問(wèn)題

對(duì)于易出輪胎轉(zhuǎn)頻和非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率重合導(dǎo)致振動(dòng)的車(chē)輛，在懸架與傳動(dòng)系設(shè)計(jì)及匹配后，需要計(jì)算非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率、輪胎的一階轉(zhuǎn)頻與二階轉(zhuǎn)頻，繪出三條曲線(xiàn)的頻率分布圖，確保非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率與輪胎2階轉(zhuǎn)頻重合點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的車(chē)速較低，同時(shí)確保非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率與輪胎1階轉(zhuǎn)頻不重合。如重合點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速較高，需調(diào)整傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，或者調(diào)整懸架剛度和非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的重量，降低頻率重合點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車(chē)速，同時(shí)提高非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了輪胎轉(zhuǎn)頻和非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率重合導(dǎo)致車(chē)輛共振時(shí)的主觀(guān)感覺(jué)判斷及客觀(guān)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法，并對(duì)某發(fā)生問(wèn)題的車(chē)型進(jìn)行了整改，提出了客車(chē)懸架與傳動(dòng)系匹配時(shí)應(yīng)注意的頻率分布問(wèn)題，為客車(chē)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考。

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修改稿日期：2015-10-19

NVH Problem in Matching Between Bus / Coach Suspension and Powertrain System

Lei Long，Zhang Wei
（Technique Center, Higer Bus Company Limited, Suzhou 215026, China）

Abstract：Through testingthe NVH performance ofone coach, the authors find the main reason is the incorrect frequence distribution in matching design between suspension and powertrain system. After adjusting the powertrain parameters, suspension rigidityand increasingthe damping ratio, the vehicle NVH performance is improved. Finally theypropose the matters needed topayattention.

Key words:bus / coach; suspension; powertrain; matching; NVH

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：中文分類(lèi)號(hào)：U463.33；U463.2B

文章編號(hào)：1006-3331（2016）02 -0049-03

作者簡(jiǎn)介：雷龍（1982-），男，碩士；NVH工程師；主要從事客車(chē)整車(chē)NVH方面工作。