胡鴻飛，董經(jīng)魯，張 勇，董釗志

(南京金龍客車制造有限公司，南京 211215)

生產(chǎn)實(shí)踐中，某純電動(dòng)客車在減速滑行的過(guò)程中出現(xiàn)異響的現(xiàn)象。確定噪聲源的方法通常有頻譜分析、瀑布圖分析、階次跟蹤、模態(tài)分析等［1］。結(jié)合實(shí)際，本文基于階次跟蹤的方法，首先對(duì)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)瀑布圖進(jìn)行階次切片;然后對(duì)比分析各測(cè)點(diǎn)各階次的振動(dòng)水平;最后確定噪聲源，提出改進(jìn)措施，并對(duì)改進(jìn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。在新車型的研發(fā)過(guò)程中，該測(cè)試分析方法可以節(jié)省研發(fā)成本，提高效率，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有一定意義。

1 問(wèn)題車輛的測(cè)試及異響轉(zhuǎn)速的確認(rèn)

1.1 測(cè)試

1)工況設(shè)置。選在晴朗、風(fēng)速低于5 m/s或無(wú)風(fēng)的天氣進(jìn)行測(cè)試。在平直的道路上，樣車先從0 km/h加速至70 km/h，駕駛員隨即松開(kāi)加速踏板，讓樣車自由滑行直至車輛平穩(wěn)地減速至0 km/h，測(cè)試工況為0～70～0 km/h全過(guò)程。

2)測(cè)試車輛及測(cè)點(diǎn)位置。測(cè)試樣車為一輛純電動(dòng)客車。由于動(dòng)力總成、制動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)于其他位置的振動(dòng)較大，故將振動(dòng)傳感器分別安裝在電機(jī)側(cè)面、電機(jī)端面、主減速器殼體、制動(dòng)器支架上;同時(shí)將噪聲傳感器布置在乘員艙中間靠后的扶手處。

3)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)。被測(cè)車輛的驅(qū)動(dòng)形式為前置后驅(qū)，電機(jī)槽數(shù)與極數(shù)之比為72/12，測(cè)試擋位為直接擋，后橋速比為43/7。

4)測(cè)試設(shè)備。本測(cè)試采用的是LMS振動(dòng)噪聲采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集前端、振動(dòng)傳感器、噪聲傳感器及Test．Lab軟件。

1.2 異響的轉(zhuǎn)速范圍

0～70～0 km/h工況下，乘員艙內(nèi)采集到的噪聲overall level曲線如圖1所示，通過(guò)軟件的錄音回放功能，發(fā)現(xiàn)在38～44 s內(nèi)出現(xiàn)異響，峰值噪聲達(dá)到81.78 dB(A)，圖1中的噪聲變化對(duì)應(yīng)時(shí)刻與圖2中電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線對(duì)應(yīng)時(shí)刻相一致。

圖1 乘員艙內(nèi)overall level噪聲曲線

圖2 轉(zhuǎn)速信號(hào)圖

圖1 中的峰值噪聲出現(xiàn)在38～44 s，對(duì)應(yīng)圖2，可確定問(wèn)題轉(zhuǎn)速區(qū)域?yàn)? 770～2 450 r/min，即待測(cè)車輛在滑行工況下出現(xiàn)噪聲問(wèn)題。由于各測(cè)點(diǎn)的Z向振動(dòng)明顯大于X、Y向，為快速確定噪聲源，下面截取滑行工況下各測(cè)點(diǎn)的Z向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行階次跟蹤分析。

2 階次跟蹤分析及改進(jìn)驗(yàn)證

2.1 階次跟蹤技術(shù)概述

階次跟蹤技術(shù)是從周期載荷作用(特別是旋轉(zhuǎn)機(jī)械)的測(cè)試系統(tǒng)中分離正弦成分的一種信號(hào)處理方法，被廣泛用于系統(tǒng)的故障診斷和綜合分析［2］。實(shí)質(zhì)上是通過(guò)恒定角增量采樣，將非穩(wěn)定的等時(shí)間間隔采樣轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的等角度間隔采樣，這樣可以保證信號(hào)在每個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)相同，從而使噪聲或振動(dòng)信息與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，階次跟蹤可以通過(guò)采集到的轉(zhuǎn)速與振動(dòng)/噪聲信息得到階次譜［3－4］。定義某一旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速為基本轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的基本頻率的階次為1，與該旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速相關(guān)的頻率為基本頻率的N倍，即N階。

2.2 colormap

Test．Lab將不同轉(zhuǎn)速下的頻譜圖按轉(zhuǎn)速逐漸增加或減小順序排列得到一組頻譜，這種圖形的結(jié)構(gòu)類似瀑布，所以稱為瀑布圖［5］，如圖3所示。瀑布圖可以反映出測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的階次信息，對(duì)突出的階次做切片處理，得到該階次下的振動(dòng)曲線。通過(guò)該曲線可以直觀地看出該階次振動(dòng)相對(duì)于其他階次振動(dòng)的大小，即對(duì)該測(cè)點(diǎn)整體振動(dòng)強(qiáng)度(overall level)的貢獻(xiàn)，找到主要階次，從而找到導(dǎo)致該測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的主要零部件或機(jī)構(gòu)。Test．Lab中生成的colormap是瀑布圖的俯視圖，通過(guò)俯視圖可以看到振動(dòng)的階次信息。圖4中的階次線與圖3中的“尖峰”相對(duì)應(yīng)。

圖3 支架Z向振動(dòng)瀑布圖

2.3 階次跟蹤分析

圖4 為70～0 km/h工況下支架Z向振動(dòng)colormap，其中 1、2、6、7、12、14 階較明顯，對(duì)應(yīng)圖 5 中振動(dòng)曲線(虛線)，實(shí)線為該測(cè)點(diǎn)的整體振動(dòng)強(qiáng)度(overall level)曲線。實(shí)線在2 770～2 450 r/min內(nèi)出現(xiàn)了振動(dòng)峰值，與圖4中的“帶狀”區(qū)域，與圖1的異響區(qū)域相對(duì)應(yīng)。7、14階振動(dòng)由主減速器引起，主減速器的主動(dòng)齒齒數(shù)為7，電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)1圈，主動(dòng)齒與被動(dòng)齒嚙合7次，產(chǎn)生7階噪聲，14階噪聲是主被動(dòng)齒輪產(chǎn)生的二次諧波噪聲［1］;6、12階振動(dòng)在2 800～2 700 r/min范圍內(nèi)作出貢獻(xiàn)，電機(jī)在制造加工中存在的誤差和定子開(kāi)槽等原因使氣隙磁場(chǎng)無(wú)法滿足理想正弦分布［6］，電機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)中不僅包括氣隙基波磁場(chǎng)引起的2P成分，還包含6i倍電流基頻的諧波成分 6i×(Pn/60)［6－8］，n 為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)力波次數(shù)，P 為電機(jī)極對(duì)數(shù)，i、n為正整數(shù)。由工程經(jīng)驗(yàn)可知:1階振動(dòng)由傳動(dòng)軸(旋轉(zhuǎn)件)的動(dòng)不平衡造成，2階振動(dòng)一般由傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角過(guò)大導(dǎo)致。

圖4 支架Z向振動(dòng)colormap

圖5 支架Z向各階振動(dòng)

主減速器的Z向振動(dòng)中，出現(xiàn)了與主動(dòng)齒齒數(shù)相關(guān)的7、14階振動(dòng)，與電機(jī)極數(shù)相關(guān)的4、6階振動(dòng)及1階振動(dòng)與2階振動(dòng)產(chǎn)生的1.6階“拍振”［9］。電機(jī)端面與側(cè)面的 Z 向振動(dòng)出現(xiàn)了 1、2、3、4、6、8、9、12、24、72、144 階，其中 6、12、24 階與電機(jī)極數(shù)相關(guān)，3、4、8、9、72、144階與電機(jī)槽數(shù)相關(guān)。

綜上所述:各測(cè)點(diǎn)colormap振動(dòng)圖譜中，都出現(xiàn)1階、2階振動(dòng)，高轉(zhuǎn)速下，制動(dòng)盤(pán)的動(dòng)不平衡問(wèn)題將傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角問(wèn)題放大，最終引起支架與制動(dòng)盤(pán)發(fā)生“剮蹭”，各測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)振動(dòng)峰值。改善旋轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡需要從設(shè)計(jì)上著手，該過(guò)程需要大量的實(shí)踐驗(yàn)證與仿真計(jì)算。為適應(yīng)快節(jié)奏的生產(chǎn)，調(diào)整傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角較直接有效。

2.4 改進(jìn)及驗(yàn)證

如圖6所示，將電機(jī)抬高，使傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)軸線與法蘭所在平面的夾角減小，使得當(dāng)量夾角減小。

圖6 動(dòng)力傳遞路徑簡(jiǎn)圖

圖7 為各測(cè)點(diǎn)在70～0 km/h工況下，傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角改變前后，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)水平的對(duì)比，其中實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線、長(zhǎng)點(diǎn)劃線分別代表調(diào)整前的支架、主減速器、電機(jī)側(cè)面、電機(jī)端面overall level振動(dòng)曲線，加粗的實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線、長(zhǎng)點(diǎn)劃線表示調(diào)整后的各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)曲線。調(diào)整后，支架振動(dòng)峰值減小0.3g，主減速器減小0.21g，電機(jī)側(cè)面減小0.27g，電機(jī)端面減小0.38g，圖中標(biāo)注區(qū)域?yàn)? 770～2 450 r/min各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況。

圖8為70～0 km/h工況下的噪聲對(duì)比，虛線、實(shí)線分別為修改當(dāng)量夾角前后的乘員艙內(nèi)噪聲overall level曲線，噪聲峰值減小約2 dB(A)。

圖7 修改傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角前后各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)對(duì)比

圖8 修改傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角前后乘員艙內(nèi)噪聲對(duì)比

3 結(jié)論

1)噪聲出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速范圍為2 770～2 450 r/min，與各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)出現(xiàn)峰值的范圍基本對(duì)應(yīng)。

2)發(fā)現(xiàn)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)較突出的階次均存在1階、2階，分別由旋轉(zhuǎn)件的動(dòng)不平衡、傳動(dòng)軸當(dāng)量夾角過(guò)大引起。

3)當(dāng)量夾角減小后，噪聲峰值從81.78 dB(A)減小到79.84 dB(A)，且2 770～2 450 r/min范圍內(nèi)的振動(dòng)水平得到明顯改善。