王 珂, 黃建剛, 張忠東, 劉鑫明, 張躍進(jìn)

(1.中通客車股份有限公司,山東 聊城 252000; 2.山東省新能源客車安全與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗室, 山東 聊城 252000)

電動車由電機(jī)提供動力,與傳統(tǒng)燃油車相比,人們往往認(rèn)為電動車會更安靜、更舒適[1]。但由于電動車缺少發(fā)動機(jī)的“掩蔽效應(yīng)”,電機(jī)的電磁噪聲、傳動系統(tǒng)的齒輪嚙合噪聲等問題往往會更加明顯[2-4]。本文針對某純電動城市客車在行駛過程中的齒輪嘯叫問題進(jìn)行測試分析,并提出改進(jìn)方案。

1 問題診斷

某純電動城市客車在下線交車驗證時,檢驗員反饋該車在行駛過程中車內(nèi)嘯叫聲明顯,影響駕乘體驗,且不符合我司車輛下線標(biāo)準(zhǔn)[5]。技術(shù)人員接到反饋后與檢驗員溝通問題細(xì)節(jié)并進(jìn)行試車體驗。試車發(fā)現(xiàn)車輛問題與檢驗員反饋相符,主觀感受判斷該車在加、減速工況下車內(nèi)嘯叫尤為明顯,后橋附近地板還伴有異常振動。

該車動力系統(tǒng)配置為:電機(jī)后置后驅(qū),純電直驅(qū),驅(qū)動電機(jī)定子槽數(shù)為72,極對數(shù)為6,后橋主減速器主、從動齒輪齒數(shù)分別為9、44(即主減速比為4.889)。

為確定問題部件及問題原因,利用LMS測試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析。

1.1 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)異常問題表現(xiàn),判斷車內(nèi)異常嘯叫與振動的激勵應(yīng)該來自驅(qū)動電機(jī)或主減速器齒輪[6-7]。為排查問題原因及確定車內(nèi)地板振動的傳遞路徑,分別在驅(qū)動電機(jī)懸置主被動側(cè)、后橋主減速器輸入端、后懸架氣囊上支座、后懸架減振器上支座、后懸架上下推力桿上支座、車內(nèi)后橋上地板7處測點(diǎn)布置三軸加速度傳感器,在車內(nèi)后橋上座椅位置布置聲傳感器。

該車限速為59 km/h(車速超過55 km/h有超速報警),因此測試工況設(shè)定為從車輛靜止加速至55 km/h后,駕駛員隨即踩下制動踏板,讓車輛減速至駐車。進(jìn)行多次測試以確保數(shù)據(jù)的可靠性。

1.2 問題轉(zhuǎn)速范圍

從后橋上座椅采集到的噪聲聲壓級曲線如圖1所示,可以看出車內(nèi)噪聲在7～11 s內(nèi)有明顯的峰值,通過軟件的錄音回放功能確認(rèn)該時間段內(nèi)存在異常嘯叫。對應(yīng)圖1中的電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩信號曲線,可以確定該車的問題轉(zhuǎn)速區(qū)域為1 200～1 550 r/min,位于加速工況末段與減速工況初段,此時扭矩處于由正拖向反拖的急劇變化中;隨著扭矩的平穩(wěn)及轉(zhuǎn)速的下降,異響強(qiáng)度也隨之降低。

圖1 車內(nèi)噪聲與電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩曲線

由于各振動測點(diǎn)的X向振動最為明顯,為節(jié)省篇幅,以下均只對各測點(diǎn)的X向振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3 問題源排查

對車內(nèi)后橋上座椅及地板上采集到的噪聲與振動數(shù)據(jù)進(jìn)行階次分析[8],得到如圖2所示的車內(nèi)噪聲與地板振動的colormap圖。從圖中可以看出,車內(nèi)的異常嘯叫與振動主要來自第9階激勵,其頻率主要集中在200～230 Hz。結(jié)合該車的后橋主減速器主動齒齒數(shù)為9,即電機(jī)每轉(zhuǎn)動一圈,主減速器齒輪就會產(chǎn)生9次嚙合沖擊,因此車內(nèi)的第9階異常嘯叫與振動來自主減速器。

圖2 車內(nèi)噪聲及地板振動colormap圖

車橋通過懸架與車架彈性地聯(lián)系起來,懸架的作用便是傳遞車橋與車架間的力與力扭[9-10],由于懸架推力桿的一端安裝在車架上,另一端安裝在車橋橋殼上。因此后橋主減速器產(chǎn)生的振動主要通過懸架的上下推力桿、氣囊、減振器傳遞至車架。將這幾處測點(diǎn)的第9階振動數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,如圖3所示,可以看出后橋主減速器、推力桿上支座、車內(nèi)地板位置的第9階振動最為明顯。

圖3 各測點(diǎn)第9階振動曲線對比

綜上所述,車內(nèi)的異常嘯叫及振動是由后橋主減速器引起的,且振動的主要傳遞路徑為后橋主減速器—上推力桿—車架—地板。

2 改進(jìn)措施及驗證

2.1 改進(jìn)措施

根據(jù)1.3節(jié)的分析結(jié)果,可以從兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。一是從傳遞路徑入手,降低激勵傳遞:根據(jù)CAE的分析結(jié)果,結(jié)合底架實(shí)際空間,決定在上推力桿與底架格柵處增加支撐型鋼(40 mm×40 mm×2 mm),如圖4中加粗部分所示,以提高結(jié)構(gòu)剛度,減少振動傳遞。二是從激勵源入手,降低激勵強(qiáng)度:聯(lián)合車橋供應(yīng)商,通過對主減速器齒輪齒面修形、優(yōu)化齒輪配合間隙、提高磨齒加工精度[11-12]等方式改善主減速器的異常嘯叫與振動。

圖4 底架加強(qiáng)示意圖

2.2 總體改進(jìn)效果

綜合采用以上兩個改進(jìn)措施后進(jìn)行實(shí)車驗證,主觀感受車內(nèi)嘯叫、振動改善明顯。對問題工況進(jìn)行復(fù)測,測試結(jié)果如圖5和圖6所示:圖5為改進(jìn)前后的車內(nèi)噪聲對比,改進(jìn)后噪聲峰值減小約7.22 dB(A);圖6為改進(jìn)前后的主減速器、車內(nèi)地板振動水平對比,改進(jìn)后主減速器振動峰值減小0.32g,車內(nèi)地板振動峰值減小0.04g。

圖5 改進(jìn)前后車內(nèi)噪聲對比

圖6 改進(jìn)前后振動對比

3 結(jié)束語

針對某純電動客車在加、減速工況下的異常嘯叫、振動問題,利用階次分析、切片對比的方法,確定了問題原因,提出了改進(jìn)方案并進(jìn)行了實(shí)車驗證,成功解決了該問題,為后續(xù)同類問題的預(yù)防及解決提供了參考。