某救護車傳動系統異響及異振研究

孟國慶,黃建剛,張忠東,2,吳洪亭,陳恒彬,2

(1.中通客車股份有限公司,山東 聊城 252022;2.山東省新能源客車安全與節能重點實驗室,山東 聊城 252022)

鑒于救護車的特殊性[1],要求車輛在各種工作狀態下均不能出現異常的振動和噪聲。公司一款救護車的樣車在可靠性試驗中[2],發現其在5擋加速和發動機轉速在1 300～1 900 r/min范圍內時,儀表臺出現劇烈振動并伴有異響,對舒適性及安全性造成嚴重影響。本文對該問題進行排查及處理。

1 主觀評價

該救護車樣車配置為發動機前部縱置、后橋驅動、手動變速器,前懸架為樹脂板簧結構,后懸架為多片鋼板彈簧加減振器結構。

由于前期其他類似配置車輛從未出現過該問題,為了直觀了解車輛問題及其嚴重程度,依據中通客車主觀評價規范《客車振動噪聲主觀評價試驗方法》對車輛進行主觀評價[3-4]。評價等級如下：低于6分視為不可接受,高于6分(含6分)視為可接受,其中1～3分代表極差,4～5分代表差,6分代表可接受,7分代表一般,8～10分代表非常好。評價共邀請10位相關技術人員,其中高級工程師5人。

在試驗場性能路上進行主觀評價測試,最終形成統一的主觀評價結果：行駛工況車內舒適度主觀評價3分,屬于不可接受狀態。具體情況如下：

1) 問題在5擋加速段最為明顯,4擋及6擋加速段亦存在但強度較低。

2) 駕駛區儀表臺整體振動明顯,伴有明顯異響,地板振動明顯,有麻腳感。

3) 乘員艙內亦存在與駕駛艙相同的異振、異響問題。

4) 初步判定該車振動激勵來源于車輛傳動系統,但具體位置無法判斷。

2 測試及數據分析

通過上述主觀評價情況1),認為該問題與發動機轉速相關,主要懷疑車輛傳動系統,所以重點測試發動機懸置主被動側、變速器主被動側、后橋橋殼、傳動軸掛耳位置的振動,同時采集車內駕駛員座椅導軌、后橋上座椅導軌的振動及駕駛員耳旁、后橋上車內的噪聲。測試及分析基于LMS測試系統(包括LMS Test.lab測試分析軟件及數據采集前端設備)進行[5]。

該車發動機為4缸4沖程柴油發動機,其點火頻率為輸出軸轉頻的2倍,即發動機2階[6]頻率為點火頻率。計算并對比了車內各測點5擋加速工況瀑布圖,發現數據表現基本一致,其中駕駛員座椅導軌處Z向的振動烈度瀑布圖如圖1所示。

圖1 5擋駕駛員座椅導軌處振動烈度瀑布圖

從圖1可以看出,駕駛員座椅導軌的振動以發動機2階頻率為主,其中45～60 Hz段的振動烈度尤為突出,對應的發動機轉速段為1 350～1 800 r/min,與問題轉速段吻合。根據以上分析可確定問題原因有如下可能：

1) 發動機懸置失效導致發動機振動直接傳遞至車身。

2) 傳動系統部件可能存在52 Hz左右的共振模態,并將該振動由動力系統傳至車身,進而傳至車內部件。

3) 5擋為直接擋,即變速器輸入軸與輸出軸轉速比為1,傳動軸如果存在扭轉模態,可能發生扭振,并將發動機點火激勵放大后通過傳動系統與車身連接點傳遞至車身,進而傳至車內部件。

4) 考慮到問題主要表現為發動機點火激勵大,經驗判斷可能是發動機輸出扭矩、轉速波動大導致振動激勵大。

下面依次進行排查。

1) 首先根據測試數據計算發動機懸置隔振率,隔振率曲線如圖2所示。從圖中可看出,在5擋加速過程中,發動機在1 000～1 900 r/min轉速段的2階頻率對應的隔振率均在12 dB以上,在問題段并沒有出現失效問題。因此可排除發動機懸置失效的可能。

圖2 發動機2階頻率對應的隔振率曲線

2) 變速器端懸置隔振率及主被動側加速度變化曲線如圖3所示。圖中左側縱坐標為懸置主被動側加速度(以dB形式顯示),右側為懸置隔振率,即主被動側加速度(dB形式)之差。從圖中可看出,變速器隔振率在1 275 r/min和1 600 r/min 2個轉速附近低,對比主被動側加速度曲線可確定該問題是由主動側加速度突變引起,即傳動系統確實存在異常振動并導致了變速器位置的振動異常,但變速器懸置并不是引起車內異常的原因。

3) 6擋加速工況,駕駛員座椅導軌處的振動烈度瀑布圖如圖4所示,與圖1中5擋加速工況表現一致,依然為發動機2階突出,并未因變速器擋位(速比)變化發生偏移,即該振動主要為發動機激勵導致,與變速器及后續傳動系統無關。

圖4 6擋駕駛員座椅導軌處振動烈度瀑布圖

4) 與配置該套傳動系統的其他車輛相比,僅發動機排放要求不同,且問題的激勵源同樣是發動機,發動機輸出扭矩、轉速波動大是造成該車輛問題的可能性極大。為驗證該問題,通過刷寫控制程序進行試驗。對加速扭矩進行限扭,實車試驗結果表明振動強度降低,但依然存在。

基于上述結論,判斷該車輛問題表現符合受迫振動[7]特征,即傳動系統、車身及車內部件振動均是因發動機激勵過大造成。為確定具體原因,經評審決定對動力總成進行拆卸檢查。拆卸后發現該發動機配置的是單質量飛輪,而非技術協議里要求的雙質量飛輪[8-9]。雙質量飛輪為降低發動機旋轉不均衡性的重要部件,對避免造成傳動系統扭轉振動有著重大意義。至此可確定該車輛異振問題是因供應商未按技術要求配置雙質量飛輪,導致發動機輸出軸扭振激勵過大引起的。發動機激勵過大且減振部件缺失,致使整個傳動系統產生受迫振動,進而傳遞到車身引起車內部件異振及異響。

3 改進措施及效果

3.1 改進措施

一種方案是要求供應商按技術協議整改,將單質量飛輪更換為雙質量飛輪;另一種方案是在傳動軸與后橋主減速器間增加扭轉減振器[9]。

3.2 試驗驗證

將2種方案進行實車驗證,問題均可得到解決。再次邀請之前參與主觀評價的10位技術人員進行感受并打分,結果如下：加裝扭轉減振器的車輛得分為7分;更換雙質量飛輪的車輛得分為8分。

由于救護車服務對象為傷病者,而更換雙質量飛輪較增加扭轉減振器能提供更好的駕乘體驗,而且該問題是由于供應商未按技術協議供貨造成的,最終采用將發動機單質量飛輪更換為雙質量飛輪的方案解決該問題。

4 結束語

針對某救護車高速行駛過程中整車振動異常問題,通過主觀感受及評價方法對問題進行了初步診斷后,基于LMS測試系統進行數據采集、分析、排查,最終解決了該問題。