純電動客車后橋異響問題分析與改進

王 珂, 黃建剛, 張忠東, 劉鑫明, 張躍進

(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能重點實驗室, 山東 聊城 252000)

電動車由電機提供動力,與傳統燃油車相比,人們往往認為電動車會更安靜、更舒適[1]。但由于電動車缺少發動機的“掩蔽效應”,電機的電磁噪聲、傳動系統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行測試分析,并提出改進方案。

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嘯叫聲明顯,影響駕乘體驗,且不符合我司車輛下線標準[5]。技術人員接到反饋后與檢驗員溝通問題細節并進行試車體驗。試車發現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。

該車動力系統配置為:電機后置后驅,純電直驅,驅動電機定子槽數為72,極對數為6,后橋主減速器主、從動齒輪齒數分別為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測試系統進行數據采集及分析。

1.1 數據采集

根據異常問題表現,判斷車內異常嘯叫與振動的激勵應該來自驅動電機或主減速器齒輪[6-7]。為排查問題原因及確定車內地板振動的傳遞路徑,分別在驅動電機懸置主被動側、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、車內后橋上地板7處測點布置三軸加速度傳感器,在車內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。進行多次測試以確保數據的可靠性。

1.2 問題轉速范圍

從后橋上座椅采集到的噪聲聲壓級曲線如圖1所示,可以看出車內噪聲在7～11 s內有明顯的峰值,通過軟件的錄音回放功能確認該時間段內存在異常嘯叫。對應圖1中的電機轉速、扭矩信號曲線,可以確定該車的問題轉速區域為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;隨著扭矩的平穩及轉速的下降,異響強度也隨之降低。

圖1 車內噪聲與電機轉速、扭矩曲線

由于各振動測點的X向振動最為明顯,為節省篇幅,以下均只對各測點的X向振動數據進行分析。

1.3 問題源排查

對車內后橋上座椅及地板上采集到的噪聲與振動數據進行階次分析[8],得到如圖2所示的車內噪聲與地板振動的colormap圖。從圖中可以看出,車內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。結合該車的后橋主減速器主動齒齒數為9,即電機每轉動一圈,主減速器齒輪就會產生9次嚙合沖擊,因此車內的第9階異常嘯叫與振動來自主減速器。

圖2 車內噪聲及地板振動colormap圖

車橋通過懸架與車架彈性地聯系起來,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。將這幾處測點的第9階振動數據進行對比,如圖3所示,可以看出后橋主減速器、推力桿上支座、車內地板位置的第9階振動最為明顯。

圖3 各測點第9階振動曲線對比

綜上所述,車內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 改進措施及驗證

2.1 改進措施

根據1.3節的分析結果,可以從兩個方面進行改進。一是從傳遞路徑入手,降低激勵傳遞:根據CAE的分析結果,結合底架實際空間,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,以提高結構剛度,減少振動傳遞。二是從激勵源入手,降低激勵強度:聯合車橋供應商,通過對主減速器齒輪齒面修形、優化齒輪配合間隙、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 底架加強示意圖

2.2 總體改進效果

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

圖5 改進前后車內噪聲對比

圖6 改進前后振動對比

3 結束語

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,提出了改進方案并進行了實車驗證,成功解決了該問題,為后續同類問題的預防及解決提供了參考。