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電驅(qū)動(dòng)橋用減速器NVH優(yōu)化

2021-12-28 19:55:42·  來(lái)源：AUTO行家  
　
作者：李艷紅, 董婷單位：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司引言某款電機(jī)、車橋與減速器集成為電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng), 并配置在公交車輛上。在裝車試驗(yàn)驗(yàn)證階段, 發(fā)現(xiàn)
作者：李艷紅, 董婷
單位：中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司
引言
某款電機(jī)、車橋與減速器集成為電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng), 并配置在公交車輛上。在裝車試驗(yàn)驗(yàn)證階段, 發(fā)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)存在噪聲大和異響的問(wèn)題: 車輛正常行駛過(guò)程中在車內(nèi)可聽到從電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)處傳出的較大的噪聲并伴有沉悶的、有節(jié)奏的“轟轟” 聲; 在加速踏板和制動(dòng)踏板動(dòng)作時(shí)有明顯的短暫的“咚咚” 的異響, 制動(dòng)踏板動(dòng)作時(shí)異響尤為突出。為此, 本文作者針對(duì)此問(wèn)題采取了相應(yīng)的整改措施進(jìn)行優(yōu)化, 消除了異響, 降低了噪聲值, 取得了顯著效果。
問(wèn)題分析
針對(duì)上述問(wèn)題, 借助具有振動(dòng)和噪聲信號(hào)采集及處理功能的專業(yè)工具———LMS Test Lab 振動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng),在車內(nèi)電驅(qū)動(dòng)橋上方———后排座位處布置了麥克風(fēng)采集噪聲, 在電機(jī)和減速器上分別布置了振動(dòng)傳感器采集振動(dòng)數(shù)據(jù), 對(duì)車輛運(yùn)行過(guò)程中電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析研究。
1.1 正常行駛時(shí)噪聲大的問(wèn)題
以加速過(guò)程為分析對(duì)象, 以階次分析技術(shù)為主要分析方法, 對(duì)產(chǎn)生較大的噪聲及低沉異響及產(chǎn)生原因進(jìn)行初排查。采集到的噪聲分布如圖1所示, 車內(nèi)噪聲5. 93階及其高次諧階次、8階及其高次諧階次的噪聲較大, 且存在電機(jī)PWM載波頻率產(chǎn)生的噪聲成分。
圖1　加速時(shí)車內(nèi)后排座位右耳側(cè)噪聲數(shù)據(jù)
分析了安裝在電機(jī)和減速器上的振動(dòng)傳感器采集到的數(shù)據(jù), 如圖2 所示。電機(jī)和減速器振動(dòng)在5. 93 階、8階、24 階及其高次諧階次上均有體現(xiàn), 且電機(jī)存在共振和PWM 載波頻率的振動(dòng)成分, 振動(dòng)與噪聲分布有一定的相關(guān)性。
圖2　電機(jī)和減速器豎直方向振動(dòng)瀑布圖
進(jìn)一步排查, 在臺(tái)架上對(duì)減速器的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試,辨別電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲和振動(dòng)的源頭。減速器臺(tái)架振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如圖3 所示, 存在5. 93 階和24 階次及其高次諧階次。可見(jiàn), 8 階及其相關(guān)階次振動(dòng)和噪聲是電機(jī)相關(guān)的特征階次。
圖3　減速器臺(tái)架試驗(yàn)豎直方向振動(dòng)瀑布圖
具體地, 電機(jī)特征階次為8 階, 兩級(jí)齒輪傳動(dòng)的減速器的嚙合階次分別為24 階、5. 93 階。電機(jī)特征階次的高次諧階次(3 次、6 次等) 與一級(jí)齒輪的嚙合階次及其高次諧階次重合(2 次)、電機(jī)特征階次的高次諧階次(3 次、6 次) 與二級(jí)齒輪嚙合階次的高次諧階次(4次、8 次等) 相接近、一級(jí)齒輪嚙合階次和二級(jí)齒輪嚙合階次的高次諧階次( 4 次、8 次) 相接近, 引起了電機(jī)和減速器、減速器自身的振動(dòng)耦合, 產(chǎn)生較大的振動(dòng)噪聲并伴有低沉的、有節(jié)奏的轟轟聲。
1. 2 踏板動(dòng)作時(shí)異響的問(wèn)題
以車輛加速—?jiǎng)蛩佟苿?dòng)—滑行運(yùn)行工況對(duì)踏板動(dòng)作時(shí)的異響進(jìn)行分析研究, 運(yùn)行過(guò)程中在車輛后排采集到的噪聲數(shù)據(jù)如圖4 所示。在松開油門踏板, 踩下制動(dòng)踏板及松開制動(dòng)踏板時(shí)均存在較寬頻帶的范圍產(chǎn)生了無(wú)規(guī)則的噪聲分布。
圖4　踏板動(dòng)作時(shí)車內(nèi)后排座位右耳側(cè)噪聲
分析了安裝在電機(jī)和減速器上的振動(dòng)傳感器采集到的數(shù)據(jù), 如圖5 所示。
圖5　踏板動(dòng)作時(shí)噪聲和振動(dòng)能量分布
在全工況范圍內(nèi), 車內(nèi)噪聲和電機(jī)的振動(dòng)在趨勢(shì)上有一定的相關(guān)性。在踩下制動(dòng)踏板時(shí), 減速器振動(dòng)變化和噪聲的變化有一定的相關(guān)性, 受工況變化引起的振動(dòng)尤其明顯。
具體地, 在踏板動(dòng)作時(shí), 傳動(dòng)扭矩瞬間突變, 由于傳動(dòng)側(cè)隙的存在使傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副間會(huì)產(chǎn)生碰撞和噪聲。判斷該電動(dòng)系統(tǒng)扭矩控制精度低及輪間存在較大的側(cè)隙產(chǎn)生的異響問(wèn)題。
優(yōu)化方案
2. 1　優(yōu)化傳動(dòng)輪系
在不改變電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力性的前提下, 優(yōu)化了輪系配比。優(yōu)化后的一級(jí)、二級(jí)齒輪的特征階次分別為27、7. 6, 避開了傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部特征階次以及和電機(jī)特征階次重合及相近的現(xiàn)象, 進(jìn)而避免系統(tǒng)的共振及因此而產(chǎn)生的噪聲大和“哄哄” 異響的現(xiàn)象。
2. 2　優(yōu)化齒形
研究表明, 重合度越大不僅可以提高齒輪的承載能力, 而且可有效降低輪系噪聲[5] 。細(xì)高齒齒輪采用了小模數(shù)、小壓力角、大齒頂高的齒輪參數(shù)。小模數(shù)齒輪不但可以提高端面重合度, 且因齒根的減薄可提高輪齒柔性, 進(jìn)而更易吸收輪齒的振動(dòng)。小壓力角的齒輪剛度也相應(yīng)減小, 齒輪嚙入和嚙出的動(dòng)載荷減小, 引起的沖擊振動(dòng)則相應(yīng)減小。齒頂高系數(shù)增大可直接增大輪系重合度。與原方案采用標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪不同, 新設(shè)計(jì)輪選用了小壓力角、小模數(shù)和大齒頂高系數(shù)的細(xì)高齒齒輪設(shè)計(jì), 增大了輪系重合度, 以實(shí)現(xiàn)減小輪系噪聲目的。原方案和新輪系配比方案齒輪基本參數(shù)見(jiàn)表1。
表1　輪系基本參數(shù)
2. 3　優(yōu)化輪系側(cè)隙
該減速器側(cè)隙包含兩級(jí)齒輪副側(cè)隙以及差速器輪系側(cè)隙。為了保證輪系潤(rùn)滑良好、補(bǔ)償載加工制造偏差、安裝誤差、荷變形、熱變形等因素的影響, 須有適當(dāng)?shù)凝X輪側(cè)隙。側(cè)隙過(guò)小, 會(huì)引起輪系卡滯, 齒面磨損; 側(cè)隙過(guò)大, 齒輪嚙合或者反向嚙合時(shí)的碰撞會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊和噪聲。
差速器內(nèi)部側(cè)隙為0. 32、0. 29 mm, 該側(cè)隙值偏大為減速器工況變化時(shí)產(chǎn)生異響的主要原因。新方案該差速器側(cè)隙分別調(diào)整為0. 20、0. 19 mm。為了進(jìn)一步降低工況變化時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的撞擊及噪聲, 在輪系動(dòng)力傳動(dòng)許可范圍內(nèi)進(jìn)一步收縮了一級(jí)、二級(jí)輪系的齒間側(cè)隙, 較原方案減小12. 6%。
優(yōu)化結(jié)果
優(yōu)化全部完成以后, 通過(guò)裝車試驗(yàn)對(duì)整改效果進(jìn)行檢查。在車內(nèi)明顯感覺(jué)到噪聲有大幅降低, 且未有異響產(chǎn)生。分別采集了系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)和噪聲數(shù)據(jù), 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消除了因特征階次重合或者相近而產(chǎn)生的振動(dòng)耦合, 如圖6 所示。優(yōu)化后電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全工況內(nèi)噪聲最大為75 dB, 較原方案降低了10 dB, 電機(jī)和減速器豎直方向上振動(dòng)有效值分別降低了50%和67%。
圖6　優(yōu)化后噪聲及振動(dòng)數(shù)據(jù)
結(jié)論
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)是今后電驅(qū)動(dòng)發(fā)展的主要方向。集成化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)NVH 面臨電機(jī)噪聲振動(dòng)、減速器噪聲振動(dòng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)等問(wèn)題。在設(shè)計(jì)及優(yōu)化過(guò)程中需要綜合考慮電機(jī)噪聲振動(dòng)控制、減速器噪聲振動(dòng)控制、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)匹配以及控制算法的優(yōu)化等問(wèn)題。
傳動(dòng)系統(tǒng)中不可避免的側(cè)隙是產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的主要原因。在進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)需要綜合考慮系統(tǒng)功能和性能需求進(jìn)而選擇合理的最優(yōu)的側(cè)隙參數(shù)配置。
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