NVH 問題分析常用“源頭-傳遞路徑-響應(yīng)”重要分析理論。

一.電驅(qū)嘯叫聲壓目標(biāo)

如要達到完全無嘯叫，則要求TNR≤1 dB（f＞1 kHz）和TNR≤2 dB（f＜1 kHz）。

電機主要階次分別為48，60和72階，等于電機的定子槽數(shù)。

減速器輸入齒輪階次處于19～31階之間，減速器輸出齒輪階次處于7～10階之間。

二.案例：電驅(qū)嘯叫

1. 問題描述

   在中大電門加速工況下，在20 km/h～50 km/h車內(nèi)中低頻嘯叫，在50 km/h～90 km/h 高頻嘯叫，主觀不可接受。

1.1初步分析

   20 km/h～50 km/h 時嘯叫主要為二級齒輪（7.11階、14.22 階）和一級齒輪（26 階）嚙合噪聲，50 km/h～90 km/h 時主要為一級齒輪（26 階、52 階）噪聲以及電機48階噪聲，如圖所示。

2.可能原因

3.噪聲源激勵

   運用LMS Test.Lab軟件對電驅(qū)橋總成噪聲及振動進行數(shù)據(jù)采集和分析。整車試驗工況為大油門加速電機轉(zhuǎn)速從1 000 r/min至10 000 r/min，噪聲測點為電機近場車頭方向50 cm處，振動測點為減速器殼體底部。其中測點布置如圖4所示。

     圖  電機近場50 cm 48階噪聲曲線

式中：f為頻率，r為轉(zhuǎn)速，n為階次。

圖5中電機近場噪聲曲線顯示大油門加速工況下在6 800 r/min～7 700 r/min存在峰值87 dB(A)，對應(yīng)頻率為5 440 Hz～6 160 Hz，超出目標(biāo)值。結(jié)合圖2 的車內(nèi)噪聲彩圖可知，車內(nèi)48 階噪聲在7 000 r/min～7 700 r/min 存在峰值，為70 km/h～80 km/h時高頻嘯叫的主要來源。

電機結(jié)構(gòu)上影響48階噪聲主要因素有：1）電機剛度。其影響電機殼體振動幅值及殼體模態(tài)?？紤]到該電機除外殼外均為借用件，在不改變電機原設(shè)計方案前提下，從源頭優(yōu)化僅能通過改變電機殼體材質(zhì)，趨勢性增加電機殼體剛度，以降低電機殼體振動，減弱殼體輻射噪聲。

2）圖中減速器殼體一級減速齒輪26 階、56 階振動幅值異常，該齒輪在設(shè)計或加工上可能存在較大問題。二級減速齒輪7.11階、14.22階振動在部分轉(zhuǎn)速段也超過參考值（0.5 mm/s），需作進一步優(yōu)化。

根據(jù)本章分析結(jié)果可得，在5 926 Hz 電機總成存在外擴模態(tài)，電機48階噪聲在7 000 r/min～7 700 r/min 偏大原因是48 階激勵頻率與電機殼體固有頻率發(fā)生耦合，產(chǎn)生共振，并向外輻射噪聲，最終傳至車內(nèi)。

4.優(yōu)化方案

根據(jù)客觀測試分析可得，電機嘯叫的根本原因是電機48 階激勵頻率與電機總成的殼體固有頻率發(fā)生耦合，產(chǎn)生共振。減速器嘯叫的根本原因是減速器齒輪設(shè)計及加工不合理，導(dǎo)致其殼體振動超標(biāo)。其次整車聲包及氣密性未達到理想狀態(tài)，最終導(dǎo)致車內(nèi)電機及減速器嘯叫明顯。

經(jīng)分析，可從如下途徑進行優(yōu)化：

1）降低電機和減速器激勵。

2）減速器加工及裝配工藝優(yōu)化

增大齒輪倒棱角尺寸

3） 齒輪裝配工藝優(yōu)化

將一級減速被動齒輪內(nèi)花鍵與二軸外花鍵由間隙配合改為過盈配合，齒輪和二軸分開加工再壓裝改為壓裝后再磨削，以增加齒輪加工精度。齒輪與軸的結(jié)構(gòu)如圖所示。

   一級減速被動齒輪與二軸結(jié)構(gòu)示意圖

4）減速器殼體加工工藝優(yōu)化

將減速器殼體加工由二次裝夾改為一次裝夾，并將殼體加工定位方式由殼體螺紋底孔改為工藝基準(zhǔn)孔，以減小殼體軸承支撐孔位置度偏差。原設(shè)計殼體加工定位方式為螺紋底孔，且加工中存在二次裝夾，導(dǎo)致定位累計誤差較大，影響軸承位置度。而軸承座位置度會影響齒輪中心距、接觸面積及傳遞誤差，導(dǎo)致減速器三根軸的空間位置變化，軸線發(fā)生偏移，齒輪嚙合不均。

5）齒形優(yōu)化

   齒形誤差優(yōu)化齒形誤差一般是由滾齒機分度齒輪系統(tǒng)誤差或滾刀振擺造成。為了減小齒形誤差，就要提高滾齒機分度傳動系統(tǒng)精度和滾刀精度，從而提高齒輪的加工精度[7]。原始設(shè)計中使用普通剛玉系或碳化系砂輪加工齒輪，齒形偏差（齒廓波紋度）ffα 較大，影響齒輪嚙合面積及嚙合區(qū)域，從而導(dǎo)致由齒輪嚙合產(chǎn)生的沖擊較大。而砂輪的直徑越大，齒輪精度越容易保證。改用大直徑的金剛滾輪加工齒輪可有效優(yōu)化ffα，控制其在2 μm 以內(nèi)。齒形偏差ffα 示意圖如圖所示，其實測結(jié)果如表所示。

齒輪微觀修形

Xu[8]提出齒輪激勵力最有效的優(yōu)化方法為修形。修形分為齒形修形和齒向修形。前者是沿齒根到齒頂方向進行微量修整，使其偏離理論齒形；后者是沿齒線方向修形，可改善載荷沿齒線的分布。

本次修形方案為調(diào)整二級減速被動齒輪齒形鼓形量Cα和齒形傾斜偏差fHα。齒形修形參數(shù)示意圖如圖17所示，其實測結(jié)果如表3所示。

5.減速器嘯叫優(yōu)化效果經(jīng)實驗驗證

優(yōu)化ffα 以及調(diào)整齒輪微觀參數(shù)Cα 和fHα 對抑制減速器階次噪聲均有明顯效果，噪聲數(shù)據(jù)如圖所示。 

圖  齒形誤差優(yōu)化及齒輪修形前后車內(nèi)后排噪聲曲線

    針對大油門加速工況下電機和減速器嘯叫問題，以車內(nèi)后排右側(cè)外耳噪聲為評價指標(biāo)，通過提升整車氣密性及加強聲學(xué)包，抑制電機嘯叫較明顯，整體評估可接受，但減速器嘯叫仍偏大。

   針對減速器嘯叫問題，在路徑優(yōu)化基礎(chǔ)上，對減速器加工與裝配工藝以及齒輪齒形進行優(yōu)化，經(jīng)驗證該方案優(yōu)化效果明顯，整體可接受。

   其中在鈑金縫隙處增加密封膠封堵、在側(cè)拉門迎賓踏板處增加密封軟墊、在地板下方增加吸聲棉等路徑優(yōu)化方案

   齒輪倒角優(yōu)化、齒輪裝配、減速器加工工藝優(yōu)化等方案以及齒形誤差優(yōu)化、齒輪微觀修形等方案均已工程化。

    優(yōu)化后，電機嘯叫主觀評分由原始狀態(tài)5.5 分提升至6.5 分，減速器嘯叫主觀評分由5.0 分提升至6.5 分。