某救護(hù)車傳動(dòng)系統(tǒng)異響及異振研究

孟國(guó)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(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 聊城 252022)

鑒于救護(hù)車的特殊性[1],要求車輛在各種工作狀態(tài)下均不能出現(xiàn)異常的振動(dòng)和噪聲。公司一款救護(hù)車的樣車在可靠性試驗(yàn)中[2],發(fā)現(xiàn)其在5擋加速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 300～1 900 r/min范圍內(nèi)時(shí),儀表臺(tái)出現(xiàn)劇烈振動(dòng)并伴有異響,對(duì)舒適性及安全性造成嚴(yán)重影響。本文對(duì)該問題進(jìn)行排查及處理。

1 主觀評(píng)價(jià)

該救護(hù)車樣車配置為發(fā)動(dòng)機(jī)前部縱置、后橋驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)變速器,前懸架為樹脂板簧結(jié)構(gòu),后懸架為多片鋼板彈簧加減振器結(jié)構(gòu)。

由于前期其他類似配置車輛從未出現(xiàn)過該問題,為了直觀了解車輛問題及其嚴(yán)重程度,依據(jù)中通客車主觀評(píng)價(jià)規(guī)范《客車振動(dòng)噪聲主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法》對(duì)車輛進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)[3-4]。評(píng)價(jià)等級(jí)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(píng)價(jià)共邀請(qǐng)10位相關(guān)技術(shù)人員,其中高級(jí)工程師5人。

在試驗(yàn)場(chǎng)性能路上進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)測(cè)試,最終形成統(tǒng)一的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果：行駛工況車內(nèi)舒適度主觀評(píng)價(jià)3分,屬于不可接受狀態(tài)。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(qiáng)度較低。

2) 駕駛區(qū)儀表臺(tái)整體振動(dòng)明顯,伴有明顯異響,地板振動(dòng)明顯,有麻腳感。

3) 乘員艙內(nèi)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(dòng)激勵(lì)來源于車輛傳動(dòng)系統(tǒng),但具體位置無法判斷。

2 測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

通過上述主觀評(píng)價(jià)情況1),認(rèn)為該問題與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān),主要懷疑車輛傳動(dòng)系統(tǒng),所以重點(diǎn)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)懸置主被動(dòng)側(cè)、變速器主被動(dòng)側(cè)、后橋橋殼、傳動(dòng)軸掛耳位置的振動(dòng),同時(shí)采集車內(nèi)駕駛員座椅導(dǎo)軌、后橋上座椅導(dǎo)軌的振動(dòng)及駕駛員耳旁、后橋上車內(nèi)的噪聲。測(cè)試及分析基于LMS測(cè)試系統(tǒng)(包括LMS Test.lab測(cè)試分析軟件及數(shù)據(jù)采集前端設(shè)備)進(jìn)行[5]。

該車發(fā)動(dòng)機(jī)為4缸4沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī),其點(diǎn)火頻率為輸出軸轉(zhuǎn)頻的2倍,即發(fā)動(dòng)機(jī)2階[6]頻率為點(diǎn)火頻率。計(jì)算并對(duì)比了車內(nèi)各測(cè)點(diǎn)5擋加速工況瀑布圖,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)基本一致,其中駕駛員座椅導(dǎo)軌處Z向的振動(dòng)烈度瀑布圖如圖1所示。

圖1 5擋駕駛員座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)烈度瀑布圖

從圖1可以看出,駕駛員座椅導(dǎo)軌的振動(dòng)以發(fā)動(dòng)機(jī)2階頻率為主,其中45～60 Hz段的振動(dòng)烈度尤為突出,對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速段為1 350～1 800 r/min,與問題轉(zhuǎn)速段吻合。根據(jù)以上分析可確定問題原因有如下可能：

1) 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置失效導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)直接傳遞至車身。

2) 傳動(dòng)系統(tǒng)部件可能存在52 Hz左右的共振模態(tài),并將該振動(dòng)由動(dòng)力系統(tǒng)傳至車身,進(jìn)而傳至車內(nèi)部件。

3) 5擋為直接擋,即變速器輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速比為1,傳動(dòng)軸如果存在扭轉(zhuǎn)模態(tài),可能發(fā)生扭振,并將發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火激勵(lì)放大后通過傳動(dòng)系統(tǒng)與車身連接點(diǎn)傳遞至車身,進(jìn)而傳至車內(nèi)部件。

4) 考慮到問題主要表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火激勵(lì)大,經(jīng)驗(yàn)判斷可能是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速波動(dòng)大導(dǎo)致振動(dòng)激勵(lì)大。

下面依次進(jìn)行排查。

1) 首先根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)在1 000～1 900 r/min轉(zhuǎn)速段的2階頻率對(duì)應(yīng)的隔振率均在12 dB以上,在問題段并沒有出現(xiàn)失效問題。因此可排除發(fā)動(dòng)機(jī)懸置失效的可能。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)2階頻率對(duì)應(yīng)的隔振率曲線

2) 變速器端懸置隔振率及主被動(dòng)側(cè)加速度變化曲線如圖3所示。圖中左側(cè)縱坐標(biāo)為懸置主被動(dòng)側(cè)加速度(以dB形式顯示),右側(cè)為懸置隔振率,即主被動(dòng)側(cè)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(gè)轉(zhuǎn)速附近低,對(duì)比主被動(dòng)側(cè)加速度曲線可確定該問題是由主動(dòng)側(cè)加速度突變引起,即傳動(dòng)系統(tǒng)確實(shí)存在異常振動(dòng)并導(dǎo)致了變速器位置的振動(dòng)異常,但變速器懸置并不是引起車內(nèi)異常的原因。

3) 6擋加速工況,駕駛員座椅導(dǎo)軌處的振動(dòng)烈度瀑布圖如圖4所示,與圖1中5擋加速工況表現(xiàn)一致,依然為發(fā)動(dòng)機(jī)2階突出,并未因變速器擋位(速比)變化發(fā)生偏移,即該振動(dòng)主要為發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)導(dǎo)致,與變速器及后續(xù)傳動(dòng)系統(tǒng)無關(guān)。

圖4 6擋駕駛員座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)烈度瀑布圖

4) 與配置該套傳動(dòng)系統(tǒng)的其他車輛相比,僅發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求不同,且問題的激勵(lì)源同樣是發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速波動(dòng)大是造成該車輛問題的可能性極大。為驗(yàn)證該問題,通過刷寫控制程序進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)加速扭矩進(jìn)行限扭,實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明振動(dòng)強(qiáng)度降低,但依然存在。

基于上述結(jié)論,判斷該車輛問題表現(xiàn)符合受迫振動(dòng)[7]特征,即傳動(dòng)系統(tǒng)、車身及車內(nèi)部件振動(dòng)均是因發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)過大造成。為確定具體原因,經(jīng)評(píng)審決定對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行拆卸檢查。拆卸后發(fā)現(xiàn)該發(fā)動(dòng)機(jī)配置的是單質(zhì)量飛輪,而非技術(shù)協(xié)議里要求的雙質(zhì)量飛輪[8-9]。雙質(zhì)量飛輪為降低發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)不均衡性的重要部件,對(duì)避免造成傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)有著重大意義。至此可確定該車輛異振問題是因供應(yīng)商未按技術(shù)要求配置雙質(zhì)量飛輪,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸扭振激勵(lì)過大引起的。發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)過大且減振部件缺失,致使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生受迫振動(dòng),進(jìn)而傳遞到車身引起車內(nèi)部件異振及異響。

3 改進(jìn)措施及效果

3.1 改進(jìn)措施

一種方案是要求供應(yīng)商按技術(shù)協(xié)議整改,將單質(zhì)量飛輪更換為雙質(zhì)量飛輪;另一種方案是在傳動(dòng)軸與后橋主減速器間增加扭轉(zhuǎn)減振器[9]。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

將2種方案進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證,問題均可得到解決。再次邀請(qǐng)之前參與主觀評(píng)價(jià)的10位技術(shù)人員進(jìn)行感受并打分,結(jié)果如下：加裝扭轉(zhuǎn)減振器的車輛得分為7分;更換雙質(zhì)量飛輪的車輛得分為8分。

由于救護(hù)車服務(wù)對(duì)象為傷病者,而更換雙質(zhì)量飛輪較增加扭轉(zhuǎn)減振器能提供更好的駕乘體驗(yàn),而且該問題是由于供應(yīng)商未按技術(shù)協(xié)議供貨造成的,最終采用將發(fā)動(dòng)機(jī)單質(zhì)量飛輪更換為雙質(zhì)量飛輪的方案解決該問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某救護(hù)車高速行駛過程中整車振動(dòng)異常問題,通過主觀感受及評(píng)價(jià)方法對(duì)問題進(jìn)行了初步診斷后,基于LMS測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、排查,最終解決了該問題。