齿面加工误差引起的纯电动客车加速异响分析

林银聚

(厦门金龙联合汽车工业有限公司， 福建 厦门 361023)

与传统客车相比，纯电动客车动力传动系统的结构和模式发生了变化。由于电机的转矩特性与发动机不同，其激励特性较传统客车也有较大差异。纯电动客车动力传动系呈弱阻尼特性，对齿轮系的旷响等异响噪声控制提出了新的挑战。

加速异响是目前纯电动客车比较常见和急需解决的问题。表现在全油门加速过程中，某一车速段出现啸叫、异响，严重时伴有车身抖动现象，影响驾乘舒适性。其原因有主减速器齿轮问题、电机激励问题、传动系角度问题等。本文分析和解决由齿面加工误差引起的加速异响问题。

1 整车基本参数及加速异响症状

1.1 整车基本参数

某中央直驱式[1]纯电动客车，其动力传动系统主要包括驱动电机、传动轴、减速器总成、左右半轴、左右车轮。驱动电机为永磁同步电机，电机极对数6, 定子槽数72[2]。后桥主减速器主动齿数7,从动齿数43。轮胎滚动半径0.424 m。整车噪声指标要求如下：

1) 50 km/h匀速行驶工况[3]：驾驶区≤74 dB(A)，乘客区≤76 dB(A)。

2) 10～50 km/h全油门加速工况[4]：驾驶区≤78 dB(A)，乘客区≤84 dB(A)。

1.2 加速异响症状

整车路试中发现，低速到高速加速过程，车内噪声大、刺耳，主观感觉声品质差，用LMS Test.Lab[5]噪声振动测试系统测试车内噪声数据如下：

1) 50 km/h匀速行驶：驾驶区74.4 dB(A)，乘客区中排80.0 dB(A)，乘客区后排76.4 dB(A)。

2) 10～50 km/h全油门加速(峰值)：驾驶区77.4 dB(A)，乘客区中排89.19 dB(A)，乘客区后排79.2 dB(A)。

从测试数据可以看出，50 km/h匀速工况，驾驶区和乘客区噪声超过噪声指标要求；10～50 km/h全油门加速工况,乘客区噪声超过噪声指标要求，且主观评价声音品质差[6]。

2 加速异响问题分析及解决措施

2.1 原始状态原因分析

主观不能明确判断出是电机还是驱动桥发出的异响，结合整车噪声频谱和驱动桥、电机的振动频谱，采用阶次跟踪分析法查找噪声产生原因。采用LMS Test.Lab多通道测试系统采集振动、噪声和转速信号，并通过FFT得到清晰的color脉谱图(即阶次谱图)[7-10]。

采用中央直驱电机的传动轴转速等于电机轴转速，以电机轴转速作为传动轴振动的基础频率(1阶)，K阶对应的频率是基频的K倍。电机轴基频f0=n/60；电机电频率fe=np/60；其中n为电机轴转速，p为电机极对数6,则fe相对f0的阶次Kd=fe/f0=6阶。电机振动频谱中主要频率成分包含电机轴转频、电机电频及其倍频和边频。同理，驱动桥主动齿数7，则驱动桥主动齿轮啮合频率fq相对电机轴转频f0的阶次为7阶。驱动桥振动频谱中主要频率成分包含传动轴转频、齿轮啮合频及其倍频和边频。

为便于分析问题，截取全油门加速车内噪声测试谱，如图1所示。从图中可知，在传动轴转速1 433.5 r/min(对应车速37.29 km/h)时，车内中排瞬时最大噪声达到89.19 dB(A),且现场主观感受此时车内噪声存在明显异响。

图1 全油门加速车内噪声测试结果

以下分析中排噪声频谱产生异响原因。全油门加速工况中排噪声脉谱如图2所示。结合图1、图2分析得知，此工况下车内中排噪声主要贡献量来自于图2所示的35阶～42阶振动能量[11]。

图2 全油门加速车内中排color脉谱图

1) 电机和驱动桥振动脉谱分析。图3为全油门加速时驱动桥主减速器小端处的Z向振动color脉谱图。可以看出，在35阶～42阶存在明显的能量峰值；图4所示的电机Z向振动幅值只在36阶处存在明显的能量。说明车内中排噪声在35阶～42阶处的能量主要来自于驱动桥主减速器。

图3 全油门加速后桥主减速器Z向振动color脉谱图

图4 全油门加速电机Z向振动color脉谱图

2) 传动轴扭矩波动分析。根据上述分析不能简单判断是驱动桥主减速器自身问题，还是电机扭矩波动大引起激励产生较大的主减速器啮合噪声问题。因此，在传动轴上贴应变片，测试传动轴扭矩。全油门加速工况传动轴扭矩测试结果如图5所示。

图5 全油门加速工况传动轴扭矩测试结果

由图5可以看出，在车速37.29 km/h(对应传动轴转速1 433.5 r/min)时，传动轴扭矩瞬时有效值为 1 591.55 Nm，上下波动63.7 Nm，扭矩波动幅值4%，满足驱动桥的扭矩要求(扭矩波动幅值动≤5%),故排除扭矩波动因素。因此，可以判断是由驱动桥主减速器齿轮加工误差引起的加速异响。

2.2 更换后桥主减速器测试分析

为进一步分析原因，更换主减速器总成后再次整车路试采集匀速及加速工况下车内噪声数据如下：

1) 50 km/h匀速行驶。驾驶区73.8 dB(A)，乘客区中排77.5 dB(A)，乘客区后排73 dB(A)。

2) 10～50 km/h全油门加速行驶。驾驶区74.7 dB(A)，乘客区中排82.5 dB(A)，乘客区后排76.7 dB(A)。

通过前后对比分析可知： 50 km/h匀速工况下，车内最大噪声相对原状态降低了2.5 dB(A)；10～50 km/h全油门加速工况下，车内最大噪声相对原状态降低了6.69 dB(A)。更换主减速器后各工况噪声均满足整车噪声指标要求。

3) 中排噪声color脉谱图对比。更换主减速器后全油门加速工况车内中排噪声color脉谱图见图6。

图6 换主减速器后车内中排噪声color脉谱图

通过对比图6和图2可以看出，更换后的车内中排噪声在35阶～42阶处的能量相对原状态大幅度降低，现场主观感受到车内异响消失。

2.3 主减速器拆检分析

拆检原车驱动桥主减速器，发现主减速器主动齿驱动面有约45°放射状条纹。如图7所示。

图7 齿面出现45°放射状条纹

从动齿驱动面局部磨痕突出。齿轮齿面加工时产生的条纹方向应该平行于齿顶，不会出现45°方向的放射状条纹，分析其原因是装车运行后齿面发生的磨损。进一步分析驱动桥35阶～42阶异响是否是齿面45°方向放射状条纹产生的，将拆下的主减速器装到台架上测试其噪声：按750～1 500(间隔250)r/min 输入转速进行空载噪声测试，结果发现：在 1 250 r/min 输入转速时，驱动桥的水平和垂直方向噪声值分别为79.2 dB(A)和78.1 dB(A)；在1 500 r/min输入转速时，驱动桥的水平和垂直方向噪声值分别为81.6 dB(A)和79.2 dB(A)。均超过企标要求的78 dB(A)，判定为不合格。出现该现象的原因分析如下：

1) 齿面未修正磨平。驱动桥主减速器主动齿轮与从动齿轮有偏置距，齿轮啮合时，齿面会发生滑移。当齿面未修磨平整时，齿轮高速旋转啮合受径向交变力作用主减速器齿面出现约45°放射性条纹。放射状条纹加大了齿轮啮合摩擦振动频率，在齿轮啮合5倍频(35阶)和6倍频(42阶)之间产生谐波边频，导致加速工况主减速器异响。而齿面未修正磨平的原因可能是磨齿机的控制液压阀漏油，导致砂轮磨齿工作不稳定，从而产生齿轮表面不平整。

2) 检测条件受限。日常生产对齿轮精度、配对印痕、传动误差均有检测，但这些检测排查不出齿面的修正磨平情况，导致不合格产品流出使用。

2.4 解决措施

对已经发生齿轮加工误差引起加速异响的车辆和后续车辆的处理分别提出临时措施和永久措施：

1) 临时措施。对已发生异响的车辆，主动更换主减速器。

2) 永久措施。总结异常产生和流出的原因，杜绝类似问题重复发生，增加相应的检验手段和工艺要求。在生产过程中，管控产品质量的具体处理措施有：一是对齿磨机控制液压油进行巡检，及时发现泄漏情况，对发现泄漏的磨齿机封存、报废处理；二是增加机床设备点检、巡检细化要求；三是增加磨齿工序、配对工序首末件高速噪声检测要求；四是增加主减速器总成装配加载噪声检测要求。

3 结束语

结合实际的纯电动客车加速异响案例，锁定齿轮加工误差产生和流出原因，制定相应的管控措施。该问题的解决不仅大大提升了产品的声品质，也为其他产品同类问题的分析和解决提供了很好的借鉴作用，为解决实际问题提供了参考。