孟國慶,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)能重點實驗室,山東 聊城 252022)

鑒于救護車的特殊性[1],要求車輛在各種工作狀態(tài)下均不能出現(xiàn)異常的振動和噪聲。公司一款救護車的樣車在可靠性試驗中[2],發(fā)現(xiàn)其在5擋加速和發(fā)動機轉速在1 300～1 900 r/min范圍內(nèi)時,儀表臺出現(xiàn)劇烈振動并伴有異響,對舒適性及安全性造成嚴重影響。本文對該問題進行排查及處理。

1 主觀評價

該救護車樣車配置為發(fā)動機前部縱置、后橋驅動、手動變速器,前懸架為樹脂板簧結構,后懸架為多片鋼板彈簧加減振器結構。

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重程度,依據(jù)中通客車主觀評價規(guī)范《客車振動噪聲主觀評價試驗方法》對車輛進行主觀評價[3-4]。評價等級如下：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。評價共邀請10位相關技術人員,其中高級工程師5人。

在試驗場性能路上進行主觀評價測試,最終形成統(tǒng)一的主觀評價結果：行駛工況車內(nèi)舒適度主觀評價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度較低。

2) 駕駛區(qū)儀表臺整體振動明顯,伴有明顯異響,地板振動明顯,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) 初步判定該車振動激勵來源于車輛傳動系統(tǒng),但具體位置無法判斷。

2 測試及數(shù)據(jù)分析

通過上述主觀評價情況1),認為該問題與發(fā)動機轉速相關,主要懷疑車輛傳動系統(tǒng),所以重點測試發(fā)動機懸置主被動側、變速器主被動側、后橋橋殼、傳動軸掛耳位置的振動,同時采集車內(nèi)駕駛員座椅導軌、后橋上座椅導軌的振動及駕駛員耳旁、后橋上車內(nèi)的噪聲。測試及分析基于LMS測試系統(tǒng)(包括LMS Test.lab測試分析軟件及數(shù)據(jù)采集前端設備)進行[5]。

該車發(fā)動機為4缸4沖程柴油發(fā)動機,其點火頻率為輸出軸轉頻的2倍,即發(fā)動機2階[6]頻率為點火頻率。計算并對比了車內(nèi)各測點5擋加速工況瀑布圖,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)基本一致,其中駕駛員座椅導軌處Z向的振動烈度瀑布圖如圖1所示。

圖1 5擋駕駛員座椅導軌處振動烈度瀑布圖

從圖1可以看出,駕駛員座椅導軌的振動以發(fā)動機2階頻率為主,其中45～60 Hz段的振動烈度尤為突出,對應的發(fā)動機轉速段為1 350～1 800 r/min,與問題轉速段吻合。根據(jù)以上分析可確定問題原因有如下可能：

1) 發(fā)動機懸置失效導致發(fā)動機振動直接傳遞至車身。

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

3) 5擋為直接擋,即變速器輸入軸與輸出軸轉速比為1,傳動軸如果存在扭轉模態(tài),可能發(fā)生扭振,并將發(fā)動機點火激勵放大后通過傳動系統(tǒng)與車身連接點傳遞至車身,進而傳至車內(nèi)部件。

4) 考慮到問題主要表現(xiàn)為發(fā)動機點火激勵大,經(jīng)驗判斷可能是發(fā)動機輸出扭矩、轉速波動大導致振動激勵大。

下面依次進行排查。

1) 首先根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算發(fā)動機懸置隔振率,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)動機在1 000～1 900 r/min轉速段的2階頻率對應的隔振率均在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)動機懸置失效的可能。

圖2 發(fā)動機2階頻率對應的隔振率曲線

2) 變速器端懸置隔振率及主被動側加速度變化曲線如圖3所示。圖中左側縱坐標為懸置主被動側加速度(以dB形式顯示),右側為懸置隔振率,即主被動側加速度(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個轉速附近低,對比主被動側加速度曲線可確定該問題是由主動側加速度突變引起,即傳動系統(tǒng)確實存在異常振動并導致了變速器位置的振動異常,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,駕駛員座椅導軌處的振動烈度瀑布圖如圖4所示,與圖1中5擋加速工況表現(xiàn)一致,依然為發(fā)動機2階突出,并未因變速器擋位(速比)變化發(fā)生偏移,即該振動主要為發(fā)動機激勵導致,與變速器及后續(xù)傳動系統(tǒng)無關。

圖4 6擋駕駛員座椅導軌處振動烈度瀑布圖

4) 與配置該套傳動系統(tǒng)的其他車輛相比,僅發(fā)動機排放要求不同,且問題的激勵源同樣是發(fā)動機,發(fā)動機輸出扭矩、轉速波動大是造成該車輛問題的可能性極大。為驗證該問題,通過刷寫控制程序進行試驗。對加速扭矩進行限扭,實車試驗結果表明振動強度降低,但依然存在。

基于上述結論,判斷該車輛問題表現(xiàn)符合受迫振動[7]特征,即傳動系統(tǒng)、車身及車內(nèi)部件振動均是因發(fā)動機激勵過大造成。為確定具體原因,經(jīng)評審決定對動力總成進行拆卸檢查。拆卸后發(fā)現(xiàn)該發(fā)動機配置的是單質(zhì)量飛輪,而非技術協(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)動機旋轉不均衡性的重要部件,對避免造成傳動系統(tǒng)扭轉振動有著重大意義。至此可確定該車輛異振問題是因供應商未按技術要求配置雙質(zhì)量飛輪,導致發(fā)動機輸出軸扭振激勵過大引起的。發(fā)動機激勵過大且減振部件缺失,致使整個傳動系統(tǒng)產(chǎn)生受迫振動,進而傳遞到車身引起車內(nèi)部件異振及異響。

3 改進措施及效果

3.1 改進措施

一種方案是要求供應商按技術協(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軸與后橋主減速器間增加扭轉減振器[9]。

3.2 試驗驗證

將2種方案進行實車驗證,問題均可得到解決。再次邀請之前參與主觀評價的10位技術人員進行感受并打分,結果如下：加裝扭轉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。

由于救護車服務對象為傷病者,而更換雙質(zhì)量飛輪較增加扭轉減振器能提供更好的駕乘體驗,而且該問題是由于供應商未按技術協(xié)議供貨造成的,最終采用將發(fā)動機單質(zhì)量飛輪更換為雙質(zhì)量飛輪的方案解決該問題。

4 結束語

針對某救護車高速行駛過程中整車振動異常問題,通過主觀感受及評價方法對問題進行了初步診斷后,基于LMS測試系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、分析、排查,最終解決了該問題。