客車懸架與傳動系匹配中的NVH問題

雷龍，張偉

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司技術(shù)中心，江蘇蘇州　215026）

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客車懸架與傳動系匹配中的NVH問題

雷龍，張偉

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司技術(shù)中心，江蘇蘇州215026）

摘要：通過測試某客車的NVH性能，發(fā)現(xiàn)其主要問題為懸架與傳動系的頻率分布不當(dāng)引起。通過調(diào)整傳動系參數(shù)、調(diào)整懸架剛度和增大非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)阻尼比的方法對車輛進(jìn)行整改，提出客車設(shè)計中懸架與傳動系匹配的頻率分布應(yīng)注意的事項。

關(guān)鍵詞：客車；懸架；傳動系；匹配；NVH

目前，客車懸架的設(shè)計主要是依據(jù)懸架靜撓度、簧上質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率（車身振動偏頻）、動撓度來計算懸架的剛度、比應(yīng)力、主要尺寸等參數(shù)[1-3]?？蛙噦鲃酉档脑O(shè)計主要是依據(jù)發(fā)動機(jī)功率特性、最小傳動比、最大傳動比來設(shè)計變速器各檔位的速比和后橋速比，然后再計算不同匹配下客車的燃油經(jīng)濟(jì)性與動力性，綜合考慮各方面因素，最終確定各系統(tǒng)的參數(shù)[4-7]。

客車的懸架設(shè)計和傳動系設(shè)計幾乎沒有重合，會導(dǎo)致某些車輛行駛中由于懸架與傳動系的頻率分布不當(dāng)而引起車輛的NVH問題。大量試驗證明，6.5～7.5 m客車、校車易出現(xiàn)此NVH問題；而7.5 m以上的客車，由于后輪胎多為雙輪胎并聯(lián)使用，懸架與傳動系的頻率重合點對應(yīng)的車速較低，其振動的激勵較小，不易發(fā)生頻率重合導(dǎo)致車輛振動的問題。本文就此問題進(jìn)行闡述，并對問題車輛進(jìn)行整改，提出了懸架與傳動匹配中應(yīng)注意的頻率分布問題。

1　客車懸架與傳動系匹配不適造成的NVH問題

有些客車加速過程中在某些車速下會發(fā)生比較明顯的振動，主觀感覺與傳動軸系在低速行駛中引起的振動現(xiàn)象相似，但頻譜圖上軸系所在的頻段內(nèi)并無明顯的問題。進(jìn)一步測試發(fā)現(xiàn)[8-10]，其問題原因為輪胎的2倍轉(zhuǎn)動頻率與懸架的非懸掛質(zhì)量頻率重合，導(dǎo)致非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的強(qiáng)烈振動。

1.1問題車輛主觀評價

問題車輛的振動噪聲明顯，可通過表1提供的主觀評價方法進(jìn)行判斷。

表1　問題車輛主觀評價方法

1.2問題車輛測試

如圖1所示為某問題車輛掛5檔發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 300 ～2 250 r/min，對應(yīng)車速50～93 km/h加速工況的地板振動頻測試圖。圖中可以看出，x向（前后）振動并無明顯異常，而在車速74 km/h、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 850 r/min時，輪胎2倍旋轉(zhuǎn)階次0.54階在16.4 Hz與非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率有重合，導(dǎo)致車輛在該車速下行駛時，整車y向（左右）和z向（上下）振動較大，即引起車輛的左右晃動和上下跳動。輪胎2倍旋轉(zhuǎn)階次Ot2的計算公式為Ot2=2/（ii×i0）。其中，ii為行駛中的檔位速比；i0為主減速比。表2為車輛共振時地板振動加速度值。

表2　車輛共振時地板振動加速度測試結(jié)果

2　問題車輛整改

依據(jù)測試結(jié)果，可以調(diào)整問題車輛的后橋速比及輪胎半徑以調(diào)整輪胎的旋轉(zhuǎn)階次，同時調(diào)整鋼板彈簧剛度以調(diào)整非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率和阻尼比，使得非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率與輪胎的旋轉(zhuǎn)階次頻率在車速較低點重合，達(dá)到解決問題的目的。

2.1車輪半徑及速比的調(diào)整

問題車輛初始所配主減速比為4.88，現(xiàn)有可更換速比的主減有4.33與5.57；問題車輛初始所配輪胎規(guī)格為7.00R16，可更換輪胎有8.00R19.5和7.00R15。依據(jù)傳動系匹配結(jié)果，更換8.00R19.5輪胎和5.57速比進(jìn)行測試。圖2為車輛掛5檔發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 300～2 400 r/min，對應(yīng)車速50～94 km/h加速工況的地板振動頻譜測試圖。圖中可以看出，x向振動無明顯異常，y向和z向的共振車速上升到82 km/h，且振動加速度增大，車輛高速行駛時的穩(wěn)定性變差。

更換7.00R15輪胎和4.33速比進(jìn)行測試。圖3為車輛掛5檔發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 200～2 300 r/min，對應(yīng)車速50～95 km/h加速工況的地板振動頻譜測試圖。圖中可以看出，x向振動無明顯異常，y向和z向的共振車速下降到66 km/h。由于車速降低，路面對整車的振動激勵減小，車輛的y向和z向振動加速度減小。表3為更換小速比后橋和輪胎后車輛共振時地板振動加速度值。

表3　換小速比后橋及輪胎后車輛共振時地板振動加速度測試結(jié)果

2.2懸架剛度調(diào)整

非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率w1的計算公式為w1=其中：K為懸架剛度；Kt為輪胎剛度；m1為非懸掛質(zhì)量。非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)阻尼比ξ1的計算公式：其中：C為阻尼器阻力系數(shù)。

由上兩式可以看出，降低懸架的剛度K和輪胎的剛度Kt既可以降低非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率；又可以增加非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比，從而減小共振時的振動加速度。

當(dāng)輪胎所承受的載荷確定后，其充氣壓力已經(jīng)確定，輪胎的剛度Kt也隨著確定，所以不能通過降低輪胎氣壓的方法來調(diào)整非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率w1，只能通過改變懸架的剛度來調(diào)整系統(tǒng)的剛度。

問題車輛后懸架的初始剛度為2 100 N/cm調(diào)整為1 950 N/cm后，非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率從16.3 Hz下降為15.6 Hz。圖4為車輛掛5檔發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 200～2 300 r/min，對應(yīng)車速50～95 km/h加速工況的地板振動頻譜測試圖。圖中可以看出，x向振動無明顯異常，y向和z向的共振車速下降到62 km/h，且懸架剛度降低后，系統(tǒng)的阻尼比ξ1由0.549提高到0.559，試驗時車速62 km/h時，車輛的跳動和晃動基本感覺不出來。表4為調(diào)整后懸架剛度后車輛共振時地板振動加速度值。

表4　調(diào)整后懸架剛度后車輛共振時地板振動加速度測試結(jié)果

2.3鋼板彈簧襯套調(diào)整

為了進(jìn)一步提高非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比，提高車輛的舒適性，調(diào)整了問題車輛鋼板彈簧吊耳處襯套的材料，在襯套里添加橡膠成分，做成了復(fù)合襯套，非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比ξ1提高到0.562。表5為調(diào)整襯套材料后車輛共振時地板振動加速度值，可以看出三個方向的加速度值進(jìn)一步降低。

表5　調(diào)整襯套材料后車輛共振時地板振動加速度測試結(jié)果

2.4匹配設(shè)計中應(yīng)注意的頻率分布問題

對于易出輪胎轉(zhuǎn)頻和非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率重合導(dǎo)致振動的車輛，在懸架與傳動系設(shè)計及匹配后，需要計算非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率、輪胎的一階轉(zhuǎn)頻與二階轉(zhuǎn)頻，繪出三條曲線的頻率分布圖，確保非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率與輪胎2階轉(zhuǎn)頻重合點所對應(yīng)的車速較低，同時確保非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率與輪胎1階轉(zhuǎn)頻不重合。如重合點對應(yīng)的車速較高，需調(diào)整傳動系統(tǒng)的參數(shù)，或者調(diào)整懸架剛度和非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的重量，降低頻率重合點對應(yīng)的車速，同時提高非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)的阻尼比。

3　結(jié)束語

本文闡述了輪胎轉(zhuǎn)頻和非懸掛質(zhì)量系統(tǒng)頻率重合導(dǎo)致車輛共振時的主觀感覺判斷及客觀實驗評價方法，并對某發(fā)生問題的車型進(jìn)行了整改，提出了客車懸架與傳動系匹配時應(yīng)注意的頻率分布問題，為客車的設(shè)計和改進(jìn)提供參考。

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修改稿日期：2015-10-19

NVH Problem in Matching Between Bus / Coach Suspension and Powertrain System

Lei Long，Zhang Wei
（Technique Center, Higer Bus Company Limited, Suzhou 215026, China）

Abstract：Through testingthe NVH performance ofone coach, the authors find the main reason is the incorrect frequence distribution in matching design between suspension and powertrain system. After adjusting the powertrain parameters, suspension rigidityand increasingthe damping ratio, the vehicle NVH performance is improved. Finally theypropose the matters needed topayattention.

Key words:bus / coach; suspension; powertrain; matching; NVH

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：中文分類號：U463.33；U463.2B

文章編號：1006-3331（2016）02 -0049-03

作者簡介：雷龍（1982-），男，碩士；NVH工程師；主要從事客車整車NVH方面工作。