根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源傳遞方法典型的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可分為3種：（1）傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式；（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋集中式驅(qū)動(dòng)模式；（3）輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)模式。傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式在一定程度上仍采取傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方式，保留原有的變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等結(jié)構(gòu)，僅將電機(jī)替換了原有的內(nèi)燃機(jī)，屬于改造型電動(dòng)車(chē)[1]。其傳動(dòng)效率較低，無(wú)法充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能。在輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)模式中電機(jī)直接裝在車(chē)輪里，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，但成本較高、控制難度較大。本次研究的輕客所搭載的電驅(qū)動(dòng)后橋?qū)儆陔姍C(jī)驅(qū)動(dòng)橋集中式驅(qū)動(dòng)模式，其成本較低，具有較高的傳動(dòng)效率，且便于維修。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲掩蔽效應(yīng)消失，以及受新增電驅(qū)系統(tǒng)的高頻噪聲的影響，電動(dòng)汽車(chē)的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(Noise vibration harshness，NVH)性能受電驅(qū)系統(tǒng)噪聲水平影響較大。行業(yè)內(nèi)針對(duì)電機(jī)噪聲[2]和減速器嘯叫[3–5]進(jìn)行了大量研究，但主要集中在單個(gè)部件參數(shù)上，很少對(duì)電驅(qū)總成進(jìn)行系統(tǒng)性研究。本文針對(duì)某電動(dòng)輕客加速時(shí)電機(jī)及減速器嘯叫問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)診斷，對(duì)可能原因進(jìn)行分析，得到引起嘯叫的根本原因，從整車(chē)路徑和減速器設(shè)計(jì)及加工方面進(jìn)行優(yōu)化，最終解決該問(wèn)題。

1 電驅(qū)動(dòng)后橋嘯叫概述

1.1 電驅(qū)動(dòng)后橋結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)介紹

電驅(qū)動(dòng)后橋布置在后排地板下方，電機(jī)輸出軸通過(guò)花鍵與減速器一軸連接，經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒輪減速后，通過(guò)后橋驅(qū)動(dòng)后輪傳遞動(dòng)力。減速器為偏置式結(jié)構(gòu)，一軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸同軸，二軸、差速器軸與轉(zhuǎn)子軸平行。其相關(guān)參數(shù)如表1 所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

表1 電驅(qū)動(dòng)后橋相關(guān)參數(shù)

圖1 電驅(qū)動(dòng)后橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 問(wèn)題描述

在中大油門(mén)加速工況下，在20 km/h～50 km/h車(chē)速區(qū)間車(chē)內(nèi)存在明顯中低頻嘯叫，在50 km/h～90 km/h 時(shí)存在高頻嘯叫，主觀不可接受。經(jīng)測(cè)試確認(rèn)，20 km/h～50 km/h 時(shí)嘯叫主要為二級(jí)齒輪（7.11階、14.22 階）和一級(jí)齒輪（26 階）嚙合噪聲，50 km/h～90 km/h 時(shí)主要為一級(jí)齒輪（26 階、52 階）噪聲以及電機(jī)48階噪聲，如圖2所示。

圖2 大油門(mén)加速車(chē)工況下內(nèi)后排噪聲彩圖

2 實(shí)驗(yàn)分析診斷

2.1 嘯叫分析流程

根據(jù)NVH 問(wèn)題分析中常用的“源頭-傳遞路徑-響應(yīng)”重要分析理論[6]，本文針對(duì)電驅(qū)動(dòng)后橋嘯叫的影響因子繪制出魚(yú)骨圖（詳見(jiàn)圖3），運(yùn)用LMS Test.Lab測(cè)試分析系統(tǒng)對(duì)其逐一分析。

圖3中噪聲源分析是通過(guò)試驗(yàn)明確不同車(chē)速下嘯叫的主要激勵(lì)源，并確定其關(guān)鍵影響因子；傳遞路徑分析包括整車(chē)聲包、氣密性、減振器隔振以及板簧隔振等4 個(gè)方面。下文根據(jù)以上思路進(jìn)行分析和排查。

圖3 嘯叫影響因子魚(yú)骨圖

2.2 噪聲源分析

針對(duì)噪聲源激勵(lì)的問(wèn)題，運(yùn)用LMS Test.Lab軟件對(duì)電驅(qū)橋總成噪聲及振動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。整車(chē)試驗(yàn)工況為大油門(mén)加速電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)? 000 r/min至10 000 r/min，噪聲測(cè)點(diǎn)為電機(jī)近場(chǎng)車(chē)頭方向50 cm處，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)為減速器殼體底部。其中測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 電機(jī)噪聲及減速器振動(dòng)測(cè)點(diǎn)

電機(jī)近場(chǎng)噪聲和減速器殼體振動(dòng)速度曲線測(cè)試結(jié)果如圖5、圖6所示。在不同轉(zhuǎn)速下固定階次的噪聲及振動(dòng)的頻率計(jì)算方法如式（1）所示：

圖5 電機(jī)近場(chǎng)50 cm 48階噪聲曲線

圖6 減速器殼體振動(dòng)速度曲線

式中：f為頻率，r為轉(zhuǎn)速，n為階次。

圖5中電機(jī)近場(chǎng)噪聲曲線顯示大油門(mén)加速工況下在6 800 r/min～7 700 r/min存在峰值87 dB(A)，對(duì)應(yīng)頻率為5 440 Hz～6 160 Hz，超出目標(biāo)值。結(jié)合圖2 的車(chē)內(nèi)噪聲彩圖可知，車(chē)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(shí)高頻嘯叫的主要來(lái)源。

電機(jī)結(jié)構(gòu)上影響48階噪聲主要因素有：

（1）齒槽扭矩，即電機(jī)齒數(shù)與槽數(shù)配合帶來(lái)的定位力矩；

（2）徑向力波，即定子與轉(zhuǎn)子之間在不同電流工況下的徑向力；

（3）轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，即在不同工況下電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的力的波動(dòng)；

（4）電機(jī)剛度。其影響電機(jī)殼體振動(dòng)幅值及殼體模態(tài)?？紤]到該電機(jī)除外殼外均為借用件，在不改變電機(jī)原設(shè)計(jì)方案前提下，從源頭優(yōu)化僅能通過(guò)改變電機(jī)殼體材質(zhì)，趨勢(shì)性增加電機(jī)殼體剛度，以降低電機(jī)殼體振動(dòng)，減弱殼體輻射噪聲。

圖6 中減速器殼體一級(jí)減速齒輪26 階、56 階振動(dòng)幅值異常，該齒輪在設(shè)計(jì)或加工上可能存在較大問(wèn)題。二級(jí)減速齒輪7.11階、14.22階振動(dòng)在部分轉(zhuǎn)速段也超過(guò)參考值（0.5 mm/s），需作進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 傳遞路徑分析

2.3.1 空氣輻射路徑

本次研究的輕客車(chē)身面積相對(duì)較大，且存在較多孔洞及鈑金縫隙，整車(chē)基礎(chǔ)氣密性相對(duì)較差，且電驅(qū)動(dòng)后橋所處的整車(chē)后排聲包偏弱。較差氣密性以及較弱聲包導(dǎo)致整車(chē)聲衰減較小，特別是針對(duì)中高頻噪聲。提升整車(chē)氣密性及加強(qiáng)聲包能有效提升聲衰減，從而實(shí)現(xiàn)降低車(chē)內(nèi)嘯叫幅值。

2.3.2 結(jié)構(gòu)傳遞路徑

電驅(qū)動(dòng)后橋主要通過(guò)左、右兩側(cè)板簧安裝在車(chē)身上，同時(shí)通過(guò)減震器與車(chē)身縱梁連接。其結(jié)構(gòu)傳遞路徑主要為板簧和減震器。

綜合減震器耐久性及整車(chē)舒適性評(píng)估，其襯套邵氏硬度最大允許降低10度，經(jīng)驗(yàn)證若采用該方案車(chē)內(nèi)僅14.22階噪聲在3 500 r/min～6 000 r/min可優(yōu)化2 dB(A)。

板簧作為電驅(qū)動(dòng)后橋與車(chē)身間的主要減震件，其彈簧鋼以及與車(chē)身連接處的橡膠襯套由于受布置空間和耐久性能限制而無(wú)法進(jìn)行較大變更。且通過(guò)在板簧上加質(zhì)量塊并未取得明顯效果。板簧路徑不作為本次優(yōu)化的主要方向。

2.3.3 模態(tài)測(cè)試分析

借助LMS Test. Lab 測(cè)試分析軟件中Spectral testing模塊，建立電機(jī)、減速器和車(chē)橋的電驅(qū)動(dòng)橋?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ?。為保證模態(tài)振型的可識(shí)別性，整個(gè)模型共計(jì)采用50 個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用力錘激勵(lì)形式，用多輸入多輸出法進(jìn)行測(cè)試，并運(yùn)用PolyMax modal analysis 分析模塊計(jì)算2 000 Hz～7 000 Hz范圍內(nèi)的模態(tài)振型。針對(duì)電機(jī)48階噪聲問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果顯示電驅(qū)動(dòng)后橋綜合頻響函數(shù)在5 926 Hz 附近存在峰值，與車(chē)內(nèi)噪聲頻率一致。經(jīng)進(jìn)一步分析確認(rèn)，該頻率振型為電機(jī)筒狀殼體沿徑向的外擴(kuò)振型。其中電驅(qū)動(dòng)后橋?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ蛨D如圖7所示。綜合頻響函數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖8所示。5 926 Hz振型結(jié)果如圖9所示。

圖7 電驅(qū)動(dòng)后橋?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖8 電驅(qū)動(dòng)橋綜合頻響函數(shù)曲線

圖9 電機(jī)總成外擴(kuò)模態(tài)振型

根據(jù)本章分析結(jié)果可得，在5 926 Hz 電機(jī)總成存在外擴(kuò)模態(tài)，電機(jī)48階噪聲在7 000 r/min～7 700 r/min 偏大原因是48 階激勵(lì)頻率與電機(jī)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(chē)內(nèi)。

3 優(yōu)化方案研究

根據(jù)客觀測(cè)試分析可得，電機(jī)嘯叫的根本原因是電機(jī)48 階激勵(lì)頻率與電機(jī)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(jì)及加工不合理，導(dǎo)致其殼體振動(dòng)超標(biāo)。其次整車(chē)聲包及氣密性未達(dá)到理想狀態(tài)，最終導(dǎo)致車(chē)內(nèi)電機(jī)及減速器嘯叫明顯。

經(jīng)分析，可從如下途徑進(jìn)行優(yōu)化：

（1）降低減震器橡膠硬度，提升其隔振性；

通過(guò)對(duì)白酒生產(chǎn)過(guò)程的全面跟蹤、檢查，了解到白酒產(chǎn)品中的塑化劑屬于特定遷移，主要來(lái)源于塑料接酒桶、塑料輸酒管、酒泵進(jìn)出乳膠管、封酒缸塑料布、成品酒塑料內(nèi)蓋、成品酒堵料袋包裝、成品酒塑料瓶包裝、成品酒塑料桶包裝等[21-22]，且塑化劑在白酒中的含量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而越來(lái)越多。白酒中塑化劑主要有以下幾種：鄰苯二甲酸二異丁酯（DIBP），鄰苯二甲酸正丁酯（DBP），鄰苯二甲酸二（2-乙基）己酯（DEHP）以及微量的鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）和鄰苯二甲酸二乙酯（DEP）[23]。

（2）優(yōu)化整車(chē)氣密性及聲包，提升其聲衰減；

（3）加強(qiáng)電機(jī)殼體剛度，減弱殼體振動(dòng)；

（4）降低電機(jī)和減速器激勵(lì)。

上述方案中，1 和2 對(duì)噪聲抑制效果有限，無(wú)法根本解決問(wèn)題。3僅對(duì)電機(jī)嘯叫有輕微抑制作用，且會(huì)導(dǎo)致成本增加。4是最直接有效的方案。

3.1 整車(chē)路徑優(yōu)化

經(jīng)整車(chē)氣密性檢測(cè)，確認(rèn)車(chē)身尾部鈑金及側(cè)拉門(mén)泄露較大。針對(duì)這兩處泄漏點(diǎn)，在鈑金縫隙增加密封膠封堵，在側(cè)拉門(mén)迎賓踏板處增加密封軟墊以及在地板下方增加吸聲棉。具體措施示意圖如圖10所示。

圖10 路徑優(yōu)化示意圖

通過(guò)提升整車(chē)氣密性及聲學(xué)包，車(chē)內(nèi)后排7.11階噪聲在5 000 r/min～7 000 r/min 降低5 dB(A)～10 dB(A)，48 階噪聲在整個(gè)轉(zhuǎn)速段降低3 dB(A)～5 dB(A)，噪聲數(shù)據(jù)如圖11所示。

圖11 空氣路徑優(yōu)化前后車(chē)內(nèi)后排噪聲曲線

3.2 減速器加工及裝配工藝優(yōu)化

3.2.1 增大齒輪倒棱角尺寸

圖12 齒輪倒角優(yōu)化前后對(duì)比

3.2.2 齒輪裝配工藝優(yōu)化

將一級(jí)減速被動(dòng)齒輪內(nèi)花鍵與二軸外花鍵由間隙配合改為過(guò)盈配合，齒輪和二軸分開(kāi)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13所示。

圖13 一級(jí)減速被動(dòng)齒輪與二軸結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.3 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(jì)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(jì)誤差較大，影響軸承位置度。而軸承座位置度會(huì)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，見(jiàn)圖14。

圖14 減速器軸系發(fā)生偏移示意圖

3.2.4 減速器嘯叫優(yōu)化效果

對(duì)加大齒輪倒角、優(yōu)化減速器殼體加工工藝和齒輪裝配工藝后的樣件進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在大油門(mén)加速工況下，車(chē)內(nèi)后排7.11 階噪聲在5 500 r/min～6 500 r/min受抑制明顯，測(cè)試結(jié)果如圖15所示。

圖15 減速器加工及裝配工藝優(yōu)化前后車(chē)內(nèi)后排噪聲曲線

3.3 齒形優(yōu)化

3.3.1 齒形誤差優(yōu)化

齒形誤差一般是由滾齒機(jī)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(jī)分度傳動(dòng)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(jì)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16所示，其實(shí)測(cè)結(jié)果如表2所示。

圖16 齒形偏差ffα示意圖

表2 齒形偏差ffα實(shí)測(cè)值/μm

3.3.2 齒輪微觀修形

Xu[8]提出齒輪激勵(lì)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(jìn)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(jí)減速被動(dòng)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(shí)測(cè)結(jié)果如表3所示。

圖17 齒形修形參數(shù)示意圖

表3 齒形修形參數(shù)數(shù)值/μm

3.3.3 減速器嘯叫優(yōu)化效果

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化ffα以及調(diào)整齒輪微觀參數(shù)Cα和fHα對(duì)抑制減速器階次噪聲均有明顯效果，噪聲數(shù)據(jù)如圖18所示。

圖18 齒形誤差優(yōu)化及齒輪修形前后車(chē)內(nèi)后排噪聲曲線

3.4 方案確認(rèn)

針對(duì)大油門(mén)加速工況下電機(jī)和減速器嘯叫問(wèn)題，以車(chē)內(nèi)后排右側(cè)外耳噪聲為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)提升整車(chē)氣密性及加強(qiáng)聲學(xué)包，抑制電機(jī)嘯叫較明顯，整體評(píng)估可接受，但減速器嘯叫仍偏大。針對(duì)減速器嘯叫問(wèn)題，在路徑優(yōu)化基礎(chǔ)上，對(duì)減速器加工與裝配工藝以及齒輪齒形進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)驗(yàn)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(mén)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)化方案和齒輪倒角優(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(jī)嘯叫主觀評(píng)分由原始狀態(tài)5.5 分提升至6.5 分，減速器嘯叫主觀評(píng)分由5.0 分提升至6.5 分。具體優(yōu)化效果如表4所示。

表4 各方案優(yōu)化效果

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某電驅(qū)動(dòng)后橋輕客在中大油門(mén)加速工況下電機(jī)及減速器嘯叫問(wèn)題，建立嘯叫關(guān)鍵影響因子魚(yú)骨圖，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)可能存在原因進(jìn)行診斷分析，從源頭振動(dòng)、路徑傳遞等方向提出了氣密性優(yōu)化、聲學(xué)包加強(qiáng)、齒輪加工及裝配工藝優(yōu)化、齒輪修形等可工程化的組合方案，徹底解決了電驅(qū)動(dòng)橋工作所引起的整車(chē)嘯叫問(wèn)題，對(duì)此類(lèi)車(chē)型NVH優(yōu)化具有重要的借鑒和參考意義。

審核編輯 ：李倩