基于頻譜分析的汽車座椅水平調節電機手傳振動大的分析與改善

王渤昊

摘要：基于頻譜分析的方法研究了汽車座椅水平調節電機手傳振動大的問題。頻譜顯示手傳振動大為低頻200Hz以內，同時具有明顯的周期沖擊信號。通過測試排除了轉子動不平衡量，零部件尺寸以及安裝等因素的影響。調查發現是由塑料芯套內部筋位過長，導致接觸面不平，從而引起周期性的撞擊。通過改模芯套筋位減短1mm，在時域信號和時頻圖（彩圖）中周期性的撞擊信號都消失，電機手傳振動減小。該研究成果可為電機手傳振動控制和提高汽車座椅舒適性提供參考價值。

Abstract： Based on the method of frequency spectrum analysis， the problem of large hand-transmitted vibration of motor of automobile seats for level self-adjustment is studied. The frequency spectrum shows that the hand-transmitted vibration is less than 200Hz， and has obvious periodic impact signal. The influence of rotor dynamic unbalance， component size and installation was eliminated. It was found that the internal rib of the plastic sleeve was too long， resulting in bad parallelism of contact surface， which caused periodic impact. By modifying the internal rib of sleeve to shorten by 1mm， the periodic impact signal in the time domain signal and time-frequency diagram （color diagram） disappears， and the hand-transmitted vibration of motor decreases. The research results can provide reference value for the control of motor vibration and the improvement of automobile seat comfort.

關鍵詞：頻譜分析;電機;手傳振動;周期性沖擊信號

Key words： ?frequency spectrum analysis;motor;hand-transmitted vibration;periodic impact signal

0 ?引言

隨著生活水平的提高，人們對乘用汽車的舒適性有了更高的要求。永磁有刷直流電機由于結構簡單，造價低廉和能量轉化率較高，被廣泛應用到汽車子系統中，尤其為座椅系統提供動力。

本文以汽車座椅水平調節電機為研究對象，通過頻譜分析，結合試驗找到了電機手傳振動大的根源，提出改善方案，解決了手傳振動大的問題。研究成果可為電機的設計及其對電機手傳振動控制，減小汽車座椅的振動，提高其舒適性提供參考價值。

1 ?問題描述

該款電機為4極10槽，兩端通過軟軸連接在汽車座椅滑軌上，電機轉動帶動滑軌水平運動。電機在轉動時，手握電機，手傳振動過大。對其進行振動測試，將3向加速度傳感器粘貼在電機表面（X方向為電機軸的方向，Y為電機旋轉的方向，Z為垂直于外殼的方向），用B&K Pulse設備采集振動數據，采集時間為10秒，如圖1所示。

電機振動包含機械振動和電磁振動，機械振動頻率較低，而電磁振動頻率很高[1-3]。手往往對于1000Hz以內的低頻信號比較敏感，為了更好的分析手傳振動的信號，采用GB/Z189.9-2007《工作場所物理因素測量 第9部分：手傳振動》（國際標準為ISO5349-86）[4，5]對其進行wh頻率計權處理，計算公式如下：

式中：ah為計權加速度，m/s2;為加速度，m/s2;wh為頻率計權系數。

取采集數據的其中1秒（第2到3秒）為研究對象，3個方向的振動加速度時域信號和時頻域的信號，如圖2所示。從時頻圖（彩圖）可以看出：振動大的頻率范圍為低頻200Hz以內，同時振動具有明顯的周期性。從時域信號中看出：3個方向都具有周期性的沖擊信號，尤其Y方向（旋轉方向）最明顯。

2 ?原因調查與分析

電機手傳振動大的原因一般有以下幾種：第1種是轉子動不平衡大引起的;第2種是支撐轉子的兩端軸承同心度或者軸承的圓度過大;第3種是就是軸承與轉子的接觸面不平[6-9]。

首先分析第1個因子：轉子動不平衡量。取OK和NG各5個樣品，拆解電機后，采用雙面平衡法用動態平衡儀測試轉子前后轉子兩端（A端和B端）的動不平衡量，結果如表1所示。

通過對比可以看出：OK和NG樣品的轉子動不平衡量處于同一水平，也即轉子動不平衡量并不是引起手傳振動大的重要因子。

測量零件的垂直度、平行度、圓度等尺寸，都在圖紙要求的公差范圍內，可以排除兩端軸承同心度以及圓度的影響。

最后分析轉子接觸面問題。在共聚焦顯微鏡下觀察，看到芯套（紅色圓圈內）表面有擠出料，如圖3所示。原因為芯套在壓裝時，由于筋位和轉子軸采用過盈配合而有材料堆積，且塑料芯套內部的4條筋過長，超過了芯套與軸承的接觸面，轉子在高速旋轉時，由于芯套與軸承端面接觸不穩定，從而引起周期性的撞擊。

3 ?改進方案與驗證

采取的改進方案如下：對芯套的4條筋長度減短1mm，如圖5所示。

制作20個改進方案的樣品，同樣對其進行振動測試，振動加速度的時域信號和時頻域信號，如圖6所示。從圖中可以看出：周期性的撞擊信號已經消失。同時發現通電后，電機轉動平順，手感振動很小，則電機手傳振動大問題得到了解決，且電機安裝到座椅上，運行平穩。

4 ?結論

本文基于頻譜分析的方法分析了汽車座椅水平調節電機手傳振動大的問題。通過測試排除了轉子動不平衡量，零部件尺寸以及安裝等因素。最終發現塑料芯套內部筋位過長，導致接觸面不平，從而引起周期性的撞擊。通過改模芯套，筋位減短1mm，在時域信號和時頻圖（彩圖）周期性的撞擊信號消失，手傳振動很小，且電機安裝到座椅上，水平滑軌運行平穩，提高了汽車座椅的舒適性。

參考文獻：

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