基于频谱分析的汽车座椅水平调节电机手传振动大的分析与改善

王渤昊

摘要：基于频谱分析的方法研究了汽车座椅水平调节电机手传振动大的问题。频谱显示手传振动大为低频200Hz以内，同时具有明显的周期冲击信号。通过测试排除了转子动不平衡量，零部件尺寸以及安装等因素的影响。调查发现是由塑料芯套内部筋位过长，导致接触面不平，从而引起周期性的撞击。通过改模芯套筋位减短1mm，在时域信号和时频图（彩图）中周期性的撞击信号都消失，电机手传振动减小。该研究成果可为电机手传振动控制和提高汽车座椅舒适性提供参考价值。

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.

關键词：频谱分析;电机;手传振动;周期性冲击信号

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

0  引言

随着生活水平的提高，人们对乘用汽车的舒适性有了更高的要求。永磁有刷直流电机由于结构简单，造价低廉和能量转化率较高，被广泛应用到汽车子系统中，尤其为座椅系统提供动力。

本文以汽车座椅水平调节电机为研究对象，通过频谱分析，结合试验找到了电机手传振动大的根源，提出改善方案，解决了手传振动大的问题。研究成果可为电机的设计及其对电机手传振动控制，减小汽车座椅的振动，提高其舒适性提供参考价值。

1  问题描述

该款电机为4极10槽，两端通过软轴连接在汽车座椅滑轨上，电机转动带动滑轨水平运动。电机在转动时，手握电机，手传振动过大。对其进行振动测试，将3向加速度传感器粘贴在电机表面（X方向为电机轴的方向，Y为电机旋转的方向，Z为垂直于外壳的方向），用B&K Pulse设备采集振动数据，采集时间为10秒，如图1所示。

电机振动包含机械振动和电磁振动，机械振动频率较低，而电磁振动频率很高[1-3]。手往往对于1000Hz以内的低频信号比较敏感，为了更好的分析手传振动的信号，采用GB/Z189.9-2007《工作场所物理因素测量 第9部分：手传振动》（国际标准为ISO5349-86）[4，5]对其进行wh频率计权处理，计算公式如下：

式中：ah为计权加速度，m/s2;为加速度，m/s2;wh为频率计权系数。

取采集数据的其中1秒（第2到3秒）为研究对象，3个方向的振动加速度时域信号和时频域的信号，如图2所示。从时频图（彩图）可以看出：振动大的频率范围为低频200Hz以内，同时振动具有明显的周期性。从时域信号中看出：3个方向都具有周期性的冲击信号，尤其Y方向（旋转方向）最明显。

2  原因调查与分析

电机手传振动大的原因一般有以下几种：第1种是转子动不平衡大引起的;第2种是支撑转子的两端轴承同心度或者轴承的圆度过大;第3种是就是轴承与转子的接触面不平[6-9]。

首先分析第1个因子：转子动不平衡量。取OK和NG各5个样品，拆解电机后，采用双面平衡法用动态平衡仪测试转子前后转子两端（A端和B端）的动不平衡量，结果如表1所示。

通过对比可以看出：OK和NG样品的转子动不平衡量处于同一水平，也即转子动不平衡量并不是引起手传振动大的重要因子。

测量零件的垂直度、平行度、圆度等尺寸，都在图纸要求的公差范围内，可以排除两端轴承同心度以及圆度的影响。

最后分析转子接触面问题。在共聚焦显微镜下观察，看到芯套（红色圆圈内）表面有挤出料，如图3所示。原因为芯套在压装时，由于筋位和转子轴采用过盈配合而有材料堆积，且塑料芯套内部的4条筋过长，超过了芯套与轴承的接触面，转子在高速旋转时，由于芯套与轴承端面接触不稳定，从而引起周期性的撞击。

3  改进方案与验证

采取的改进方案如下：对芯套的4条筋长度减短1mm，如图5所示。

制作20个改进方案的样品，同样对其进行振动测试，振动加速度的时域信号和时频域信号，如图6所示。从图中可以看出：周期性的撞击信号已经消失。同时发现通电后，电机转动平顺，手感振动很小，则电机手传振动大问题得到了解决，且电机安装到座椅上，运行平稳。

4  结论

本文基于频谱分析的方法分析了汽车座椅水平调节电机手传振动大的问题。通过测试排除了转子动不平衡量，零部件尺寸以及安装等因素。最终发现塑料芯套内部筋位过长，导致接触面不平，从而引起周期性的撞击。通过改模芯套，筋位减短1mm，在时域信号和时频图（彩图）周期性的撞击信号消失，手传振动很小，且电机安装到座椅上，水平滑轨运行平稳，提高了汽车座椅的舒适性。

参考文献：

[1]姜威威，耿森润，李文.电机振动的频谱分析[J].工业控制计算机，2011（11）：52-53.

[2]吕志远.基于振动频谱分析的电动机故障诊断[J].冶金动力，2008（005）：17-19.

[3]宋莉莉，谢月霞，张文光.基于振动频谱分析的电机故障诊断[J].宁德师范学院学报：自然科学版，2016，028（002）：193-198.

[4]GBZ/T 189.9-2007.工作场所物理因素测量 第9部分：手传振动[S].

[5]ISO 5349-1-2001.机械振动 人体手传振动的测量和评价第1部分：一般要求[S].

[6]王兵.浅析电机振动故障及处理方法[J].现代国企研究，2016（12）：153-154.

[7]崔龙妹.两极高压感应电机振动问题分析及处理[J].内燃机与配件，2017（24）：101-103.

[8]宋健磊，董理，黄跃.电机振动故障的原因及处理措施[J].南方农机，2016，47（01）：57，72.

[9]王竞杰，王书文.基于LMS Test.lab的电机振动测试与分析[J].农业装备与车辆工程，2017，55（02）：11-16.