雷永輝，馬洪濤，劉景

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6X4牽引車驅(qū)動橋拍頻噪聲特性研究

雷永輝，馬洪濤，劉景

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

拍頻噪聲是汽車NVH研究領(lǐng)域常見問題之一。文章以6X4牽引車驅(qū)動橋NVH售后故障為例，通過車內(nèi)噪聲、驅(qū)動橋殼體振動等信號的時-頻域特征分析，闡明了驅(qū)動橋拍頻噪聲產(chǎn)生的根本原因，以及拍頻問題對駕駛室內(nèi)驅(qū)動橋噪聲的影響。

汽車NVH；拍頻噪聲；驅(qū)動橋；時-頻分析

引言

驅(qū)動橋噪聲是重卡及客車車內(nèi)噪聲的主要成分之一。隨著國內(nèi)牽引車市場的快速發(fā)展，以6X4為代表的高速貨運車型逐漸向重載、高速、高舒適性能等方向演變。在整車舒適性指標(biāo)中，車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)度至關(guān)重要。具體到牽引車，在高速行駛狀態(tài)下，車內(nèi)噪聲主要成分為發(fā)動機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲、驅(qū)動橋噪聲以及風(fēng)噪等。在以分貝值為參考的噪聲評價體系下，發(fā)動機(jī)噪聲（含進(jìn)排氣噪聲）占據(jù)主導(dǎo)型地位。但是，驅(qū)動橋噪聲帶有明顯的單頻特性，且驅(qū)動橋噪聲的頻帶位置與發(fā)動機(jī)噪聲相差較遠(yuǎn)，因此發(fā)動機(jī)噪聲對驅(qū)動橋噪聲的掩蔽效果有限。

驅(qū)動橋常見噪聲之一是主減速器齒輪副的嚙合噪聲，即齒輪嘯叫。一般而言，若驅(qū)動橋存在齒輪嘯叫噪聲，則駕駛員可以明顯的將其在車內(nèi)噪聲環(huán)境成分中分辨出來。驅(qū)動橋齒輪嘯叫多表現(xiàn)為持續(xù)的“嗡嗡聲”或者較為惡劣的“嗷嗷聲”。這種現(xiàn)象在4X2或者6X2車型中較為常見。近期，隨著6X4車型的普及，驅(qū)動橋齒輪嘯叫出現(xiàn)了周期性的起伏特征，即持續(xù)平穩(wěn)的“嗡嗡聲”在高頻載波的基礎(chǔ)之上，出現(xiàn)了明顯的幅值調(diào)制現(xiàn)象，人耳的直觀感受既是噪聲時大時小，且可以明顯的辨別出這種大小的變化存在周期性，其頻率一般在1-2Hz附近。本文以某6X4牽引車驅(qū)動橋售后噪聲故障為例，對此線性進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，揭示了問題產(chǎn)生的原因，為此類問題的處理提供理論與實踐參考。

1 6X4牽引車動力系統(tǒng)介紹

1.1 車輛動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)動力的6X4牽引車動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)、變速器與驅(qū)動橋組成。其中，驅(qū)動橋子系統(tǒng)由中橋-傳動軸-后橋組成。中橋與后橋的結(jié)構(gòu)基本一致，主減速器錐齒輪副的齒數(shù)相同，即速比相同。不同之處在于，中橋在主減錐齒輪副之前增設(shè)一級圓柱齒輪副傳動結(jié)構(gòu)，速比為1。

1.2 驅(qū)動橋傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前文提到，目前6X4牽引車常用驅(qū)動橋為單級驅(qū)動橋，其主要優(yōu)點在于傳動鏈短（一級齒輪減速）、傳動效率高、自重輕等。如圖2所示，單級驅(qū)動橋主減速器系統(tǒng)主要由一對螺旋錐齒輪副及其相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)，如軸承、橋殼等組成。

圖1 傳統(tǒng)動力6X4牽引車動力鏈

1.3 驅(qū)動橋齒輪嘯叫噪聲頻率特征

驅(qū)動橋嘯叫噪聲的根源主要在于主減速器錐齒輪副。齒輪噪聲帶有明顯的周期特性，主要有齒輪嚙合頻率與齒輪軸轉(zhuǎn)動頻率。對于齒輪嘯叫噪聲而言，主要在于齒輪副嚙合頻率，其頻率等于齒輪齒數(shù)與所在軸轉(zhuǎn)頻的乘積。因此，結(jié)合6X4牽引車所配驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)特點可知，中橋與后橋錐齒輪副的嚙合頻率在理論上是完全相同的。

圖2 單級驅(qū)動橋主減速器結(jié)構(gòu)

2 驅(qū)動橋拍頻噪聲時-頻域特征

本文分析的案例是一次典型的售后噪聲故障。據(jù)售后市場反饋的信息可知，車輛在高速行駛中，駕駛室內(nèi)存在一個頻率穩(wěn)定的嘯叫噪聲，在音色不變的前提下，整體噪聲的幅值存在一個明顯的周期性波動，且人耳可以辨識其波動頻率，大約在1-2Hz附近。

2.1 車內(nèi)噪聲時域特征

如圖3所示，在車內(nèi)噪聲錄音中，通過帶通濾波器，將故障噪聲單獨提取出來，即將發(fā)動機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲等成分予以隔離，便于對故障噪聲成分進(jìn)行具體分析。通過將故障聲音進(jìn)行時域示波可以發(fā)現(xiàn)，異響成分的幅值在時間上存在一個明確的起伏周期，其頻率約為1Hz。

圖3 車內(nèi)噪聲時域特征

2.2 車內(nèi)噪聲頻域特征

隨后，將故障噪聲成分進(jìn)行頻譜分解，可以發(fā)現(xiàn)，異響成分主要有兩種頻率成分構(gòu)成，分別為267.8Hz與268.8Hz,兩者之間的差值正是1Hz。綜合故障噪聲的時-頻特征可以初步推測，兩種頻率成分產(chǎn)生了拍頻現(xiàn)象，即兩列聲波在空間內(nèi)（如駕駛室）產(chǎn)生正相位疊加問題。根據(jù)車輛動力總成階次關(guān)系以及車速等信息，可知267.8Hz與268.8Hz為驅(qū)動橋主減齒輪副的嚙合頻率，即故障噪聲源為驅(qū)動橋。

圖4 車內(nèi)噪聲頻域特征

2.3 驅(qū)動橋本體振動信號分析

為驗證前文的計算結(jié)果，在中、后驅(qū)動橋殼體上分別放置振動傳感器進(jìn)行振動信號拾取。經(jīng)過整車道路測試發(fā)現(xiàn)，中橋殼體主要振動頻率成分為267.8Hz同時帶有小幅度的268.9Hz成分。后橋的頻率成分則與中橋相反，268.9Hz成分能量高于267.8Hz成分。根據(jù)振動能量的傳遞與衰減特性可知，中、后橋主減齒輪副嚙合頻率分別為267.8Hz與268.9Hz。這與章節(jié)2.2中的分析結(jié)果一致，及拍頻噪聲的根源在于中、后驅(qū)動橋主減速器齒輪副。

圖5 中、后驅(qū)動橋振動信號對比

3 拍頻現(xiàn)象對驅(qū)動橋噪聲的影響

在現(xiàn)場排查問題中發(fā)現(xiàn)，如果拆除后橋，只讓中橋傳遞動力，則駕駛室內(nèi)幾乎難以聽到驅(qū)動橋噪聲，即中橋本底噪聲是非常低的。但如果中、后驅(qū)動橋同時工作時，則如前文圖4所示，中橋噪聲的頻率成分明顯，因此初步懷疑拍頻問題易惡化中、后驅(qū)動橋的噪聲水平。

為驗證這一推測，采取鎖止軸間差速器的做法，即通過機(jī)械式鎖止機(jī)構(gòu)，將中、后橋主減速器齒輪副的嚙合頻率保持決定相同，并再次進(jìn)行整車道路測試。

圖6 鎖止前后駕駛室噪聲對比

圖7 鎖止前后中橋殼體振動對比

圖8 鎖止前后后橋殼體振動對比

對比可知，鎖止差速器后，拍頻現(xiàn)象消除，中橋、后橋噪聲頻率完全一致。此時車內(nèi)噪聲、中、后橋本體的振動均比差速狀態(tài)下（拍頻）低很多，同時駕駛員表示鎖止后車內(nèi)故障噪聲完全達(dá)到可接受的水平。

4 中、后驅(qū)動橋拍頻原因分析

根據(jù)以上分析可知，車內(nèi)起伏噪聲為中、后驅(qū)動橋齒輪嚙合噪聲拍頻現(xiàn)象，其直接原因在于中、后橋主減速器齒輪副的嚙合頻率存在一個穩(wěn)定的差值。

在驅(qū)動橋動力傳遞鏈中，輪胎的轉(zhuǎn)動頻率與主減速器被動錐齒輪的轉(zhuǎn)動頻率相同，即錐齒輪副嚙合頻率的決定性因素在于輪胎的轉(zhuǎn)動頻率，即車速。

車輛正常行駛過程中，在路面起伏的作用下，中、后驅(qū)動橋輪胎承受著動態(tài)負(fù)載的作用，且兩者在平衡軸的作用下處于一種類似微觀振動的動平衡態(tài)。如果此時輪胎垂向剛度與胎壓相同的話，則中、后橋輪胎的工作半徑應(yīng)是此消彼長的動態(tài)平衡關(guān)系，即中、后輪胎瞬時轉(zhuǎn)速差應(yīng)在正負(fù)值之間徘徊，而不是形成單一、恒定的轉(zhuǎn)速差值。因此，問題的根源在于中、后輪胎工作半徑不一致。

5 結(jié)論

本文借助典型的售后噪聲案例，通過整車道路試驗、車內(nèi)噪聲、結(jié)構(gòu)振動測試等，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的數(shù)據(jù)分析、推理與驗證，找出車內(nèi)異響噪聲的根本原因。在揭示故障噪聲物理現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了拍頻噪聲對激勵源本體振動的影響。為后續(xù)相關(guān)問題或類似故障的分析與解決提供了技術(shù)參考，并對整車問題環(huán)節(jié)的排查指出了具體的方向。

[1] 龐劍,譫剛,何華.汽車噪聲與振動[M].北京理工大學(xué)出版社,2006.

[2] 劉艷芳,賴俊斌,岳會軍,徐向陽,李晟.斜齒輪振動噪聲分析方法[J].振動,測試與診斷,2016,35（5）:960-966.

Research of Beat Frequency Noise for 6X4 Tractor Axles

Lei Yonghui, Ma Hongtao, Liu Jing

( Shaanxi hande axle Co., LTD, Shaanxi Xi’an 710201 )

Beat frequency noise is one of the common problems auto NVH research field.The paper based on the 6x4 tractor drive axle NVH after fault as an example,Through the interior noise,drive axle shell vibration signals in the time-frequency domain features such as analysis,To clarify the fundamental cause of the drive axle beat noise And the beat problems affect driving indoor noise of drive axle.

auto NVH; beat frequency noise; drive axle; time-frequency analysis

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1671-7988(2018)16-58-03

TL375

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1671-7988(2018)16-58-03

CLC NO.: TL375

雷永輝，就職于陜西漢德車橋有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.021