鄒喆，袁超，劉華莉，魏晨哲

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乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能控制技術(shù)研究

鄒喆1，袁超1，劉華莉1，魏晨哲2

（1.鄭州科技學(xué)院，河南 鄭州 450064；2.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000）

文章以乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能為研究對象，分析了傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)NVH問題及現(xiàn)象，重點(diǎn)對變速器以及傳動(dòng)軸NVH性能控制技術(shù)提出控制方案，最后對相關(guān)噪聲控制技術(shù)進(jìn)行了展望。

傳動(dòng)系統(tǒng)；NVH；噪聲

引言

汽車的NVH性能是指噪聲（Noise）、振動(dòng)（Vibration）以及聲振粗糙度（Harshness）。汽車NVH控制技術(shù)主要研究如何解決或降低車輛運(yùn)行中各總成或零部件的噪聲和振動(dòng)問題。近年來。隨著綠色環(huán)保的新發(fā)展理念深入人心，汽車的舒適度及聲品質(zhì)已經(jīng)越來越受到人們的重視[1]。

乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)包括離合器、變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)軸，是汽車的核心系統(tǒng)之一，其基本功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)車輪，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的接合與中斷。

傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲類型主要有軸類噪聲、齒輪噪聲以及共振噪聲等。傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲不僅會(huì)降低乘坐舒適度，而且影響汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而影響汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性[2]。持續(xù)提高傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能已然成為了各大汽車企業(yè)新的技術(shù)突破點(diǎn)和重要的發(fā)展方向。

1 傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題及現(xiàn)象

傳動(dòng)系統(tǒng)中離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器等均有可能發(fā)生NVH問題。整車表現(xiàn)為轟鳴聲或者車輛跑遍、側(cè)滑。其中變速器可能會(huì)出現(xiàn)嘯叫或者敲擊音，離合器和分動(dòng)器以及主減速器多出現(xiàn)結(jié)合音或者敲擊音，傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸多出現(xiàn)抖動(dòng)、共振、扭轉(zhuǎn)失衡等問題[3]。傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)NVH問題如圖1所示。

1.1 轟鳴

車輛轟鳴聲主要激振力來自發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)工質(zhì)的燃燒和膨脹做功，特別是車輛加速行駛時(shí)，動(dòng)力傳輸?shù)淖兓鹋ぞ夭▌?dòng)，整車產(chǎn)生轟鳴聲，噪聲傳播路徑與發(fā)音部位涉及多個(gè)方面，與車輛整體布置和隔吸聲材料性能有關(guān)[4-6]。其次，車輛輪胎的彎曲扭轉(zhuǎn)共振也會(huì)產(chǎn)生轟鳴聲。發(fā)動(dòng)機(jī)引起車輛轟鳴聲的傳播路徑如圖2所示：

圖1 傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題

圖2 轟鳴聲的傳播路徑

某四驅(qū)SUV加速2500rpm轟鳴聲colormap圖如圖3所示：

圖3 轟鳴聲圖譜

如圖2所示：全油門加速過程中2000rpm-

2500rpm扭矩管理器向后橋輸出的扭矩存在峰值，導(dǎo)致后主減振動(dòng)量級(jí)偏大，后主減振動(dòng)經(jīng)車身引起整車振動(dòng)及車內(nèi)轟鳴。

1.2 齒輪傳動(dòng)噪聲

齒輪內(nèi)部動(dòng)態(tài)激勵(lì)是齒輪產(chǎn)生傳動(dòng)噪聲的根本原因。根據(jù)齒輪傳動(dòng)原理，齒輪嚙合點(diǎn)垂線方向沒有速度差，而在切線方向存在滑動(dòng)，輪齒間的摩擦力也在此位置改變方向，摩擦力形成為一個(gè)脈動(dòng)周期激勵(lì)[7]。

齒輪嚙合錯(cuò)位也可產(chǎn)生齒輪噪聲，嚙合錯(cuò)位一般是由殼體、軸承、軸的變形及軸承游隙和裝配誤差等系統(tǒng)綜合因素產(chǎn)生，使齒輪在嚙合過程中嚙合齒面產(chǎn)生偏移，使得傳動(dòng)不平穩(wěn)。另外發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、傳動(dòng)軸激勵(lì)、半軸激勵(lì)也可作為外部激勵(lì)使得齒輪產(chǎn)生傳動(dòng)噪聲[8]。

1.3 軸系、軸承振動(dòng)噪聲

軸系振動(dòng)噪聲一般由動(dòng)不平衡、彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生。軸承振動(dòng)噪聲一般由齒輪沖擊、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)特性、裝配誤差以及故障磨損產(chǎn)生。

1.4 起步抖動(dòng)

車輛從怠速狀態(tài)過渡到起步狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩增加，在扭矩反力的作用下，動(dòng)力總成的振幅加大，扭矩增加激起了動(dòng)力總成的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)向車身傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致駕駛室儀表盤、方向盤、座椅、副儀表板等零部件發(fā)生抖動(dòng)。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能控制

2.1 變速器NVH性能開發(fā)

變速器噪聲多為敲齒和嘯叫。其中敲齒由變速器輸入端扭矩波動(dòng)引起非承載齒輪嚙合沖擊產(chǎn)生。嘯叫聲是變速器NVH問題中最常見的。嘯叫聲有明顯的階次特征，與齒數(shù)相關(guān)。當(dāng)箱體和齒輪軸系被激勵(lì)共振后，嘯叫表現(xiàn)更為嚴(yán)峻。嘯叫在中高頻、較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都可能出現(xiàn)。

理想狀態(tài)下，齒輪無制造誤差，齒輪安裝無任何間隙，兩齒輪剛度無限大不產(chǎn)生變形，則兩個(gè)齒輪嚙合過程中接觸點(diǎn)走過的長度相等。

圖4 齒輪傳動(dòng)示意

而實(shí)際情況由于制造、安裝誤差、以及嚙合齒面的剛度變化，導(dǎo)致上述公式兩端不等，即存在傳遞誤差。傳遞誤差即是指齒輪嚙合實(shí)際位移相對于理論位移的差值。嘯叫由于齒輪系統(tǒng)嚙合過程中齒輪對的傳遞誤差而產(chǎn)生。

變速器噪聲傳遞路徑如圖5所示：

圖5 變速器噪聲傳遞路徑

對變速器的嘯叫噪聲進(jìn)行控制，可以采用以下措施：

（1）降低變速器齒輪嚙合激勵(lì)。如通過優(yōu)化軸系布置，使齒輪嚙合力盡量小且波動(dòng)幅值小。

（2）優(yōu)化變速器結(jié)構(gòu)和懸置、拉索等傳遞路徑。提高變速器結(jié)構(gòu)件剛度或改善整車傳遞路徑振動(dòng)，對振動(dòng)路徑作隔振處理，隔斷能量傳遞。

（3）改善隔吸聲性能以優(yōu)化響應(yīng)。利用隔聲材料，阻斷聲源向車內(nèi)的輻射。

（4）變速器齒輪參數(shù)的合理選擇。嚙合剛度合理設(shè)計(jì)、提高加工和裝配工藝。

（5）變速器潤滑油。潤滑油參數(shù)的合理選擇、科學(xué)控制注油量。

（6）變速器殼體。提高殼體剛度、提高與發(fā)動(dòng)機(jī)連接剛度。

2.2 傳動(dòng)軸NVH性能開發(fā)

（1）傳動(dòng)軸動(dòng)平衡

傳動(dòng)軸動(dòng)平衡是由傳動(dòng)軸單品的動(dòng)平衡、主減（主動(dòng)小齒輪軸）的動(dòng)平衡以及傳動(dòng)軸連接部的安裝部的跳動(dòng)造成的偏心、開角等構(gòu)成的。動(dòng)平衡造成的振動(dòng)強(qiáng)制力與動(dòng)平衡量呈比例，隨著車速變高，會(huì)急劇增加。

（2）傳動(dòng)軸中間支承

傳動(dòng)軸中間支承由軸承、隔振橡膠和支架這3個(gè)零件構(gòu)成。其中隔振橡膠的特性需要根據(jù)必要條件考慮其結(jié)構(gòu)。支架需要重點(diǎn)考慮位置調(diào)整結(jié)構(gòu)、振動(dòng)特性以及締結(jié)性。中間支承要求安裝部位的車身需要有足夠的剛度。

中間支撐固有頻率與傳動(dòng)軸總成的不平衡以及萬向節(jié)的附加彎矩所引起的傳動(dòng)軸振動(dòng)頻率相近時(shí)，會(huì)使中間支撐橡膠很快失效，同時(shí)將振動(dòng)傳遞到車架和車身上，使乘坐舒適性變差，設(shè)計(jì)過程中要對中間支撐的固有頻率進(jìn)行校核驗(yàn)證，使其避開傳動(dòng)軸的常用轉(zhuǎn)速范圍，以免共振。傳動(dòng)軸中間支承結(jié)構(gòu)示意如圖6所示：

圖6 傳動(dòng)軸中間支承

傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)布置控制需滿足以下方案：

（1）控制中間傳動(dòng)軸不平衡量能有效降低一階振動(dòng)，傳動(dòng)軸不平衡量控制在12gcm以下。

（2）根據(jù)傳動(dòng)軸、主減總成的動(dòng)平衡進(jìn)行輕重點(diǎn)匹配找出系統(tǒng)殘余動(dòng)平衡量，控制殘余動(dòng)平衡量在5gcm內(nèi)。

（3）傳動(dòng)軸總成空載、半載、滿載狀態(tài)下滿足當(dāng)量夾角均＜3°，且當(dāng)量夾角盡量小。

（4）傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)＞1.15×最高車速對應(yīng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，＞1.15×發(fā)動(dòng)機(jī)3/4最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的2階點(diǎn)火頻率。

（5）傳動(dòng)軸中間支撐剛體模態(tài)需避開后主減剛體模態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速2階頻率。

3 結(jié)語

傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能直接影響著客戶的直觀感受以及車輛動(dòng)力傳動(dòng)效率。在后續(xù)的研究工作中，可以建立傳動(dòng)系統(tǒng)扭振仿真模型和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架相結(jié)合進(jìn)一步研究離合器、主減速器的噪聲解決方案。

[1] 付江華,周鵬.某乘用車動(dòng)力總成懸置的NVH性能分析與優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2018(06):226-228+232.

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Study on NVH Performance Control Technology of Passenger Vehicle Transmission System

Zou Zhe1, Yuan Chao1, Liu Huali1, Wei Chenzhe2

( 1.Zhengzhou University of Science & Technology, Henan Zhengzhou 450064; 2.Great Wall Motor co. LTD, Hebei Baoding 071000 )

In this paper, the NVH performance of passenger vehicle transmission system is taken as the research object,This paper has analyzed NVH problems and phenomena in transmission system,Focus on the transmission and transmission shaft NVH performance control technology solutions,Finally, the prospect of related noise control technology is also discussed.

Transmission System; NVH;Noise

U463.2

A

1671-7988(2018)20-115-03

鄒喆，碩士研究生，助教，主要從事汽車動(dòng)力傳系統(tǒng)相關(guān)教學(xué)和科研工作。

鄒喆。

U462

B

1671-7988(2018)20-115-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.042