凌新新，蔣敏，龍家樂，彭軍軍

廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434

0 引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)汽車的功能需求逐年增多，對(duì)各方面性能要求也越來越高。噪聲是汽車駕駛時(shí)乘員比較容易感知、非常重要的整車性能指標(biāo)之一，噪聲嚴(yán)重影響乘員舒適性，同時(shí)容易使駕駛員產(chǎn)生情緒波動(dòng)、加速駕駛員疲勞，對(duì)汽車行駛安全性構(gòu)成極大威脅，因此，優(yōu)化車內(nèi)噪聲問題對(duì)車輛的市場(chǎng)表現(xiàn)至關(guān)重要。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲是比較常見的問題，但由于系統(tǒng)內(nèi)部件眾多，問題比較多樣，很多情況下問題都是出現(xiàn)在車輛行駛狀態(tài)，因此，傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲問題調(diào)查通常難度比較大。文中通過對(duì)傳動(dòng)軸支架隔振性能理論分析，并通過對(duì)典型案例分析，對(duì)傳動(dòng)軸支架隔振理論進(jìn)行了論述。

1 傳動(dòng)軸支架隔振性能概述

1.1 四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置情況

乘用車傳統(tǒng)四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)通過動(dòng)總懸置、傳動(dòng)軸支架、后橋懸置3處位置與車體直接相連，這3處位置也是動(dòng)總振動(dòng)傳遞到車體內(nèi)部最直接的路徑。傳動(dòng)軸作為前后橋之間動(dòng)力傳遞的橋梁，具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速高、與車身地板直接相連等特點(diǎn)，極易出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness,NVH)問題，對(duì)動(dòng)平衡、中間支架隔振性能有極高的要求。

圖1 乘用車傳統(tǒng)四驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 傳動(dòng)軸支架隔振理論

圖2為傳動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖。圖中為角速度，為剛度，為阻尼，為轉(zhuǎn)角。

圖2 傳動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖

傳動(dòng)軸支架垂直方向受力的微分方程為：

(1)

當(dāng)=0時(shí)，中間支架位置地板受到的垂向力為：

(2)

式中：為傳動(dòng)軸支架支撐質(zhì)量,kg;

為支架垂向剛度，N/m;

為中間支架阻尼;

為中間支架位置垂向位移，m;

為傳動(dòng)軸不平衡力;

為發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力;

為傳動(dòng)軸萬向節(jié)速度波動(dòng)激勵(lì)力;

為中間支撐質(zhì)心垂向振動(dòng)引起的激勵(lì)力;

為傳動(dòng)軸激勵(lì)頻率與傳動(dòng)軸支架固有頻率比。

傳動(dòng)軸支架垂向力傳遞率為地板受的垂向力最大值與傳動(dòng)軸上的激勵(lì)力幅值之比稱之為傳遞率，用它來直觀反映傳動(dòng)軸支架隔振效果。圖3是不同頻率比下的傳遞率變化曲線。

圖3 不同頻率比下的傳遞率變化曲線

2 傳動(dòng)軸支架隔振典型案例分析

2.1 問題描述

某四驅(qū)版SUV車型，在低溫環(huán)境下(-25 ℃以下)啟動(dòng)后，車輛在熱車過程中，駕駛室存在持續(xù)的異常噪聲，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)在500 s以上，由于在低溫環(huán)境下一般靜置熱車時(shí)間較長(zhǎng)，持續(xù)的異常噪聲容易引起乘員比較大的抱怨。

2.2 原因調(diào)查

在調(diào)查過程中，松開傳動(dòng)軸支架與車身連接螺栓，車內(nèi)異常噪聲消失，確認(rèn)車內(nèi)振動(dòng)噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)通過中間支架傳遞進(jìn)車身內(nèi)部。對(duì)其進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集分析，結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 -30 ℃環(huán)境下傳動(dòng)軸支架隔振情況

圖5 常溫環(huán)境下傳動(dòng)軸支架隔振情況

由圖4和圖5對(duì)比可以看出，常溫環(huán)境下，傳動(dòng)軸支架隔振比較好，200 Hz以內(nèi)隔振為20～25 dB，200 Hz以上變差，約10 dB，但主觀評(píng)價(jià)良好；-30 ℃環(huán)境下，傳動(dòng)軸支架隔振比較差，200 Hz以內(nèi)隔振為10～15 dB，200 Hz以上隔振為3～5 dB，主觀評(píng)價(jià)異常噪聲比較明顯，不能接受。

進(jìn)一步對(duì)該傳動(dòng)軸支架進(jìn)行了不同環(huán)境溫度下的剛度測(cè)試對(duì)比，如圖6所示，常溫下的剛度為35.2 N/mm,-20 ℃下的剛度為45.7 N/mm，-30 ℃下的剛度為78.2 N/mm。確定主要原因?yàn)橹Ъ芨粽裣鹉z在低溫環(huán)境下硬度變硬，剛度增加，導(dǎo)致傳動(dòng)軸支架固有頻率提高，頻率比變小，進(jìn)而隔振變差。

圖6 不同環(huán)境溫度下傳動(dòng)軸支架的剛度測(cè)試對(duì)比

2.3 對(duì)策方案

該問題主要原因?yàn)閭鲃?dòng)軸支架隔振橡膠低溫硬化致使頻率比變小導(dǎo)致，因此改善方向?yàn)槿绾蝺?yōu)化隔振橡膠低溫變硬問題。低溫環(huán)境下橡膠變硬問題一般可通過調(diào)整低溫生膠選擇及橡膠配方優(yōu)化來使橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低，進(jìn)而改善橡膠低溫變硬的問題，但該方案存在周期較長(zhǎng)、各方面性能影響驗(yàn)證項(xiàng)目多、改善效果不如預(yù)期等問題。比較快速的方法主要有兩種：

(1)對(duì)比測(cè)試傳動(dòng)軸支架常用的橡膠材料硬度對(duì)溫度的敏感程度，選擇一款對(duì)溫度不敏感的材料進(jìn)行問題優(yōu)化；

(2)在傳動(dòng)軸支架與地板連接的兩個(gè)螺栓位置再額外各增加一個(gè)隔振墊，形成兩極隔振，降低低溫環(huán)境下支架總成的等效剛度，提升隔振率。

表1為4種常用橡膠材料的傳動(dòng)軸支架在各溫度下的剛度變化對(duì)比。

表1 4種常用橡膠材料的傳動(dòng)軸支架在各溫度下的剛度變化對(duì)比

由表1可以看出，天然橡膠及硅橡膠支架在低溫環(huán)境下剛度變化率最小。因此針對(duì)天然橡膠支架、硅橡膠支架以及氫化丁腈橡膠支架+隔振墊3個(gè)方案進(jìn)行了實(shí)車對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如圖7所示。

圖7 4種方案車內(nèi)噪聲對(duì)比

測(cè)試結(jié)果可以看出，3種新方案均對(duì)噪聲有明顯改善，尤其是天然橡膠方案，對(duì)噪聲最大改善為6～8 dB，車內(nèi)主觀評(píng)價(jià)可接受。

3 結(jié)束語(yǔ)

乘員感受到的NVH問題是表現(xiàn)外露的，非常直觀的，但是導(dǎo)致這些問題的原因往往隱藏得比較深，涉及激勵(lì)源、傳遞路徑等多方面，問題解決也存在各種可能方案，工程師要在各種可能原因及方案中探尋到最主要的原因及最有效的、最容易實(shí)施的方案。文中所列問題主要原因?yàn)榈蜏叵聜鲃?dòng)軸支架橡膠變硬導(dǎo)致，但該問題和低溫發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)轉(zhuǎn)速高、振動(dòng)大有很大關(guān)系，也和地板傳動(dòng)軸安裝位置的剛度有很大關(guān)系，在這兩個(gè)方面也存在潛在改善方案，但這些改善方案實(shí)施難度比較大，優(yōu)化傳動(dòng)軸隔振是最便捷、最經(jīng)濟(jì)的方案，結(jié)果表明也是效果比較好的一種方案。