王鑫，馬虎森，陳曉利，趙璇

陜西法士特汽車傳動工程研究院,陜西西安 710119

0 引言

隨著汽車市場的高速發(fā)展，人們對汽車乘坐舒適性要求越來越高，汽車的噪聲、振動和粗糙度(NVH)性能已逐漸成為整車性能評價的一項重要指標。目前由于共振而產(chǎn)生的振動、噪聲問題，是常見的NVH問題之一。車輛行駛過程中存在多種激勵源，當激勵頻率與部件固有頻率重合時，將會導致整車振動與噪聲水平增大，引起駕乘人員主觀感受的強烈不適，因此必須對其進行控制。

本文針對某型商用車匹配10擋5×2主副箱結構手動變速器，掛8擋加速和滑行過程中，發(fā)動機轉速在1 900～2 100 r/min附近駕駛室主觀感受存在明顯嘯叫聲問題，結合噪聲測試及模態(tài)測試分析，確定該嘯叫聲由變速器3擋齒輪副嚙合頻率激起傳動軸共振所致。采取調整變速器3擋齒輪齒數(shù)方案，將共振轉速移出常用轉速范圍，實車驗證達到解決問題的效果，為實車NVH性能提升提供了很大幫助。

1 整車振動噪聲測試

1.1 測試工況

分別在8擋勻加速及整車滑行兩種狀態(tài)下，對駕駛室、變速箱及傳動軸處進行噪聲測試，測試工況見表1。

表1 測試工況

1.2 傳感器布置

在駕駛室、變速器及傳動軸近場分別布置聲傳感器，具體位置如圖1所示。

圖1 聲傳感器安裝位置

1.3 測試結果分析

8擋在1 900～2 100 r/min附近的嘯叫在加速和滑行降速過程中均存在，滑行工況更為明顯，本文以滑行工況為例進行原因分析。

圖2為駕駛室噪聲Colormap圖。由圖可以看出，在1 900～2 100 r/min轉速區(qū)間，3擋齒輪36.62階附近存在明顯邊頻，邊頻為傳動軸2階。圖3為變速器近場噪聲Colormap圖。由圖可知3擋齒輪36.62階附近也存在輕微傳動軸2階邊頻。圖4為傳動軸近場噪聲Colormap圖。由圖可知在傳動軸近場3擋齒輪36.62階附近傳動軸2階邊頻更為明顯。

圖2 駕駛室噪聲Colormap圖

圖3 變速器近場噪聲Colormap圖

圖4 傳動軸近場噪聲Colormap圖

3處測點數(shù)據(jù)中可以看出，在1 233 Hz頻率處聲信號中均存在明顯共振，對應共振轉速為1 900～2 100 r/min，即為嘯叫聲對應轉速，在837、957和1 666 Hz也存在共振，響應相對不明顯。綜上所述，根據(jù)Colormap圖分析特征，懷疑嘯叫與傳動軸共振有關。

2 傳動軸模態(tài)測試

2.1 測點布置

為進一步確認傳動軸共振是否為引起嘯叫的原因，采用敲擊法對傳動軸進行模態(tài)測試。振動傳感器布置位置如圖5所示。

圖5 模態(tài)測試測點布置

2.2 模態(tài)測試結果

圖6為傳動軸各測點傳遞函數(shù)。由圖可以看出，傳動軸在2 000 Hz范圍內(nèi)，存在4階模態(tài)固有頻率，分別為837.5、957.5、1 233、1 665 Hz，且與傳動軸近場噪聲分析的共振頻率一致。可判斷該嘯叫問題是由加速/滑行降速過程中，齒輪嚙合頻率與傳動軸固有頻率重合引起傳動軸共振而導致的傳動軸嘯叫。在1 900～2 100 r/min轉速區(qū)間，駕駛室嘯叫主觀感受明顯，主要是3擋齒輪36.62階激勵起第一節(jié)傳動軸在1 233 Hz處的模態(tài)而引起傳動軸嘯叫。

圖6 傳動軸各測點傳遞函數(shù)

3 方案優(yōu)化與驗證

3.1 優(yōu)化方案

對于共振問題的改進大致有兩類辦法：①調整結構，使得激勵頻率避開系統(tǒng)固有頻率；②降低激勵能量，減小傳遞函數(shù)，達到降低共振峰值的目的。文中采取調整變速器3擋齒輪副齒數(shù)方案，優(yōu)化調整前后3擋齒輪副參數(shù)見表2。優(yōu)化齒數(shù)后，3擋齒輪嚙合階次由原來的36.24階，降低為29.15階，激勵起傳動軸1 223 Hz固有頻率共振轉速由1 900～2 100 r/min上移至2 550 r/min左右，已移出常用轉速區(qū)間以外，如圖7所示。

表2 齒數(shù)優(yōu)化方案

圖7 階次調整示意

3.2 試驗驗證

為進一步驗證該優(yōu)化方法的合理性，原車換裝優(yōu)化3擋齒輪副齒數(shù)后的變速器，采用第1.1節(jié)相同的試車工況進行現(xiàn)場測試。圖8和圖9分別為滑行工況駕駛室和傳動軸近場噪聲聲壓級。由圖8可以看出，在900～2 150 r/min測試轉速范圍內(nèi)，駕駛室的噪聲平均為65.96 dB(A);調齒數(shù)后駕駛室的噪聲平均為65.55 dB(A)。由圖9可以看出，在900～2 150 r/min測試轉速范圍內(nèi)，傳動軸近場噪聲平均為99.80 dB(A);調齒數(shù)后的傳動軸近場噪聲平均為96.40 dB(A)。由此可見，調齒數(shù)后駕駛室噪聲平均降低約0.4 dB(A)，傳動軸近場噪聲平均降低約3.4 dB(A)，在共振轉速區(qū)間噪聲降低幅值更為明顯。

圖8 駕駛室噪聲聲壓級

圖9 傳動軸近場噪聲聲壓級

圖10和圖11分別為駕駛室和傳動軸近場噪聲三維頻譜，在1 900～2 100 r/min共振響應明顯降低。車內(nèi)主觀感受嘯叫問題明顯改善。

圖10 駕駛室噪聲三維頻譜

圖11 傳動軸近場噪聲三維頻譜

4 結論

通過對某商用車嘯叫問題進行了測試及分析研究，得到如下結論：

(1)原車嘯叫測試數(shù)據(jù)Colormap圖可以看出，8擋時1 900～2 100 r/min的嘯叫問題主要為變速器三擋齒輪副36.62階的嚙合激勵激起1 233 Hz固有頻率共振引起，且齒輪嚙合階次存在明顯的傳動軸2階邊頻，初步確定嘯叫由傳動軸共振引起。

(2)通過模態(tài)測試，傳動軸在2 000 Hz范圍內(nèi)，存在4階模態(tài)固有頻率，分別為837、957、1 233、1 666 Hz，4階模態(tài)固有頻率共振在測試信號中均有表現(xiàn)，嘯叫主要由傳動軸1 233 Hz固有頻率共振引起。

(3)采用優(yōu)化變速箱三擋齒輪副齒數(shù)的方案，將3擋齒輪嚙合階次由36.24階降低為29.15階，激勵起傳動軸1 223 Hz固有頻率共振轉速由1 900～2 100 r/min上移至2 550 r/min左右，移出常用轉速區(qū)間。試車測試駕駛室噪聲平均降低約0.4 dB(A)，傳動軸近場噪聲平均降低約3.4 dB(A)，在共振轉速區(qū)間噪聲降低幅值更為明顯，車內(nèi)主觀感受嘯叫問題明顯改善。