劉后發(fā) 邵 杰 孫百重 祝君志 項(xiàng)興富 邵靜萍

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

消費(fèi)者滿意度是反映乘用車(chē)品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其中振動(dòng)和噪聲直接影響消費(fèi)者的滿意度[1]。目前，乘用車(chē)駕駛的舒適性及NVH 性能已成為影響消費(fèi)者購(gòu)車(chē)的一個(gè)重要因素。在車(chē)輛起動(dòng)過(guò)程中，消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注座椅振動(dòng)、聲音感受等。尤其是目前發(fā)動(dòng)機(jī)起停系統(tǒng)的普及，發(fā)動(dòng)機(jī)起停工況變得頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的噪聲、抖動(dòng)問(wèn)題變成影響消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛NVH 性能評(píng)價(jià)好壞的首要問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)機(jī)上的電磁線圈通電吸合，通過(guò)杠桿作用將起動(dòng)機(jī)小齒輪向外推出去（或彈出）與飛輪齒圈嚙合，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，ECU 控制噴油器噴油、控制點(diǎn)火線圈點(diǎn)火；發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后拖動(dòng)起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，ECU 檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速滿足起動(dòng)機(jī)脫離轉(zhuǎn)速閾值，斷開(kāi)繼電器使起動(dòng)機(jī)小齒輪退回原位，起動(dòng)過(guò)程完成[2]。整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，起動(dòng)機(jī)小齒輪彈出與飛輪嚙合過(guò)程、起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中切割磁感線以及起動(dòng)機(jī)小齒輪退回原位過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生噪聲[3]。本文對(duì)某車(chē)型起動(dòng)時(shí)退齒異響問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，測(cè)試起動(dòng)異響噪聲的來(lái)源，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證起動(dòng)機(jī)P 軸齒輪參數(shù)對(duì)起動(dòng)機(jī)退齒噪聲的影響，從而提出相應(yīng)的整改措施。單體的NVH 性能測(cè)試、整車(chē)噪聲測(cè)試及主觀評(píng)價(jià)結(jié)果表明，此異響得到有效降低。

1 起動(dòng)異響故障機(jī)理分析

1.1 起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程主要分為5 個(gè)階段：

1）起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；

2）整車(chē)ECU 控制點(diǎn)火系統(tǒng)開(kāi)始工作；

3）ECU 判定點(diǎn)火成功后，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到起動(dòng)機(jī)退出轉(zhuǎn)速；

4）如果達(dá)到了起動(dòng)機(jī)退出轉(zhuǎn)速，ECU 控制繼電器斷開(kāi)起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)電源；

5）起動(dòng)機(jī)小齒輪退回原位，起動(dòng)電樞停止運(yùn)轉(zhuǎn)，完成整個(gè)起動(dòng)過(guò)程。

1.3 起動(dòng)過(guò)程異響產(chǎn)生的機(jī)理

起動(dòng)過(guò)程異響產(chǎn)生的機(jī)理如圖2 所示：

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程異響產(chǎn)生機(jī)理

在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的不同階段，會(huì)產(chǎn)生不同的噪聲，其產(chǎn)生的機(jī)理也不盡相同。圖2 中，a 階段主要表現(xiàn)為撞擊異響，b 階段主要表現(xiàn)為敲齒異響，c 階段主要表現(xiàn)為退齒異響、拖尾聲及電磁噪聲。

1）起動(dòng)機(jī)小齒輪通過(guò)電磁開(kāi)關(guān)彈出，起動(dòng)機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，齒輪撞擊飛輪齒圈，產(chǎn)生撞擊異響。如圖2中a 階段所示。

2）小齒輪與飛輪齒輪進(jìn)行嚙合，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始點(diǎn)火時(shí)，由于每缸點(diǎn)火時(shí)間短，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，這時(shí)會(huì)沖擊起動(dòng)機(jī)齒輪，產(chǎn)生敲擊異響。如圖2 中b 階段所示。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速為500 r/min 左右時(shí)，起動(dòng)機(jī)斷電，開(kāi)始退出。退出時(shí)，由于P 軸齒輪的螺旋角較大，使小齒輪能快速回位，小齒輪撞擊起動(dòng)機(jī)本體產(chǎn)生退齒異響。如圖2 中c 階段所示。

本文主要討論退齒異響：發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速閾值，ECU 斷開(kāi)繼電器，起動(dòng)小齒輪退回，退回后起動(dòng)機(jī)單向器齒輪與起動(dòng)機(jī)本體撞擊產(chǎn)生碰撞聲。

針對(duì)退齒異響問(wèn)題，主要的解決方案有：

1）減小電磁開(kāi)關(guān)的回位彈簧力，降低單向器與小齒輪的沖量，從而降低撞擊時(shí)的噪聲。

2）減小P 軸齒輪的螺旋角，降低小齒輪的回位速度分量，降低單向器與小齒輪的沖量，從而降低撞擊時(shí)的噪聲。

2 起動(dòng)異響故障案例解析

某新車(chē)型在試乘試駕時(shí)，反饋車(chē)輛在起動(dòng)過(guò)程中聲音品質(zhì)差，存在明顯的敲齒及退齒異響，主觀評(píng)價(jià)為5 分，易引起客戶抱怨，不可接受。針對(duì)此問(wèn)題，為了便于更好地分析，進(jìn)行起動(dòng)過(guò)程音頻數(shù)據(jù)采集，將起動(dòng)異響轉(zhuǎn)化為工程化的振動(dòng)和噪聲頻譜圖如圖3 所示。

圖3 起動(dòng)機(jī)近場(chǎng)噪聲頻譜

從圖3 所示的噪聲頻譜圖中可以明顯觀察到，起動(dòng)機(jī)在常溫起動(dòng)過(guò)程中，退齒時(shí)，起動(dòng)機(jī)近場(chǎng)噪聲約為95 dB（A），主觀評(píng)價(jià)不可接受。

3 起動(dòng)異響故障排查

對(duì)起動(dòng)機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及齒形參數(shù)進(jìn)行校核，結(jié)合起動(dòng)機(jī)異響故障機(jī)理，對(duì)NVH 性能測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步懷疑起動(dòng)異響與起動(dòng)機(jī)P 軸齒輪的螺旋角、側(cè)隙有關(guān)。

表1 為異響起動(dòng)機(jī)與競(jìng)品起動(dòng)機(jī)的P 軸齒輪參數(shù)對(duì)比。

表1 P 軸齒輪參數(shù)對(duì)比

表1 中，異響起動(dòng)機(jī)的P 軸齒輪齒數(shù)比競(jìng)品起動(dòng)機(jī)少1 個(gè)，但齒數(shù)主要與強(qiáng)度相關(guān)，不是起動(dòng)異響問(wèn)題的主因。異響起動(dòng)機(jī)的P 軸齒輪螺旋角、側(cè)隙均比競(jìng)品起動(dòng)機(jī)大，在不連續(xù)的齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，大的螺旋角導(dǎo)致退齒時(shí)單向器旋轉(zhuǎn)速度分量更大，傳遞的敲擊能量更大；大的側(cè)隙會(huì)傳遞更大的敲擊能量。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化及效果驗(yàn)證

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

對(duì)影響退齒異響的P 軸齒輪螺旋角及側(cè)隙進(jìn)行優(yōu)化，并將齒數(shù)改為10。優(yōu)化后的P 軸齒輪參數(shù)與原始參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 P 軸齒輪原始參數(shù)與優(yōu)化后參數(shù)對(duì)比

4.2 效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證P 軸齒輪參數(shù)優(yōu)化對(duì)降低起動(dòng)機(jī)異響的效果，本文將優(yōu)化前后的樣件在同一輛試驗(yàn)車(chē)上進(jìn)行實(shí)車(chē)起動(dòng)過(guò)程N(yùn)VH 性能測(cè)試，主要是對(duì)起動(dòng)過(guò)程中的起動(dòng)機(jī)近場(chǎng)及駕駛室的NVH 性能進(jìn)行測(cè)試。優(yōu)化前的NVH 性能測(cè)試結(jié)果如圖3b 所示，優(yōu)化后的NVH 性能測(cè)試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化后的NVH 性能測(cè)試結(jié)果（5 500～7 500 Hz）

對(duì)比圖3b 和圖4 可以看出，優(yōu)化后，起動(dòng)機(jī)退齒噪聲由95 dB（A）降低至92 dB（A）。

通過(guò)對(duì)駕駛室內(nèi)主觀評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)評(píng)分從原來(lái)的5 分增加至7 分，可接受。

對(duì)比測(cè)試結(jié)果及主觀評(píng)價(jià)可知，優(yōu)化后的方案對(duì)降低起動(dòng)異響效果明顯，車(chē)輛起動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)和噪聲明顯減小，NVH 性能顯著提高。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)起動(dòng)異響機(jī)理進(jìn)行分析，得出起動(dòng)機(jī)P 軸齒輪的螺旋角與側(cè)隙對(duì)起動(dòng)機(jī)退齒異響產(chǎn)生影響。通過(guò)減小起動(dòng)機(jī)P 軸齒輪螺旋角、側(cè)隙，有效降低了某車(chē)型起動(dòng)過(guò)程中的退齒異響，為新車(chē)型起動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)提供了一定的參考。