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乘用車嘯叫異響及其改進(jìn)方法研究

2022-02-26 00:12:47·  來源：內(nèi)燃機(jī)與配件  
　
摘要：本文以處理國內(nèi)某乘用車變速箱附近嘯叫異響問題為例，詳細(xì)介紹了解決汽車NVH問題每一個(gè)階段的工作內(nèi)容、方法及重點(diǎn)注意事項(xiàng)。通過有效地解決車輛變速箱附
摘要：本文以處理國內(nèi)某乘用車變速箱附近嘯叫異響問題為例，詳細(xì)介紹了解決汽車NVH問題每一個(gè)階段的工作內(nèi)容、方法及重點(diǎn)注意事項(xiàng)。通過有效地解決車輛變速箱附近嘯叫異響問題，為今后解決類似汽車NVH問題，提供了直接的參考。
關(guān)鍵詞：嘯叫； NVH； 參考
關(guān)鍵詞
院嘯叫；NVH；參考
0 引言
隨著人們生活水平的不斷提高，汽車與人們的生活越來越緊密。大家希望汽車在給人們帶來交通便利的同時(shí)還能帶給人們愜意、愉悅的感受。因此，對(duì)汽車的舒乘性要求越來越高。NVH（噪聲Noise、振動(dòng)Vibration及聲振粗糙度Harshness）則是舒乘性非常重要的一項(xiàng)性能指標(biāo)。而嘯叫異響是指汽車在行駛過程中發(fā)出的非正常聲音，反復(fù)出現(xiàn)的異常噪聲，會(huì)令人感覺到很厭煩，嚴(yán)重影響汽車NVH性能。因此，有效解決汽車嘯叫異響問題具有非常重要的意義。
1 問題描述
某主機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的一款乘用車，在開發(fā)試驗(yàn)過程中，駕駛員發(fā)現(xiàn)在車速80km/h左右時(shí)，變速箱附近出現(xiàn)嘯叫異響，尤其在掛5檔（轉(zhuǎn)速1800-2200r/min）和掛6檔（轉(zhuǎn)速1600-2000r/min）時(shí)，噪聲最為嚴(yán)重。該嘯叫異響問題對(duì)了整車的NVH性能產(chǎn)生了不良影響。
2 問題分析
為了確定汽車變速箱附近嘯叫噪聲到底是如何產(chǎn)生的，按照工況規(guī)范進(jìn)行整車駕駛試驗(yàn)，并使用LMS的Test.Lab軟件進(jìn)行檢測(cè)分析。對(duì)可能因素逐一排查，以期盡快找到問題產(chǎn)生的根源。
測(cè)試是在平坦的路面上進(jìn)行的。測(cè)試工況為5檔和6檔全加速（即5檔WOT和6檔WOT）。并在變速箱一側(cè)、駕駛員右耳側(cè)、后排中央位置以及變速箱各個(gè)支架被動(dòng)端的Y和Z方向安裝傳感器及檢測(cè)裝置。檢測(cè)車輛行駛時(shí)振動(dòng)及噪聲，并反復(fù)采集數(shù)據(jù)，得到轉(zhuǎn)速原頻率雷達(dá)圖。通過雷達(dá)圖分析發(fā)現(xiàn)，變速箱與其相連的左懸置被動(dòng)端在630Hz處產(chǎn)生共振。5檔嘯叫異響時(shí)，轉(zhuǎn)速2070r/min，18階次；6檔嘯叫異響時(shí)，轉(zhuǎn)速1760r/min，21.6階次，與駕駛時(shí)問題相符。通過查找異響時(shí)階次，確定激勵(lì)源為變速器主減齒輪。最終確定原因?yàn)椋浩囆旭倳r(shí)，變速箱主減齒輪嚙合產(chǎn)生的振動(dòng)與左懸置支架耦合造成共振，導(dǎo)致嘯叫異響。
3 解決方案
處理汽車NVH問題，主要通過三種途徑：
降低激勵(lì)源；
改善傳遞路徑；
加強(qiáng)聲學(xué)包裝。
解決每一個(gè)NVH問題，須從這三個(gè)方面入手。降低變速箱總成激勵(lì)的改進(jìn)方案成本較高且程序復(fù)雜，周期長。因此，不建議對(duì)變速箱做改動(dòng)。通過檢測(cè)，已確認(rèn)左懸置與變速箱共振，這是典型傳遞路徑的結(jié)構(gòu)共振。因此從傳遞路徑著手，改善左懸置支架結(jié)構(gòu)及其材料。
3.1 左懸置支架結(jié)構(gòu)改進(jìn)
針對(duì)傳遞路徑的結(jié)構(gòu)共振導(dǎo)致變速箱嘯叫的問題，首先對(duì)變速箱左懸置支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
從圖1中左懸置支架有限元分析的結(jié)果來看，支架壁厚整體相對(duì)較薄，容易導(dǎo)致剛度不足，易引起共振。方案一：在左懸置支架部位增加4個(gè)加強(qiáng)筋和一個(gè)擴(kuò)展板，用于提高支架剛度，提升支架模態(tài)頻率，使其遠(yuǎn)離與變速箱共振頻率630Hz，保證車輛在正常行駛狀態(tài)下不被激勵(lì)。左懸置改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖2，同時(shí)將改進(jìn)后模型導(dǎo)入CAE分析軟件。
從方案一CAE分析圖上可發(fā)現(xiàn)，第一種改進(jìn)方案可使左懸置的結(jié)構(gòu)頻率提升到992.6Hz，對(duì)比630Hz共振頻率有所遠(yuǎn)離，但未達(dá)到差距500Hz的目標(biāo)。因而，在方案一的基礎(chǔ)上對(duì)左懸置進(jìn)行第二次結(jié)構(gòu)整改。方案二將左懸置支架上托板兩角及單側(cè)邊沿翻邊，具體左懸置改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖3，同時(shí)將改進(jìn)后模型導(dǎo)入CAE分析軟件。
從方案二CAE分析圖上可發(fā)現(xiàn)，第二種改進(jìn)方案可使左懸置的結(jié)構(gòu)頻率提升到1004Hz，距離共振頻率630Hz更遠(yuǎn)，但是還未達(dá)到差距500Hz的目標(biāo)。因而，在方案二的基礎(chǔ)上對(duì)左懸置進(jìn)行第三次結(jié)構(gòu)整改。方案三將左懸置支架上托板兩邊加焊等厚（3mm）板材，具體左懸置改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖4，同時(shí)將改進(jìn)后模型導(dǎo)入CAE分析軟件。
從方案三CAE分析圖上可發(fā)現(xiàn)，第三種改進(jìn)方案可使左懸置的結(jié)構(gòu)頻率提升到1143Hz，距離630Hz共振頻率超出500Hz，該結(jié)構(gòu)不易與變速箱主減齒輪形成共振，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。最終確定方案三為整改方案。
3.2 左懸置支架材質(zhì)優(yōu)化
通過改變材料，可提高左懸架支架的結(jié)構(gòu)剛度，從而達(dá)到提升模態(tài)頻率的效果。左懸架支架的常用材料有球磨鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。由于之前左懸架支架采用鑄鋁材質(zhì)，重量輕，容易與變速箱產(chǎn)生共振。因此決定選用球磨鑄鐵或鑄鋼。對(duì)比兩者減振性能，由于球墨鑄鐵的具有石墨顯微組織，更有利于減振。就減振性能而言，鑄鋼可能略遜于球墨鑄鐵，但鑄鋼的綜合機(jī)械性能優(yōu)于鑄鐵，尤其是抗拉強(qiáng)度和抗沖擊性能有明顯優(yōu)勢(shì)。作為連接變速箱和車身的關(guān)鍵部件，左懸置對(duì)整體性能有著更高的要求，因而最終決定了后懸置材質(zhì)由鑄鋁改為鑄鋼。
4 改進(jìn)效果驗(yàn)證
基于以上改進(jìn)措施，試制了兩個(gè)樣件，進(jìn)行了裝車試驗(yàn)。首先進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，參與試驗(yàn)人員一致認(rèn)為車內(nèi)噪聲得到了大幅改善，同原狀態(tài)相比，車內(nèi)外降噪明顯。而后，利用檢測(cè)裝置對(duì)車輛進(jìn)行了客觀測(cè)評(píng)，測(cè)試結(jié)果表明，左懸置支架經(jīng)過優(yōu)化后，車輛行駛時(shí)嘯叫噪音明顯降低，達(dá)到了可以接受的水平，最終確定降噪目標(biāo)達(dá)到。
5 結(jié)語
在車輛的開發(fā)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到NVH性能問題。通過對(duì)某國產(chǎn)乘用車的嘯叫異響問題的有效解決，總結(jié)了汽車NVH性能測(cè)試、診斷及改進(jìn)的一套技術(shù)流程，為今后處理類似汽車NVH問題提供參考。
作者：周玲ZHOULing
作者單位：（江西工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南昌330000）
來源：內(nèi)燃機(jī)與配件
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