01前言

NVH是衡量汽車產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)綜合性問題，也是用戶敏感度最高的性能指標(biāo)。作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，隨著車輛載荷和速度的提高產(chǎn)生的變速箱齒輪噪聲，往往比其他聲源的噪聲更容易被駕駛員察覺。

在汽車振動(dòng)噪聲分析方法中，基于試驗(yàn)測(cè)試的方法其數(shù)據(jù)、結(jié)果直觀，能夠反映研究對(duì)象的本質(zhì)特性，但在優(yōu)化控制上存在不足；而基于數(shù)值計(jì)算的方法通過計(jì)算仿真來模擬振動(dòng)噪聲特性，便于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改、預(yù)測(cè)和優(yōu)化，節(jié)約成本，但常因邊界條件設(shè)定不足及模型簡(jiǎn)化處理而不能正確反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際特征。傳遞路徑分析方法是一種將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算相結(jié)合的分析汽車噪聲的方法，它通過分析主要噪聲的來源來進(jìn)行有的放矢的改進(jìn)設(shè)計(jì)，因而對(duì)汽車NVH問題更具針對(duì)性。  

02振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析原理

復(fù)雜系統(tǒng)受多種振動(dòng)噪聲源的激勵(lì)，每種激勵(lì)都可能通過不同的路徑，經(jīng)過衰減傳遞到多個(gè)響應(yīng)點(diǎn)。為有效降低振動(dòng)噪聲，就需要各種傳遞路徑進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，通常采用矢量疊加法，故傳遞路徑分析方法也稱矢量疊加法。 

假設(shè)一輛汽車受到m個(gè)激勵(lì)力作用，每一激勵(lì)力都有x，y，z三個(gè)方向分量，每一激勵(lì)力分量都對(duì)應(yīng)著n個(gè)特定的傳遞路徑，那么這個(gè)激勵(lì)力分量和對(duì)應(yīng)的某個(gè)傳遞路徑就產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)分量，以車內(nèi)噪聲聲壓作為系統(tǒng)響應(yīng)，這個(gè)聲壓分量可以表示為：

其中，Hmnk是傳遞函數(shù)，F(xiàn)nk是激勵(lì)力的頻譜。
可見，傳遞路徑分析需要進(jìn)行實(shí)際激勵(lì)力和傳遞函數(shù)的測(cè)試分析。

2.1

載荷識(shí)別方法

在傳遞路徑方法中，激勵(lì)力的測(cè)量主要有直接測(cè)量法、懸置剛度測(cè)量法和逆矩陣法。

1.直接測(cè)量法：直接測(cè)量法是直接在系統(tǒng)主動(dòng)端布置力傳感器測(cè)量，從而獲取載荷參數(shù)，用這種方法測(cè)量的載荷結(jié)果直觀且可靠，但是實(shí)際操作過程中，力傳感器的安裝必須具備一定的空間及良好的支撐面，但這些測(cè)量條件往往在實(shí)際測(cè)試過程中很難達(dá)到。因此該方法在實(shí)際應(yīng)用中并不常用。

2.懸置剛度測(cè)量法：對(duì)于傳遞路徑來說，激勵(lì)位置到接收位置是通過懸置相連的，實(shí)際力可通過懸置綜合剛度矩陣k(w)和懸置上下支點(diǎn)間位移差得到，即

其中：fi(w)為傳遞路徑i上的實(shí)際力；K(w)為懸置剛度矩陣；Xt(w)為懸置下支點(diǎn)實(shí)際位移；Xi(w)為懸置上支點(diǎn)實(shí)際位移。
該方法需要測(cè)試懸置的動(dòng)剛度，以獲得懸置軟墊動(dòng)剛度曲線，同時(shí)需要測(cè)量運(yùn)行工況下懸置主、被動(dòng)端加速度信號(hào)。測(cè)試時(shí)，加速度傳感器安裝應(yīng)盡可能地靠近懸置點(diǎn)。

3.逆矩陣法：該方法是通過工況數(shù)據(jù)下的輸出端響應(yīng)輸入和輸出端之間力-加速度的矩陣的廣義逆來識(shí)別輸入端載荷力?？梢员硎緸椋?/span>

其中，F(xiàn)為實(shí)際激勵(lì)力，H為力或加速度的傳遞函數(shù)，X為實(shí)際激勵(lì)力下的加速度[4,5]；

2.2

傳遞函數(shù)的測(cè)量

與激勵(lì)力相對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)得到，也可以通過數(shù)值或解析計(jì)算得到。

實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量傳遞函數(shù)的方法：一般通過斷開耦合系統(tǒng)，在耦合點(diǎn)用錘子或激振器來激勵(lì)激勵(lì)力的作用點(diǎn)，然后測(cè)量車內(nèi)聲壓。結(jié)構(gòu)聲學(xué)傳遞函數(shù)如下：

其中，Hmnk是結(jié)構(gòu)聲學(xué)傳遞函數(shù)，fnk為傳遞路徑n上k方向上的激勵(lì)力。

另一種方法是利用線性系統(tǒng)的互逆性，在響應(yīng)點(diǎn)激勵(lì)，然后測(cè)量耦合點(diǎn)的響應(yīng)[6]。

03變速箱振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析應(yīng)用

以某變速箱為例，在早期開發(fā)中，該變速箱配置的Mule樣車出現(xiàn)變速箱異響，經(jīng)過測(cè)試分析評(píng)估，確認(rèn)是變速箱的擋位嘯叫噪聲，具體表現(xiàn)為，主觀評(píng)價(jià)5.5分，遠(yuǎn)離目標(biāo)，不可接受，需要優(yōu)化改進(jìn)。

圖1：噪音測(cè)試頻譜圖

一般的，嘯叫噪聲傳遞過程包含激勵(lì)源、傳遞路徑和接收者三個(gè)方面，因此應(yīng)當(dāng)從該三個(gè)方面入手，對(duì)問題進(jìn)行分解驗(yàn)證，查找問題主要原因。

3.1

噪聲源影響分析

變速箱作為嘯叫噪聲的源頭，需要對(duì)變速箱的殼體剛度及結(jié)構(gòu)布置等進(jìn)行分析，判斷產(chǎn)生嘯叫的原因。

1） 變速箱殼體分析：如果變速箱殼體的剛度不足，將會(huì)向外輻射嘯叫噪聲，或者殼體本身存在共振，也會(huì)加劇嘯叫噪聲，通過分析，殼體強(qiáng)度、軸承孔變形量、殼體模態(tài)、軸承動(dòng)剛度等方面均滿足設(shè)計(jì)要求，因此判斷殼體不是嘯叫的主要原因。

2） 結(jié)構(gòu)布置分析：如果軸系的結(jié)構(gòu)布置不合理，會(huì)導(dǎo)致齒輪所在軸變形量較大，齒輪嚙合的錯(cuò)位量增大，從而產(chǎn)生嘯叫，經(jīng)進(jìn)行軸系受力分析和齒輪嚙合錯(cuò)位量分析，發(fā)現(xiàn)三四擋擋位齒輪嚙合錯(cuò)位量分別達(dá)到32.2μm、30.82μm，嚙合錯(cuò)位量偏大，是產(chǎn)生嘯叫的原因之一。

3） 齒輪系分析：齒輪宏觀參數(shù)不合理，重合度小，導(dǎo)致齒輪嚙合的傳遞誤差大，也會(huì)產(chǎn)生嘯叫噪聲，經(jīng)計(jì)算四檔齒輪重合度為2.5，低于要求標(biāo)準(zhǔn)。

3.2

嘯叫噪聲的傳遞類型

在整車上進(jìn)行變速箱的整體包裹試驗(yàn)，如下圖2所示，包裹后進(jìn)行測(cè)試分析，查找變速箱本身噪聲源及傳遞路徑影響，包裹前后測(cè)試結(jié)果如圖3，

圖2：變速箱的包裹試驗(yàn)

圖3：包裹前后測(cè)試對(duì)比

3.3嘯叫傳遞路徑驗(yàn)證 

 經(jīng)過包裹試驗(yàn)驗(yàn)證，表明嘯叫噪聲主要通過結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)，因此主要從結(jié)構(gòu)的傳遞路徑上進(jìn)行排查，包括拉索、懸置等：

1） 換擋拉索：換擋拉索支架的隔振不足，會(huì)將嘯叫噪聲通過拉索傳遞到車內(nèi)，因此可以脫開拉索，再次進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)比脫開拉索前后車內(nèi)階次噪聲的差異，對(duì)比結(jié)果如圖4，通過對(duì)比表明拉索對(duì)車內(nèi)嘯叫噪聲的貢獻(xiàn)較大。

圖4：脫開拉索前后車內(nèi)噪聲對(duì)比

2） 懸置系統(tǒng)：該變速箱為三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)，分別對(duì)三個(gè)懸置進(jìn)行脫開驗(yàn)證。脫開前懸置和后懸置，車內(nèi)嘯叫階次噪聲對(duì)比沒有明顯變化，表明前懸置和后懸置不是車內(nèi)嘯叫噪聲的主要傳遞路徑。但是經(jīng)過懸置振動(dòng)特征與車內(nèi)嘯叫噪聲特征的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)左懸置的振動(dòng)特征與車內(nèi)嘯叫噪聲的特征一致性較高，因此判斷左懸置是車內(nèi)嘯叫噪聲的主要傳遞路徑之一。

3.4優(yōu)化方案確定及驗(yàn)證：

 通過CAE仿真分析和整車傳遞路徑的測(cè)試分析，可以判斷嘯叫噪聲產(chǎn)生的主要原因是變速箱本身的激勵(lì)大以及整車的結(jié)構(gòu)傳遞路徑對(duì)嘯叫的衰減性能不足，需要對(duì)聲源和傳遞路徑進(jìn)行同時(shí)優(yōu)化，經(jīng)過分析驗(yàn)證優(yōu)化為：1）提供傳動(dòng)軸撓度，對(duì)中間一軸，二軸進(jìn)行加粗2mm，2）對(duì)2至6擋齒輪進(jìn)行磨齒；3）調(diào)整主動(dòng)四擋齒輪參數(shù)，提高重合度；4）換擋拉索支架增肌厚度5mm的隔振軟墊；5）對(duì)擋位齒輪壓力角方向和螺旋角方向調(diào)整修形要求；6）同時(shí)整車左懸置被動(dòng)側(cè)采用大懸置結(jié)構(gòu)；

優(yōu)化后主觀評(píng)價(jià)嘯叫優(yōu)化明顯，客觀數(shù)據(jù)分析車內(nèi)噪聲頻譜圖，32階的噪聲能量明顯降低，32階的階次噪聲水平也有明顯降低，主客觀評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了新方案優(yōu)化嘯叫噪聲可行,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化目標(biāo)。

圖7：優(yōu)化后車內(nèi)噪聲頻譜圖

04總結(jié)

本文闡述了振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析原理，并介紹了某品牌乘用車NVH性能提升方案優(yōu)化的全過程從變速箱噪聲傳遞路徑系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)了嘯叫噪聲的主要傳遞路徑，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后采取一系列的改進(jìn)措施成功實(shí)現(xiàn)了NVH性能的提升，效果顯著。在解決該變速箱面臨的NVH問題過程中，梳理了變速箱NVH嘯叫噪聲的分析思路，為后續(xù)變速箱及車型的自主研發(fā)NVH性能監(jiān)控積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。