摘要：傳動軸支架作為傳動軸唯一與車身直接接觸的部件，其隔振性能的好壞對傳動軸NVH性能影響巨大。文中通過對傳動軸支架的力學分析，從機制上研究其隔振性能的影響因素；同時對不同橡膠支架在不同溫度下的剛度變化進行研究，并進行實車驗證。結果表明：3種新方案均對噪聲有明顯改善，尤其是天然橡膠方案，噪聲改善6～8 dB，通過實際案例對傳動軸支架隔振理論進行了驗證。

引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對汽車的功能需求逐年增多，對各方面性能要求也越來越高。噪聲是汽車駕駛時乘員比較容易感知、非常重要的整車性能指標之一，噪聲嚴重影響乘員舒適性，同時容易使駕駛員產(chǎn)生情緒波動、加速駕駛員疲勞，對汽車行駛安全性構成極大威脅，因此，優(yōu)化車內噪聲問題對車輛的市場表現(xiàn)至關重要。汽車傳動系統(tǒng)的噪聲是比較常見的問題，但由于系統(tǒng)內部件眾多，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，傳動系統(tǒng)噪聲問題調查通常難度比較大。文中通過對傳動軸支架隔振性能理論分析，并通過對典型案例分析，對傳動軸支架隔振理論進行了論述。

1 傳動軸支架隔振性能概述

1.1 四驅傳動系統(tǒng)結構布置情況

乘用車傳統(tǒng)四驅傳動系統(tǒng)結構如圖1所示，動力傳動系統(tǒng)通過動總懸置、傳動軸支架、后橋懸置3處位置與車體直接相連，這3處位置也是動總振動傳遞到車體內部最直接的路徑。傳動軸作為前后橋之間動力傳遞的橋梁，具有長度長、轉速高、與車身地板直接相連等特點，極易出現(xiàn)噪聲、振動與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness,NVH)問題，對動平衡、中間支架隔振性能有極高的要求。

圖1 乘用車傳統(tǒng)四驅傳動系統(tǒng)結構

1.2 傳動軸支架隔振理論

圖2為傳動軸受力簡圖。圖中ω為角速度，k為剛度，c為阻尼，α為轉角。

圖2 傳動軸受力簡圖

傳動軸支架垂直方向受力的微分方程為：

(1)

當c=0時，中間支架位置地板受到的垂向力F為：

(2)

式中：m為傳動軸支架支撐質量,kg;

k為支架垂向剛度，N/m;

c為中間支架阻尼;

s為中間支架位置垂向位移，m;

F1為傳動軸不平衡力;

F2為發(fā)動機激勵力;

F3為傳動軸萬向節(jié)速度波動激勵力;

F4為中間支撐質心垂向振動引起的激勵力;

λ為傳動軸激勵頻率與傳動軸支架固有頻率比。

傳動軸支架垂向力傳遞率TR為地板受的垂向力F最大值Fmax與傳動軸上的激勵力幅值F0max之比稱之為傳遞率，用它來直觀反映傳動軸支架隔振效果。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

由圖3可以看出，當時，TR<1，且λ越大，隔振效果越好。為達到好的隔振目的，中間支架的固有頻率f0越低越好，由于即通過減小支架隔振橡膠的剛度或者增大傳動軸支架支撐質量的方法可提升傳動軸支架的隔振效果。實際的支架隔振設計方案應在盡量小的剛度和可接受的質心靜位移之間進行優(yōu)化匹配設計。

2 傳動軸支架隔振典型案例分析

2.1 問題描述

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

2.2 原因調查

在調查過程中，松開傳動軸支架與車身連接螺栓，車內異常噪聲消失，確認車內振動噪聲是發(fā)動機振動通過中間支架傳遞進車身內部。對其進行了數(shù)據(jù)采集分析，結果如圖4和圖5所示。

圖4 -30 ℃環(huán)境下傳動軸支架隔振情況

圖5 常溫環(huán)境下傳動軸支架隔振情況

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

進一步對該傳動軸支架進行了不同環(huán)境溫度下的剛度測試對比，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。確定主要原因為支架隔振橡膠在低溫環(huán)境下硬度變硬，剛度增加，導致傳動軸支架固有頻率提高，頻率比λ變小，進而隔振變差。

圖6 不同環(huán)境溫度下傳動軸支架的剛度測試對比

2.3 對策方案

該問題主要原因為傳動軸支架隔振橡膠低溫硬化致使頻率比λ變小導致，因此改善方向為如何優(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整低溫生膠選擇及橡膠配方優(yōu)化來使橡膠的玻璃化轉變溫度降低，進而改善橡膠低溫變硬的問題，但該方案存在周期較長、各方面性能影響驗證項目多、改善效果不如預期等問題。比較快速的方法主要有兩種：

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

(2)在傳動軸支架與地板連接的兩個螺栓位置再額外各增加一個隔振墊，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軸支架在各溫度下的剛度變化對比。

表1 4種常用橡膠材料的傳動軸支架在各溫度下的剛度變化對比

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個方案進行了實車對比測試，結果如圖7所示。

圖7 4種方案車內噪聲對比

測試結果可以看出，3種新方案均對噪聲有明顯改善，尤其是天然橡膠方案，對噪聲最大改善為6～8 dB，車內主觀評價可接受。

3 結束語

乘員感受到的NVH問題是表現(xiàn)外露的，非常直觀的，但是導致這些問題的原因往往隱藏得比較深，涉及激勵源、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、最容易實施的方案。文中所列問題主要原因為低溫下傳動軸支架橡膠變硬導致，但該問題和低溫發(fā)動機冷啟動轉速高、振動大有很大關系，也和地板傳動軸安裝位置的剛度有很大關系，在這兩個方面也存在潛在改善方案，但這些改善方案實施難度比較大，優(yōu)化傳動軸隔振是最便捷、最經(jīng)濟的方案，結果表明也是效果比較好的一種方案。

作者：凌新新，蔣敏，龍家樂，彭軍軍

廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院

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