摘 要：文章以乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能為研究對(duì)象，分析了傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)NVH問題及現(xiàn)象，重點(diǎn)對(duì)變速器以及傳動(dòng)軸NVH性能控制技術(shù)提出控制方案，最后對(duì)相關(guān)噪聲控制技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)系統(tǒng)；NVH；噪聲

引言

汽車的NVH性能是指噪聲（Noise）、振動(dòng)（Vibration）以及聲振粗糙度（Harshness）。汽車NVH控制技術(shù)主要研究如何解決或降低車輛運(yùn)行中各總成或零部件的噪聲和振動(dòng)問題。近年來。隨著綠色環(huán)保的新發(fā)展理念深入人心，汽車的舒適度及聲品質(zhì)已經(jīng)越來越受到人們的重視。乘用車傳動(dòng)系統(tǒng)包括離合器、變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器和驅(qū)動(dòng)軸，是汽車的核心系統(tǒng)之一，其基本功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)車輪，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的接合與中斷。

傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲類型主要有軸類噪聲、齒輪噪聲以及共振噪聲等。傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲不僅會(huì)降低乘坐舒適度，而且影響汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而影響汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性。持續(xù)提高傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能已然成為了各大汽車企業(yè)新的技術(shù)突破點(diǎn)和重要的發(fā)展方向。

1、傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題及現(xiàn)象

傳動(dòng)系統(tǒng)中離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器等均有可能發(fā)生NVH問題。整車表現(xiàn)為轟鳴聲或者車輛跑遍、側(cè)滑。其中變速器可能會(huì)出現(xiàn)嘯叫或者敲擊音，離合器和分動(dòng)器以及主減速器多出現(xiàn)結(jié)合音或者敲擊音，傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸多出現(xiàn)抖動(dòng)、共振、扭轉(zhuǎn)失衡等問題。傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)NVH問題如圖1所示。



1.1 轟鳴

車輛轟鳴聲主要激振力來自發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)工質(zhì)的燃燒和膨脹做功，特別是車輛加速行駛時(shí)，動(dòng)力傳輸?shù)淖兓鹋ぞ夭▌?dòng)，整車產(chǎn)生轟鳴聲，噪聲傳播路徑與發(fā)音部位涉及多個(gè)方面，與車輛整體布置和隔吸聲材料性能有關(guān)。其次，車輛輪胎的彎曲扭轉(zhuǎn)共振也會(huì)產(chǎn)生轟鳴聲。發(fā)動(dòng)機(jī)引起車輛轟鳴聲的傳播路徑如圖2所示：

某四驅(qū)SUV 加速2500rpm轟鳴聲colormap 圖如圖3 所示：



如圖2 所示：全油門加速過程中2000rpm-2500rpm 扭矩管理器向后橋輸出的扭矩存在峰值，導(dǎo)致后主減振動(dòng)量級(jí)偏大，后主減振動(dòng)經(jīng)車身引起整車振動(dòng)及車內(nèi)轟鳴。

1.2 齒輪傳動(dòng)噪聲

齒輪內(nèi)部動(dòng)態(tài)激勵(lì)是齒輪產(chǎn)生傳動(dòng)噪聲的根本原因。根據(jù)齒輪傳動(dòng)原理，齒輪嚙合點(diǎn)垂線方向沒有速度差，而在切線方向存在滑動(dòng)，輪齒間的摩擦力也在此位置改變方向，摩擦力形成為一個(gè)脈動(dòng)周期激勵(lì)。

齒輪嚙合錯(cuò)位也可產(chǎn)生齒輪噪聲，嚙合錯(cuò)位一般是由殼體、軸承、軸的變形及軸承游隙和裝配誤差等系統(tǒng)綜合因素產(chǎn)生，使齒輪在嚙合過程中嚙合齒面產(chǎn)生偏移，使得傳動(dòng)不平穩(wěn)。另外發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、傳動(dòng)軸激勵(lì)、半軸激勵(lì)也可作為外部激勵(lì)使得齒輪產(chǎn)生傳動(dòng)噪聲。

1.3 軸系、軸承振動(dòng)噪聲

軸系振動(dòng)噪聲一般由動(dòng)不平衡、彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生。軸承振動(dòng)噪聲一般由齒輪沖擊、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)特性、裝配誤差以及故障磨損產(chǎn)生。

1.4 起步抖動(dòng)

車輛從怠速狀態(tài)過渡到起步狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩增加，在扭矩反力的作用下，動(dòng)力總成的振幅加大，扭矩增加激起了動(dòng)力總成的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)向車身傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致駕駛室儀表盤、方向盤、座椅、副儀表板等零部件發(fā)生抖動(dòng)。

2、傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能控制

2.1 變速器NVH 性能開發(fā)

變速器噪聲多為敲齒和嘯叫。其中敲齒由變速器輸入端扭矩波動(dòng)引起非承載齒輪嚙合沖擊產(chǎn)生。嘯叫聲是變速器NVH問題中最常見的。嘯叫聲有明顯的階次特征，與齒數(shù)相關(guān)。當(dāng)箱體和齒輪軸系被激勵(lì)共振后，嘯叫表現(xiàn)更為嚴(yán)峻。

嘯叫在中高頻、較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都可能出現(xiàn)。理想狀態(tài)下，齒輪無制造誤差，齒輪安裝無任何間隙，兩齒輪剛度無限大不產(chǎn)生變形，則兩個(gè)齒輪嚙合過程中接觸點(diǎn)走過的長度相等。

而實(shí)際情況由于制造、安裝誤差、以及嚙合齒面的剛度變化，導(dǎo)致上述公式兩端不等，即存在傳遞誤差。傳遞誤差即是指齒輪嚙合實(shí)際位移相對(duì)于理論位移的差值。嘯叫由于齒輪系統(tǒng)嚙合過程中齒輪對(duì)的傳遞誤差而產(chǎn)生。變速器噪聲傳遞路徑如圖5 所示：


對(duì)變速器的嘯叫噪聲進(jìn)行控制，可以采用以下措施：

（1）降低變速器齒輪嚙合激勵(lì)。如通過優(yōu)化軸系布置，使齒輪嚙合力盡量小且波動(dòng)幅值小。

（2）優(yōu)化變速器結(jié)構(gòu)和懸置、拉索等傳遞路徑。提高變速器結(jié)構(gòu)件剛度或改善整車傳遞路徑振動(dòng)，對(duì)振動(dòng)路徑作隔振處理，隔斷能量傳遞。

（3）改善隔吸聲性能以優(yōu)化響應(yīng)。利用隔聲材料，阻斷聲源向車內(nèi)的輻射。

（4）變速器齒輪參數(shù)的合理選擇。嚙合剛度合理設(shè)計(jì)、提高加工和裝配工藝。

（5）變速器潤滑油。潤滑油參數(shù)的合理選擇、科學(xué)控制注油量。

（6）變速器殼體。提高殼體剛度、提高與發(fā)動(dòng)機(jī)連接剛度。

2.2 傳動(dòng)軸NVH 性能開發(fā)

（1）傳動(dòng)軸動(dòng)平衡

傳動(dòng)軸動(dòng)平衡是由傳動(dòng)軸單品的動(dòng)平衡、主減（主動(dòng)小齒輪軸）的動(dòng)平衡以及傳動(dòng)軸連接部的安裝部的跳動(dòng)造成的偏心、開角等構(gòu)成的。動(dòng)平衡造成的振動(dòng)強(qiáng)制力與動(dòng)平衡量呈比例，隨著車速變高，會(huì)急劇增加。

（2）傳動(dòng)軸中間支承

傳動(dòng)軸中間支承由軸承、隔振橡膠和支架這3 個(gè)零件構(gòu)成。其中隔振橡膠的特性需要根據(jù)必要條件考慮其結(jié)構(gòu)。支架需要重點(diǎn)考慮位置調(diào)整結(jié)構(gòu)、振動(dòng)特性以及締結(jié)性。中間支承要求安裝部位的車身需要有足夠的剛度。

中間支撐固有頻率與傳動(dòng)軸總成的不平衡以及萬向節(jié)的附加彎矩所引起的傳動(dòng)軸振動(dòng)頻率相近時(shí)，會(huì)使中間支撐橡膠很快失效，同時(shí)將振動(dòng)傳遞到車架和車身上，使乘坐舒適性變差，設(shè)計(jì)過程中要對(duì)中間支撐的固有頻率進(jìn)行校核驗(yàn)證，使其避開傳動(dòng)軸的常用轉(zhuǎn)速范圍，以免共振。傳動(dòng)軸中間支承結(jié)構(gòu)示意如圖6 所示：



傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)布置控制需滿足以下方案：

（1）控制中間傳動(dòng)軸不平衡量能有效降低一階振動(dòng)，傳動(dòng)軸不平衡量控制在12gcm以下。

（2）根據(jù)傳動(dòng)軸、主減總成的動(dòng)平衡進(jìn)行輕重點(diǎn)匹配找出系統(tǒng)殘余動(dòng)平衡量，控制殘余動(dòng)平衡量在5gcm內(nèi)。

（3）傳動(dòng)軸總成空載、半載、滿載狀態(tài)下滿足當(dāng)量夾角均＜3°，且當(dāng)量夾角盡量小。

（4）傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)＞1.15×最高車速對(duì)應(yīng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，＞1.15×發(fā)動(dòng)機(jī)3/4 最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的2 階點(diǎn)火頻率。

（5）傳動(dòng)軸中間支撐剛體模態(tài)需避開后主減剛體模態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速2 階頻率。

3、結(jié)語

傳動(dòng)系統(tǒng)NVH 性能直接影響著客戶的直觀感受以及車輛動(dòng)力傳動(dòng)效率。在后續(xù)的研究工作中，可以建立傳動(dòng)系統(tǒng)扭振仿真模型和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架相結(jié)合進(jìn)一步研究離合器、主減速器的噪聲解決方案。
來源：期刊—汽車實(shí)用技術(shù)
作者：鄒喆1，袁超1，劉華莉1，魏晨哲2
（1.鄭州科技學(xué)院；2.長城汽車股份有限公司）