汽車換擋機構噪聲的研究

逯子榮，田青龍，張國萍

Lu Zirong，Tian Qinglong，Zhang Guoping

（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

汽車換擋機構噪聲的研究

逯子榮，田青龍，張國萍

Lu Zirong，Tian Qinglong，Zhang Guoping

（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

汽車換擋過程出現的噪聲會影響整車NVH性能，對出現的換擋噪聲進行信號采集，并結合換擋機構的結構特性進行診斷分析，然后制定診斷方案，最終確定影響車內換擋噪聲的主要因素是排擋器和拉索的布置方式。

換擋機構；NVH；測試

0 引 言

近年來，汽車工業的發展方向是舒適、節能、環保和安全，因此整車的NVH性能越來越受到各個主機廠的重視，成為汽車領域市場競爭的重要指標。而汽車換擋機構是實現（P-R-N-D擋位）換擋功能的主要機構，換擋產生的NVH問題直接影響著乘客的乘坐舒適性和行駛安全性。車輛行駛過程中，在P-R-N-D換擋時，在車內會聽到明顯的“咔咔”聲，影響整車舒適性，導致客戶抱怨。針對出現的換擋噪聲，分析換擋機構的結構特性，結合近年從事噪聲測試和分析工作的一些經驗，探討整車換擋噪聲的測試分析和故障診斷的方法，為提高整車NVH性能提供支持。

1 換擋機構結構特性分析

汽車換擋機構，是由一根推拉索作為傳動機構連接換擋手柄和變速器換擋搖臂。換擋時，駕駛員推拉換擋手柄帶動推拉索，在推拉索端子的約束下推拉變速器換擋搖臂對變速器內部機構進行換擋操作，而換擋機構上的擋位齒板和手柄槽限定了換擋機構的 P、R、N、D擋位位置[1]。換擋機構的主要零部件有：變速器內部執行機構、變速器殼體、拉索支架、換擋拉索和排擋器等，其具體結構如圖1所示。

圖1 換擋操縱機構示意圖

駕駛員推動換擋手柄時，聽到的換擋噪聲，主要是由換擋結構的機械運動產生，它對整車NVH性能有很大的影響。根據噪聲聲源通過傳遞路徑傳遞到接收者的思路進行分析[2]，換擋噪聲的聲源是變速器內部執行機構的運動和排擋器的運動，傳遞路徑是拉索、殼體和懸置等結構，接收是駕駛員聽到車內噪聲。換擋噪聲的產生機理如圖2所示。

圖2 車內換擋噪聲的產生機理

2 采集噪聲信號

換擋噪聲主要是由換擋機構機械運動產生，可視為一種瞬態信號[3]。測試過程中需將車輛放置在安靜的環境中（消聲室），且需要使車輛熄火，同時需要使車輛保持上電的狀態，這是為了在車輛熄火狀態下實現P-R-N-D的換擋功能，以排除外部環境噪聲和發動機噪聲的干擾。

采用LMS Test.lab設備進行信號采集，傳聲器布置在車內駕駛員右耳處，傳聲器的垂直坐標是座椅的表面與靠背表面的交線以上（0.70±0.05）m 處，水平橫坐標向右到座位中心面的距離為（0.2±0.02）m處，傳聲器方向指向車輛正常行駛的方向，位置如圖3所示。

圖3 傳聲器位置

測試過程中，車輛的天窗、車窗和車門應關嚴，并且風機、壓縮機、大燈等均不工作。駕駛員操作過程避免出現其他噪聲，同時噪聲測試結果必須高于背景噪聲15 dB（A）以上。采集帶寬設置為24 000 Hz，頻率分辨率為1 Hz。所有采集開始與結束時間應該分別提前和滯后換擋操作至少2 s。應測試3～5組數據（P-R-N-D-N-R-P擋位依次轉換1次為1組數據）以保證測試數據的可信程度。

3 噪聲信號數據處理

基于 LMS Test.lab 軟件中 Signature Data Post-processing模塊對采集到的噪聲信號進行后處理分析。對信號進行頻譜分析，將采集到的聲壓信號加A計權處理，同時加載漢寧窗，取其有效值作為輸出值[4]，得到噪聲信號的聲壓總級圖（overall）和瀑布圖（colormap），如圖4和圖5所示。

圖4 噪聲聲壓總級圖

圖5 噪聲聲壓瀑布圖

從圖 4中可以看出，在整個換擋過程中，聲壓級出現了 6個峰值，每出現一個峰值就代表擋位轉換了一次（P-R-N-D-N-R-P擋位依次轉換），其峰值大小是擋位轉換時刻的聲壓級大小。從圖5中可以看出每一個換擋噪聲信號的頻率成分，在3 000 Hz以下比較明顯，且帶寬較大。不同擋位之間的轉換，發出噪聲的聲壓級大小以及頻率成分也不一樣。

4 換擋噪聲的診斷分析

整車的換擋噪聲是一種瞬態信號。通常用換擋時刻聲壓級的峰值表示換擋噪聲的大小[5]。

針對駕駛員聽到的換擋噪聲，根據上面提到的測試方法進行噪聲信號的采集，結合換擋機構的結構特性分析結果以及實際工作中的經驗，制定換擋噪聲故障診斷分析方案，以便確定影響車內換擋噪聲的主要因素。制定的方案見表1。

依據制定的方案，對每一種方案進行測試分析，且在每一次測試前都需要對換擋噪聲進行主觀評價。針對不同的方案，每次測試方法和數據處理的方法需保持一致。

表1 噪聲故障診斷分析的方案

通過客觀數據的采集和處理，得到不同方案中駕駛員右耳聲壓級的數據見表2。

表2 駕駛員右耳聲壓級dB(A)

圖6 不同方案的駕駛員右耳噪聲聲壓級

依據測試得到的客觀數據和主觀評價結果對不同的方案進行分析。

方案1，客觀數據是整車原始狀態的數據，用于和其他方案的數據進行對比分析，主觀評價結果為換擋噪聲不可接受。

方案2，客觀數據顯示：此狀態的聲壓級明顯比原始狀態聲壓級小，且噪聲聲壓級大小將近50dB（A），不可忽視。掛擋時，駕駛員推動換擋手柄，變速器內部換擋機構已經不工作，只有排擋器本身在運動，且排擋器受力發生了變化，因此車內噪聲的主要聲源是排擋器結構運動。由此可知，對整車狀態下的車內換擋噪聲而言，排擋器引起的噪聲不可忽視。

方案3，客觀數據顯示：此狀態的聲壓級明顯比原始狀態聲壓級小，且噪聲聲壓級最大值不到38dB（A）。此狀態下，只有變速器內部執行機構在工作，車內噪聲主要是由變速器內部機構運動傳遞到車內。由此可知，變速器內部換擋執行機構運動對車內噪聲的影響較小。

方案4，客觀數據顯示：此狀態的聲壓級略小于原始狀態聲壓級，且主觀評價結果顯示車內噪聲基本無變化。因此可知殼體傳遞到拉索支架的振動對車內噪聲的影響較小。

方案5，客觀數據顯示：此狀態的聲壓級比原始狀態聲壓級小，且主觀評價結果顯示車內噪聲有很大改善，基本可接受。此方案中改變了拉索的布置方式（彎曲角度等因素），使得排擋器換擋力發生了變化，而換擋力的變化會影響換擋沖擊，從而影響換擋噪聲。因此換擋拉索的布置方式對車內換擋噪聲有較大的影響。

綜上可知：排擋器和換擋拉索的布置方式是影響車內換擋噪聲的主要因素。

5 結束語

文中主要針對換擋過程中出現的換擋噪聲進行診斷分析，論述了換擋機構的結構特性，使用LMS Test .lab數采設備對換擋噪聲進行信號采集，通過分析影響換擋噪聲的因素，制定噪聲診斷分析方案，最終確定影響換擋噪聲的主要因素，為解決整車換擋NVH問題提供有價值的信息。

[1]郭孔輝，周曉暉，王爽，等. 自動變速器換擋機構的建模和結構參數優化[J]. 汽車技術，2008（12）：1-3.

[2]趙強，謝峰，余天明. 汽車自動變速箱的發展現狀及其技術趨勢[J]. 機械，2010（12）：1-5.

[3]何琳. 聲學理論與工程應用[M]. 北京：科學出版社，2006.

[4]袁昌明. 噪聲與振動控制技術[M]. 北京：冶金工業出版社，2007.

[5]龐劍. 汽車噪聲與振動——理論與應用[M]. 北京：北京理工大學出版社，2006.

U463.212

：ADOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2017.01.008

1002-4581（2017）01-0028-03

2016? 08? 08