乘用車傳動系統NVH性能控制技術研究

鄒喆，袁超，劉華莉，魏晨哲

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乘用車傳動系統NVH性能控制技術研究

鄒喆1，袁超1，劉華莉1，魏晨哲2

（1.鄭州科技學院，河南 鄭州 450064；2.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000）

文章以乘用車傳動系統NVH性能為研究對象，分析了傳動系統相關NVH問題及現象，重點對變速器以及傳動軸NVH性能控制技術提出控制方案，最后對相關噪聲控制技術進行了展望。

傳動系統；NVH；噪聲

引言

汽車的NVH性能是指噪聲（Noise）、振動（Vibration）以及聲振粗糙度（Harshness）。汽車NVH控制技術主要研究如何解決或降低車輛運行中各總成或零部件的噪聲和振動問題。近年來。隨著綠色環保的新發展理念深入人心，汽車的舒適度及聲品質已經越來越受到人們的重視[1]。

乘用車傳動系統包括離合器、變速器、分動器、傳動軸、主減速器、差速器和驅動軸，是汽車的核心系統之一，其基本功用是將發動機的動力傳遞給驅動車輪，并實現動力傳遞的接合與中斷。

傳動系統噪聲類型主要有軸類噪聲、齒輪噪聲以及共振噪聲等。傳動系統噪聲不僅會降低乘坐舒適度，而且影響汽車傳動系統的可靠性，進而影響汽車的動力性、經濟性和耐久性[2]。持續提高傳動系統NVH性能已然成為了各大汽車企業新的技術突破點和重要的發展方向。

1 傳動系統NVH問題及現象

傳動系統中離合器、變速器、傳動軸、主減速器等均有可能發生NVH問題。整車表現為轟鳴聲或者車輛跑遍、側滑。其中變速器可能會出現嘯叫或者敲擊音，離合器和分動器以及主減速器多出現結合音或者敲擊音，傳動軸和驅動軸多出現抖動、共振、扭轉失衡等問題[3]。傳動系統相關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動機氣缸內工質的燃燒和膨脹做功，特別是車輛加速行駛時，動力傳輸的變化引起扭矩波動，整車產生轟鳴聲，噪聲傳播路徑與發音部位涉及多個方面，與車輛整體布置和隔吸聲材料性能有關[4-6]。其次，車輛輪胎的彎曲扭轉共振也會產生轟鳴聲。發動機引起車輛轟鳴聲的傳播路徑如圖2所示：

圖1 傳動系統NVH問題

圖2 轟鳴聲的傳播路徑

某四驅SUV加速2500rpm轟鳴聲colormap圖如圖3所示：

圖3 轟鳴聲圖譜

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，導致后主減振動量級偏大，后主減振動經車身引起整車振動及車內轟鳴。

1.2 齒輪傳動噪聲

齒輪內部動態激勵是齒輪產生傳動噪聲的根本原因。根據齒輪傳動原理，齒輪嚙合點垂線方向沒有速度差，而在切線方向存在滑動，輪齒間的摩擦力也在此位置改變方向，摩擦力形成為一個脈動周期激勵[7]。

齒輪嚙合錯位也可產生齒輪噪聲，嚙合錯位一般是由殼體、軸承、軸的變形及軸承游隙和裝配誤差等系統綜合因素產生，使齒輪在嚙合過程中嚙合齒面產生偏移，使得傳動不平穩。另外發動機激勵、傳動軸激勵、半軸激勵也可作為外部激勵使得齒輪產生傳動噪聲[8]。

1.3 軸系、軸承振動噪聲

軸系振動噪聲一般由動不平衡、彎曲變形或扭轉變形產生。軸承振動噪聲一般由齒輪沖擊、軸承運轉特性、裝配誤差以及故障磨損產生。

1.4 起步抖動

車輛從怠速狀態過渡到起步狀態時，發動機的輸出扭矩增加，在扭矩反力的作用下，動力總成的振幅加大，扭矩增加激起了動力總成的扭轉振動和傳動系統的扭轉振動，并通過發動機懸置系統向車身傳遞，進而導致駕駛室儀表盤、方向盤、座椅、副儀表板等零部件發生抖動。

2 傳動系統NVH性能控制

2.1 變速器NVH性能開發

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引起非承載齒輪嚙合沖擊產生。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，與齒數相關。當箱體和齒輪軸系被激勵共振后，嘯叫表現更為嚴峻。嘯叫在中高頻、較寬轉速范圍內都可能出現。

理想狀態下，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生變形，則兩個齒輪嚙合過程中接觸點走過的長度相等。

圖4 齒輪傳動示意

而實際情況由于制造、安裝誤差、以及嚙合齒面的剛度變化，導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際位移相對于理論位移的差值。嘯叫由于齒輪系統嚙合過程中齒輪對的傳遞誤差而產生。

變速器噪聲傳遞路徑如圖5所示：

圖5 變速器噪聲傳遞路徑

對變速器的嘯叫噪聲進行控制，可以采用以下措施：

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

（2）優化變速器結構和懸置、拉索等傳遞路徑。提高變速器結構件剛度或改善整車傳遞路徑振動，對振動路徑作隔振處理，隔斷能量傳遞。

（3）改善隔吸聲性能以優化響應。利用隔聲材料，阻斷聲源向車內的輻射。

（4）變速器齒輪參數的合理選擇。嚙合剛度合理設計、提高加工和裝配工藝。

（5）變速器潤滑油。潤滑油參數的合理選擇、科學控制注油量。

（6）變速器殼體。提高殼體剛度、提高與發動機連接剛度。

2.2 傳動軸NVH性能開發

（1）傳動軸動平衡

傳動軸動平衡是由傳動軸單品的動平衡、主減（主動小齒輪軸）的動平衡以及傳動軸連接部的安裝部的跳動造成的偏心、開角等構成的。動平衡造成的振動強制力與動平衡量呈比例，隨著車速變高，會急劇增加。

（2）傳動軸中間支承

傳動軸中間支承由軸承、隔振橡膠和支架這3個零件構成。其中隔振橡膠的特性需要根據必要條件考慮其結構。支架需要重點考慮位置調整結構、振動特性以及締結性。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軸總成的不平衡以及萬向節的附加彎矩所引起的傳動軸振動頻率相近時，會使中間支撐橡膠很快失效，同時將振動傳遞到車架和車身上，使乘坐舒適性變差，設計過程中要對中間支撐的固有頻率進行校核驗證，使其避開傳動軸的常用轉速范圍，以免共振。傳動軸中間支承結構示意如圖6所示：

圖6 傳動軸中間支承

傳動軸結構布置控制需滿足以下方案：

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

（2）根據傳動軸、主減總成的動平衡進行輕重點匹配找出系統殘余動平衡量，控制殘余動平衡量在5gcm內。

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

（4）傳動軸一階彎曲模態＞1.15×最高車速對應傳動軸轉動頻率，＞1.15×發動機3/4最高轉速對應的2階點火頻率。

（5）傳動軸中間支撐剛體模態需避開后主減剛體模態和發動機怠速2階頻率。

3 結語

傳動系統NVH性能直接影響著客戶的直觀感受以及車輛動力傳動效率。在后續的研究工作中，可以建立傳動系統扭振仿真模型和實驗臺架相結合進一步研究離合器、主減速器的噪聲解決方案。

[1] 付江華,周鵬.某乘用車動力總成懸置的NVH性能分析與優化[J].機械設計與制造,2018(06):226-228+232.

[2] 周新建,毛樂,鮑光珍.雙離合變速器NVH問題分析與研究[J].機械傳動,2018,42(02):137-141.

[3] 潘文軍,蔣政,陳富強,牟一今.傳動系統NVH和換檔性能的改善方案[J].裝備制造技術,2018(01):222-223.

[4] 潘曉東.純電動汽車高速齒輪傳動NVH性能優化研究[J].重慶理工大學學報(自然科學),2017,31(11):25-31.

[5] 冷川,李軍.汽車NVH性能研究綜述[J].汽車工業研究,2017(11): 51-55.

[6] 徐濤,申焱華,張文明,高玉.基于混合動力變速箱的礦用車傳動系統特性分析[J].華南理工大學學報(自然科學版),2017,45(05): 59-67.

[7] 郭偉. 乘用車變速器斜齒輪傳動系統拍擊振動特性研究[D].合肥工業大學,2017.

[8] 何智成,尹瑞林.基于傳遞路徑分析的動力傳動系統NVH性能匹配研究[J].汽車工程,2017,39(03):343-350.

Study on NVH Performance Control Technology of Passenger Vehicle Transmission System

Zou Zhe1, Yuan Chao1, Liu Huali1, Wei Chenzhe2

( 1.Zhengzhou University of Science & Technology, Henan Zhengzhou 450064; 2.Great Wall Motor co. LTD, Hebei Baoding 071000 )

In this paper, the NVH performance of passenger vehicle transmission system is taken as the research object,This paper has analyzed NVH problems and phenomena in transmission system,Focus on the transmission and transmission shaft NVH performance control technology solutions,Finally, the prospect of related noise control technology is also discussed.

Transmission System; NVH;Noise

U463.2

A

1671-7988(2018)20-115-03

鄒喆，碩士研究生，助教，主要從事汽車動力傳系統相關教學和科研工作。

鄒喆。

U462

B

1671-7988(2018)20-115-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.042