某車型傳動(dòng)系沖擊噪聲問(wèn)題分析

汪衛(wèi)剛，王長(zhǎng)軍，李真林

某車型傳動(dòng)系沖擊噪聲問(wèn)題分析

汪衛(wèi)剛，王長(zhǎng)軍，李真林

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710200）

隨著汽車電動(dòng)化的普及，市場(chǎng)對(duì)整車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（NVH）性能要求越來(lái)越高。另外因?yàn)殡姍C(jī)扭矩響應(yīng)相比發(fā)動(dòng)及更加迅速，傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊噪聲會(huì)更加明顯，極大地影響了整車的舒適性。文章針對(duì)某車型傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊噪聲，進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。基于臺(tái)架的NVH測(cè)試手段對(duì)油溫、齒輪油黏度及扭矩爬升斜率、扭矩峰值、齒側(cè)間隙等五個(gè)因素進(jìn)行了細(xì)致對(duì)比測(cè)試驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)測(cè)試信號(hào)的時(shí)域分析，確定了關(guān)鍵影響因素及零部件，為沖擊噪聲的解決方案提供了相關(guān)解決思路。

傳動(dòng)系沖擊噪聲；臺(tái)架NVH測(cè)試；時(shí)頻分析

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)整車舒適性的要求也越來(lái)越高。傳動(dòng)系統(tǒng)（包含減速器、驅(qū)動(dòng)橋、傳動(dòng)軸）作為汽車中的重要組成部分，主要起到降速增扭的作用，其常見(jiàn)的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise,Vibration, Harshness, NVH）問(wèn)題包含齒輪嘯叫聲及沖擊噪聲，對(duì)整車NVH性能影響至關(guān)重要[1-2]。對(duì)于傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的分析研究不僅需要考慮其在正常行駛中的表現(xiàn)，更要考慮在特殊工況下引起的NVH問(wèn)題。近幾年，趙忠偉等[3]通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)模型的建立，分析了變速箱產(chǎn)生敲擊的原因，并提出相關(guān)解決方案；嚴(yán)生輝[4]通過(guò)控制變量法，得出了扭矩斜率、非負(fù)扭矩對(duì)沖擊噪聲的影響。

傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊噪聲會(huì)在整車各工況下均會(huì)產(chǎn)生，影響因素較多。總體來(lái)說(shuō)，按照產(chǎn)生沖擊噪聲的工況可以初步分為起步踩油門瞬間和制動(dòng)瞬間工況、勻速行駛工況、松油門滑行工況、加速及制動(dòng)工況等四種。

對(duì)于后三種工況下出現(xiàn)的持續(xù)或者間歇性沖擊噪聲，主要影響因素包含電控策略、零部件損壞、傳動(dòng)軸角度等。本文主要針對(duì)第一種工況下產(chǎn)生的沖擊噪聲進(jìn)行分析與研究，對(duì)其他工況下產(chǎn)生的沖擊噪聲進(jìn)行簡(jiǎn)要的總結(jié)性概括說(shuō)明。

沖擊噪聲的振動(dòng)源主要來(lái)于驅(qū)動(dòng)橋、變速箱等傳力機(jī)構(gòu)。所以本文通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)部相關(guān)影響因素的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)傳動(dòng)系沖擊噪聲進(jìn)行了系統(tǒng)的分析驗(yàn)證。

1 測(cè)試概況

驅(qū)動(dòng)橋位于傳動(dòng)系統(tǒng)的末端，主要作用為承載和增大扭矩。對(duì)于齒輪傳動(dòng)來(lái)講，為了確保其正常的潤(rùn)滑及運(yùn)行，需要一定的齒側(cè)間隙存在，如圖1所示。

圖1 齒側(cè)間隙示意圖

車輛松油門反拖或制動(dòng)時(shí)，輪胎反拖發(fā)動(dòng)機(jī)，被動(dòng)錐齒輪反拖主動(dòng)錐齒輪，反齒面嚙合。當(dāng)踩油門瞬間，發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的扭矩導(dǎo)致主動(dòng)錐齒輪瞬間帶動(dòng)被動(dòng)錐齒輪，由于齒側(cè)間隙的存在，會(huì)出現(xiàn)沖擊噪聲。該能量與傳動(dòng)系統(tǒng)間隙、沖擊扭矩以及扭矩爬升斜率等關(guān)系較大，本文對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行了逐次驗(yàn)證。

本次試驗(yàn)樣品如表1所示，為相同型號(hào)產(chǎn)品，齒側(cè)間隙略有區(qū)別。

表1 車橋信息

橋型齒側(cè)間隙/mm 車橋A0.24 車橋B0.30

2 對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過(guò)模擬整車起步工況及制動(dòng)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工況下，沖擊能量的大小來(lái)對(duì)比傳動(dòng)系沖擊噪聲的重要影響因素。

對(duì)比項(xiàng)目有齒側(cè)間隙：分別對(duì)比0.24 mm及0.30 mm對(duì)沖擊能量的影響；齒輪油溫度：對(duì)比40 ℃及70 ℃的影響；齒輪油黏度：對(duì)比85W-90及85W-140型號(hào)的齒輪油；峰值扭矩爬升斜率：按照相同的峰值扭矩分別采用不同的爬升時(shí)間來(lái)對(duì)比沖擊能量大小。

2.2 試驗(yàn)條件

為保證數(shù)據(jù)真實(shí)有效，便于后期數(shù)據(jù)分析，兩根橋的傳感器放置位置相同。數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)在半消聲室內(nèi)，2 m內(nèi)無(wú)音波障礙物，無(wú)其它干擾異響。

主要測(cè)點(diǎn)位置：1）麥克風(fēng)位于車橋橋包中心正后方300 mm；2）振動(dòng)傳感器貼于車橋橋殼正上方平面處。

傳感器采用振動(dòng)加速度傳感器，測(cè)試穩(wěn)定性較好。因齒輪沖擊能量通過(guò)齒輪傳遞至軸承及減速器殼體，再通過(guò)橋殼傳遞至車架，因此測(cè)點(diǎn)位置放置在橋殼位置可以更精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)果。測(cè)試臺(tái)架如圖2所示。

圖2 測(cè)試臺(tái)架

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 不同齒側(cè)間隙的對(duì)比分析驗(yàn)證

為模擬整車松踩油門瞬間的驅(qū)動(dòng)橋主減速器沖擊噪聲，1）臺(tái)架設(shè)定初始狀態(tài)為反拖工況，輸入扭矩為-200 Nm，車速為10 km/h；2）2 s內(nèi)切換為正車驅(qū)動(dòng)工況，輸入扭矩為1 500 Nm。評(píng)價(jià)整橋振動(dòng)結(jié)果如圖3所示。

圖3 動(dòng)橋振動(dòng)時(shí)域圖

根據(jù)圖3測(cè)試數(shù)據(jù)可知，在油溫40 ℃下，車橋A的沖擊能量為1.36；車橋B的沖擊能量約2.10。

3.2 不同溫度下撞響聲對(duì)比

測(cè)試工況同小節(jié)1，對(duì)比油溫40 ℃及70 ℃時(shí)，車橋主減速器齒面切換時(shí)撞擊振動(dòng)能量，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 驅(qū)動(dòng)橋振動(dòng)時(shí)域圖

根據(jù)圖4測(cè)試數(shù)據(jù)可知，70 ℃油溫下沖擊能量（2.31）明顯大于40 ℃油溫下的沖擊能量（1.36）。

3.3 不同黏度齒輪油撞響聲對(duì)比

測(cè)試工況同小節(jié)1，對(duì)比不同黏度齒輪油撞響聲對(duì)比。齒輪油型號(hào)分別為85W-90、85W-140測(cè)試數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)橋振動(dòng)時(shí)域圖

車橋A加注的齒輪油為85W-90，更換85W- 140齒輪油后，沖擊能量明顯增加，由1.3增大至2.2。

結(jié)合圖5分析，齒輪油黏度及流動(dòng)性均會(huì)對(duì)沖擊噪音產(chǎn)生影響，因85W-140齒輪油黏度較高，理論來(lái)看，齒輪油黏度增大，會(huì)改善齒輪之間的沖擊能量，根據(jù)前期臺(tái)架驗(yàn)證情況來(lái)看，齒輪油黏度增大，齒輪的嚙合噪音會(huì)有輕微改善。

本次試驗(yàn)結(jié)果分析，沖擊噪音增大的原因?yàn)榱鲃?dòng)性差導(dǎo)致齒面之間無(wú)法形成穩(wěn)定的油膜，在部分沖擊工況下，能量反而明顯增大。

3.4 不同爬升斜率下油撞響聲對(duì)比

測(cè)試工況：1）保持車橋主減速器反齒面嚙合；2）對(duì)比不同斜率下的沖擊振動(dòng)。

圖6為相同的扭矩爬升時(shí)間，不同的峰值扭矩下，沖擊能量的對(duì)比幅值。

圖6 驅(qū)動(dòng)橋振動(dòng)時(shí)域圖

按照相同試驗(yàn)方法，分別由4 s及6 s爬升至500 Nm，測(cè)試峰值振動(dòng)加速度分別為2.3、2.2。

根據(jù)圖6測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比。可以確認(rèn)，1）扭矩越大，沖擊能量越明顯；2）扭矩爬升斜率越大，沖擊能量越明顯。

因此，對(duì)于純電動(dòng)車型來(lái)說(shuō)，因電機(jī)響應(yīng)很快，在踩油門瞬間1 s內(nèi)即可達(dá)到峰值扭矩，較容易出現(xiàn)此類沖擊噪聲。以上測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 整車制動(dòng)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)瞬間振動(dòng)加速度

變量振動(dòng)加速度 間隙/mm0.241.36g 0.302.10g 油溫/℃401.36g 702.31g 齒輪油黏度85W-901.3g 85W-1402.2g

表3 整車起步瞬間振動(dòng)加速度

測(cè)試工況振動(dòng)加速度 驅(qū)動(dòng)扭矩2 s爬升至500 Nm5g 驅(qū)動(dòng)扭矩2 s爬升至1 000 Nm8g 驅(qū)動(dòng)扭矩2 s爬升至1 500 Nm11g 驅(qū)動(dòng)扭矩4 s爬升至500 Nm2.3g 驅(qū)動(dòng)扭矩6 s爬升至500 Nm2.2g

綜合以上數(shù)據(jù)來(lái)看，以下幾個(gè)方案可以顯著改善傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊噪聲：1）優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙；2）對(duì)于純電動(dòng)車型，增加貼齒扭矩，即以小扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)齒面的快速切換，避免較大的沖擊能量；3）優(yōu)化整車隔振，改善振動(dòng)傳動(dòng)路徑；4）優(yōu)化扭矩爬升斜率；5）通過(guò)齒輪油添加劑等方式，改善齒輪油的運(yùn)動(dòng)黏度。

4 整車控制層面

除以上常見(jiàn)的影響因素外，整車控制層面的異常，同樣會(huì)導(dǎo)致車輛在起步過(guò)程中產(chǎn)生沖擊噪聲。

車輛在倒車行駛時(shí)，電機(jī)控制器響應(yīng)了整車控制器的請(qǐng)求發(fā)出了-29 r/min的負(fù)轉(zhuǎn)速，隨后轉(zhuǎn)速變?yōu)?2 r/min的正轉(zhuǎn)速，頻繁出現(xiàn)正負(fù)轉(zhuǎn)速，如圖7所示。

圖7 整車報(bào)文

當(dāng)?shù)退傩旭傑囕v轉(zhuǎn)速在正負(fù)波動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋主減速器錐齒輪嚙合齒面也會(huì)在頻繁切換，因齒側(cè)間隙的存在，會(huì)產(chǎn)生頻繁的敲擊，最終產(chǎn)生沖擊噪聲，影響整車舒適性。

5 整車總布置層面

隨著近幾年新能源車型的增多，短期內(nèi)仍然以電機(jī)+傳動(dòng)軸+驅(qū)動(dòng)橋的方式為主，即油改電車型，但因電機(jī)的反拖阻力與發(fā)動(dòng)機(jī)+變速箱的反拖阻力差異較大，因此在整車傳動(dòng)軸夾角過(guò)大的情況下，高速工況易產(chǎn)生明顯的敲擊噪聲。

此類問(wèn)題的分析解決，仍然建議以優(yōu)化整車布置為主，可以解決此類問(wèn)題。另外，可以通過(guò)增加反拖扭矩的方式改善此類問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊噪聲的設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)證。從設(shè)計(jì)方面，為了規(guī)避沖擊噪聲的出現(xiàn)，建議優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)的布置，減小傳動(dòng)軸夾角，確保扭矩及轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制，并適當(dāng)減小傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙，避免后期樣車階段出現(xiàn)此類問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)各工況下傳動(dòng)系沖擊噪聲進(jìn)行分析總結(jié)，提供了相關(guān)的改進(jìn)思路及方案。

[1] 吳光強(qiáng),欒文博.汽車傳動(dòng)系相關(guān)NVH問(wèn)題的動(dòng)力學(xué)研究論述[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2013,49(24):108-116.

[2] 譚祥軍.從這里學(xué)NVH[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2018.

[3] 趙忠偉,張曉明.DCT變速箱齒輪敲擊改進(jìn)及優(yōu)化[J].北京汽車,2021(4):24-29.

[4] 嚴(yán)生輝.某乘用車傳動(dòng)系Clunk噪聲分析與控制[D].重慶:重慶理工大學(xué),2022.

Analysis on Impact Noise of a Certain Vehicle Transmission System

WANG Weigang, WANG Zhangjun, LI Zhenlin

( Shaanxi Hande Axle Company Limited, Xi'an 710200, China )

With the popularization of vehicle electrification, the market demands more and more noise,vibration,harshness(NVH) performance. In addition, because the motor torque response is faster than the start and start, the impact noise of the transmission system will be more obvious, which greatly affects the comfort of the vehicle. This paper focuses on the impact noise of the transmission system of a certain model, conducts a systematic analysis and research on the impact noise of the transmission system of a certain vehicle model. The NVH test method based on the bench has carried out detailed comparative test verification on four factors, including oil temperature, gear oil viscosity, torque climbing slope and torque peak value. Through time-domain analysis of the test signal, key influencing factors and components are identified, providing relevant solutions for the solution of impact noise.

Transmission system impact noise; Bench NVH testing; Time-frequency analysis

U462

A

1671-7988(2023)18-106-05

汪衛(wèi)剛（1983－），男，工程師，研究方向?yàn)檐嚇蚩偝裳b配工藝技術(shù)、車橋總成典型故障分析處理、車橋產(chǎn)品性能分析優(yōu)化等，E-mail:15009291234@139.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.021