高速滑行工況車內轟鳴聲研究

寇仁杰　朱凌云　盧金星

摘 要：轟鳴聲是后驅車傳動系統典型的NVH問題之一，它是發動機階次激勵產生的。當階次激勵與傳動系、車身或空腔模態耦合時，就會在車內明顯感知到。某MPV在高速滑行時車內存在嚴重轟鳴聲，通過振動噪聲和模態測試分析，發現傳動系固有頻率與問題頻段重合，在發動機6階和后橋主減齒輪階次激勵下，發生共振。通過力聲傳函測試，確定主要傳遞路徑。從源和路徑上提出優化方案，方案驗證有效。關鍵詞：轟鳴噪聲;共振;力聲傳函;噪聲消減中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）11-45-04

Abstract：?Booming noise is one of the typical driveline NVH problems in rear-drive cars， It is caused by the order excitation of engine. When the order excitation is coupled with the driveline， body or acoustic modal， it is obviously perceived in the car. There is a serious booming noise in a MPV at high speed coasting condition， it is found that the natural frequency of the driveline system is consistent with the problem frequency band based on vibration， noise and modal analysis， the resonance occurred by the orders excitation of the engine and the rear axle gears. The main transfer path is determined based on VTF test. The optimization proposals from source and path are verified， and effective results are obtained.Keywords： Booming noise; Resonance; VTF; Noise reductionCLC NO.：?U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）11-45-04

前言

前置后驅汽車傳動系主要由液力變矩器或飛輪+離合器、變速器、傳動軸、后橋、車輪等部件組成。負責將發動機動力傳遞到驅動車輪上，是汽車的核心系統之一。由于整個傳動鏈上激勵源多，傳遞路徑復雜，出現問題解決困難，受業內廣泛關注。傳動系NVH問題與其他系統NVH問題相比，具有以下難點：

（1）汽車傳動系的子系統和零部件眾多;

（2）汽車傳動系布置形式各異，各部件結構、材料各異;

（3）汽車傳動系中存在大量非線性因素（如離合器扭轉減振器非線性，扭轉剛度和干摩擦阻尼?的遲滯現象、齒輪動態嚙合剛度、齒輪和花鍵的間隙、輪胎的非線性剛度等）[1]。

傳動系NVH包括聳振、顫振、轟鳴、撞擊、敲擊、嘯叫等典型問題，頻率覆蓋幾赫茲到幾千赫茲。相較于前置前驅車型，前置后驅車型由于傳動軸和后橋的存在，使得轟鳴聲成為后驅車傳動系統的最常見的問題之一。國內外學者對傳動系統NVH進行了大量研究。A ldo Sorniotti[2]?研究了動力傳動系統各主要參數對車內振動噪聲的影響;吳昱東[3]等研究了半軸扭轉剛度對轟鳴的影響;王媛文[4]等運用傳遞路徑分析和模態實驗方法分析了車內轟鳴聲的激振源、傳遞路徑和峰值產生的機理。

本文主要從激勵源和傳遞路徑兩方面研究車內轟鳴音的產生和傳遞，提出并驗證了兩個優化方案。

1?問題描述

某MPV高速行駛松油門滑行90km/h～70km/h過程中有“咕咕”異響，空擋滑行和加速工況無此問題?；胤欧治觯瑖乐爻潭龋汉笈?中排>前排，與主觀感覺一致。圖1為車內后排噪聲Colormap圖。分別濾掉2階和6階，總體聲壓級大大降低，但粗糙感仍在，2階、6階不是粗糙感主要因素，但屏蔽后響度降低主觀感覺有好轉。200-300Hz、400-500Hz及相近共振帶是異響聲音主要頻帶，初步判斷車內異響為上述頻率共振帶或是共振帶中階次聲調制引起。

2?激勵源排查

NVH問題的研究通常從源、路徑、響應三個方面開展。傳動系的激勵源包括發動機、變速器、后橋、車輪等。根據振動測點數據，發現整個傳動系從變速箱到后橋均能發現與車內問題頻段吻合的共振帶（圖2），結合該噪聲僅出現在帶擋滑行工況（發動機反拖制動），空擋滑行（離合器脫開）和加速無問題，基本上可以判定是整個傳動系統耦合共振問題。

為進一步確定異響激勵源，進行傳動系模態測試分析。測試結果顯示，傳動系統2階橫向彎曲模態為205Hz（圖3），傳動軸3階彎曲模態為435Hz（圖4）。

綜上，車內出現問題轉速段發動機6階和后橋主減齒輪階次（10.62）工作頻段與傳動系固有頻率重合，激起整個傳動系共振。

3?傳遞路徑排查

低頻段噪聲主要通過結構路徑傳遞，本文僅分析結構路徑。測試傳動系統與車身鏈接點處至車內駕駛員位置處的力聲傳遞函數。車內噪聲采用雙耳測試，噪聲響應點為駕駛員位置，動力總成懸置、傳動軸支撐、后擺臂等關鍵接附點的振動響應采用加速度傳感器測試，并用力錘在加速度傳感器附近進行激勵。力聲傳遞函數由人工頭測試噪聲頻譜與加速度頻譜相除獲得。

主要進行了發動機懸置、變速器懸置、傳動軸支撐以及擺臂等關鍵位置的傳函測試，主要測點及坐標定義見圖5。測試結果總結如下：

（1）發動機右懸置至車內人工頭的傳遞路徑對車內160Hz、190Hz、500Hz、580Hz等頻率成分的噪聲有較大的貢獻量;

（2）變速箱后懸置至車內人工頭的傳遞路徑對車內183Hz、366Hz、510Hz等頻率成分的噪聲有較大的貢獻量;

（3）傳動軸支撐點至車內人工頭的傳遞路徑對車內210Hz、260Hz等頻率成分的噪聲有較大的貢獻量;

（4）后擺臂至車內人工頭的傳遞路徑對車內220Hz、380Hz、500Hz 660Hz等頻率成分的噪聲有較大的貢獻量。

根據試驗結果，傳動軸支撐、后擺臂至車內力聲傳函在問題頻段存在明顯峰值，判定為主要傳遞路徑，其力聲傳函見圖6、圖7。

4?優化方案驗證

NVH問題的優化可以從降低激勵源和隔絕傳遞路徑兩個方面進行。針對本文案例，從根源上解決該問題應該調整傳動系模態，使其避開發動機常用轉速段對應頻段，消除共振。但問題車型已處于量產階段，從傳動系結構匹配上優化已不允許，綜合考慮各種可實施優化方案的周期、效果等方面，決定驗證以下兩個方案：1）優化后橋主減齒輪修形，降低400-500Hz附近齒輪嚙合激勵;2）優化后擺臂傳遞路徑。

4.1?后橋主減齒優化驗證

400-500Hz附近共振帶與后橋主減齒輪階次重合，從問題車測試數據看，主減齒輪階次較突出，齒輪存在嚙合激勵大問題。通過嚙合斑點試驗發現齒輪確實存在嚙合偏載，對齒面偏載情況通過微觀修形矯正，降低齒輪嚙合激勵。

經過實車驗證，優化修形后的齒輪階次特征消失，對應的400-500Hz附近共振帶也基本消失（圖8），主觀評價車內噪聲有改善。但200-300Hz附近共振帶仍較明顯，車內噪聲仍不可接受。

4.2?后擺臂傳遞路徑優化驗證

為驗證后擺臂傳遞路徑振動對異響貢獻量，對后擺臂進行配重（圖9，左右各配重約50kg），配重后擺臂Z向振動及車內噪聲共振帶均降低。

通過后擺臂配重，確定抑制該路徑傳遞有一定貢獻，但不能徹底消除。最終量產優化方案采用低剛度拖曳臂襯套，將原擺臂襯套剛度降低21%，實車驗證效果見圖10，200-300Hz附近共振帶明顯減弱，取得一定改善。

4.3?綜合效果

后橋主減齒和后擺臂優化方案同時實施，實車驗證效果見圖11，200-300Hz共振帶明顯減弱，優化后發動機6階次線基本消失。400-500Hz附近后橋主減階次特征減弱，對應車內共振帶基本消失。主觀評價車內問題噪聲明顯降低，基本不會引起客戶抱怨，屬可接受范圍。

5?結論

傳動系共振往往是多系統耦合問題，需要進行系統層面的測試分析，本研究案例中，整個傳動系統2階橫向彎曲模態和傳動軸3階彎曲模態被激起導致車內噪聲。

VTF測試分析能較好的識別出結構聲的主要傳遞路徑，對傳遞路徑優化起到指導作用。后擺臂優化有效阻隔了主要問題頻段的傳遞，車內共振帶明顯減輕，頻帶內發動機6階大幅降低，發動機階次激勵不是主要問題。

后橋主減齒優化微觀修形后，齒輪階次激勵頻段共振帶消失，齒輪嚙合激勵大是主要問題。

傳動系NVH問題激勵源多，傳遞路徑復雜，通常需要多方面優化方能達到優化目標，降低后擺臂剛度和主減齒輪修形優化同時實施，消減問題噪聲效果較好，主觀評價達到可接受水平。單獨實施其中一個方案不可接受。

參考文獻

[1] 吳光強，欒文博.汽車傳動系相關NVH問題的動力學研究論述[J].機械工程學報，2013，49（24）：108-116.

[2] Aldo Sorniotti.Driveline Modeling Experimental validation and evalu -ation of the influence of the different parameters on the overall system dynamics[J]. SAE2008-01-0632.

[3] 吳昱東，李人憲，丁渭平，等.基于半軸扭轉剛度調校的新型微客轟鳴聲治理[J].噪聲與振動控制，2016，36（1）： 70-78.

[4] 王媛文，董大偉，魯志文，等.傳動系扭振引起的車內轟鳴聲實驗[J]. 振動、測試與診斷， 2016， 36（1）： 160-168.

[5] 龐劍，諶鋼，何華.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.