雙輸出軸式手動(dòng)變速器敲擊噪聲的優(yōu)化研究

王海洋李洪亮殷金祥

雙輸出軸式手動(dòng)變速器敲擊噪聲的優(yōu)化研究

王海洋1李洪亮1殷金祥2

（1中國(guó)汽車技術(shù)研究中心；2江淮汽車股份有限公司）

基于某雙輸出軸式手動(dòng)變速器的敲擊噪聲實(shí)例，闡述了敲擊噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，應(yīng)用試驗(yàn)手段查找變速器敲擊噪聲產(chǎn)生的原因，并分別驗(yàn)證傳動(dòng)軸剛度、離合器阻尼和雙質(zhì)量飛輪對(duì)敲擊噪聲的影響。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，變速器敲擊噪聲的主要產(chǎn)生原因是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)傳遞到變速器輸入軸的數(shù)值較大，而采用雙質(zhì)量飛輪能夠消除變速器敲擊噪聲。

1 前言

近年來，許多工程師對(duì)變速器敲擊問題進(jìn)行了研究。鄭立朋等人[1]分析了雙輸出軸式六速手動(dòng)變速器匹配過程中噪聲問題產(chǎn)生的原因和類型，提出了對(duì)變速器、離合器進(jìn)行優(yōu)化且同時(shí)采用雙質(zhì)量飛輪的噪聲解決方案。陳洪方[2]從變速器敲擊聲的產(chǎn)生機(jī)理和傳遞路徑出發(fā)，采用試驗(yàn)手段分析發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)、離合器減振、齒輪間隙和整車隔聲性能等方面的影響。項(xiàng)輝等人[3]分析了離合器對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題的影響，針對(duì)開發(fā)后期遇到的變速器敲擊噪聲問題，提出增大離合器阻尼的方案并取得較好的整改效果。

針對(duì)一款匹配渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和雙輸出軸式6速手動(dòng)變速器的車型開發(fā)過程中出現(xiàn)車輛在怠速及急加速工況下“咔嗒”聲的敲擊噪聲問題，本文利用試驗(yàn)手段進(jìn)行了噪聲源的查找和改進(jìn)驗(yàn)證工作。

2 敲擊噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

變速器敲擊噪聲是發(fā)生在嚙合非承載齒輪副和換擋組件（如同步器、滑套、空套齒輪等）上的一種在扭轉(zhuǎn)方向上的沖擊現(xiàn)象。這些非承載齒輪由于在旋轉(zhuǎn)方向上沒有任何約束，可能在某些特定條件下相互碰撞并產(chǎn)生敲擊噪聲。

變速器敲擊噪聲產(chǎn)生的主要原因是車輛動(dòng)力傳遞系統(tǒng)存在較明顯的扭矩波動(dòng),從而使轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯。由于發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒氣體的壓力和活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的周期性慣性力，使扭矩呈脈動(dòng)周期變化，經(jīng)過離合器傳遞到變速器嚙合齒輪。由于齒輪嚙合存在間隙，而且非承載齒輪副從動(dòng)輪處于隨動(dòng)狀態(tài)，將引起齒輪敲擊，如圖1所示。一般情況下，傳統(tǒng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)1階扭轉(zhuǎn)模態(tài)固有頻率在40～80 Hz之間，對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言，相應(yīng)2階頻率所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速即為1 200～2 400 r/min。當(dāng)車輛在該轉(zhuǎn)速段運(yùn)行時(shí)，容易激發(fā)整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而產(chǎn)生變速器敲擊噪聲，且在高擋位大負(fù)荷低轉(zhuǎn)速加速工況以及空擋離合器接觸工況下，在車內(nèi)能更明顯地感受到這種變速器敲擊噪聲。

3 變速器敲擊噪聲原因分析

為尋找某雙輸出軸式變速器出現(xiàn)敲擊噪聲的原因，在整車半消聲室環(huán)境中進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)述

a.整車半消聲室，載止頻率63 Hz，背景噪聲低于20 dB（A）；

b.低噪聲四輪驅(qū)動(dòng)底盤測(cè)功機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑1 905 mm，額定功率600 kW；

c.LMS128通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，兩路轉(zhuǎn)速輸入通道，四通道信號(hào)發(fā)生器；

d.麥克風(fēng)，用于敲擊噪聲監(jiān)控和空氣噪聲傳遞路徑測(cè)試；

e.三向振動(dòng)傳感器，用于結(jié)構(gòu)噪聲傳遞路徑測(cè)試；

f.磁電傳感器，用于飛輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)和齒輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)測(cè)試；

g.轉(zhuǎn)速儀。

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

分析各擋情況下車內(nèi)駕駛員外耳處的噪聲如圖2所示。

從圖2可以看出，3擋～6擋在1 000～2 000 r/min之間出現(xiàn)敲擊噪聲，即2 000～8 000 Hz的寬頻帶噪聲。1擋和2擋的敲擊噪聲不是很明顯。同一時(shí)刻，變速器上表面的測(cè)點(diǎn)也在相同轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)到寬頻帶的敲擊噪聲，如圖3所示。

由于敲擊噪聲是非承載齒輪副的齒輪撞擊產(chǎn)生，若該變速器的噪聲是由某一齒輪副的敲擊產(chǎn)生，在某個(gè)特定擋位測(cè)試時(shí)，變速器的敲擊噪聲應(yīng)明顯降低?；谶@一原理分析，該變速器3擋～6擋的齒輪副并不是敲擊噪聲產(chǎn)生的主要原因。因此，先從傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)波動(dòng)著手進(jìn)行測(cè)試分析。

從發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端和變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速波動(dòng)對(duì)比來看，變速器輸入軸的扭矩波動(dòng)在各個(gè)擋位均存在放大現(xiàn)象，如圖4所示。從圖4上可以看出，該變速器輸入軸扭矩波動(dòng)峰值出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率相同。綜上所述，搭載該變速器的車輛在全油門加速過程中扭矩波動(dòng)激發(fā)整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)，使該變速器產(chǎn)生了敲擊噪聲。

4 變速器敲擊噪聲整改方案驗(yàn)證

4.1 提高傳動(dòng)半軸的扭轉(zhuǎn)剛度

更換直徑增大的傳動(dòng)半軸，使傳動(dòng)半軸的扭轉(zhuǎn)剛度提高，從而提高傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率。從圖5和圖6的變速器輸入軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)看，其變化較小，在1 600 r/min附近仍存在嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問題，因此變速器的敲擊噪聲降低較小，說明傳動(dòng)半軸的扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)該敲擊問題的影響較小。

4.2 增大離合器阻尼

更換大阻尼的離合器從動(dòng)盤后，從圖7和圖8的變速器輸入軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)來看，其3擋輸入軸角加速度幅值降低37%，4擋輸入軸角加速度幅值降低42%，變速器敲擊噪聲頻段（2 000～8 000 Hz）降低4 dB（A），說明離合器阻尼對(duì)該敲擊問題的影響較大。

4.3 更換雙質(zhì)量飛輪

采用雙質(zhì)量飛輪后，變速器各工況敲擊噪聲改善明顯，主觀評(píng)價(jià)等級(jí)在6級(jí)以上，噪聲水平滿足整車需求，如圖9所示。

5 結(jié)束語

a.相對(duì)于單輸出軸式變速器，雙輸出軸式變速器傳動(dòng)系統(tǒng)的靈敏性更大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過來的扭矩波動(dòng)更敏感。

b.相對(duì)于自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)更大。在進(jìn)行此類發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配時(shí)，應(yīng)提高離合器對(duì)角加速度衰減能力的要求，或考慮采用雙質(zhì)量飛輪形式，以防止開發(fā)后期出現(xiàn)變速器敲擊現(xiàn)象。

c.解決變速器的敲擊噪聲問題是一個(gè)系統(tǒng)性問題，在開發(fā)前期時(shí)主要關(guān)注變速器的輸入軸角加速度波動(dòng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就需要盡量降低該數(shù)值，預(yù)防后期出現(xiàn)敲擊噪聲。在開發(fā)后期則需要從敲擊噪聲的傳遞路徑上來考慮降噪方式，如換擋拉索、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置、整車聲學(xué)性能等方面。

1 鄭立朋，靳少輝，陳曉峰，王一博.雙輸出軸式手動(dòng)變速器匹配噪聲問題分析與解決.汽車技術(shù),2013（5）：58～60.

2 陳洪方.某車型變速器Rattle噪聲問題改善研究.汽車實(shí)用技術(shù)，2014，7：32～35.

3 項(xiàng)輝，黃新明.大阻尼離合器對(duì)整車NVH的幫助.現(xiàn)代機(jī)械，2013，6：56～58.

4 龐劍，諶剛，何華等.汽車噪聲與振動(dòng)理論與應(yīng)用.北京:北京理工大學(xué)出版社.

5 張軍鋒.手動(dòng)變速器齒輪敲擊噪聲的實(shí)驗(yàn)分析：[學(xué)位論文].上海：上海交通大學(xué)，2012.

6 蔡龍生.基于角域重采樣和包絡(luò)解調(diào)的手動(dòng)變速器齒輪敲擊實(shí)驗(yàn)研究:[學(xué)位論文].上海：上海交通大學(xué)，2013.

（責(zé)任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年3月1日。

從圖9中可以得知，在整車通過沖擊路面工況下半主動(dòng)懸置采用ON模式相對(duì)OFF模式而言，車內(nèi)振動(dòng)明顯降低，即半主動(dòng)懸置采用ON模式能有效改善整車通過沖擊路面時(shí)的車內(nèi)振動(dòng)。

5 結(jié)束語

本文開發(fā)的半主動(dòng)液壓懸置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，在低頻大振幅時(shí)能產(chǎn)生較大的阻尼，有良好的減振性能；在高頻小振幅時(shí)能產(chǎn)生較低的動(dòng)剛度，有較好的隔振效果。通過合理匹配其在不同工況下的工作模式，能在更寬頻帶內(nèi)主動(dòng)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲向車內(nèi)的傳遞，限制動(dòng)力總成的位移，更好的改善整車的NVH性能和乘坐舒適性。研究結(jié)果對(duì)半主動(dòng)懸置的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

1 Eric F.Little.The Design and Application of Intelligent Helmholtz Resonators forVibration Control Devices.Michi?gan USA:Bell&Howell Information and LearningCompany, 1999:30．

2 Theodore G.Duclos,Design of Devices Using Electro rheolog?ical Fluids,SAE Paper 881134,1988.

3 Micheal clark.Vibratio Absorbing mountings.The U.S.Pat?ent,No.4,682,753.

4 史文庫(kù)，毛陽等.發(fā)動(dòng)機(jī)半主動(dòng)液壓懸置的動(dòng)態(tài)特性及參數(shù)影響分析.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，1：42～48.

5 Wei Yang and Wen ku Shi.Research on Vibration Isolation of Semi-Active Controlled Hydraulic Engine Mount with Air Spring.SAE 2014-01-0008.

6 Kyu.H.Lee,et.al.PerformanceDesign of Vibration and Noise Control,SAE 941777.

7 COLGATEJE,CHANG CT,CHIOU Y C.Modeling Of a hy?draulic engine mount focusing on response to sinusoidal and composite excitations.Journal of Sound and Virbration,1995, 184（3）;503～528.

（責(zé)任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年3月1日。

Researching on Improving Knocking Noise of Double Output Shaft Manual Transmission

Wang Haiyang1,Li Hongliang1,Yin Jinxiang2
（1.China Automotive Technology&Research Center;2.Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd）

Based on an example of knocking noise of a double output shaft manual transmission,the mechanism of knocking noise generation is elaborated,and test is carried out to troubleshoot the cause of this knocking noise,and then the influence of drive shaft stiffness,clutch damping and dual mass fly wheel on the knocking noise are verified.The results of test show that the transmission knocking noise is generated mainly by the large engine speed fluctuation which is transferred to transmission input shaft,whereas such knocking noise can be eliminated by dual mass fly wheel.

Double output shaft manual transmission,Knocking noise,Torque fluctuation

雙輸出軸式手動(dòng)變速器 敲擊噪聲 扭矩波動(dòng)

U463.212

A

1000-3703（2015）05-0016-05