汽車傳動(dòng)系NVH的測(cè)試分析與改進(jìn)

介石磊 孫玉鳳

（黃河交通學(xué)院，河南 焦作 450062）

汽車傳動(dòng)系NVH的測(cè)試分析與改進(jìn)

介石磊 孫玉鳳

（黃河交通學(xué)院，河南 焦作 450062）

本文通過對(duì)汽車傳動(dòng)系的NVH試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一些常見的由傳動(dòng)軸、變速器、離合器等引起的車內(nèi)振動(dòng)噪聲問題，然后在理論上分析了產(chǎn)生這些振動(dòng)與噪聲的主要因素，并對(duì)各影響因素進(jìn)行了分析，而后進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到了汽車傳動(dòng)系NVH性能要求。

傳動(dòng)系；NVH；分析

隨著汽車的發(fā)展，人們對(duì)汽車的性能要求也越來(lái)越高。除動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、污染排放等性能外，對(duì)汽車舒適性的要求逐漸提高。汽車NVH涵蓋了噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度三個(gè)方面。汽車NVH研究目的是改善汽車乘坐舒適，提高乘客的感官舒適度。因此汽車NVH特性就成了衡量汽車制造質(zhì)量的一個(gè)綜合性指標(biāo)。汽車的振動(dòng)與噪聲主要來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤中傳動(dòng)系統(tǒng)和行駛系，而汽車傳動(dòng)系對(duì)汽車NVH性能影響顯著，因此，研究汽車傳動(dòng)系的NVH特性對(duì)于降低汽車整車的振動(dòng)、噪聲有著很好的效果［1-2］。

1　汽車振動(dòng)噪聲測(cè)試方案

參加測(cè)試的試驗(yàn)對(duì)象為前置前驅(qū)的乘用車，主要測(cè)試離合器、變速器及傳動(dòng)軸對(duì)汽車NVH特性的影響。測(cè)試工況為起動(dòng)、暖機(jī)、怠速、勻速、加速、減速及大負(fù)荷工況；評(píng)價(jià)指標(biāo)為車內(nèi)噪聲，測(cè)量點(diǎn)為方向盤及駕駛員座椅。測(cè)量車內(nèi)噪聲時(shí)，汽車門窗緊閉，測(cè)試點(diǎn)選在駕駛員右耳及汽車后排座椅中央位置。加速度傳感器布置在汽車無(wú)轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤的正上方及駕駛員座椅滑槽處。通過檢測(cè)方向盤和駕駛員座椅的振動(dòng)加速度及車內(nèi)噪聲來(lái)衡量測(cè)試車輛的NVH性能。

2　車輛NVH的測(cè)試及解決方案

2.1傳動(dòng)軸振動(dòng)測(cè)試及解決方案

對(duì)某國(guó)產(chǎn)1.2L前置前驅(qū)乘用車進(jìn)行車內(nèi)噪聲測(cè)試，從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、暖機(jī)、怠速、加速測(cè)試，加速測(cè)試時(shí)，掛上3檔由節(jié)氣門半開時(shí)升速，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，測(cè)得駕駛員耳旁噪聲為73.8 dB（A）噪聲峰值，當(dāng)?shù)∷贂r(shí)，踩下油門踏板這個(gè)噪聲不存在。噪聲來(lái)自于來(lái)自于兩個(gè)方面聲響和物體的振動(dòng)，因此判斷該噪聲主要來(lái)自于傳動(dòng)軸的振動(dòng)。進(jìn)一步檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速下，傳動(dòng)軸產(chǎn)生的二階主激振頻率和一階彎曲模態(tài)頻率分別為110Hz和112Hz，振動(dòng)能量的峰值往往出現(xiàn)在共振的時(shí)候，因此判斷，由于傳動(dòng)軸彎曲模態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率耦合產(chǎn)生共振效應(yīng)，使得噪聲增大。進(jìn)一步驗(yàn)證，對(duì)傳動(dòng)軸做模態(tài)分析，傳動(dòng)軸一階彎曲模態(tài)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)二階主激振頻率耦合，產(chǎn)生了共振。

研究傳動(dòng)軸的NVH特性，降低傳動(dòng)軸的噪聲、振動(dòng)及聲噪粗糙度就是避免傳動(dòng)軸彎曲模態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率耦合。因此可以采用兩種措施。

一是避免共振，可以改變傳動(dòng)軸的一階模態(tài)或改變發(fā)動(dòng)機(jī)二階主激振頻率。相比較而言，改變傳動(dòng)軸的一階模態(tài)容易實(shí)現(xiàn)。依照公式：

傳動(dòng)軸一階固有頻率比本車傳動(dòng)軸最高轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的頻率要高出15%，代入公式可以得出傳動(dòng)軸所需的最低固有頻率。

依據(jù)傳動(dòng)軸所需的最低固有頻率來(lái)設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸，關(guān)鍵是確定傳動(dòng)軸的主要參數(shù)和主要尺寸。傳動(dòng)軸的基本參數(shù)包括傳動(dòng)軸長(zhǎng)度、臨界轉(zhuǎn)速、及滑動(dòng)花鍵的尺寸以及主、從動(dòng)軸夾角等。確定好的參數(shù)和尺寸根據(jù)所傳最大扭矩、最高轉(zhuǎn)速，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需要校核傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。本文所研究的某國(guó)產(chǎn)1.2L前置前驅(qū)乘用車，傳動(dòng)軸前段為兩端自由支撐、壁厚均勻的等截面?zhèn)鲃?dòng)軸，它的臨界轉(zhuǎn)速

由此可見，影傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度、內(nèi)外徑、支撐及材料的選擇。

二是吸收振動(dòng)能量，因此為傳動(dòng)軸增加動(dòng)力吸振器。考慮到成本問題，本文采用增加動(dòng)力吸振器的方法。根據(jù)實(shí)車的空間，合理選擇動(dòng)力吸振器的質(zhì)量，合理的規(guī)劃吸振器安裝位置。并進(jìn)行大量的試驗(yàn)驗(yàn)證吸振器的選擇和安裝是否合理。有動(dòng)力吸振器與無(wú)動(dòng)力吸振器的傳動(dòng)軸振動(dòng)峰值比較如圖1所示，車內(nèi)噪聲減小，在轉(zhuǎn)速3000 r/min時(shí)噪聲峰值消失，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖122　傳動(dòng)軸Z軸方向模態(tài)振動(dòng)

2.2變速器振動(dòng)原因及解決方法

汽車變速器出現(xiàn)振動(dòng)與噪聲。主要來(lái)源于變速器零部件及各部件相連處出現(xiàn)各種異常的振動(dòng)，變速器目標(biāo)值測(cè)試，在試驗(yàn)臺(tái)架上完成。其分析方法主要是用其噪聲聲壓級(jí)的大小來(lái)判斷分析。

對(duì)某國(guó)產(chǎn)1.2L前置前驅(qū)乘用進(jìn)行變速器噪聲測(cè)試，在試驗(yàn)全過程中，傳感器的測(cè)試點(diǎn)選擇在安裝、較平整的變速器殼體表面，拾取變速器的振動(dòng)信號(hào)。測(cè)試點(diǎn)選擇3個(gè)，測(cè)試結(jié)果取平均值。該款傳感器三向輸出，可同時(shí)測(cè)橫向、縱向和和垂直方向質(zhì)點(diǎn)位移和加速度。測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)速在1500rpm時(shí)，聲壓級(jí)為69.8dB，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到3000rpm時(shí)，聲壓級(jí)為77.9dB，速度每增加一倍，噪聲增大8dB左右。試驗(yàn)表明隨著轉(zhuǎn)速的升高，變速器的噪聲越大。歸其原因，主要是因?yàn)辇X輪的噪聲隨速度增加而增加。

為解決變速器振動(dòng)及噪聲問題，對(duì)變速器的兩個(gè)軸承進(jìn)行更換處理，更換后的軸承的精度更高，軸承的游隙更小。按照規(guī)定的扭緊力矩和安裝順序進(jìn)行安裝。更換軸承后，需要走合10min以上，以減少安裝時(shí)帶來(lái)的誤差。然后重新進(jìn)行變速器進(jìn)行測(cè)試，改進(jìn)前后的變速器測(cè)試。

通過測(cè)試改進(jìn)前后比較，改進(jìn)后的變速器，在起動(dòng)、怠速、加速、大負(fù)荷等多種工況下，聲壓級(jí)都比較低。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明對(duì)變速器的改進(jìn)是有成效。

2.3離合器振動(dòng)原因及解決方法

離合器在傳動(dòng)系工作中，通常存在大量強(qiáng)烈的干擾噪聲，所測(cè)信號(hào)易被噪聲所淹沒。在振動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行有效信號(hào)的提取是傳動(dòng)系NVH測(cè)試的難點(diǎn)。有效的沖擊信號(hào)在頻域上表現(xiàn)為貫徹所有頻率的等幅信號(hào)。傳動(dòng)系的噪聲則主要分布在低頻段，高頻段相對(duì)干擾較弱。可以在高頻段進(jìn)行離合器NVH的測(cè)試，在換擋過程中對(duì)離合器進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)，并利用短時(shí)傅里葉對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理。而后對(duì)離合器主動(dòng)盤和從動(dòng)盤單獨(dú)進(jìn)行分析。

分析可得離合器NVH特性受靜摩擦系數(shù)、阻尼系數(shù)、摩擦系數(shù)變化率、傳動(dòng)軸剛度以及正壓力波動(dòng)的影響。

為解決離合器振動(dòng)及噪聲問題，第一增大離合器靜摩擦系數(shù)，減小離合器抖動(dòng)的幅度，縮短接合時(shí)間；第二合理的提高離合器的阻尼系數(shù)、增大離合器輸出軸的扭轉(zhuǎn)剛度、降低接合中的抖動(dòng)，以減少正壓力的波動(dòng)，增強(qiáng)接合過程的平穩(wěn)性；三改善控制方法。這樣對(duì)離合器的改進(jìn)很有成效。

3　結(jié)論

本文針汽車的NVH特性做了局部的研究，對(duì)于汽車傳動(dòng)系存在的噪聲、振動(dòng)以及聲振粗糙度的問題，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善汽車乘坐舒適，提高乘客的感官舒適度。達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

［1］黃冬明，上官文斌.汽車常見NVH問題與解決方案［J］.新技術(shù)新工藝，2011（9）：19-22.

［2］祁玲華.汽車變速器NVH的測(cè)試分析與改進(jìn)［D］.重慶：華東交通大學(xué)，2011.

Test Analysisand Improvement of AutomobileTransmission SystemNVH

Jie Shilei Sun Yufeng
（Huanghe Jiaotong University，Jiaozuo Henan 450062）

Through test of automobile transmission system NVH，this paper found some common problems of automobile interior noise and vibration caused by drive shaft，gearbox，clutch and so on，then on the basis of theoretical analysis，the main factors causing the vibration and noise were analyzed，and the influencing factors were analyzed and then optimized and improved，to meet the requirement of automobile transmission system NVH performance.

transmission system；NVH；analysis

U463.212；U467

A

1003-5168（2015）12-0113-2

2015-11-17

介石磊（1982-），男，本科，講師，研究方向：交通運(yùn)輸。