換擋拉索對變速器嘯叫噪聲影響的研究

郭 慶，黃德健

（上汽通用五菱汽車股份公司，廣西 柳州545007）

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換擋拉索對變速器嘯叫噪聲影響的研究

郭 慶，黃德健

（上汽通用五菱汽車股份公司，廣西 柳州545007）

摘要:變速器嘯叫噪聲可以通過換擋拉索傳遞到車內，影響車內乘員的舒適感覺。用切斷傳遞路徑的方法研究了換擋拉索對變速器嘯叫噪聲的影響，并結合實際的試驗，優化換擋拉索端部的結構，闡明了降低拉索傳遞振動的方法。

關鍵詞:變速器嘯叫噪聲；換擋拉索；傳遞路徑

汽車變速器嘯叫噪聲雖然聲壓不高，但是由于音調高，傳入車內后，乘員聽起來不舒適。變速器嘯叫的主要根源是來自齒輪的嚙合，齒輪的傳遞誤差作為激勵源，產生的振動通過齒輪、軸、軸承傳遞到變速器殼體然后輻射出去就形成了聽到的嘯叫噪聲[1，2]。車內噪聲主要來自兩個方面:一是結構傳播噪聲，動力總成和排氣系統等的振動通過與車身連接點傳遞到車身，引起車身壁板的振動從而輻射出噪聲；二是空氣傳播噪聲，動力總成、進排氣等的噪聲通過車身板、孔、縫隙等直接傳入傳播到車內[3]。變速器的嘯叫噪聲可以沿著這兩種路徑傳入到車內。

汽車變速器的換擋拉索一端連接在變速器上，另外一端連接在換擋操縱機構上，而換擋操縱機構固定在車身上，變速器產生的振動噪聲可以沿著換擋拉索傳遞到車內，是一種典型的結構傳播噪聲的傳遞路徑。本文主要研究換擋拉索對車內變速器嘯叫噪聲的影響。

1　變速器結構傳播噪聲的傳遞路徑

變速器的振動噪聲通過動力總成（包括發動機和變速器）和車身連接部件傳遞到車內，形成結構傳播噪聲。動力總成和車身連接的主要零部件有：

（1）懸置

懸置的主要作用是支撐動力總成，降低動力總成的振動噪聲。懸置一端固定在動力總成上，另外一端固定在車身上，變速器的振動噪聲可以沿著懸置傳遞到車身上，然后輻射到車內。

（2）拉索

換擋拉索、離合拉索、油門拉索這三種拉索的一端連接在動力總成上，另一端和車身關聯，變速器的振動噪聲也可以沿著拉索傳遞到車身上，然后輻射到車內。

懸置和拉索都有可能成為變速器嘯叫噪聲的主要傳遞路徑，所以研究車內變速器嘯叫噪聲的影響因素，就必須對傳遞路徑的影響進行詳細的分析。

2　換擋拉索對車內變速器嘯叫噪聲影響分析

換擋拉索是變速器嘯叫噪聲的重要傳遞路徑。圖1是換擋操縱系統總成圖。換擋拉索在變速器上有兩個固定點，固定點1是拉索端部連接在變速器的換擋搖臂上的位置，固定點2是拉索固定在變速箱拉索支架上的位置。換擋拉索的另外一端連接在換擋操縱機構上，換擋操縱機構固定在車身上。

圖1　換擋操縱系統總成圖

2.1研究方法

采用切斷傳遞路徑的方法是研究換擋拉索對變速器嘯叫噪聲影響大小的有效手段。其方法是分別將換擋拉索固定點1和固定點2分別拆卸，并固定好拉索，使分離開的換擋拉索不要碰到變速器，然后測量汽車運行時車內變速器的嘯叫噪聲，以此來研究換擋拉索是否是車內變速器的嘯叫噪聲的主要傳遞路徑。

2.2試驗及評價方法

在車內駕駛員耳旁放置麥克風，測量汽車加速滑行時駕駛員耳旁噪聲，用階次跟蹤分析的方法來評價各個檔位車內變速器嘯叫噪聲水平[4]。

試驗過程中采用的測試設備見表1，測試軟件使用LMS Test.lab.

表1　測試設備

由于測試車輛使用的是CAN通訊協議，而LMS SCM02型數采前端帶有CAN通訊模塊，所以通過CAN接口可以直接從汽車的ECU上讀取發動機的轉速信號，它的優點是連接方便、快捷，轉速信號穩定。

2.3實例分析

為了研究換擋拉索對不同車型變速器的嘯叫噪聲的影響，選取了一款前驅變速器車型和一款后驅變速器車型進行分析。

2.3.1前驅變速器換擋拉索的影響實例分析

某車型前驅變速器，主減速器數比為3.944（71 /18），2檔齒輪數比為2.21（42/19），變速器2檔檔位齒輪階次和主減速器階次見表2.按照2.2的方法評價變速器處于2檔時，換擋拉索對車內變速器嘯叫噪聲的影響。

表2　變速器階次

研究工況分為三種，即正常狀態（不拆卸拉索）、拆卸拉索固定點1、拆卸拉索固定點1和2.圖2、圖3分別是汽車2檔滑行工況下主減速器齒輪（8.1階）和檔位齒輪（19階）的車內階次噪聲對比結果。分析結果如下：

（1）換擋拉索固定點1和固定點2對主減齒輪階次噪聲影響很小。

（2）換擋拉索固定點1對檔位齒輪階次噪聲的影響很大，而固定點2對檔位齒輪階次噪聲的影響較小。

因此，這款換擋拉索是檔位齒輪階次噪聲的重要傳遞路徑，且換擋拉索固定點1是影響換擋拉索傳遞噪聲的一個重要部位。

圖2　2檔滑行工況主減速器齒輪階次（8.1階）噪聲對比

圖3　2檔滑行工況檔位齒輪階次（19階）噪聲對比

2.3.2后驅變速器換擋拉索的影響實例分析

某車型后驅變速器，常嚙合齒輪數比為1.3043 （30/23），2檔齒輪數比為1.5909（35/22），變速器2檔檔位齒輪階次為16.87，常嚙合齒輪階次為23.按照2.2的方法評價變速器處于2檔時，換擋拉索對車內變速器嘯叫噪聲的影響。

研究工況同上。圖4、圖5分別是2檔汽車滑行工況下檔位齒輪（16.87階）和常嚙合齒輪（23階）的車內階次噪聲對比結果。經分析，換擋拉索固定點1和固定點2對檔位齒輪（16.87階）和常嚙合齒輪（23階）階次噪聲影響較小。故此，這款換擋拉索不是變速器階次噪聲的主要傳遞路徑。

圖4　2檔滑行工況檔位齒輪階次（16.87階）噪聲對比

圖5　2檔滑行工況常嚙合齒輪階次（23階）噪聲對比

從以上前驅變速器和后驅變速器換擋拉索的分析結果看，前驅變速器的換擋拉索對車內變速器嘯叫噪聲的影響很大，而后驅變速器的影響不明顯，所以針對不同車型的變速器，換擋拉索不一定是變速器嘯叫噪聲的主要傳遞路徑。

3　換擋拉索結構優化

3.1結構優化方案

當換擋拉索成為車內變速器嘯叫噪聲的主要傳遞路徑時，需要考慮換擋拉索的合理設計，以降低車內的變速器嘯叫噪聲。

基于第2節的實例驗證和分析，換擋拉索固定點1處是一個影響車內變速器嘯叫噪聲的重要部位。拉索固定點1處結構剖面圖如圖6.

圖6　拉索固定點1處結構剖面圖

換擋拉索和變速器搖臂球銷之間有一層隔振橡膠，用于隔離變速器的振動噪聲，但目前這款拉索的隔振橡膠吸收變速器振動能量的效果差，不能很好的隔離變速器的振動噪聲，需要對此處進行優化設計。

為了提高對隔振橡膠對振動能量的吸收，從隔振橡膠的結構方面進行了研究，通過更改橡膠的結構來改善對振動能量的吸收。圖7為老結構的隔振橡膠，吸收振動能量較差。為了改善振動能量的吸收，設計了圖8這款新結構的隔振橡膠。同時，為了適應新結構的隔振橡膠，對拉索端部其它配合零件修改了尺寸和結構。

圖7　老結構隔振橡膠

圖8　新結構隔振橡膠

3.2方案驗證

為了研究換擋拉索隔振橡膠結構對變速器嘯叫噪聲的影響，選取了一款前驅變速器進行評價，將新結構隔振橡膠和老結構隔振橡膠的拉索裝到車上進行對比。

這款前驅變速器的主減速器數比為3.944（71/ 18），3檔齒輪數比為1.414（41/29），4檔齒輪數比為1.060 6（35/33），變速器3、4檔檔位齒輪階次和主減速器階次見表3.按照2.2的方法評價變速器處于3檔和4檔時，換擋拉索對車內變速器嘯叫噪聲水平的影響。

表3　變速器階次

車內變速器嘯叫噪聲測量結果見圖9~12，圖中粗實線為老結構隔振橡膠，細虛線為新結構隔振橡膠。從3檔和4檔滑行工況階次噪聲對比圖看，帶新結構隔振橡膠的主減速器齒輪階次噪聲水平要明顯優于老結構，但兩種結構的檔位齒輪階次噪聲水平沒有太大差異。

圖9　3檔滑行工況主減速器齒輪階次（12.7階）噪聲對比

圖10　3檔滑行工況檔位齒輪階次（29階）噪聲對比

圖11　4檔滑行工況主減速器齒輪階次（17階）噪聲對比

圖12　4檔滑行工況檔位齒輪階次（33階）噪聲對比

3檔和4檔滑行工況下，車內噪聲的1/3倍頻程頻譜見圖13、圖14，圖中粗實線為老結構隔振橡膠，細虛線為新結構隔振橡膠。從圖中分析發現，新結構隔振橡膠的車內噪聲水平在100~1250 Hz區間得到了改善，尤其是在200~630 Hz之間改善明顯。

圖13　3檔滑行工況1/3倍頻程頻譜對比

圖14　4檔滑行工況1/3倍頻程頻譜對比

總結以上的研究可以發現，由于更改了換擋拉索隔振橡膠的結構，提高了橡膠對振動能量的吸收能力，使得車內噪聲在200~630 Hz區間得到了明顯的降低，改善了車內變速器嘯叫噪聲。

4　結束語

本文針對換擋拉索對嘯叫噪聲影響進行了研究，可以得出以下結論：

（1）換擋拉索對變速嘯叫噪聲的影響針對各種車型變速器是不一樣的。

（2）當換擋拉索成為變速器嘯叫噪聲的主要傳遞路徑時，有必要對換擋拉索進行結構優化。

（3）優化換擋拉索端部隔振橡膠的結構，可以有效地降低車內變速器嘯叫噪聲。

限于時間和條件，本文只是研究了拉索端部結構對車內變速器嘯叫噪聲的影響，但換擋拉索的芯軸剛度、襯套剛度、襯套和芯軸的間隙等也對變速器嘯叫噪聲的傳遞也存在影響[5]，這些方面有待于今后的工作繼續研究和完善。

參考文獻:

[1]Ashish Kanase.Manual gearbox gear whine noise prediction and importance of parametric sensitivity in NVH[C].Yogiraj Mane//Symposium on International Automotive Technology 2103.India:SAE International，2013.

[2]Perret-Liaudet，J..Modeling of gearbox whining noise[C]. Carbonelli，A.//SAE Technical Paper.USA:SAE International，2014.

[3]馮海星，高云凱，劉爽.基于傳遞路徑分析的車內噪聲源識別[J].機械設計，2013，30（7）:19-24.

[4]欒文博，吳光強，徐煒卿.基于階次跟蹤的變速箱嘯叫噪聲分析[J].振動與沖擊，2013，32（11）:95-99.

[5]Brian Campbell.Shifter cable vibration transfer and kinematic simulation:case study[C].Kiran Govindswamy.SAE 2005 Noise and Vibration Conference and Exhibition.USA:SAE International，2005.

中圖分類號:U467.4.93

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0043-04

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：郭慶（1972-），男，四川人，本科，高級工程師，研究方向為振動噪聲。

Research on Transmission Whine Noise Level Affected by Shift Cable

GUO Qing，HUANG De-jian
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Abstract:Transmission whine noise can be transferred to the passenger compartment of the vehicle through shift cable and affect the passengers’comfort.This paper studies the effect of shift cable for whine noise by cutting off transfer path，optimizes the structure of the end of shift cable through vehicle test and illustrates the methods of isolating vibration for shift cable.

Key words:transmission whine noise；shift cable；transfer path