某MPV怠速變速器異響問題分析與改進

楊標，李光明，王濤，康海波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某MPV怠速變速器異響問題分析與改進

楊標，李光明，王濤，康海波

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某MPV車型怠速開空調工況變速器異響問題，通過對故障車進行相關數據采集，對比分析，確認異響主因，并根據異響形成機理制定相應改進方案，最終通過調整離合器減振彈簧剛度成功解決了異響問題，為解決同類型的問題提供參考。

變速器；怠速異響；離合器；減振彈簧剛度

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-53-03

引言

根據中國汽車工業協會最新統計數據，2016年中國汽車市場繼續保持增長勢頭，全年汽車產銷量均超過2800萬輛，再創歷史新高，連續八年蟬聯全球第一。隨著中國汽車市場的日益成熟，用戶對汽車乘坐的舒適性要求也越來越高，汽車的NVH（noise，vibration，harshness）品質越來越受到重視，汽車NVH性能成為衡量汽車制造質量的一個重要指標[1]。其中變速器的NVH問題已成為整車設計開發過程中的主要技術難點之一。

1、故障現象

經現場查看故障車輛發現，車輛啟動怠速過程中，打開空調，底盤傳出“咔噠咔噠”有規律的異響。車輛發倉周圍最為明顯，車內異響相對減弱，但依然存在，主觀判斷客戶無法接受，容易引起客戶抱怨。關閉空調，異響隨即消失。或者踩下離合踏板，異響也消失，通過反復松、踩離合踏板，車輛怠速聲音存在明顯差異。將車輛升起后查看，怠速開啟空調，通過辨認異響由變速器發出。由此初步判斷，異響由變速器內部產生，與空調開啟相關。為進一步確認異響的根本原因，我們對故障車進行相關測試。

2、測試試驗

2.1 測試設備

a）音頻傳感器

b）三向加速度傳感器

c）磁電傳感器

d）LMS數采前端

e）PC

2.2 測試方法

由于故障車輛主要表現為變速器異響，因此在變速器近場布置音頻傳感器，用于記錄異響相關音頻信息。同時聲音主要由振動產生，我們選擇將三向加速度傳感器布置在變速器殼體表面，用于記錄變速器殼體振動。此外為了解空調開啟對發動機轉速的影響，我們在發動機飛輪啟動齒、變速器一軸常嚙齒對應位置安裝磁電傳感器，用于記錄發動機及變速器轉速信息。

具體傳感器布置位置見圖1-圖4：

圖1 音頻傳感器布置位置圖

圖2 三向加速地傳感器布置位置圖

圖3 飛輪端磁電傳感器布置位置圖

圖4 變速器端磁電傳感器 布置位置圖

將傳感器與LMS數采前端相連，調試設備，分別在怠速關空調和開空調工況下，采集故障車音頻、加速度和轉速信息。

2.3 測試數據

具體測試數據如圖5-圖10所示：

圖5 變速器近場音頻數據對比圖

由圖5音頻數據頻譜可知，相比怠速關空調，怠速開空調工況變速器近場噪音變大且頻譜呈現出更明顯的寬頻敲擊特征。其中左側為怠速關空調，右側為怠速開空調。

圖6 變速器殼體X方向加速度數據對比圖

圖7 變速器殼體Y方向加速度數據對比圖

圖8 變速器殼體Z方向加速度數據對比圖

由圖6-圖8變速器殼體加速度數據可知，X、Y、Z三個方向振動加速度，相比怠速關空調工況，空調開啟后殼體振動明顯增強，同樣呈現出更明顯的寬頻敲擊特征，與音頻數據頻譜相一致。其中，左側為怠速關空調，右側為怠速開空調。

圖9 發動機轉速對比圖

由圖9發動機轉速數據可知，怠速開啟空調，相比怠速關空調工況，車輛發動機轉速整體上升，同時發動機轉速波動量也明顯增大。其中，左側為怠速關空調，右側為怠速開空調。

圖10 變速器轉速對比圖

由圖10變速器一軸轉速數據可知，變速器轉速整體變化趨勢與發動機一致。怠速開啟空調，相比怠速關空調工況，變速器轉速升高，同時轉速波動量也增大。其中，左側為怠速關空調，右側為怠速開空調。

3、故障分析

根據以上測試數據對比分析，結合實車故障現象，初步判定：怠速異響是由空調開啟導致發動機轉速波動加劇，進而引起變速器內部齒輪敲擊造成。

內燃機由于燃燒以及往復活塞產生的慣性不平衡而引起轉矩波動，當離合器嚙合時，曲軸的扭轉振動傳遞給變速器[2]。從而導致變速器內部非工作部件（如空套齒輪、同步齒環、滑套等）產生不規則的來回敲打現象，傳遞至車內變現為變速器敲擊噪聲[3]。車輛怠速關閉空調工況，發動機轉速較為平穩，同時離合器預減震彈簧衰減了部分扭轉振動，傳遞到變速器的波動幅值不足以引起內部非工作部件的敲擊，因而無異響產生。但當空調開啟時，由于發動機需要帶動空調壓縮機旋轉，所需功率加大，發動機負荷增加，而轉速的提升所增加的功率不足以抵消空調壓縮機所需的功率，此時發動機的運行工況變得惡劣，導致其對外輸出的轉速波動變大[4]。由于離合器預減震彈簧衰減能力有限，發動機這種波動傳導至變速器內部，引發內部敲擊，導致變速器異響。

4、優化方案

針對發動機轉矩波動引起的變速器敲擊異響問題，目前主要有以下幾種途徑加以解決：從控制源頭方面，即控制發動機扭振；從改善傳遞路徑方面，主要有離合器參數調教、改善傳遞路徑減振隔振性能；從控制響應敏感方面，增大變速器拖拽力矩，減小齒輪側隙等[3]。

根據以往經驗，控制發動機扭振能和增大變速器拖拽力矩，減小齒輪側隙等方案，整體匹配驗證的時間較長，此外單個零部件成本增加較大，實際落實難度較大。通常優先考慮改善離合器減震隔振性能，通過調整離合器參數，涉及變化較小，產生的零部件成本變動也可以接受。基于以上考慮，優化方案主要以調整離合器參數，改善離合器減振性能為主。

故障車輛采用的膜片式離合器，通過從動盤上的兩級減振彈簧起到抑制發動機轉速波動和緩沖作用。調整減振彈簧剛度，即可改變離合器減振特性，因此我們選擇以下幾種減振彈簧剛度進行驗證，具體見表1：

表1 離合器參數

5、驗證結果

通過更換故障車輛離合器從動盤，我們對車輛進行了主觀評價，其中主觀評價結果見表2：

表2 主觀評價結果

根據主觀評價結果，更換了優化件3的車輛怠速開關空調均無異響，為進一步證實主觀評價結果，我們對該狀態車輛進行了數據測試，測試數據見圖11-圖13：

圖12 變速器轉速

圖11 變速器音頻頻譜圖

圖13 變速器殼體X、Y、Z向加速度頻譜圖

通過對比，更換優化件3的車輛，在怠速開空調工況，變速器近場音頻及殼體加速度頻譜圖均未出現明顯寬頻敲擊特征，并且變速器一軸轉速波動相比故障車減小。

經過以上驗證，更換優化件3離合器從動盤的車輛異響消失，相關測試數據對比也證實了該方案的有效性。因此，我們最終決定將離合器從動盤減振彈簧剛度系數調整為，一級預減振：0.17 N·m/deg，二級預減振：1.3 N·m/deg，主減振：13.5N·m/deg。

6、結論

變速器異響是一種常見的故障模式，本文對故障車輛進行相關數據采集，經過對比分析，明確了異響的根源，從而才能有針對的提出優化方案，最終解決異響問題。此外，在整車傳動系設計匹配過程中，必須考慮相匹配發動機的特有屬性，合理選擇相關零部件設計參數。

[1] 吳光強,吳虎威,李迪.汽車變速器齒輪敲擊動力學問題研究綜述[J].同濟大學學報(自然科學版),2016(2):276-285. 1.0 Tangasawi,S Theodossiades,H Rahnejat,P Kelly.非線性振動沖擊現象誤認為變速器空轉敲擊[J].傳動技術,2011(12):18-32

[2] 田雄,李宏成,呂先鋒,畢金亮,唐禹.基于傳遞路徑試驗分析的變速器敲擊噪聲優化[J].振動工程學報,2010(12):642-648

[3] 張亮,劉金強,羅津,朱志國,黃振霞.某車型怠速開空調時變速器異響問題研究[J].大眾科技,2015(6):54-60.

Analysis and Improvement of a MPV transmission abnormal noise when idling

Yang Biao, Li Guangming, Wang Tao, Kang Haibo
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

According to the problem of a MPV transmission abnormal noise when the air conditioning idle is carried out, by collecting relevant data of the problematic car, compare and analyze, confirm the major cause of the abnormal noise, and make the corresponding improvement program according to the formation principle of the abnormal noise, finally solved the problem of the abnormal noise by adjusting the damping spring stiffness of the clutch,provide reference for solving similar problems.

transmission; abnormal idle noise; the clutch; damping spring stiffness

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-53-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.020

楊標，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。