某車型傳動系沖擊噪聲問題分析

汪衛(wèi)剛，王長軍，李真林

某車型傳動系沖擊噪聲問題分析

汪衛(wèi)剛，王長軍，李真林

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710200）

隨著汽車電動化的普及，市場對整車噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）性能要求越來越高。另外因為電機(jī)扭矩響應(yīng)相比發(fā)動及更加迅速，傳動系統(tǒng)的沖擊噪聲會更加明顯，極大地影響了整車的舒適性。文章針對某車型傳動系統(tǒng)的沖擊噪聲，進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。基于臺架的NVH測試手段對油溫、齒輪油黏度及扭矩爬升斜率、扭矩峰值、齒側(cè)間隙等五個因素進(jìn)行了細(xì)致對比測試驗證，通過對測試信號的時域分析，確定了關(guān)鍵影響因素及零部件，為沖擊噪聲的解決方案提供了相關(guān)解決思路。

傳動系沖擊噪聲；臺架NVH測試；時頻分析

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對整車舒適性的要求也越來越高。傳動系統(tǒng)（包含減速器、驅(qū)動橋、傳動軸）作為汽車中的重要組成部分，主要起到降速增扭的作用，其常見的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise,Vibration, Harshness, NVH）問題包含齒輪嘯叫聲及沖擊噪聲，對整車NVH性能影響至關(guān)重要[1-2]。對于傳動系NVH問題的分析研究不僅需要考慮其在正常行駛中的表現(xiàn)，更要考慮在特殊工況下引起的NVH問題。近幾年，趙忠偉等[3]通過多體動力學(xué)模型的建立，分析了變速箱產(chǎn)生敲擊的原因，并提出相關(guān)解決方案；嚴(yán)生輝[4]通過控制變量法，得出了扭矩斜率、非負(fù)扭矩對沖擊噪聲的影響。

傳動系統(tǒng)沖擊噪聲會在整車各工況下均會產(chǎn)生，影響因素較多。總體來說，按照產(chǎn)生沖擊噪聲的工況可以初步分為起步踩油門瞬間和制動瞬間工況、勻速行駛工況、松油門滑行工況、加速及制動工況等四種。

對于后三種工況下出現(xiàn)的持續(xù)或者間歇性沖擊噪聲，主要影響因素包含電控策略、零部件損壞、傳動軸角度等。本文主要針對第一種工況下產(chǎn)生的沖擊噪聲進(jìn)行分析與研究，對其他工況下產(chǎn)生的沖擊噪聲進(jìn)行簡要的總結(jié)性概括說明。

沖擊噪聲的振動源主要來于驅(qū)動橋、變速箱等傳力機(jī)構(gòu)。所以本文通過對驅(qū)動橋內(nèi)部相關(guān)影響因素的試驗設(shè)計，對傳動系沖擊噪聲進(jìn)行了系統(tǒng)的分析驗證。

1 測試概況

驅(qū)動橋位于傳動系統(tǒng)的末端，主要作用為承載和增大扭矩。對于齒輪傳動來講，為了確保其正常的潤滑及運行，需要一定的齒側(cè)間隙存在，如圖1所示。

圖1 齒側(cè)間隙示意圖

車輛松油門反拖或制動時，輪胎反拖發(fā)動機(jī)，被動錐齒輪反拖主動錐齒輪，反齒面嚙合。當(dāng)踩油門瞬間，發(fā)動機(jī)傳遞過來的扭矩導(dǎo)致主動錐齒輪瞬間帶動被動錐齒輪，由于齒側(cè)間隙的存在，會出現(xiàn)沖擊噪聲。該能量與傳動系統(tǒng)間隙、沖擊扭矩以及扭矩爬升斜率等關(guān)系較大，本文對相關(guān)影響因素進(jìn)行了逐次驗證。

本次試驗樣品如表1所示，為相同型號產(chǎn)品，齒側(cè)間隙略有區(qū)別。

表1 車橋信息

橋型齒側(cè)間隙/mm 車橋A0.24 車橋B0.30

2 對比試驗設(shè)計

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

通過模擬整車起步工況及制動轉(zhuǎn)驅(qū)動工況下，沖擊能量的大小來對比傳動系沖擊噪聲的重要影響因素。

對比項目有齒側(cè)間隙：分別對比0.24 mm及0.30 mm對沖擊能量的影響；齒輪油溫度：對比40 ℃及70 ℃的影響；齒輪油黏度：對比85W-90及85W-140型號的齒輪油；峰值扭矩爬升斜率：按照相同的峰值扭矩分別采用不同的爬升時間來對比沖擊能量大小。

2.2 試驗條件

為保證數(shù)據(jù)真實有效，便于后期數(shù)據(jù)分析，兩根橋的傳感器放置位置相同。數(shù)據(jù)測試時在半消聲室內(nèi)，2 m內(nèi)無音波障礙物，無其它干擾異響。

主要測點位置：1）麥克風(fēng)位于車橋橋包中心正后方300 mm；2）振動傳感器貼于車橋橋殼正上方平面處。

傳感器采用振動加速度傳感器，測試穩(wěn)定性較好。因齒輪沖擊能量通過齒輪傳遞至軸承及減速器殼體，再通過橋殼傳遞至車架，因此測點位置放置在橋殼位置可以更精準(zhǔn)的評價測試結(jié)果。測試臺架如圖2所示。

圖2 測試臺架

3 試驗數(shù)據(jù)分析

3.1 不同齒側(cè)間隙的對比分析驗證

為模擬整車松踩油門瞬間的驅(qū)動橋主減速器沖擊噪聲，1）臺架設(shè)定初始狀態(tài)為反拖工況，輸入扭矩為-200 Nm，車速為10 km/h；2）2 s內(nèi)切換為正車驅(qū)動工況，輸入扭矩為1 500 Nm。評價整橋振動結(jié)果如圖3所示。

圖3 動橋振動時域圖

根據(jù)圖3測試數(shù)據(jù)可知，在油溫40 ℃下，車橋A的沖擊能量為1.36；車橋B的沖擊能量約2.10。

3.2 不同溫度下撞響聲對比

測試工況同小節(jié)1，對比油溫40 ℃及70 ℃時，車橋主減速器齒面切換時撞擊振動能量，測試數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 驅(qū)動橋振動時域圖

根據(jù)圖4測試數(shù)據(jù)可知，70 ℃油溫下沖擊能量（2.31）明顯大于40 ℃油溫下的沖擊能量（1.36）。

3.3 不同黏度齒輪油撞響聲對比

測試工況同小節(jié)1，對比不同黏度齒輪油撞響聲對比。齒輪油型號分別為85W-90、85W-140測試數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 驅(qū)動橋振動時域圖

車橋A加注的齒輪油為85W-90，更換85W- 140齒輪油后，沖擊能量明顯增加，由1.3增大至2.2。

結(jié)合圖5分析，齒輪油黏度及流動性均會對沖擊噪音產(chǎn)生影響，因85W-140齒輪油黏度較高，理論來看，齒輪油黏度增大，會改善齒輪之間的沖擊能量，根據(jù)前期臺架驗證情況來看，齒輪油黏度增大，齒輪的嚙合噪音會有輕微改善。

本次試驗結(jié)果分析，沖擊噪音增大的原因為流動性差導(dǎo)致齒面之間無法形成穩(wěn)定的油膜，在部分沖擊工況下，能量反而明顯增大。

3.4 不同爬升斜率下油撞響聲對比

測試工況：1）保持車橋主減速器反齒面嚙合；2）對比不同斜率下的沖擊振動。

圖6為相同的扭矩爬升時間，不同的峰值扭矩下，沖擊能量的對比幅值。

圖6 驅(qū)動橋振動時域圖

按照相同試驗方法，分別由4 s及6 s爬升至500 Nm，測試峰值振動加速度分別為2.3、2.2。

根據(jù)圖6測試數(shù)據(jù)對比。可以確認(rèn)，1）扭矩越大，沖擊能量越明顯；2）扭矩爬升斜率越大，沖擊能量越明顯。

因此，對于純電動車型來說，因電機(jī)響應(yīng)很快，在踩油門瞬間1 s內(nèi)即可達(dá)到峰值扭矩，較容易出現(xiàn)此類沖擊噪聲。以上測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 整車制動轉(zhuǎn)驅(qū)動瞬間振動加速度

變量振動加速度 間隙/mm0.241.36g 0.302.10g 油溫/℃401.36g 702.31g 齒輪油黏度85W-901.3g 85W-1402.2g

表3 整車起步瞬間振動加速度

測試工況振動加速度 驅(qū)動扭矩2 s爬升至500 Nm5g 驅(qū)動扭矩2 s爬升至1 000 Nm8g 驅(qū)動扭矩2 s爬升至1 500 Nm11g 驅(qū)動扭矩4 s爬升至500 Nm2.3g 驅(qū)動扭矩6 s爬升至500 Nm2.2g

綜合以上數(shù)據(jù)來看，以下幾個方案可以顯著改善傳動系統(tǒng)的沖擊噪聲：1）優(yōu)化傳動系統(tǒng)的間隙；2）對于純電動車型，增加貼齒扭矩，即以小扭矩來實現(xiàn)齒面的快速切換，避免較大的沖擊能量；3）優(yōu)化整車隔振，改善振動傳動路徑；4）優(yōu)化扭矩爬升斜率；5）通過齒輪油添加劑等方式，改善齒輪油的運動黏度。

4 整車控制層面

除以上常見的影響因素外，整車控制層面的異常，同樣會導(dǎo)致車輛在起步過程中產(chǎn)生沖擊噪聲。

車輛在倒車行駛時，電機(jī)控制器響應(yīng)了整車控制器的請求發(fā)出了-29 r/min的負(fù)轉(zhuǎn)速，隨后轉(zhuǎn)速變?yōu)?2 r/min的正轉(zhuǎn)速，頻繁出現(xiàn)正負(fù)轉(zhuǎn)速，如圖7所示。

圖7 整車報文

當(dāng)?shù)退傩旭傑囕v轉(zhuǎn)速在正負(fù)波動時，驅(qū)動橋主減速器錐齒輪嚙合齒面也會在頻繁切換，因齒側(cè)間隙的存在，會產(chǎn)生頻繁的敲擊，最終產(chǎn)生沖擊噪聲，影響整車舒適性。

5 整車總布置層面

隨著近幾年新能源車型的增多，短期內(nèi)仍然以電機(jī)+傳動軸+驅(qū)動橋的方式為主，即油改電車型，但因電機(jī)的反拖阻力與發(fā)動機(jī)+變速箱的反拖阻力差異較大，因此在整車傳動軸夾角過大的情況下，高速工況易產(chǎn)生明顯的敲擊噪聲。

此類問題的分析解決，仍然建議以優(yōu)化整車布置為主，可以解決此類問題。另外，可以通過增加反拖扭矩的方式改善此類問題。

6 結(jié)語

通過對傳動系統(tǒng)沖擊噪聲的設(shè)計分析與驗證。從設(shè)計方面，為了規(guī)避沖擊噪聲的出現(xiàn)，建議優(yōu)化傳動系統(tǒng)的布置，減小傳動軸夾角，確保扭矩及轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制，并適當(dāng)減小傳動系統(tǒng)的間隙，避免后期樣車階段出現(xiàn)此類問題。

通過對各工況下傳動系沖擊噪聲進(jìn)行分析總結(jié)，提供了相關(guān)的改進(jìn)思路及方案。

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

[2] 譚祥軍.從這里學(xué)NVH[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2018.

[3] 趙忠偉,張曉明.DCT變速箱齒輪敲擊改進(jìn)及優(yōu)化[J].北京汽車,2021(4):24-29.

[4] 嚴(yán)生輝.某乘用車傳動系Clunk噪聲分析與控制[D].重慶:重慶理工大學(xué),2022.

Analysis on Impact Noise of a Certain Vehicle Transmission System

WANG Weigang, WANG Zhangjun, LI Zhenlin

( Shaanxi Hande Axle Company Limited, Xi'an 710200, China )

With the popularization of vehicle electrification, the market demands more and more noise,vibration,harshness(NVH) performance. In addition, because the motor torque response is faster than the start and start, the impact noise of the transmission system will be more obvious, which greatly affects the comfort of the vehicle. This paper focuses on the impact noise of the transmission system of a certain model, conducts a systematic analysis and research on the impact noise of the transmission system of a certain vehicle model. The NVH test method based on the bench has carried out detailed comparative test verification on four factors, including oil temperature, gear oil viscosity, torque climbing slope and torque peak value. Through time-domain analysis of the test signal, key influencing factors and components are identified, providing relevant solutions for the solution of impact noise.

Transmission system impact noise; Bench NVH testing; Time-frequency analysis

U462

A

1671-7988(2023)18-106-05

汪衛(wèi)剛（1983－），男，工程師，研究方向為車橋總成裝配工藝技術(shù)、車橋總成典型故障分析處理、車橋產(chǎn)品性能分析優(yōu)化等，E-mail:15009291234@139.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.021