換擋拉索對(duì)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(duì)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(guò)換擋拉索傳遞到車內(nèi)，影響車內(nèi)乘員的舒適感覺(jué)。用切斷傳遞路徑的方法研究了換擋拉索對(duì)變速器嘯叫噪聲的影響，并結(jié)合實(shí)際的試驗(yàn)，優(yōu)化換擋拉索端部的結(jié)構(gòu)，闡明了降低拉索傳遞振動(dòng)的方法。

關(guān)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(diào)高，傳入車內(nèi)后，乘員聽(tīng)起來(lái)不舒適。變速器嘯叫的主要根源是來(lái)自齒輪的嚙合，齒輪的傳遞誤差作為激勵(lì)源，產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)齒輪、軸、軸承傳遞到變速器殼體然后輻射出去就形成了聽(tīng)到的嘯叫噪聲[1，2]。車內(nèi)噪聲主要來(lái)自兩個(gè)方面:一是結(jié)構(gòu)傳播噪聲，動(dòng)力總成和排氣系統(tǒng)等的振動(dòng)通過(guò)與車身連接點(diǎn)傳遞到車身，引起車身壁板的振動(dòng)從而輻射出噪聲；二是空氣傳播噪聲，動(dòng)力總成、進(jìn)排氣等的噪聲通過(guò)車身板、孔、縫隙等直接傳入傳播到車內(nèi)[3]。變速器的嘯叫噪聲可以沿著這兩種路徑傳入到車內(nèi)。

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(jī)構(gòu)上，而換擋操縱機(jī)構(gòu)固定在車身上，變速器產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲可以沿著換擋拉索傳遞到車內(nèi)，是一種典型的結(jié)構(gòu)傳播噪聲的傳遞路徑。本文主要研究換擋拉索對(duì)車內(nèi)變速器嘯叫噪聲的影響。

1　變速器結(jié)構(gòu)傳播噪聲的傳遞路徑

變速器的振動(dòng)噪聲通過(guò)動(dòng)力總成（包括發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器）和車身連接部件傳遞到車內(nèi)，形成結(jié)構(gòu)傳播噪聲。動(dòng)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(dòng)力總成，降低動(dòng)力總成的振動(dòng)噪聲。懸置一端固定在動(dòng)力總成上，另外一端固定在車身上，變速器的振動(dòng)噪聲可以沿著懸置傳遞到車身上，然后輻射到車內(nèi)。

（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(dòng)力總成上，另一端和車身關(guān)聯(lián)，變速器的振動(dòng)噪聲也可以沿著拉索傳遞到車身上，然后輻射到車內(nèi)。

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(nèi)變速器嘯叫噪聲的影響因素，就必須對(duì)傳遞路徑的影響進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2　換擋拉索對(duì)車內(nèi)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(tǒng)總成圖。換擋拉索在變速器上有兩個(gè)固定點(diǎn)，固定點(diǎn)1是拉索端部連接在變速器的換擋搖臂上的位置，固定點(diǎn)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(jī)構(gòu)上，換擋操縱機(jī)構(gòu)固定在車身上。

圖1　換擋操縱系統(tǒng)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(duì)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(diǎn)1和固定點(diǎn)2分別拆卸，并固定好拉索，使分離開(kāi)的換擋拉索不要碰到變速器，然后測(cè)量汽車運(yùn)行時(shí)車內(nèi)變速器的嘯叫噪聲，以此來(lái)研究換擋拉索是否是車內(nèi)變速器的嘯叫噪聲的主要傳遞路徑。

2.2試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法

在車內(nèi)駕駛員耳旁放置麥克風(fēng)，測(cè)量汽車加速滑行時(shí)駕駛員耳旁噪聲，用階次跟蹤分析的方法來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)檔位車內(nèi)變速器嘯叫噪聲水平[4]。

試驗(yàn)過(guò)程中采用的測(cè)試設(shè)備見(jiàn)表1，測(cè)試軟件使用LMS Test.lab.

表1　測(cè)試設(shè)備

由于測(cè)試車輛使用的是CAN通訊協(xié)議，而LMS SCM02型數(shù)采前端帶有CAN通訊模塊，所以通過(guò)CAN接口可以直接從汽車的ECU上讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，它的優(yōu)點(diǎn)是連接方便、快捷，轉(zhuǎn)速信號(hào)穩(wěn)定。

2.3實(shí)例分析

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

2.3.1前驅(qū)變速器換擋拉索的影響實(shí)例分析

某車型前驅(qū)變速器，主減速器數(shù)比為3.944（71 /18），2檔齒輪數(shù)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(jiàn)表2.按照2.2的方法評(píng)價(jià)變速器處于2檔時(shí)，換擋拉索對(duì)車內(nèi)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(tài)（不拆卸拉索）、拆卸拉索固定點(diǎn)1、拆卸拉索固定點(diǎn)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(nèi)階次噪聲對(duì)比結(jié)果。分析結(jié)果如下：

（1）換擋拉索固定點(diǎn)1和固定點(diǎn)2對(duì)主減齒輪階次噪聲影響很小。

（2）換擋拉索固定點(diǎn)1對(duì)檔位齒輪階次噪聲的影響很大，而固定點(diǎn)2對(duì)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(diǎn)1是影響換擋拉索傳遞噪聲的一個(gè)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(duì)比

圖3　2檔滑行工況檔位齒輪階次（19階）噪聲對(duì)比

2.3.2后驅(qū)變速器換擋拉索的影響實(shí)例分析

某車型后驅(qū)變速器，常嚙合齒輪數(shù)比為1.3043 （30/23），2檔齒輪數(shù)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(píng)價(jià)變速器處于2檔時(shí)，換擋拉索對(duì)車內(nèi)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(nèi)階次噪聲對(duì)比結(jié)果。經(jīng)分析，換擋拉索固定點(diǎn)1和固定點(diǎn)2對(duì)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(duì)比

圖5　2檔滑行工況常嚙合齒輪階次（23階）噪聲對(duì)比

從以上前驅(qū)變速器和后驅(qū)變速器換擋拉索的分析結(jié)果看，前驅(qū)變速器的換擋拉索對(duì)車內(nèi)變速器嘯叫噪聲的影響很大，而后驅(qū)變速器的影響不明顯，所以針對(duì)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(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

當(dāng)換擋拉索成為車內(nèi)變速器嘯叫噪聲的主要傳遞路徑時(shí)，需要考慮換擋拉索的合理設(shè)計(jì)，以降低車內(nèi)的變速器嘯叫噪聲。

基于第2節(jié)的實(shí)例驗(yàn)證和分析，換擋拉索固定點(diǎn)1處是一個(gè)影響車內(nèi)變速器嘯叫噪聲的重要部位。拉索固定點(diǎn)1處結(jié)構(gòu)剖面圖如圖6.

圖6　拉索固定點(diǎn)1處結(jié)構(gòu)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(dòng)噪聲，但目前這款拉索的隔振橡膠吸收變速器振動(dòng)能量的效果差，不能很好的隔離變速器的振動(dòng)噪聲，需要對(duì)此處進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為了提高對(duì)隔振橡膠對(duì)振動(dòng)能量的吸收，從隔振橡膠的結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了研究，通過(guò)更改橡膠的結(jié)構(gòu)來(lái)改善對(duì)振動(dòng)能量的吸收。圖7為老結(jié)構(gòu)的隔振橡膠，吸收振動(dòng)能量較差。為了改善振動(dòng)能量的吸收，設(shè)計(jì)了圖8這款新結(jié)構(gòu)的隔振橡膠。同時(shí)，為了適應(yīng)新結(jié)構(gòu)的隔振橡膠，對(duì)拉索端部其它配合零件修改了尺寸和結(jié)構(gòu)。

圖7　老結(jié)構(gòu)隔振橡膠

圖8　新結(jié)構(gòu)隔振橡膠

3.2方案驗(yàn)證

為了研究換擋拉索隔振橡膠結(jié)構(gòu)對(duì)變速器嘯叫噪聲的影響，選取了一款前驅(qū)變速器進(jìn)行評(píng)價(jià)，將新結(jié)構(gòu)隔振橡膠和老結(jié)構(gòu)隔振橡膠的拉索裝到車上進(jìn)行對(duì)比。

這款前驅(qū)變速器的主減速器數(shù)比為3.944（71/ 18），3檔齒輪數(shù)比為1.414（41/29），4檔齒輪數(shù)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(jiàn)表3.按照2.2的方法評(píng)價(jià)變速器處于3檔和4檔時(shí)，換擋拉索對(duì)車內(nèi)變速器嘯叫噪聲水平的影響。

表3　變速器階次

車內(nèi)變速器嘯叫噪聲測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖9~12，圖中粗實(shí)線為老結(jié)構(gòu)隔振橡膠，細(xì)虛線為新結(jié)構(gòu)隔振橡膠。從3檔和4檔滑行工況階次噪聲對(duì)比圖看，帶新結(jié)構(gòu)隔振橡膠的主減速器齒輪階次噪聲水平要明顯優(yōu)于老結(jié)構(gòu)，但兩種結(jié)構(gòu)的檔位齒輪階次噪聲水平?jīng)]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(duì)比

圖10　3檔滑行工況檔位齒輪階次（29階）噪聲對(duì)比

圖11　4檔滑行工況主減速器齒輪階次（17階）噪聲對(duì)比

圖12　4檔滑行工況檔位齒輪階次（33階）噪聲對(duì)比

3檔和4檔滑行工況下，車內(nèi)噪聲的1/3倍頻程頻譜見(jiàn)圖13、圖14，圖中粗實(shí)線為老結(jié)構(gòu)隔振橡膠，細(xì)虛線為新結(jié)構(gòu)隔振橡膠。從圖中分析發(fā)現(xiàn)，新結(jié)構(gòu)隔振橡膠的車內(nèi)噪聲水平在100~1250 Hz區(qū)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(duì)比

圖14　4檔滑行工況1/3倍頻程頻譜對(duì)比

總結(jié)以上的研究可以發(fā)現(xiàn)，由于更改了換擋拉索隔振橡膠的結(jié)構(gòu)，提高了橡膠對(duì)振動(dòng)能量的吸收能力，使得車內(nèi)噪聲在200~630 Hz區(qū)間得到了明顯的降低，改善了車內(nèi)變速器嘯叫噪聲。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)換擋拉索對(duì)嘯叫噪聲影響進(jìn)行了研究，可以得出以下結(jié)論：

（1）換擋拉索對(duì)變速嘯叫噪聲的影響針對(duì)各種車型變速器是不一樣的。

（2）當(dāng)換擋拉索成為變速器嘯叫噪聲的主要傳遞路徑時(shí)，有必要對(duì)換擋拉索進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）優(yōu)化換擋拉索端部隔振橡膠的結(jié)構(gòu)，可以有效地降低車內(nèi)變速器嘯叫噪聲。

限于時(shí)間和條件，本文只是研究了拉索端部結(jié)構(gòu)對(duì)車內(nèi)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(duì)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(xù)研究和完善。

參考文獻(xiàn):

[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(nèi)噪聲源識(shí)別[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013，30（7）:19-24.

[4]欒文博，吳光強(qiáng)，徐煒卿.基于階次跟蹤的變速箱嘯叫噪聲分析[J].振動(dòng)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(hào):U467.4.93

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0043-04

收稿日期：2016-01-04

作者簡(jiǎn)介：郭慶（1972-），男，四川人，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檎駝?dòng)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