某款MPV傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能改進(jìn)對(duì)策及應(yīng)用

韋波，唐海勇

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州545007）

某款MPV傳動(dòng)系統(tǒng)NVH性能改進(jìn)對(duì)策及應(yīng)用

韋波，唐海勇

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州545007）

通過分析某新款MPV傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)的NVH問題（主要是車輪回振引起的車內(nèi)噪聲大、車體共振轟鳴、高速齒輪嘯叫）的原因，針對(duì)不同的激勵(lì)源制定相應(yīng)措施：采用質(zhì)量減振器和扭轉(zhuǎn)減振器——減少振動(dòng)、提高后橋殼模態(tài)——阻隔振動(dòng)、采用等高齒和優(yōu)化齒輪嚙合印痕——消除振動(dòng)，并試驗(yàn)驗(yàn)證各措施的效果，有效解決該車型傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題，并積累相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

傳動(dòng)系統(tǒng)；減振器；后橋殼模態(tài)；等高齒；嚙合印痕

1 問題背景及情況描述

上汽通用五菱汽車股份有限公司（以下簡稱：SGMW）在某新款MPV車型的開發(fā)過程中，車輛出現(xiàn)如下NVH問題：

（1）在變速箱3檔、4檔（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 rpm～3 000 rpm）全油門加速工況下，傳動(dòng)系扭矩波動(dòng)引起車輪回振，整車內(nèi)噪出現(xiàn)若干噪聲波峰點(diǎn)，無法滿足NVH標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）在4檔和5檔（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500 rpm～2 200 rpm）工況下，車體振動(dòng)，同時(shí)有轟鳴聲產(chǎn)生，整車內(nèi)噪進(jìn)一步惡化。

（3）伴有高速時(shí)齒輪嘯叫聲，也無法滿足NVH標(biāo)準(zhǔn)要求。

NVH問題測試數(shù)據(jù)如圖1和2所示。

圖14 擋時(shí)駕駛員耳旁噪聲

圖24 擋和5擋、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500～2200 r/min工況下駕駛員耳旁噪聲

本文針對(duì)某新款MPV傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)的NVH問題進(jìn)行分析，針對(duì)不同的原因制定相應(yīng)措施，并試驗(yàn)驗(yàn)證各措施的效果，以期有效解決該車型傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題，并積累相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

2 理論分析

2.1 車輪回振原因

車輪回振主要原因是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩變化及傳動(dòng)軸的動(dòng)不平衡力激勵(lì)后橋繞其橋管軸線上下擺動(dòng)，同時(shí)車輪產(chǎn)生回轉(zhuǎn)振動(dòng)，振動(dòng)通過后懸架傳遞給車體，且易于激發(fā)車體車身共振，車內(nèi)產(chǎn)生嗡嗡聲，其產(chǎn)生原理詳見圖3.

圖3 車輪回轉(zhuǎn)振動(dòng)原理示意

2.2 車體共振原因

由于傳動(dòng)系的激振力與橋殼彎曲模態(tài)耦合，導(dǎo)致橋殼產(chǎn)生彎曲共振并通過后懸架系統(tǒng)傳遞給車體，引發(fā)車體共振，產(chǎn)生轟鳴聲。其產(chǎn)生原理詳見圖4.

圖4 橋殼彎曲振動(dòng)原理示意

2.3 高速齒輪嘯叫原因

由于后橋減速器總成齒輪制造質(zhì)量差、精度低，齒輪裝配調(diào)整不良導(dǎo)致。

3 改進(jìn)對(duì)策

根據(jù)分析解決NVH問題的對(duì)策有：減振、隔振、消振，對(duì)不同頻率段的共振采用不同的解決措施，減弱或消除過大振動(dòng)點(diǎn)振幅，并考慮提高相關(guān)零件模態(tài)，避開共振頻率區(qū)，提升部件制造質(zhì)量和精度，消除激勵(lì)源。

3.1 減振措施

在后橋減速器殼頭部安裝質(zhì)量減振器，減少低速段后橋繞橋管軸線的上下振動(dòng)，或在傳動(dòng)軸與后橋減速器聯(lián)接法蘭間安裝扭轉(zhuǎn)減振器，減少發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩變化和傳動(dòng)軸的動(dòng)不平衡力激勵(lì)的振幅；根據(jù)具體情況，也可兩者聯(lián)合使用。

3.2 隔振措施

針對(duì)車體共振，則改進(jìn)后橋殼結(jié)構(gòu)，提高其彎曲模態(tài)、避開彎曲共振區(qū)，降低橋殼自身的共振振幅。3.3消振措施

后橋減速器總成采用噪聲和平穩(wěn)性較好的等高齒制齒輪取代原使用的收縮齒制齒輪，并優(yōu)化改進(jìn)最佳齒輪嚙合印痕位置及狀態(tài)，消除由于齒輪精度低及裝配調(diào)整不良導(dǎo)致的振動(dòng)噪聲。

3.4 產(chǎn)品一致性控制

為對(duì)后橋減速器總成噪聲品質(zhì)進(jìn)行測試并量化評(píng)價(jià)，排除人工評(píng)價(jià)的干擾，采用后橋主減速器實(shí)時(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)和主減速器生產(chǎn)在線測試系統(tǒng)對(duì)減速器總成進(jìn)行下線檢測，確?？偝蒒VH質(zhì)量。

4 對(duì)策詳述及效果驗(yàn)證

4.1 質(zhì)量減振器技術(shù)方案

安裝質(zhì)量減振器，通過測定車輪回振頻率，確定質(zhì)量減振器的固有頻率，以便在車輪回振頻域內(nèi)盡可能吸收消化車輪回振能量。增加質(zhì)量減振器的方案如圖5所示。

圖5 質(zhì)量減振器安裝示意

4.2 質(zhì)量減振器降噪效果確認(rèn)

通過增加質(zhì)量減振器后，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)噪聲有大幅改善，由車輪回振引起的嗡嗡噪聲基本消除，回振振幅變低，原共振點(diǎn)振幅被拉低，形成2個(gè)小波峰，實(shí)施效果有效，其中駕駛員耳旁噪聲變化詳見圖6.

效果：駕駛員耳旁噪聲降低7.49 dB（1 325 rpm）

圖6 增加質(zhì)量減振器后駕駛員耳旁噪聲變化情況

4.3 扭轉(zhuǎn)減振器技術(shù)方案

可在主減速器前端連接法蘭與傳動(dòng)軸凸緣叉中間增加扭轉(zhuǎn)減振器（TVD），通過衰減傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振（輸出扭矩變化），達(dá)到降噪減振的目標(biāo)，扭轉(zhuǎn)減振器（TVD）的結(jié)構(gòu)及安裝示意如圖7和圖8所示。

圖7 TVD外形結(jié)構(gòu)

圖8 TVD安裝示意

4.4 扭轉(zhuǎn)減振器降噪效果確認(rèn)

整車安裝扭轉(zhuǎn)減振器(TVD)后，三、四和五擋加速總聲壓級(jí)曲線對(duì)比分別如圖9、10、11所示。

圖9 三擋加速總聲壓級(jí)對(duì)比曲線

圖10 四擋加速總聲壓級(jí)對(duì)比曲線

圖11 五擋加速總聲壓級(jí)對(duì)比曲線

4.5 轉(zhuǎn)減振器減振效果小結(jié)

（1）TVD對(duì)總聲壓級(jí)的影響主要體現(xiàn)在3檔2 800 rpm以下，4、5檔1 800 rpm以下，總聲壓級(jí)可降低4 dB～6 dB（A）；

（2）TVD對(duì)2階噪聲的影響主要體現(xiàn)在1 600 rpm和2 100 rpm，最多可降低14 dB（A）.

4.6 后橋殼更改方案

后橋殼結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后比對(duì)如圖12和圖13所示。

圖12 改進(jìn)前橋殼結(jié)構(gòu)狀態(tài)

圖13 改進(jìn)后橋殼結(jié)構(gòu)狀態(tài)（加四個(gè)加強(qiáng)板，圖示深藍(lán)色鈑金沖壓件）

4.7 后橋殼降噪效果確認(rèn)

改進(jìn)前后橋殼模態(tài)對(duì)比數(shù)據(jù)如下表1所列。

表1 橋殼模態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)比

將改進(jìn)的后橋殼裝車進(jìn)行NVH評(píng)估，發(fā)現(xiàn)車內(nèi)轟鳴聲大幅降低，且殘余轟鳴聲聚集在較窄的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，改進(jìn)措施有效。

改進(jìn)前后，駕駛員耳旁噪聲對(duì)比詳見圖14.

圖14 改進(jìn)前后駕駛員耳旁噪聲對(duì)比

4.8 齒輪更改方案

收縮齒和等高齒加工的主要區(qū)別為：收縮齒的加工方法采用單分度法（即端面銑削法），大批量生產(chǎn)時(shí)加工一套齒輪需要五臺(tái)切齒機(jī)床為一組，大輪的粗切、精切和小輪的粗切、精切凸面、精切凹面分別在不同的機(jī)床上采用不同的刀具來加工，其優(yōu)點(diǎn)是粗精切分開后，精切刀具耐用度提高，齒面粗糙度好，接觸區(qū)在小輪的兩面分別修正，互不影響。但缺點(diǎn)是機(jī)床、刀具品種增多，不利于管理，另外加工一套齒輪需裝卸五次，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

等高齒的加工方法采用連續(xù)分度法（即端面滾削法），大批量生產(chǎn)時(shí)加工一套齒輪只需要兩臺(tái)切齒機(jī)床為一組，大輪和小輪分別采用一把刀具完成切齒加工，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，加工一套齒輪需裝卸兩次，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。其缺點(diǎn)是齒面粗糙度不如收縮齒，但由于嚙合軌跡與切齒刀紋呈一定的角度，噪聲和平穩(wěn)性相反有所提高。

4.9 齒輪更改效果確認(rèn)

4.9.1 等高齒裝車效果測試

相關(guān)車型后橋減速器總成采用收縮齒與等高齒振動(dòng)效果對(duì)比情況如圖15和圖16所示。

（續(xù)下圖）

（續(xù)上圖）

圖15 收縮齒（原狀態(tài)齒輪）裝車NVH效果

圖16 等高齒裝車NVH效果

（注：圖13內(nèi)“調(diào)整要求裝配”指為達(dá)到新設(shè)定的齒輪嚙合印痕而對(duì)主齒安裝距墊片厚度等位置進(jìn)行調(diào)整）

上述兩圖NVH曲線表明：采用等高齒取代收縮齒后，后橋減速器的階次噪聲均落在目前線（圖中間曲線：即車廂內(nèi)噪線降低10 dB）內(nèi)，NVH效果良好，主觀評(píng)測未感知到嘯叫聲。

4.9.2 優(yōu)化裝配印痕措施效果確認(rèn)

優(yōu)化改進(jìn)后橋減速器總成最佳齒輪嚙合印痕位置及狀態(tài)效果說明如圖17.

（1）嚙合印痕狀態(tài)

圖17 改進(jìn)前后嚙合印痕對(duì)比

（2）部件下線檢測——效果確認(rèn)

采用SGMW與某高校合作研發(fā)的減速器總成振動(dòng)檢測設(shè)備確認(rèn)部件改進(jìn)效果，檢測數(shù)據(jù)及結(jié)論如下：

根據(jù)嚙合印痕區(qū)的位置和面積將選取的28個(gè)減速器樣本檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，所得結(jié)果如圖18所示。

①嚙合印痕區(qū)偏向輪齒小端時(shí)

面積的大小不影響后橋減速器齒輪處振動(dòng)幅值，其值均集中在3～5 m/s2.

②嚙合印痕區(qū)偏向輪齒中端及大端時(shí)

面積的大小不影響后橋減速器齒輪處振動(dòng)幅值，其值均集中在5.5～8 m/s2.統(tǒng)計(jì)信息說明齒輪嚙合印痕區(qū)的位置對(duì)減速器振動(dòng)有影響，當(dāng)齒輪嚙合印痕偏向小端時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)較小。

圖18 嚙合印痕與振動(dòng)幅值對(duì)應(yīng)關(guān)系

4.9.3 優(yōu)化印痕的部件裝車效果確認(rèn)

改進(jìn)前、后件裝車實(shí)測NVH效果對(duì)比如下（主要是改善了勻速行駛的噪聲表現(xiàn)）如圖19所示。

圖19 減速器總成階次噪聲曲線（優(yōu)化前）

圖中最上端的曲線為五擋整車內(nèi)噪線，其下方曲線（中間部位曲線，較平緩的線）為后橋減速器總成階次噪聲接收標(biāo)準(zhǔn)線（比整車內(nèi)噪低10 dB），最下端曲線（較波折的線）為實(shí)測減速器總成階次噪聲線，實(shí)測減速器總成階次噪聲線有兩處超越標(biāo)準(zhǔn)線約5 dB左右，主觀評(píng)測也確認(rèn)有“嗡嗡”齒輪嘯叫聲。減速器總成階次噪聲曲線（優(yōu)化后）如圖20所示。

圖20 減速器總成階次噪聲曲線（優(yōu)化后）

圖中最上端的曲線為五擋勻速整車內(nèi)噪線，其下方曲線（中間部位曲線）為后橋減速器總成階次噪聲接收標(biāo)準(zhǔn)線（比整車內(nèi)噪低10 dB），最下端曲線為實(shí)測減速器總成階次噪聲線，由圖可以看出，階次噪聲線較標(biāo)準(zhǔn)線最少降低5 dB，且變動(dòng)平緩，主觀評(píng)測也未發(fā)現(xiàn)齒輪嘯叫聲。

5 結(jié)束語

本文探討了某新款MPV開發(fā)過程中出現(xiàn)的傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題，分析產(chǎn)生的原因并指明改進(jìn)對(duì)策、給出措施并驗(yàn)證措施的有效性，為后驅(qū)車型傳動(dòng)系統(tǒng)NVH問題分析解決提供了實(shí)際參考案例和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，為下一步制定后驅(qū)車型傳動(dòng)系統(tǒng)NVH開發(fā)流程奠定基礎(chǔ)和做好準(zhǔn)備。

The Solution and Application for Drive Line System’s NVH on Some MPV

WEI Bo，TANG Hai-yong
（TDC Dept.Product Value Engineering Section，SGMW Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Through the analysis of the NVH problems of a new MPV transmission system(mainly the back wheel vibration noise in vehicle，vehicle resonance roar，high-speed gear howling)reasons，formulate corresponding measures for different excitation sources：the mass damper and torsional vibration damper-reduce vibration and improve the rear axle housing modal，vibration，etc.With high barrier and optimization of the gear meshing tooth to eliminate vibration，and the experimental verification measures，effectively solve the problem of vehicle transmission system NVH，and the accumulation of relevant data and experience.

driveline system；final drive；gear set；rear axle case model；contact pattern

U461.4

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0144-05

2017-02-02

韋波（1976-），男，廣西都安人，學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：車輛傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)；唐海勇（1979-），男，廣西全州人，本科，工程師，研究方向：汽車工藝及材料開發(fā)研。