基于傳遞路徑分析優(yōu)化某款車型變速器齒輪噪音

劉 偉，王 杰，邢明星

0 引言

隨著家用汽車在人們生活中的普及，汽車需求大大增加，眾多汽車企業(yè)也如雨后春筍般成立，為了在激烈的市場競爭中存活，車企就必須在低成本前提下提高整車性能。于此同時顧客對汽車的要求也越來越高，整車NVH性能越來越受到顧客重視。變速器作為汽車主要噪聲源，為了有效降低其由于齒輪嚙合產(chǎn)生的噪音傳入駕駛艙內(nèi)，需要在其“源—路徑—響應(yīng)”進行逐一優(yōu)化。本文主要從路徑進行優(yōu)化，在低成本，短周期前提下有效降低了變速器齒輪嚙合噪音對駕駛艙的貢獻，本文針對某款車型存在的NVH問題展開討論，即汽車在加速時，發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速為2 500 rpm時，有噪音產(chǎn)生，通過傳遞路徑分析解決此問題。

1 結(jié)構(gòu)噪聲傳遞路徑貢獻量分析原理[1]

車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲傳遞路徑如下，見圖1.

圖1 傳遞路徑分析簡圖

其中Fi為各路徑上問題工況下運行的載荷（結(jié)構(gòu)振動激勵力），TF為結(jié)構(gòu)噪聲傳遞函數(shù)，則

其中，P為車內(nèi)目標(biāo)點的響應(yīng)，F(xiàn)i為路徑上激勵。

如果有n條路徑，則車內(nèi)總的目標(biāo)點響應(yīng)Y認為是各條路徑貢獻量的線性疊加，即

1.1 傳遞函數(shù)TFi獲取

為了得到汽車振動噪聲傳遞路徑中貢獻量較大部位對車室內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)TF，需要通過模態(tài)力錘敲擊動力總成與車身的各個耦合點得到激勵Fi，駕駛艙的聲壓為響應(yīng)P，即獲得TFi.

1.2 問題工況運行下力的獲取

對TF矩陣求逆，利用測試得到的路徑上的TF矩陣求逆后，得到路徑的動剛度，再乘以相應(yīng)的加速度即可得到問題工況運行下的力，即

其中 Fn（ω）為運行工況下的力，Hnv（ω）為路徑上各個傳遞函數(shù)TF，av（ω）為運行工況下的振動加速度。

2 故障排查

針對引言提到的問題工況，整車加速過程中發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)速為2 500 rpm時，存在變速器齒輪噪音，利用LMS.Test.Lab.SCADS數(shù)據(jù)采集前端對問題車輛進行客觀測試分析，齒輪嚙合噪聲在該轉(zhuǎn)速段出現(xiàn)明顯峰值，對應(yīng)齒輪嚙合頻率為330 Hz左右。

3 結(jié)構(gòu)噪聲傳遞路徑貢獻量測試及分析

圖2分別采集路徑上如：懸置、副車架、驅(qū)動半軸等路徑，通過傳遞路徑貢獻量分析，發(fā)現(xiàn)右驅(qū)動半軸部位在該轉(zhuǎn)速范圍貢獻量最大，需要對半軸部位進行模態(tài)測試，確定共振具體部位。

圖2 貢獻量分析結(jié)果

4 模態(tài)測試分析[2]

通過模態(tài)測試，右驅(qū)動半軸模態(tài)頻率為340 Hz，與齒輪嚙合頻率耦合，為共振部位，通過不動點理論[3]計算動力吸振器參數(shù)，并完成增加吸振器半軸試制及模態(tài)測試，對比結(jié)果見圖3、圖4.

圖3 增加吸振器前后半軸

圖4 模態(tài)對比結(jié)果

5 優(yōu)化效果驗證

對右驅(qū)動半軸增加動力吸振器整車進行整車測試，并與優(yōu)化前原始狀態(tài)進行對比，在問題轉(zhuǎn)速范圍齒輪嚙合噪聲在駕駛艙貢獻降低8 dB（A）左右，主觀評價效果達到可接受水平。見圖5.

圖5 對比結(jié)果

6 結(jié)論

在產(chǎn)品設(shè)計凍結(jié)情況下從激勵源（本例為變速器）解決噪聲問題是很困難的，如要提高齒輪加工精度，對加工工藝要求嚴(yán)格，成本高。本例基于傳遞路徑貢獻量分析快速找到路徑上問題源，通過模態(tài)測試、模態(tài)修改，增加動力吸振器對問題源進行了消峰、移頻優(yōu)化，消除共振，有效解決了齒輪嚙合噪音大的問題，為系統(tǒng)解決變速器齒輪嚙合噪聲問題提供了可借鑒經(jīng)驗。

[1]劉東明，項 黨，羅 清，等.傳遞路徑分析技術(shù)在車內(nèi)噪聲與振動研究與分析中的應(yīng)用[J].噪聲與振動控制，2007，27（4）：73-77.

[2]海傖（比利時）.模態(tài)分析理論與試驗[M].白化同，郭繼忠，譯.北京：北京理工大學(xué)業(yè)出版社，2001.

[3]背戶一登著.動力吸振器及其應(yīng)用[M].任明章，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2013.