城市型SUV汽車行駛噪聲測試實(shí)驗(yàn)研究

李慶芬，王金金，鄧 彬

（湖南工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖南 衡陽421008）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，中國進(jìn)入了高速發(fā)展的汽車時代。隨著汽車銷量和汽車品牌數(shù)量的不斷攀升，各類型汽車在家用汽車市場的競爭相當(dāng)激烈，2015年中國汽車銷量增長最快的是城市型SUV，SUV的家用普及率得到了飛速的增長。SUV獲得了眾多消費(fèi)者的青睞，這與它較高的通過性、舒適度和性價比是分不開的，隨著人們駕乘體驗(yàn)的提高，越來越多的人開始重視安靜的車內(nèi)環(huán)境，特別是SUV的車內(nèi)噪聲。越來越多的自主品牌SUV也開始像進(jìn)口品牌轎車一樣運(yùn)用NVH測試方法來對汽車進(jìn)行噪聲實(shí)驗(yàn)。據(jù)相關(guān)研究表明，車內(nèi)噪聲除受地面狀況、輪胎、軸承及車架結(jié)構(gòu)等影響外，主要影響來至于驅(qū)動后橋[1]。本文運(yùn)用西門子公司的NVH開發(fā)支持軟件對某型SUV汽車A、B兩種后橋進(jìn)行臺架測試為例，測試了該SUV汽車后橋在三至五高速檔位下的噪聲聲壓和振動頻率，并對這兩種不同型號的后橋進(jìn)行了比對測試，通過測試結(jié)果找到了車內(nèi)的主要噪聲源，并為今后的優(yōu)化設(shè)計提供相應(yīng)的控制方案。

1 后橋臺架測試方法

1.1測試平臺建立

完成本次測試要用到的設(shè)備及設(shè)備作用如表1所列。

表1 SUV后橋噪聲測試設(shè)備及設(shè)備作用

完成測試設(shè)備安裝后的測試平臺如圖1所示，圖中1、3兩個圓圈位置為麥克風(fēng)安裝位置，這兩個麥克風(fēng)分別距離主減速器齒輪的嚙合幾何中心300 mm，中間圓圈2的位置為振動傳感器的安裝位置，其安裝在殼體上方的中心處。

圖1 測試平臺安裝圖

1.2測試條件

（1）對測試環(huán)境噪聲的要求

測試平臺應(yīng)安裝在環(huán)境安靜的車間或?qū)嶒?yàn)室，環(huán)境噪聲不得超過10 dB（A），即測試的本底噪聲不得高于10 dB（A），從而保證測量不受外界干擾。

（2）對測試平臺的要求

測試平臺能夠準(zhǔn)確顯示不同檔位時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能在一定轉(zhuǎn)速下維持一段時間，方便測試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和計算。

1.3測試步驟

測試開始時應(yīng)先啟動發(fā)動機(jī)以帶動測試后橋轉(zhuǎn)動，讓主減速器保持低速運(yùn)行一段時間后慢慢加速，在達(dá)到測試速度檔位和轉(zhuǎn)速時，記錄下輸入軸轉(zhuǎn)速和扭矩，并記錄噪聲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集分別選取三、四、五檔3個高速檔位不同發(fā)動機(jī)狀態(tài)時的噪聲基頻、嚙合頻率、聲壓頻率和嚙合頻率聲壓。

變速箱在三和四檔位置時，分別記錄發(fā)動機(jī)9個不同轉(zhuǎn)速時的噪聲數(shù)據(jù)；變速箱在五檔位置時，分別記錄發(fā)動機(jī)6個不同轉(zhuǎn)速時的噪聲數(shù)據(jù)。不同檔位下的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)如表2所列，測試聲壓時的數(shù)據(jù)選取后方麥克風(fēng)數(shù)據(jù)，測試轉(zhuǎn)速點(diǎn)的選擇是依據(jù)整車測試數(shù)據(jù)，選取整車工況下嘯叫階次的峰值轉(zhuǎn)速點(diǎn)。

表2 發(fā)動機(jī)測試轉(zhuǎn)速

2 測試結(jié)果

針對某型號SUV汽車在加減速行車過程中存在嘯叫的問題，本次測試分別對其A、B兩種型號后橋進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測試數(shù)據(jù)如下。

2.1 A型后橋三檔測試數(shù)據(jù)

圖2中曲線2是A型后橋三檔時的聲壓曲線，它與整車噪聲聲壓曲線1對比如圖所示，其中排除掉發(fā)動機(jī)啟動噪聲后，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在2 400 rpm和3 800 rpm左右時出現(xiàn)兩次高峰。

分別提取A型后橋在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2 400 rpm和3 800 rpm時的噪聲頻譜和后橋振動頻譜曲線，如圖3、圖4中上下兩條曲線所示，找到在較高噪聲時后橋振動的峰值頻率分別為226.95 Hz和508.84 Hz，在優(yōu)化主減速器和后橋結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)避免后橋的固有頻率出現(xiàn)在這兩個頻率段，否則會引起共振，產(chǎn)生更大噪聲。

圖3 A型后橋三檔2400rpm轉(zhuǎn)速下振動曲線

圖4 A型后橋三檔3800rpm轉(zhuǎn)速下振動曲線

2.2 A型后橋四檔測試數(shù)據(jù)

A型后橋在四檔時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1 800 rpm和3 700 rpm時嚙合噪聲出現(xiàn)峰值，分別對應(yīng)的共振頻率為233.64 Hz和 678.45 Hz，具體如圖 5、圖 6、圖 7所示。

圖5 A型后橋四檔聲壓曲線

圖6 A型后橋四檔1800rpm轉(zhuǎn)速下振動曲線

圖7 A型后橋四檔3700rpm轉(zhuǎn)速下振動曲線

2.3 A型后橋五檔測試數(shù)據(jù)

A型后橋在五檔時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在1 900 rpm和2 800 rpm時嚙合噪聲出現(xiàn)峰值，分別對應(yīng)的共振頻率為464.41 Hz和684.19 Hz.如圖8、圖9、圖10所示。

圖8 A型后橋五檔聲壓曲線

圖9 A型后橋五檔1900rpm轉(zhuǎn)速下振動曲線

圖10 A型后橋五檔2800rpm轉(zhuǎn)速下振動曲線

2.4 A、B型后橋噪聲測試數(shù)據(jù)對比

根據(jù)產(chǎn)品類型配置的不同，某型SUV汽車配有A、B兩種不同后橋，分別對兩種后橋進(jìn)行臺架NVH測試后，對它們的測試噪聲聲壓值進(jìn)行比對，詳見表3.數(shù)據(jù)選取的是距主減速器上方300 mm處麥克風(fēng)的采集數(shù)值。根據(jù)表3中數(shù)據(jù)顯示，在對應(yīng)三種高速檔位不同發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下B型后橋的噪聲值比A型后橋稍低，但相同行駛工況下兩種后橋噪聲增量程度大致相同，基本可以確定主減速嚙合噪聲是該車行程噪聲主來源，而影響嚙合噪聲主要因素是齒輪的設(shè)計和加工制造精度[2]，接下來需要對這兩種后橋的主減速齒輪進(jìn)行質(zhì)量檢測和優(yōu)化設(shè)計[3]。

表3 A、B型后橋噪聲聲壓對比表

后橋主減速器的質(zhì)量檢測可以主要針對主減速齒輪的制造精度，檢測項(xiàng)目包括主被動傘狀齒輪裝配后的嚙合齒側(cè)間隙、主減凸緣端面跳動、主減凸緣止口的徑向跳動、主被動傘齒輪齒面粗糙度、硬度、齒輪正反轉(zhuǎn)的嚙合印跡等，如果齒輪的制造精度達(dá)到要求，就要對齒輪結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并通過有限元仿真軟件對優(yōu)化后齒輪的固有頻率、應(yīng)力變形等進(jìn)行分析，得到最佳的設(shè)計數(shù)據(jù)，再進(jìn)行生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

本文以某城市SUV汽車高速行駛過程中異響為研究對象，通過臺架NVH測試的方法，找到了車內(nèi)嘯叫的噪聲源是后橋主減速器嚙合齒輪，得出了要改善車內(nèi)噪聲必須對主減速齒輪進(jìn)行質(zhì)量檢測和優(yōu)化設(shè)計的結(jié)論。文中的測試數(shù)據(jù)為后橋主減速齒輪優(yōu)化設(shè)計提供了一定的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛世偉，李光明，陳富強(qiáng).NVH測試在汽車后橋異響噪聲源分析中的應(yīng)用[J].汽車工程師，2011（11）：40-45.

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[3]王偉偉.汽車主減速器弧齒錐齒輪參數(shù)化設(shè)計與有限元分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.