某雙離合變速器嘯叫噪聲優(yōu)化控制研究

周立廷，王暉，葛玉霞，董博文，趙明

（1.華晨汽車工程研究院NVH工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141；2.華晨汽車工程研究院傳動(dòng)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

1 前言

汽車變速器作為汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能與壽命會(huì)直接影響整車的品質(zhì)。隨著汽車 NVH技術(shù)的發(fā)展和汽車用戶對(duì)駕乘舒適性的要求越來(lái)越高，對(duì)汽車變速器 NVH性能的要求已經(jīng)越來(lái)越苛刻。無(wú)論是進(jìn)口變速器還是國(guó)產(chǎn)變速器，都面臨著主機(jī)廠越來(lái)越嚴(yán)格的 NVH性能要求。不僅有明確的變速器單體 NVH目標(biāo)，甚至有嚴(yán)格的變速器匹配 NVH性能目標(biāo)體系和驗(yàn)證流程。這促使變速器廠商進(jìn)一步提高自身產(chǎn)品的NVH性能。

嘯叫作為最常見的汽車變速器 NVH問題，其特征是一種中高頻的純音，很容易被人耳識(shí)別[1][2]。其瞬時(shí)噪聲頻率帶寬很窄，同時(shí)隨著轉(zhuǎn)速的變化嘯叫的頻率也有線性變化，通常被稱為類似哨聲的噪聲。因?yàn)橛羞@樣的特征，即使在有一定背景噪聲的情況下嘯叫依然很容易被識(shí)別，造成客戶的抱怨，這也是嘯叫問題需要控制和優(yōu)化的重要原因[3]。

以某七速雙離合變速器（DCT）嘯叫噪聲優(yōu)化為例，通過對(duì)嘯叫產(chǎn)生的噪聲源和傳遞路徑的分析，確定產(chǎn)生車內(nèi)嘯叫的根本原因，經(jīng)過有效的方案驗(yàn)證，達(dá)到了優(yōu)化嘯叫噪聲的目的。

2 變速器嘯叫噪聲特征識(shí)別

整車變速器嘯叫問題的客觀測(cè)試方法相對(duì)比較成熟。主要測(cè)試內(nèi)容是變速器噪聲源及其傳遞路徑，具體測(cè)點(diǎn)包括：乘客艙司機(jī)位置的聲音響應(yīng)，變速器近場(chǎng)噪聲和變速器殼體的振動(dòng)，以及變速器側(cè)懸置主動(dòng)和被動(dòng)端振動(dòng)。此外不能忽略換擋拉線車身接附點(diǎn)振動(dòng)，它也是變速器噪聲結(jié)構(gòu)傳遞的重要路徑。主要測(cè)試工況包括各檔位全加速和滑行。

研發(fā)車型匹配七速DCT，整車匹配過程中發(fā)現(xiàn)4檔加速工況2500-3500rpm乘客艙有明顯嘯叫，主觀評(píng)價(jià)不可接受。對(duì)該問題測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 四檔加速工況各測(cè)點(diǎn)時(shí)頻譜圖

圖1是四檔加速工況車內(nèi)、變速器近場(chǎng)噪聲和殼體振動(dòng)的時(shí)頻譜圖。由圖1a車內(nèi)司機(jī)內(nèi)耳在2500-3500rpm存在明顯嘯叫階次特征，嘯叫為51階，與變速器4檔檔位齒輪階次一致，變速器近場(chǎng)及變速器殼體振動(dòng)均存在這一階次特征（如圖b、c所示），由此可以確定該嘯叫聲來(lái)自變速器。對(duì)于此嘯叫問題該如何優(yōu)化控制需要對(duì)噪聲源和傳遞路徑進(jìn)行具體分析。

3 變速器嘯叫噪聲源分析

對(duì)變速器噪聲源的客觀評(píng)價(jià)主要是依據(jù)變速器殼體振動(dòng)及變速器近場(chǎng)噪聲水平。不同級(jí)別車型和不同類型的動(dòng)力總成變速器本體的振動(dòng)與輻射噪聲水平有較大差異，因此對(duì)變速器振動(dòng)噪聲源的控制必須要有適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)。

提取研發(fā)車型變速器殼體檔位齒輪階次（49階）振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)嘯叫激勵(lì)源進(jìn)行分析，該檔位嘯叫階次振動(dòng)幅值相對(duì)較低，與同級(jí)別競(jìng)品車同檔位階次水平差別不大，且階次振動(dòng)峰值要明顯低于競(jìng)品車（如圖2所示），說明此嘯叫問題并不是變速器噪聲源過大造成的，而是來(lái)自于傳遞路徑的放大導(dǎo)致的。因此需對(duì)傳遞路徑做系統(tǒng)的分析排查。

圖2 變速器殼體檔位齒輪階次振動(dòng)曲線

4 變速器嘯叫的傳遞路徑分析

4.1 變速器嘯叫的空氣傳遞路徑

變速器的空氣傳播噪聲由變速器殼體輻射噪聲通過車身、車門等縫隙直接輻射入車內(nèi)被人耳所聽到。通過傳遞路徑分析和變速器包裹覆蓋法等驗(yàn)證表明，與結(jié)構(gòu)傳遞噪聲相比，空氣傳播的嘯叫噪聲比重相對(duì)較小[4]，但空氣傳播嘯叫噪聲卻不可忽視。在整車變速器匹配及嘯叫控制中對(duì)空氣傳遞可以通過整車聲聲靈敏度來(lái)控制[5]，可以理解為整車聲衰減量，即由發(fā)動(dòng)機(jī)艙至車內(nèi)的隔聲量。研發(fā)車型與競(jìng)品車聲衰減對(duì)比測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由聲衰減測(cè)試結(jié)果看，研發(fā)車型動(dòng)力總成主要空氣傳播路徑的聲衰減量比競(jìng)品車更好，能更有效地衰減來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)艙的噪聲。也就是說在同等噪聲源水平情況下，研發(fā)車型車內(nèi)噪聲水平會(huì)好于競(jìng)品車型。對(duì)于當(dāng)前變速器本體噪聲源水平基本一致的情況下，研發(fā)車型車內(nèi)嘯叫噪聲比競(jìng)品車更差，說明此問題在路徑上并不是由空氣傳播造成的，而有其他結(jié)構(gòu)路徑的影響。

4.2 變速器結(jié)構(gòu)傳播噪聲的傳遞路徑

變速器噪聲的結(jié)構(gòu)傳遞主要是通過動(dòng)力總成與車身的連接部件傳遞至車內(nèi)，這些部件包括如變速器和扭力臂懸置，變速器拉線及支架等[6]。如果結(jié)構(gòu)傳遞的頻率特性與齒輪嚙合階次激勵(lì)頻率范圍重合，很容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傳遞上的振動(dòng)放大，從而造成車內(nèi)產(chǎn)生嘯叫聲。因此避免階次激勵(lì)與結(jié)構(gòu)特征頻率的重疊是解決變速器噪聲結(jié)構(gòu)傳遞的關(guān)鍵。在整車匹配中，通常采用結(jié)構(gòu)接附點(diǎn)解耦（即脫開結(jié)構(gòu)接附點(diǎn)）驗(yàn)證或TPA的方法來(lái)確定結(jié)構(gòu)傳遞的影響及貢獻(xiàn)量。TPA方法因需要在各路徑上布置多個(gè)指示點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)，對(duì)變速器及支架和拉線這類體積小、路徑復(fù)雜、且空間有限的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證很難實(shí)現(xiàn)，而結(jié)構(gòu)接附點(diǎn)解耦驗(yàn)證的方法因?yàn)楹?jiǎn)單方便、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，常用于驗(yàn)證變速器噪聲結(jié)構(gòu)傳遞。尤其是對(duì)與變速器相連的拉線和各類支架的驗(yàn)證。

圖4 脫離接附點(diǎn)前后車內(nèi)聲音

圖5 變速器P檔鎖拉線及支架結(jié)構(gòu)

通過脫離結(jié)構(gòu)接附點(diǎn)驗(yàn)證變速器及其附件結(jié)構(gòu)傳遞貢獻(xiàn)量發(fā)現(xiàn)，脫開P檔鎖拉線后車內(nèi)嘯叫有明顯變化（如圖4），脫開拉線后在2500-3500rpm轉(zhuǎn)速區(qū)間4檔嘯叫聲（51階）消失，可以確定P檔鎖拉線是影響變速器嘯叫結(jié)構(gòu)傳遞的關(guān)鍵路徑。

圖6 拉線支架接附點(diǎn)振動(dòng)

對(duì)變速器P檔鎖拉線結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析，拉線前端與變速器P檔鎖銷連接，拉線中部通過支架與變速器連接（如圖5），這兩處接附點(diǎn)成為造成拉線結(jié)構(gòu)傳遞的重要激勵(lì)點(diǎn)，通過分別解耦驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，拉線支架與變速器接附點(diǎn)是嘯叫結(jié)構(gòu)傳遞的關(guān)鍵激勵(lì)點(diǎn)。

對(duì)比脫開變速器拉線支架前后拉線支架接附點(diǎn)處振動(dòng)響應(yīng)（如圖6），在變速器嘯叫激勵(lì)源不變的情況下，基態(tài)拉線接附點(diǎn)振動(dòng)存在明顯共振帶造成嘯叫階次被放大，脫開拉線后支架振動(dòng)響應(yīng)在 1000Hz以上明顯衰減，檔位齒輪嘯叫階次振動(dòng)幅值降低明顯。

5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化驗(yàn)證

通過結(jié)構(gòu)傳遞路徑驗(yàn)證，確定變速器嘯叫問題來(lái)源于變速器拉線支架局部共振造成嘯叫階次噪聲被放大。對(duì)此類問題優(yōu)化方向有兩個(gè)：一是改變相關(guān)部件結(jié)構(gòu)提升其模態(tài)頻率來(lái)避頻，二是增加隔振措施大大降低激勵(lì)力來(lái)避免共振。對(duì)于當(dāng)前車型問題，P檔鎖拉線支架體積很小，為鑄鋁材質(zhì)，其模態(tài)頻率較高，通常在 1000Hz以上，很難通過控制模態(tài)來(lái)進(jìn)行避頻，最為有效的方法是通過增加適當(dāng)?shù)母粽翊胧﹣?lái)減小激勵(lì)，從而避免支架結(jié)構(gòu)共振放大產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)傳遞和輻射作用。

圖7 增加支架橡膠隔振墊結(jié)構(gòu)

圖8 變速器拉線支架階次振動(dòng)響應(yīng)

針對(duì)研發(fā)車型的變速器拉線支架結(jié)構(gòu)形式，選取在支架與變速器殼體間增加專用橡膠隔振墊的方案，該橡膠墊為外側(cè)圓周帶有凹槽的環(huán)形膠墊，拉線支架嵌在膠墊凹槽中，支架和膠墊通過支撐套筒和固定螺栓被限位在變速器的殼體上，實(shí)現(xiàn)了拉線支架與變速器殼體的完全解耦，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。增加橡膠隔振措施后，變速器拉線支架振動(dòng)響應(yīng)1000Hz以上有明顯衰減，其振動(dòng)響應(yīng)幅值與脫開支架結(jié)果基本一致，提取變速器階次激勵(lì)對(duì)比，增加橡膠隔振措施后階次激勵(lì)幅值由原來(lái)最高的0.47g降低至不超過0.06g（如圖8），降低幅度超過80%，由此有效地改善了變速器嘯叫階次激勵(lì)的結(jié)構(gòu)傳遞，從而解決了研發(fā)車型的嘯叫問題。

6 結(jié)論

本文通過對(duì)研發(fā)車型嘯叫噪聲源和傳遞路徑的測(cè)試分析驗(yàn)證，確定了該車型車內(nèi)明顯嘯叫的根本原因是變速器拉線支架結(jié)構(gòu)共振放大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傳遞造成的，通過采取合理的隔振措施衰減變速器階次激勵(lì)的結(jié)構(gòu)傳遞，從而解決車內(nèi)嘯叫問題。同時(shí)通過對(duì)激勵(lì)源、傳遞路徑（包括結(jié)構(gòu)傳遞路徑和空氣傳遞路徑）及各系統(tǒng)的分析和控制，為變速器嘯叫控制策略及系統(tǒng)控制目標(biāo)的建立提供了參考。