某客車傳動系扭振問題的分析與優(yōu)化

高兵 李陽 張偉琦

摘 要：傳動系扭振引起的噪聲問題是汽車NVH領(lǐng)域常見問題之一。文章以某長途大巴NVH售后問題為例，通過車內(nèi)噪聲、各測點(diǎn)的振動信號、轉(zhuǎn)速信號的時(shí)頻分析，闡明了傳動系扭振引起的噪聲問題表現(xiàn)、原因、排查方法及解決方案。

關(guān)鍵詞：NVH;扭振;時(shí)頻分析;試驗(yàn)

中圖分類號：U279.3+3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-30-03

Abstract： The noise caused by torsional vibration of transmission system is one of the common problems in NVH field. Taking the NVH problem of a long distance bus as an example， this paper analyzes the noise in the car， the vibration signal of each measuring point， and the time-frequency of the rotation speed signal， and expounds the noise problems caused by the torsional vibration of the transmission system， the causes， troubleshooting methods and solutions.

Keywords： NVH; Torsional vibration; FFT analysis; Test

CLC NO.： U279.3+3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-30-03

引言

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對整車舒適性的要求也越來越高。大量車型在研發(fā)及銷售策略上也不斷的在凸出整車舒適性。整車NVH性能作為舒適性的重要參數(shù)，不僅需要考慮各子系統(tǒng)的零部件目標(biāo)，更需要考慮整車匹配引起的NVH問題。

整車NVH問題包括發(fā)動機(jī)、進(jìn)排氣、變速器、車橋、輪胎等零部件噪聲，以及路噪、風(fēng)噪等系統(tǒng)噪聲。其頻率成分相互重疊，部分噪聲及振動問題需要借助階次分析、模態(tài)測試、時(shí)頻分析等方法進(jìn)行判斷及識別。而傳動系扭振引起的噪聲問題不僅表現(xiàn)為低頻轟鳴聲，還有整車噪音大、異響、整車抖動等問題。

相比各子系統(tǒng)零部件問題引起的整車NVH問題，傳動系扭振引起的NVH問題與整車性能匹配關(guān)系較大，影響因素較多。從發(fā)動機(jī)激勵源至離合器、變速器、傳動軸到最后的車橋，對該問題都存在一定的影響作用。因此，如何通過合理的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行主觀評價(jià)排查及整車測試，快速識別問題具體原因，并針對性的提供解決方案。對解決該類工程問題，存在至關(guān)重要的作用。

1 測試概況

1.1 車輛基本信息

本文研究的車輛為某長途大巴，發(fā)動機(jī)為直列6缸柴油機(jī)，發(fā)動機(jī)最大功率為247kw，最大轉(zhuǎn)速為1900rpm。變速器為6檔手動變速器。

1.2 問題車輛故障形式

該問題車輛主要主要表現(xiàn)在車速40km/h附近，發(fā)動機(jī)800rpm-1100rpm，車內(nèi)主觀評價(jià)噪聲較大并伴隨明顯的轟鳴聲。尤以4檔較為明顯，初步判斷與傳動系扭振關(guān)系較大。

2 整車試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過整車NVH主觀評價(jià)識別產(chǎn)生異響具體工況及檔位信息。

測試車輛正常路試工況下的車內(nèi)噪聲振動及發(fā)動機(jī)、變速器轉(zhuǎn)速信息，通過數(shù)據(jù)分析具體異響原因并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2.2 傳感器布置

主要測點(diǎn)位置如下：

（1）駕駛員右耳噪聲;

（2）車橋正上方乘客位置左耳噪聲;

（3）發(fā)動機(jī)振動;

（4）變速器振動;

（5）車橋振動;

（6）發(fā)動機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速信號;

（7）變速器轉(zhuǎn)速信號。

2.3 測試方案設(shè)計(jì)

為保證數(shù)據(jù)真實(shí)有效，便于后期數(shù)據(jù)分析以定位問題根源。根據(jù)前期主觀評價(jià)結(jié)果，分別測試三檔、四檔及五檔變速器檔位下，從發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速的車內(nèi)噪聲振動，各工況采集3組，確保數(shù)據(jù)一致性及準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)測試時(shí)選擇路況較好，無干擾車輛的路面。車內(nèi)關(guān)閉空調(diào)且關(guān)閉車窗，無其它干擾異響。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 車內(nèi)噪聲振動分析

由圖2可以看出，車輛在17s左右時(shí)，車內(nèi)噪聲存在明顯的爬升。主觀評價(jià)也存在明顯的轟鳴聲。

由圖3至圖5可以看出，第17s車內(nèi)噪聲爬升開始，發(fā)動機(jī)振動無明顯變化，但變速器及車橋振動明顯變大。

3.2 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分析

結(jié)合圖6對比可以看出，變速器轉(zhuǎn)速相對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在800rpm-1100rpm時(shí)存在明顯的波動。

綜合以上數(shù)據(jù)可以判定，發(fā)動機(jī)800rpm-1100rpm出現(xiàn)的噪聲大問題，主要原因?yàn)閭鲃酉蹬ふ袼隆?/p>

4 基本原理分析

汽車行駛時(shí)，傳動系統(tǒng)受到大小和方向都作周期性變化的切向力和法向力作用，使得系統(tǒng)在工作時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)及彎曲振動。由于系統(tǒng)支撐較多且系統(tǒng)的彎曲剛度相對較大，使得彎曲振動的自振頻率較高，不易在其工作頻率范圍內(nèi)引發(fā)彎曲共振。然而，由于系統(tǒng)軸向尺寸較大且傳動系統(tǒng)中裝有如飛輪等大慣量部件，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)振動的自振頻率相對較低，這也使得系統(tǒng)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)往往存在著較多的固有頻率，容易誘發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振。

傳動系統(tǒng)由于發(fā)動機(jī)周期性激勵的存在，致使發(fā)動機(jī)曲軸輸出轉(zhuǎn)矩并非恒值，而是存在一定的波動量。曲軸扭矩波動從飛輪端輸出后，將首先通過離合器減振摩擦傳遞作用，進(jìn)而作用于整個傳動系統(tǒng)。而傳動系統(tǒng)一個整體結(jié)構(gòu)，那么其必然存在其固有屬性，即固有模態(tài)。若激勵能量過大，或者剛度不足，自然會產(chǎn)生明顯的扭振問題。

因此對于扭振問題的解決，通常從激勵源-傳遞路徑-響應(yīng)的三方面進(jìn)行考慮優(yōu)化。具體來說就是：（1）降低發(fā)動機(jī)的扭矩波動;（2）采用低剛度、大阻尼的離合器;（3）加裝扭轉(zhuǎn)減振器;（4）優(yōu)化傳動軸。

5 方案驗(yàn)證

通過以上測試數(shù)據(jù)分析，我們將離合器剛度降低30%，阻尼提升50%，通過整車NVH對比驗(yàn)證，測試滿足客戶要求，具體測試結(jié)果如下：

由圖7可以看出，在17s時(shí)，車內(nèi)噪聲由78dB（A）降至72dB（A），改善明顯。

分別在4檔、5檔、6檔下從發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行加速，整車NVH主觀評價(jià)車內(nèi)噪聲增加較為平穩(wěn)，無明顯轟鳴聲及不平穩(wěn)噪聲，滿足客戶使用需求。

6 結(jié)語

（1）本文對問題車輛進(jìn)行了傳動系統(tǒng)的扭振測試及車內(nèi)噪聲振動測試，針對該車輛噪聲大的問題設(shè)計(jì)了合理的試驗(yàn)方案。

（2）對于整車常見NVH問題的排查、整改提供了一定的思路及方法。

（3）針對典型傳動系扭振問題，進(jìn)行了部分方案的有效驗(yàn)證，該車輛噪聲有明顯改善，問題得到解決。本文對傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的試驗(yàn)方案、分析思路，、方案驗(yàn)證等方面為傳動系扭振問題的解決，提供了一定的參考，具有一定的工程實(shí)踐意義。

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