逯子榮，田青龍，張國萍

Lu Zirong，Tian Qinglong，Zhang Guoping

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

汽車換擋機構(gòu)噪聲的研究

逯子榮，田青龍，張國萍

Lu Zirong，Tian Qinglong，Zhang Guoping

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

汽車換擋過程出現(xiàn)的噪聲會影響整車NVH性能，對出現(xiàn)的換擋噪聲進行信號采集，并結(jié)合換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性進行診斷分析，然后制定診斷方案，最終確定影響車內(nèi)換擋噪聲的主要因素是排擋器和拉索的布置方式。

換擋機構(gòu)；NVH；測試

0 引 言

近年來，汽車工業(yè)的發(fā)展方向是舒適、節(jié)能、環(huán)保和安全，因此整車的NVH性能越來越受到各個主機廠的重視，成為汽車領(lǐng)域市場競爭的重要指標。而汽車換擋機構(gòu)是實現(xiàn)（P-R-N-D擋位）換擋功能的主要機構(gòu)，換擋產(chǎn)生的NVH問題直接影響著乘客的乘坐舒適性和行駛安全性。車輛行駛過程中，在P-R-N-D換擋時，在車內(nèi)會聽到明顯的“咔咔”聲，影響整車舒適性，導致客戶抱怨。針對出現(xiàn)的換擋噪聲，分析換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合近年從事噪聲測試和分析工作的一些經(jīng)驗，探討整車換擋噪聲的測試分析和故障診斷的方法，為提高整車NVH性能提供支持。

1 換擋機構(gòu)結(jié)構(gòu)特性分析

汽車換擋機構(gòu)，是由一根推拉索作為傳動機構(gòu)連接換擋手柄和變速器換擋搖臂。換擋時，駕駛員推拉換擋手柄帶動推拉索，在推拉索端子的約束下推拉變速器換擋搖臂對變速器內(nèi)部機構(gòu)進行換擋操作，而換擋機構(gòu)上的擋位齒板和手柄槽限定了換擋機構(gòu)的 P、R、N、D擋位位置[1]。換擋機構(gòu)的主要零部件有：變速器內(nèi)部執(zhí)行機構(gòu)、變速器殼體、拉索支架、換擋拉索和排擋器等，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 換擋操縱機構(gòu)示意圖

駕駛員推動換擋手柄時，聽到的換擋噪聲，主要是由換擋結(jié)構(gòu)的機械運動產(chǎn)生，它對整車NVH性能有很大的影響。根據(jù)噪聲聲源通過傳遞路徑傳遞到接收者的思路進行分析[2]，換擋噪聲的聲源是變速器內(nèi)部執(zhí)行機構(gòu)的運動和排擋器的運動，傳遞路徑是拉索、殼體和懸置等結(jié)構(gòu)，接收是駕駛員聽到車內(nèi)噪聲。換擋噪聲的產(chǎn)生機理如圖2所示。

圖2 車內(nèi)換擋噪聲的產(chǎn)生機理

2 采集噪聲信號

換擋噪聲主要是由換擋機構(gòu)機械運動產(chǎn)生，可視為一種瞬態(tài)信號[3]。測試過程中需將車輛放置在安靜的環(huán)境中（消聲室），且需要使車輛熄火，同時需要使車輛保持上電的狀態(tài)，這是為了在車輛熄火狀態(tài)下實現(xiàn)P-R-N-D的換擋功能，以排除外部環(huán)境噪聲和發(fā)動機噪聲的干擾。

采用LMS Test.lab設(shè)備進行信號采集，傳聲器布置在車內(nèi)駕駛員右耳處，傳聲器的垂直坐標是座椅的表面與靠背表面的交線以上（0.70±0.05）m 處，水平橫坐標向右到座位中心面的距離為（0.2±0.02）m處，傳聲器方向指向車輛正常行駛的方向，位置如圖3所示。

圖3 傳聲器位置

測試過程中，車輛的天窗、車窗和車門應(yīng)關(guān)嚴，并且風機、壓縮機、大燈等均不工作。駕駛員操作過程避免出現(xiàn)其他噪聲，同時噪聲測試結(jié)果必須高于背景噪聲15 dB（A）以上。采集帶寬設(shè)置為24 000 Hz，頻率分辨率為1 Hz。所有采集開始與結(jié)束時間應(yīng)該分別提前和滯后換擋操作至少2 s。應(yīng)測試3～5組數(shù)據(jù)（P-R-N-D-N-R-P擋位依次轉(zhuǎn)換1次為1組數(shù)據(jù)）以保證測試數(shù)據(jù)的可信程度。

3 噪聲信號數(shù)據(jù)處理

基于 LMS Test.lab 軟件中 Signature Data Post-processing模塊對采集到的噪聲信號進行后處理分析。對信號進行頻譜分析，將采集到的聲壓信號加A計權(quán)處理，同時加載漢寧窗，取其有效值作為輸出值[4]，得到噪聲信號的聲壓總級圖（overall）和瀑布圖（colormap），如圖4和圖5所示。

圖4 噪聲聲壓總級圖

圖5 噪聲聲壓瀑布圖

從圖 4中可以看出，在整個換擋過程中，聲壓級出現(xiàn)了 6個峰值，每出現(xiàn)一個峰值就代表擋位轉(zhuǎn)換了一次（P-R-N-D-N-R-P擋位依次轉(zhuǎn)換），其峰值大小是擋位轉(zhuǎn)換時刻的聲壓級大小。從圖5中可以看出每一個換擋噪聲信號的頻率成分，在3 000 Hz以下比較明顯，且?guī)捿^大。不同擋位之間的轉(zhuǎn)換，發(fā)出噪聲的聲壓級大小以及頻率成分也不一樣。

4 換擋噪聲的診斷分析

整車的換擋噪聲是一種瞬態(tài)信號。通常用換擋時刻聲壓級的峰值表示換擋噪聲的大小[5]。

針對駕駛員聽到的換擋噪聲，根據(jù)上面提到的測試方法進行噪聲信號的采集，結(jié)合換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性分析結(jié)果以及實際工作中的經(jīng)驗，制定換擋噪聲故障診斷分析方案，以便確定影響車內(nèi)換擋噪聲的主要因素。制定的方案見表1。

依據(jù)制定的方案，對每一種方案進行測試分析，且在每一次測試前都需要對換擋噪聲進行主觀評價。針對不同的方案，每次測試方法和數(shù)據(jù)處理的方法需保持一致。

表1 噪聲故障診斷分析的方案

通過客觀數(shù)據(jù)的采集和處理，得到不同方案中駕駛員右耳聲壓級的數(shù)據(jù)見表2。

表2 駕駛員右耳聲壓級dB(A)

圖6 不同方案的駕駛員右耳噪聲聲壓級

依據(jù)測試得到的客觀數(shù)據(jù)和主觀評價結(jié)果對不同的方案進行分析。

方案1，客觀數(shù)據(jù)是整車原始狀態(tài)的數(shù)據(jù)，用于和其他方案的數(shù)據(jù)進行對比分析，主觀評價結(jié)果為換擋噪聲不可接受。

方案2，客觀數(shù)據(jù)顯示：此狀態(tài)的聲壓級明顯比原始狀態(tài)聲壓級小，且噪聲聲壓級大小將近50dB（A），不可忽視。掛擋時，駕駛員推動換擋手柄，變速器內(nèi)部換擋機構(gòu)已經(jīng)不工作，只有排擋器本身在運動，且排擋器受力發(fā)生了變化，因此車內(nèi)噪聲的主要聲源是排擋器結(jié)構(gòu)運動。由此可知，對整車狀態(tài)下的車內(nèi)換擋噪聲而言，排擋器引起的噪聲不可忽視。

方案3，客觀數(shù)據(jù)顯示：此狀態(tài)的聲壓級明顯比原始狀態(tài)聲壓級小，且噪聲聲壓級最大值不到38dB（A）。此狀態(tài)下，只有變速器內(nèi)部執(zhí)行機構(gòu)在工作，車內(nèi)噪聲主要是由變速器內(nèi)部機構(gòu)運動傳遞到車內(nèi)。由此可知，變速器內(nèi)部換擋執(zhí)行機構(gòu)運動對車內(nèi)噪聲的影響較小。

方案4，客觀數(shù)據(jù)顯示：此狀態(tài)的聲壓級略小于原始狀態(tài)聲壓級，且主觀評價結(jié)果顯示車內(nèi)噪聲基本無變化。因此可知殼體傳遞到拉索支架的振動對車內(nèi)噪聲的影響較小。

方案5，客觀數(shù)據(jù)顯示：此狀態(tài)的聲壓級比原始狀態(tài)聲壓級小，且主觀評價結(jié)果顯示車內(nèi)噪聲有很大改善，基本可接受。此方案中改變了拉索的布置方式（彎曲角度等因素），使得排擋器換擋力發(fā)生了變化，而換擋力的變化會影響換擋沖擊，從而影響換擋噪聲。因此換擋拉索的布置方式對車內(nèi)換擋噪聲有較大的影響。

綜上可知：排擋器和換擋拉索的布置方式是影響車內(nèi)換擋噪聲的主要因素。

5 結(jié)束語

文中主要針對換擋過程中出現(xiàn)的換擋噪聲進行診斷分析，論述了換擋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性，使用LMS Test .lab數(shù)采設(shè)備對換擋噪聲進行信號采集，通過分析影響換擋噪聲的因素，制定噪聲診斷分析方案，最終確定影響換擋噪聲的主要因素，為解決整車換擋NVH問題提供有價值的信息。

[1]郭孔輝，周曉暉，王爽，等. 自動變速器換擋機構(gòu)的建模和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J]. 汽車技術(shù)，2008（12）：1-3.

[2]趙強，謝峰，余天明. 汽車自動變速箱的發(fā)展現(xiàn)狀及其技術(shù)趨勢[J]. 機械，2010（12）：1-5.

[3]何琳. 聲學理論與工程應(yīng)用[M]. 北京：科學出版社，2006.

[4]袁昌明. 噪聲與振動控制技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[5]龐劍. 汽車噪聲與振動——理論與應(yīng)用[M]. 北京：北京理工大學出版社，2006.

U463.212

：ADOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2017.01.008

1002-4581（2017）01-0028-03

2016? 08? 08