張吉浩，鄧支強(qiáng)，郭明建，鐘浩杰，張少娜

(廣汽乘用車有限公司技術(shù)中心，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)和汽車開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，新車型開發(fā)過(guò)程中采用平臺(tái)化策略已成為大勢(shì)所趨。通過(guò)前期有效的平臺(tái)架構(gòu)規(guī)劃，同平臺(tái)子系統(tǒng)的通用化率高達(dá)50%以上，既極大地提升了產(chǎn)品穩(wěn)定性，又可以達(dá)到縮短新車型開發(fā)周期和降低成本的目的。

在新車型開發(fā)過(guò)程中，A車型與B車型使用相同的動(dòng)力總成(同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器相同)。在開發(fā)B車型時(shí)，為改善變速器嘯叫對(duì)變速器主減速齒輪進(jìn)行修齒，并對(duì)變速器殼體局部進(jìn)行了強(qiáng)化，嘯叫問(wèn)題得到有效改善。A車型晚于B車型開發(fā)，在搭載相同動(dòng)力總成后，在相同工況下出現(xiàn)與B車型相同的嘯叫問(wèn)題。為改善A車型的嘯叫問(wèn)題，需要對(duì)嘯叫的發(fā)生機(jī)制進(jìn)行重新分析，來(lái)確認(rèn)嘯叫發(fā)生的原因。

1 嘯叫機(jī)制分析及控制方法概述

齒輪嘯叫是在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中,由于制造誤差、嚙合錯(cuò)位量等因素的影響使得傳動(dòng)過(guò)程中存在齒輪傳動(dòng)誤差、彈性變形等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致齒輪副在嚙入、嚙出時(shí)偏離理論嚙合線,造成輪齒干涉、沖擊,進(jìn)而產(chǎn)生激振力,引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)通過(guò)軸、軸承傳遞到箱體外部結(jié)構(gòu)過(guò)程中產(chǎn)生共振,從而引發(fā)嘯叫噪聲[1]。

控制嘯叫問(wèn)題的方法主要從變速器本體激勵(lì)控制和傳遞路徑隔絕兩個(gè)方面進(jìn)行處理。從變速器本體控制嘯叫的研究有很多，何建偉、肖婷玲等[2-3]通過(guò)對(duì)齒輪重合度相關(guān)參數(shù)和齒輪齒面加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器嘯叫的有效控制。黃修鵬等[4]通過(guò)對(duì)變速器殼體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪副嚙合錯(cuò)位、齒面接觸斑點(diǎn)、齒輪副傳遞誤差峰值等關(guān)鍵因素的優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器嘯叫的有效控制。過(guò)度要求降低變速器本體激勵(lì)水平有可能造成成本的大幅上漲和開發(fā)周期的延長(zhǎng)。除了改善變速器本體外，部分研究人員還通過(guò)隔絕嘯叫傳遞路徑的方式改善嘯叫問(wèn)題。如郭慶等人[5]通過(guò)優(yōu)化換擋拉索端部結(jié)構(gòu)降低拉索傳遞的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)嘯叫問(wèn)題的控制。黃曉珊等[6]通過(guò)采用懸置結(jié)構(gòu)件避頻和拉索卡扣材質(zhì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)變速器嘯叫的控制。

2 平臺(tái)化策略下嘯叫控制方法的選擇

如前文所述，在針對(duì)A車型進(jìn)行嘯叫問(wèn)題改善時(shí)，變速器本體激勵(lì)控制的改善工作已經(jīng)完成。即使在平臺(tái)化推進(jìn)的背景下，MPV和SUV車型的動(dòng)力總成整車布置方案、懸置剛度及結(jié)構(gòu)形式、車身安裝點(diǎn)剛度也會(huì)有一定的差別，相同動(dòng)力總成配置下表現(xiàn)出不同的嘯叫控制水平是有可能的。因此，基于成本和研發(fā)周期考慮，通過(guò)變速器本體齒形修正和變速器殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的方式繼續(xù)改善變速器本體激勵(lì)水平并不是解決嘯叫問(wèn)題的最優(yōu)方案。

由于不同車型的整體布置和關(guān)聯(lián)零部件匹配有所差異，因此需要對(duì)傳播嘯叫的各個(gè)路徑重新進(jìn)行排查，利用階次分析方法重點(diǎn)確認(rèn)懸置、換擋拉索等部位嘯叫階次信號(hào)的傳遞情況。

3 A車型嘯叫控制案例

3.1 測(cè)試方案

變速器嘯叫主要通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞和空氣輻射傳入駕駛室內(nèi)，由于結(jié)構(gòu)傳遞噪聲的貢獻(xiàn)量遠(yuǎn)超空氣輻射噪聲，因此測(cè)點(diǎn)的選擇主要集中在與變速器直接裝配的關(guān)聯(lián)件上[7]。路徑排查過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的零部件包括懸置、拉索等[8]。

按照“源-路徑-接受者”模型設(shè)定測(cè)試方案，分別監(jiān)測(cè)變速器殼體振動(dòng)、左懸置被動(dòng)端振動(dòng)、抗扭拉桿被動(dòng)端振動(dòng)、換擋拉索球頭的振動(dòng)及主駕內(nèi)耳噪聲。針對(duì)嘯叫發(fā)生的工況，測(cè)試記錄D3擋1 300～2 000 r/m加速過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)和噪聲數(shù)據(jù)。

利用LMS的Test Lab軟件對(duì)車內(nèi)噪聲和各傳遞路徑振動(dòng)測(cè)試的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行階次識(shí)別，對(duì)傳遞路徑的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行階次譜分析和頻譜分析，對(duì)比色彩圖中階次信號(hào)和共振帶信號(hào)的差異，鎖定嘯叫傳播的主要路徑[9]。

3.2 數(shù)據(jù)分析及方案制定

通過(guò)對(duì)A車型的變速器殼體振動(dòng)、左懸置被動(dòng)端振動(dòng)、抗扭拉桿被動(dòng)端振動(dòng)、換擋拉索球頭的振動(dòng)及主駕內(nèi)耳噪聲進(jìn)行測(cè)試，分析色彩圖可以發(fā)現(xiàn)主駕內(nèi)耳22階信號(hào)為嘯叫抱怨的特征信號(hào)。變速器殼體振動(dòng)與B車型振動(dòng)情況無(wú)明顯差異，可以斷定變速器激勵(lì)無(wú)惡化?？古だ瓧U被動(dòng)端振動(dòng)、換擋桿拉索球頭處振動(dòng)均未發(fā)現(xiàn)明顯的22階嘯叫信號(hào)，可以判斷抗扭拉桿和拉索非嘯叫傳遞的主要路徑。

對(duì)左懸置被動(dòng)端振動(dòng)數(shù)據(jù)分析顯示，在左懸置Z向和Y向存在較明顯22階嘯叫信號(hào)，同時(shí)在620 Hz附近有較明顯的共振帶(見圖1)。因此，可以初步判斷嘯叫傳遞的主要路徑為左懸置，產(chǎn)生嘯叫的原因是左懸置模態(tài)頻率與嘯叫頻率重合，對(duì)嘯叫信號(hào)進(jìn)行了放大。

圖1 車內(nèi)噪聲和懸置路徑排查

為避免左懸置模態(tài)頻率與變速器嘯叫激勵(lì)頻率耦合，可通過(guò)改變左懸置結(jié)構(gòu)形式(分體式改為一體式)、左懸置加吸振器等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證左懸置頻率隔離對(duì)策的效果，制作了一體式左懸樣件和左懸置加620 Hz吸振器樣件進(jìn)行裝車驗(yàn)證，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)和車內(nèi)嘯叫測(cè)試數(shù)據(jù)跟蹤來(lái)確定改善情況。

3.3 改善效果確認(rèn)

通過(guò)對(duì)一體式左懸置進(jìn)行裝車驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn)，在D3擋1 300～2 000 r/m，未聽到明顯嘯叫音，主觀評(píng)價(jià)嘯叫水平可接受。同時(shí)，對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，22階嘯叫信號(hào)和共振帶信號(hào)均明顯減弱(見圖2)。可以確定將原分體式左懸置變更為一體式后，嘯叫問(wèn)題得到抑制，對(duì)嘯叫改善的效果比較明顯，主客觀評(píng)價(jià)均可接受。

圖2 懸置結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)嘯叫的改善效果

通過(guò)對(duì)左懸置加吸振器的改善件進(jìn)行裝車驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn)，在嘯叫發(fā)生工況有輕微嘯叫音，主觀評(píng)價(jià)嘯叫水平可接受。同時(shí)，對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，共振帶信號(hào)基本消失，22階嘯叫信號(hào)也被大幅削弱(見圖3)。

圖3 左懸置加吸振器對(duì)嘯叫的改善效果

從驗(yàn)證效果來(lái)看，采用一體式左懸置與左懸置加吸振器均可明顯改善變速器嘯叫問(wèn)題，但采用一體式左懸置的改善效果更優(yōu)。同時(shí)，基于成本考慮左懸置增加吸振器增加成本較多，而采用一體式左懸置可沿用其他車型零件，減少零件數(shù)量實(shí)現(xiàn)節(jié)約少量采購(gòu)成本，還可以提升生產(chǎn)節(jié)拍。綜合分析決定采用變更左懸置結(jié)構(gòu)的方式來(lái)改善嘯叫問(wèn)題。

4 結(jié)論

隨著平臺(tái)化的日益推進(jìn)，平臺(tái)車型共性問(wèn)題的發(fā)生也會(huì)隨之產(chǎn)生，在做好產(chǎn)品性能優(yōu)化的同時(shí)，推進(jìn)改善對(duì)策的拓展應(yīng)用是縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的重要舉措。

對(duì)變速器本體優(yōu)化是改善嘯叫問(wèn)題的根本方法，但受成本和改善周期的影響修齒、殼體強(qiáng)化等技術(shù)方案的推進(jìn)有可能不能很好地滿足新車型的需求。通過(guò)開展傳遞路徑分析，對(duì)懸置、拉索等零部件進(jìn)行優(yōu)化，削弱嘯叫信號(hào)的傳遞強(qiáng)度是解決嘯叫問(wèn)題更為有效和便捷的方法。文中案例通過(guò)優(yōu)化懸置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)嘯叫問(wèn)題的優(yōu)化，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了成本控制和生產(chǎn)效率的提升。