展新

【摘 要】汽車駕駛室內(nèi)異響是比較常見的NVH問題之一。文章以某商用車帶擋滑行時后橋所造成的異響問題為研究對象，闡述了商用車后橋異響的產(chǎn)生機理和控制策略，繼而利用整車道路NVH試驗、駕駛室聲學靈敏度測試（NTF）和階次分析等手段確定產(chǎn)生異響的主要聲源，并通過聲源頻率定位和后橋實物拆解分析確定后橋主減齒輪為異響根源，然后提出對后橋主減齒輪齒形進行優(yōu)化的問題解決方案。最終經(jīng)實車道路試驗驗證，所采用的解決方案正確有效。

【關鍵詞】異響;齒輪噪聲;道路試驗;階次分析

【中圖分類號】U471 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）11-0058-04

近年來，商用車市場持續(xù)快速發(fā)展。隨著人們生活水平的不斷提高和客戶群體的年輕化，商用車NVH也越來越受到用戶關注，如何提高車輛舒適性已成為新的競爭焦點和技術發(fā)展方向。對商用車NVH問題的關注已從最初的整車與駕駛室及發(fā)動機等主要部件逐漸擴展到傳動軸、后橋和輪胎等系統(tǒng)及部件級的NVH研究與控制。

本文以某商用車帶擋滑行時車內(nèi)出現(xiàn)的異響問題為例，對汽車后橋齒輪噪聲產(chǎn)生的機理和控制方法進行探討和總結，并利用整車NVH道路試驗、駕駛室傳遞函數(shù)測試分析和后橋結構拆解等手段，確定后橋是造成異響的根本原因。從控制激勵源輸入的角度提出解決方案，有效解決了異響問題，為控制后橋齒輪噪聲問題提供了一種可借鑒的工程實用方法。

1 齒輪噪聲產(chǎn)生機理

1.1 驅動橋結構及工作原理

某重型牽引車發(fā)動機布置形式是前置后驅，驅動橋的基本構造為后橋殼體、主減速器、差速器及半軸等。車輛行駛時，主減速器作為連接傳動軸與半軸的紐帶，是后橋總成傳遞動力的主要承擔者，主減速器通過準雙曲面齒輪實現(xiàn)減速、增矩及傳動的功能，其本身齒輪嚙合特性決定了主減速器甚至后橋總成的振動噪聲水平。

1.2 齒輪噪聲產(chǎn)生的機理

齒輪的動態(tài)激勵是齒輪產(chǎn)生振動噪聲的根本原因，通常齒輪的動態(tài)激勵包括兩個部分：？譹？訛由齒輪自身嚙合產(chǎn)生的動態(tài)激勵，稱為內(nèi)部激勵;？譺？訛由齒輪系統(tǒng)外部如發(fā)動機激勵、傳動軸不平衡激勵等引起的激勵，稱為外部激勵。

本文主要研究齒輪嚙合產(chǎn)生的內(nèi)部激勵。齒輪嚙合過程具有非常復雜的非線性系統(tǒng)特征，若用一個簡化的單自由度振動系統(tǒng)模型模擬齒輪嚙合的振動，利用該模型可以推導出齒輪嚙合的動力學性能及其內(nèi)部激勵構成，如公式（1）所示。

其中，M為嚙合線方向上的等效質量，C為嚙合阻尼， 為平均嚙合靜態(tài)剛度，x為相對位移， 為平均靜態(tài)相對位移， 為相對速度， 為相對加速度，△K為嚙合動態(tài)剛度，△x為嚙合動態(tài)相對位移，Et為嚙合誤差，隨時間變化。

通過公式（1）得知，齒輪嚙合系統(tǒng)的內(nèi)部激勵主要由3個部分構成：第一項含有誤差系數(shù)，為誤差激勵，是齒輪嚙合頻率噪聲的主要原因;第二項含有時變嚙合剛度的可變部分，為剛度激勵;第三項為誤差和嚙合剛度變化同時存在，為嚙合沖擊激勵。

齒輪振動噪聲是由節(jié)線沖擊振動引起，齒輪每嚙合一次將會出現(xiàn)一次節(jié)線沖擊，其頻率特性主要表現(xiàn)為回轉頻率、嚙合頻率、固有頻率及其諧波。固有頻率由齒輪自身特性決定，齒輪回轉頻率和齒輪嚙合頻率可通過公式（2）、公式（3）計算得出：

f0=n/60 （2）

fn=（n×Z1）/60 （3）

其中，n為主動輪轉速，單位為r/min;Z1為主動輪齒數(shù)。

1.3 齒輪噪聲的控制策略

影響齒輪噪聲的因素很多，制定降噪措施主要從減少齒輪系統(tǒng)的動態(tài)激勵、提高齒輪加工精度及控制安裝誤差等方面考慮，目前常用的降低齒輪噪聲的方法總結如下。

（1）優(yōu)化齒輪參數(shù)。模數(shù)和齒數(shù)對齒輪噪聲都有重要影響，設計時應綜合考慮。通常，隨著模數(shù)增大，齒輪的剛度增強，噪聲降低;但是隨模數(shù)增大，嚙合重合度會降低，對降低噪聲又不利;齒輪齒數(shù)越多，重合度越大，越有利于降低噪聲。

（2）優(yōu)化齒輪齒形。通過優(yōu)化齒形，提高齒輪的承載能力和嚙合精度，減小齒輪受載變形，使齒輪受力均勻而圓滑地傳動，減小齒輪動態(tài)激勵。

（3）提高齒輪加工精度。齒形誤差、齒距誤差及齒向誤差等對齒輪噪聲影響很大，減小這些誤差是降低齒輪噪聲的有效方法。同時，提高齒輪加工精度可以減小齒面粗糙度，降低齒輪噪聲。

（4）采用阻尼減振降噪材料。阻尼減振降噪是有效控制振動和噪聲的方法之一，采用高阻尼材料附著在結構件表面，通過耗散結構振動能量而達到減振降噪目的。

2 帶擋滑行后橋異響案例分析

2.1 問題描述

據(jù)市場客戶反饋，某重型6×4牽引車重載帶擋滑行時室內(nèi)出現(xiàn)嚴重的“嗡嗡嗡”異響聲，其中70 km/h左右車速產(chǎn)生的異響聲最嚴重，影響乘客舒適性。

2.2 試驗分析

為了準確識別造成帶擋滑行異響的噪聲源，進行整車道路NVH試驗和駕駛室傳遞函數(shù)測試（NTF）分析等工作。主要實測數(shù)據(jù)及分析結果如下。

（1）如圖1及圖2所示，在帶擋滑行工況下，駕駛員右耳存在11.5階噪聲峰值，其中在70 km/h（1 120 r/min）車速下噪聲最大，峰值頻率為215 Hz。異響噪聲存在明顯階次，可以判定是汽車旋轉部件引起。

（2）圖3和圖4分別為駕駛室車外監(jiān)控測點和后橋近場測點數(shù)據(jù)，同樣存在明顯的11.5階峰值噪聲，峰值頻率為215 Hz;同時，從圖5與圖6所示的駕駛室前、后懸置傳遞函數(shù)（VTF）可知，其在215 Hz附近并無明顯峰值，據(jù)此判定異響不是由車身鈑金共振所引起，而是由汽車旋轉部件所導致。

（3）主觀評價發(fā)現(xiàn)車輛分別采用11擋、12擋和空擋滑行時，駕駛員在70 km/h車速均存在明顯的異響噪聲，頻率均為215 Hz，該頻率只與車速相關，與發(fā)動機轉速和變速箱擋位無關，因此可以排除發(fā)動機和變速箱的影響。具體數(shù)據(jù)及分析結果如表1、圖7和圖8所示。

（4）排除駕駛室、發(fā)動機和變速箱的影響后，與車速相關的旋轉部件主要有傳動軸、主減速器和輪胎，對這些部件的旋轉頻率進行計算，結果見表2。

對于傳動軸和輪胎來說，其激振主要是1階、2階頻率。12擋行駛時變速箱速比是0.78，當行駛車速為70 km/h時，傳動軸的1階頻率為1 120/（0.78×60）=23.9 Hz，2階頻率為47.8 Hz;后橋速比為4.111，輪胎的1階頻率為1120/（0.78×4.111×60）=5.82 Hz，2階頻率為11.64 Hz，傳動軸和輪胎的頻率均和異響頻率不一致，據(jù)此排除傳動軸和輪胎作為異響根源的可能。

后橋主減速器主動齒輪的齒數(shù)為9齒，12擋70 km/h行駛時，發(fā)動機轉速為1 120 r/min，主減齒輪嚙合階次為9/0.78=11.5階，嚙合頻率為（1 120×9）? /（0.78×60） =215 Hz，與室內(nèi)異響噪聲的頻率完全一致，同時異響頻率下后橋測點噪聲最大，因此可以確認主減速器為駕駛室內(nèi)異響噪聲的根源。

2.3 主減速器拆解分析

為進一步確認后橋主減齒輪的問題，對后橋進行拆解分析發(fā)現(xiàn)：齒輪齒面存在多處刀痕過深、粗糙度差和起毛等制造加工問題（如圖9和圖10所示）。齒輪齒面的質量缺陷直接導致嚙合齒廓偏離理論的理想嚙合位置，破壞了齒輪正確的嚙合方式，導致齒輪的沖擊和碰撞，產(chǎn)生齒輪誤差激勵，從而產(chǎn)生齒輪噪聲。

綜上所述，經(jīng)整車實驗數(shù)據(jù)分析和后橋實際結構拆解驗證，后橋主減齒輪是造成帶擋滑行室內(nèi)異響的根本原因。

3 問題解決方案與效果驗證

3.1 解決方案

根據(jù)齒輪噪聲產(chǎn)生的機理和控制策略，該牽引車異響問題是由于齒輪加工精度不夠、齒面起伏不平、嚙合產(chǎn)生誤差激勵所導致。因此，降低齒輪噪聲的首要措施是提高齒輪加工精度。經(jīng)綜合考慮整改效果、加工工藝、整改成本和齒輪承載能力等多方面因素，最終選擇優(yōu)化主減齒輪齒形作為解決方案。

3.2 效果驗證

優(yōu)化齒形后，重新裝車再進行道路NVH試驗，試驗工況與優(yōu)化前相同，測試結果如圖11～13所示。

如圖11～13所示，在12擋滑行工況下，主減嚙合11.5階次噪聲明顯降低，發(fā)動機1 200 r/min轉速下降低13.4 dB（A）;圖11顯示，優(yōu)化后12擋70 km/h車速下異響主要頻率215 Hz峰值噪聲明顯減弱，降低了11 dB（A），駕駛員耳旁噪聲總值降低了8.3 dB（A），駕駛室內(nèi)異響問題得到徹底解決。

4 結語

（1）本文所用整車NVH試驗、傳遞函數(shù)測試分析及實際結構拆解與主觀評價相結合的方法能對駕駛室內(nèi)異響問題進行有效識別并準確確定問題根源，在商用車NVH領域有一定的參考借鑒意義和工程應用價值。

（2）基于所面對的具體異響問題提出的對后橋主減齒輪齒形進行優(yōu)化的問題解決方案，經(jīng)實車道路試驗驗證，有效解決了某商用車后橋導致的駕駛室內(nèi)異響噪聲問題，從而改善了車輛整體駕乘舒適性，減少了顧客抱怨，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

參 考 文 獻

[1]錢汪燾.汽車驅動后橋NVH分析及優(yōu)化[D].長沙：湖南大學，2014.

[2]郭慧燾.某輕型載貨汽車后橋異響機理與改進分析[D].長春：吉林大學，2012.

[3]羅文欣.汽車傳動軸與后橋振動關鍵技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2014.

[4]肖文東.大型貨車后橋錐齒輪減振降噪技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2014.

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

45.

[6]胡磊，付暢，周君等.汽車驅動橋噪聲分析及控制研究[J].公路與汽運，2007，21（6）：12-14.