某SUV高速時(shí)周期性嗡嗡異響的識(shí)別與控制

馬紫輝，何森東，王田修，馬紫明

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津300300；2.上汽通用五菱股份有限公司，廣西 柳州545000）

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲問題在前置后驅(qū)車上最為突出。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、主減、后橋、輪胎，這些零部件組合成一個(gè)具有特定模態(tài)頻率的傳動(dòng)系統(tǒng)。由于變速箱的存在，此傳動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)在不同擋位下又有了不同的特性。本文通過識(shí)別某SUV 在高速工況下車內(nèi)出現(xiàn)的周期性嗡嗡異響，查找到出現(xiàn)問題的零部件是變速箱的中間軸，由于其階次和發(fā)動(dòng)機(jī)2 階極為接近，通過加粗變速箱的中間軸以提升其剛度，避免階次共振。另外，進(jìn)行該車扭振測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)在此問題轉(zhuǎn)速下傳動(dòng)軸扭角較大，故加裝了87 Hz 扭轉(zhuǎn)減振器，兩方案并施，將嗡嗡異響完全消除，達(dá)到上市車輛的NVH水平。

1 問題描述

某SUV（以下簡(jiǎn)稱A 車）在高速工況下（車速約100 km/h～120 km/h，轉(zhuǎn)速約為2 600 r/min～3 000 r/min）車內(nèi)出現(xiàn)周期性的嗡嗡異響，6擋最為突出，5擋較弱。相同車型的帶渦輪增壓器配置的車輛（以下簡(jiǎn)稱B車）沒有此問題，但是此B車采用了不同的連接傳動(dòng)軸、不同的變速箱，匹配了雙質(zhì)量飛輪（DMF）和不同的主減。兩車只有底盤和車身共用，傳動(dòng)系統(tǒng)幾乎沒有相似之處，B車上不出現(xiàn)此問題，并不能確定是傳動(dòng)系統(tǒng)的哪一個(gè)零部件引起，給問題排查帶來難度。

問題的主觀感受是此異響很像由于某個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)不平衡引起。

采用LMS Test. Lab 測(cè)試駕駛員右耳噪聲Colormap如圖1所示。

圖1 A車4、5、6擋WOT駕駛員右耳噪聲

可以看出，2階為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火階次，6擋比4、5擋多出的1.19 階為傳動(dòng)軸1 階，在問題轉(zhuǎn)速2 600～3 000 r/min 工況下，6 擋的傳動(dòng)軸1 階和發(fā)動(dòng)機(jī)2 階較為突出。

2 異響問題識(shí)別

2.1 傳動(dòng)軸問題識(shí)別

由于主觀感受此嗡嗡異響很像由于某個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)不平衡引起，A 車和B 車唯一通用的是傳動(dòng)軸，故最先更換成B 車的柔性聯(lián)軸器連接的傳動(dòng)軸（動(dòng)不平衡控制在15 g?cm以內(nèi)）。

測(cè)試結(jié)果：異響減弱但是依然存在。

原因分析：從圖2 上可以看出，傳動(dòng)軸1 階明顯減弱，說明柔性聯(lián)軸器優(yōu)化了傳動(dòng)系統(tǒng)扭振，較好的動(dòng)不平衡量降低了傳動(dòng)軸1 階的動(dòng)不平衡，但是并沒有從根本上改善問題。更換傳動(dòng)軸后，發(fā)動(dòng)機(jī)2階依然很突出。

圖2 A車6擋更換傳動(dòng)軸前后WOT駕駛員右耳噪聲對(duì)比

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)分析

2.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)工作變形分析（ODS分析）

對(duì)A車的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行ODS分析。

測(cè)試結(jié)果：發(fā)現(xiàn)全WOT 工況下保持一種振型，無異常變化。如圖3所示。

圖3 A車傳動(dòng)軸+中間支撐+后橋ODS分析

原因分析：此異響根源不在傳動(dòng)軸和后橋的工作模態(tài)上。

2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)扭振測(cè)試分析

扭振：旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速圍繞平均轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了上下波動(dòng)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)的本質(zhì)是扭矩的波動(dòng)。

對(duì)于自由的剛體而言，共有6 個(gè)自由度，即3 個(gè)平動(dòng)自由度和3 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此，可以把運(yùn)動(dòng)自由度分為平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)兩類。如果用牛頓第二定律來描述，那么，平動(dòng)對(duì)應(yīng)的是3 個(gè)加速度，轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的是3 個(gè)角加速度。平動(dòng)對(duì)應(yīng)的載荷是力，轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的載荷是力矩。如表1所示。

源-路徑-接受者模型告訴我們，由于結(jié)構(gòu)的共振或反共振效應(yīng)，源可能在傳遞過程中被放大或者被衰減。線振動(dòng)存在共振現(xiàn)象，相同地，角振動(dòng)也存在扭轉(zhuǎn)共振現(xiàn)象。

進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)各擋位扭振測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

各擋位WOT 2 階扭振峰值處均超過限值500 rad/s2，其中，6擋的扭振峰值在2 600 r/min，落在此嗡嗡異響問題轉(zhuǎn)速段，故設(shè)計(jì)87 Hz扭振減振器，安裝后再進(jìn)行扭振測(cè)試，傳動(dòng)軸扭角大幅降低。如圖4所示。

測(cè)試結(jié)果：異響減弱但是依然存在。

原因分析：增加87 Hz 扭轉(zhuǎn)減振器后，傳動(dòng)軸1階大幅降低，效果和2.1小節(jié)中傳動(dòng)軸問題識(shí)別中更換B車的柔性聯(lián)軸器相當(dāng)。

表1 平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)

表2 扭振測(cè)試結(jié)果

圖4 A車傳動(dòng)系統(tǒng)扭振模型

2.3 變速箱分析

進(jìn)行Colormap 圖分析時(shí)，總是感覺6 擋2 階有些異常，但是又說不上來在哪里。用其它擋位的2階對(duì)比看，發(fā)現(xiàn)此6 擋2 階比較寬泛，Colormap 圖標(biāo)注的2階階次線處于圖譜中心的右側(cè)，而正常的2階階次線處于圖譜的中心，那么應(yīng)該是有某個(gè)零部件的階次和發(fā)動(dòng)機(jī)2階極為接近并且這個(gè)階次略低于2階才導(dǎo)致這樣的寬階次。

計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、水泵、油泵、變速箱（輸入軸、中間軸、輸出軸）、傳動(dòng)軸、主減、半軸、輪胎等幾乎所有旋轉(zhuǎn)部件工作在6 擋時(shí)的階次，最后發(fā)現(xiàn)了變速箱的中間軸階次剛好為1.963階，符合預(yù)測(cè)的與發(fā)動(dòng)機(jī)2階極為接近并且略低于2階的情況。階次表如表3所示。

6 擋從動(dòng)軸階次為1.963，和發(fā)動(dòng)機(jī)2 階極為接近，Colormap圖上和2階混為一體，初步推斷從動(dòng)軸的1.963階為此嗡嗡異響問題的根源所在。

為了印證推斷，我們同時(shí)也計(jì)算了B 車的所有傳動(dòng)部件階次，發(fā)現(xiàn)此車的6擋傳動(dòng)軸階次為1.840，和發(fā)動(dòng)機(jī)2階相差較遠(yuǎn)，理論上不會(huì)引起階次共振。

3 問題控制

3.1 方案1：加強(qiáng)變速箱中間軸剛度

方案思路：

(1) 將從動(dòng)軸加粗，使其剛度加大，降低共振。臨時(shí)加粗方案如圖5所示。

圖5 變速箱中間軸加粗

(2)更改6 擋速比，使從動(dòng)軸階次與發(fā)動(dòng)機(jī)2 階避開，但重新設(shè)計(jì)一對(duì)齒輪并生產(chǎn)制造的周期較長，時(shí)間來不及。

3.2 方案2：增加87 Hz扭振減振器

由于柔性聯(lián)軸器和增加87 Hz 扭轉(zhuǎn)減振器方案效果相當(dāng)，從成本方面考慮，原來十字節(jié)改為柔性聯(lián)軸器成本較大，而將現(xiàn)有離合器扭振減振器增加彈簧，通過調(diào)整剛度和長度即可實(shí)現(xiàn)，故選擇扭振減振器方案。

為了徹底解決異響問題，并且消除傳動(dòng)系統(tǒng)的其它擋位扭振問題帶來的隱患，將此方案2 和加強(qiáng)變速箱中間軸剛度方案1 合并實(shí)施，最終進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。

3.3 問題驗(yàn)證

轉(zhuǎn)速在2 700 r/min附近時(shí)6擋中間軸階次優(yōu)化幅度多達(dá)17 dB(A)，Colormap圖上傳動(dòng)軸1階消失，發(fā)動(dòng)機(jī)2 階變淡且寬度恢復(fù)合理。在主觀、客觀上均達(dá)到滿意效果，如圖6所示。

表3 A車傳動(dòng)部件階次

4 結(jié)語

本文從傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零部件入手，分析了可能產(chǎn)生此嗡嗡異響的原因，提出了多種解決方案，最終選擇了最具性價(jià)比的組合方案，主觀、客觀上均達(dá)到滿意效果。工作過程中，也有一些疏忽，若能在第一時(shí)間見到如此寬泛的2階時(shí)就懷疑到有其它旋轉(zhuǎn)部件和發(fā)動(dòng)機(jī)2 階極為接近，那么將會(huì)大大提高工作效率。

圖6 改善前后效果對(duì)比