乘用車起動異響的分析及研究

張廷雷 魯志遠 趙乃博 項興富 何家棟 沈 源 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動力總成有限公司）

引言

目前，國內(nèi)外乘用車市場競爭日趨激烈，消費者對乘用車的品質(zhì)及NVH 性能要求越來越高，車輛在使用過程中的各種異常噪聲問題已成為消費者購車時關注的重要方面。在嚴峻的市場競爭壓力下，各個汽車企業(yè)對如何優(yōu)化和改善車輛NVH 性能的問題日益重視。在車輛起動過程中，發(fā)動機起動的平順性已成為消費者關注的重要問題。發(fā)動機起動時，起動機在拖動飛輪高速運轉(zhuǎn)的過程中有時會產(chǎn)生異常噪聲，嚴重影響汽車的質(zhì)量。如何解決發(fā)動機在起動過程中的異常噪聲問題已成為汽車企業(yè)需要面對的重要課題[1]。本文針對某車型起動過程中產(chǎn)生的異響問題，測試分析了起動異常噪聲的來源，研究了影響重合度的各個因素對起動噪聲的影響，提出了相應的解決方案。經(jīng)過測試驗證，有效解決了該車型起動異響的問題。

1 影響齒輪傳動噪聲的因素

發(fā)動機在起動過程中，起動電機和飛輪通過齒輪相互嚙合，從而帶動發(fā)動機運轉(zhuǎn)。在嚙合過程中，隨著嚙合力的變化，會產(chǎn)生噪聲。在嚙合力變化異常時，起動噪聲會變得異常明顯，從而引起主觀感受的不適。引起嚙合力變化的因素有很多，其中，嚙合齒數(shù)的變化及剛度的變化都會引起齒輪產(chǎn)生沖擊振動，齒輪傳動誤差、摩擦力變化也會產(chǎn)生起動噪聲[2]。因此，合理的齒輪參數(shù)選擇對起動噪聲的控制至關重要。

影響起動噪聲的參數(shù)一般有以下幾個：

1）齒數(shù)和齒輪直徑。在模數(shù)一定的前提下，齒數(shù)的多少可以影響噪聲的輻射面積，從而對噪聲的大小產(chǎn)生影響。齒輪直徑增加時，噪聲輻射面積增大，從而產(chǎn)生更大的噪聲。因此，控制齒輪直徑，能有效減少噪聲的輻射[3]。

2）齒寬。齒寬越大，齒輪的強度隨之加大，嚙合時產(chǎn)生的剛度變化越小，能量的衰減性越好，從而降低了齒輪產(chǎn)生的噪聲。因此，增加齒寬能夠減少噪聲的產(chǎn)生。

3）重合度。齒輪重合度的合理選擇，對減小齒輪傳動時產(chǎn)生的噪聲、振動至關重要。增加齒輪重合度，能有效解決齒輪之間的相互嚙合不均的情況，從而避免齒輪局部承擔載荷異常的情況，避免起動沖擊產(chǎn)生的噪聲。由于齒輪在裝配、傳動過程中產(chǎn)生的誤差會加大噪聲產(chǎn)生的概率，提高齒輪的重合度，會增加齒輪在傳動過程中的相互嚙合的齒數(shù)，從而減弱這些誤差帶來的影響，減少噪聲發(fā)生的概率。

4）螺旋角。一般來說，在其他參數(shù)相同的情況下，斜齒輪傳動產(chǎn)生的噪聲明顯小于直齒齒輪傳動產(chǎn)生的噪聲。斜齒輪傳動中，從齒輪的一端逐漸進入嚙合，產(chǎn)生的沖擊變小，噪聲更低。隨著螺旋角的增加，重合度增大，噪聲明顯減小[4]。

2 起動機噪聲問題分析

某車型在試乘試駕過程中，發(fā)現(xiàn)在車輛起動時存在抖動并有偶發(fā)的金屬敲擊聲，嚴重影響車輛的NVH 性能。雖然發(fā)動機在正常起動時，本身存在一定的噪聲，但這種明顯的沖擊聲顯得比較異常。通過對發(fā)動機機艙和駕駛室的噪聲測試分析，在起動過程中，聲頻出現(xiàn)6 次明顯的異常沖擊噪聲，見圖1 和圖2，初步分析為起動機的驅(qū)動齒輪和飛輪齒圈的嚙合不良導致沖擊異響。

圖1 駕駛室噪聲頻譜

圖2 機艙噪聲頻譜

原起動機（起動機原始狀態(tài)）的驅(qū)動齒輪及飛輪齒圈的參數(shù)見表1，通過對相關參數(shù)進行計算，齒輪嚙合的重合度ε 為0.98，重合度偏低。

表1 起動機驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈設計參數(shù)表

3 設計優(yōu)化及效果驗證

3.1 設計優(yōu)化方案

針對該車型起動異響的問題，考慮到螺旋角及齒寬調(diào)整對發(fā)動機整機布置影響較大，本文通過調(diào)整齒輪嚙合的重合度，驗證重合度對起動噪聲產(chǎn)生的影響，重合度的計算公式如下：

式中：αa1、αa2分別為驅(qū)動齒輪和飛輪齒圈對應的齒頂圓壓力角，°；α′為齒輪嚙合角，°。

根據(jù)公式（1），為提高齒輪嚙合的重合度，可增加齒輪齒數(shù)、提高齒頂高系數(shù)（增加齒頂圓直徑）和減小壓力角。

為保證發(fā)動機的正常起動，起動機的起動輸出轉(zhuǎn)矩不能發(fā)生變化，需保證驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈中心距及傳動比不變。為提高重合度，增加齒數(shù)和提高齒頂高系數(shù)。本文通過降低模數(shù)從而增加齒數(shù)，同時調(diào)整變位系數(shù)，增加齒頂圓直徑，從而提高齒頂高系數(shù)。通過齒輪參數(shù)優(yōu)化，將重合度從0.98 提高到1.2，起動機優(yōu)化后的齒輪參數(shù)與原狀態(tài)的齒輪參數(shù)對比見表2。

表2 起動機原始狀態(tài)和優(yōu)化后的齒輪參數(shù)對比

3.2 方案驗證

為驗證重合度提高對起動機起動沖擊噪聲產(chǎn)生的影響，本文對將重合度提高到1.2 的起動機和飛輪進行實車起動振動及噪聲測試，并和原車狀態(tài)起動振動及噪聲進行對比。

通過對起動機起動過程中的X、Y、Z 等3 個方向的振動進行測試，優(yōu)化后，X 向振動幅值由3.46 g減小到2.74 g，Y 向振動幅值由5.41 g 減小到3.87 g，Z 向振動幅值由2.74 g 減小到2.14 g，車輛振動明顯減小，測試數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 起動機3 向振動幅值對比

同時，通過對駕駛室的起動噪聲沖擊帶進行測試對比可知，原車狀態(tài)在起動過程中存在8 次明顯沖擊，優(yōu)化后沖擊次數(shù)減少到3 次，主觀評價金屬敲擊聲消失。駕駛室優(yōu)化前的噪聲頻譜見圖1，駕駛室優(yōu)化后的噪聲頻譜見圖4。

圖4 優(yōu)化后噪聲頻譜

通過對比測試，優(yōu)化后的方案對消除發(fā)動機起動過程中的金屬敲擊噪聲效果明顯，車輛起動過程中的振動和噪聲明顯減小，NVH 性能顯著提高。

4 結(jié)論

本文針對某車型在起動過程中的沖擊異響問題，通過對齒輪傳動噪聲來源進行測試和分析，研究了重合度調(diào)整對起動機異響的影響。通過提高重合度，有效解決了該車型沖擊振動及金屬敲擊異響問題，對起動機異響問題分析提供了一定的指導依據(jù)。