某后驱车型传动系统引起车内轰鸣的问题研究

摘 要

针对某后驱车型5挡加速下异常明显的车内轰鸣问题，以整车为研究对象，基于主观评价和LMS_Test.Lab测试系统测试该车的NVH数据，分析噪声频谱，确定问题阶次，判断为传动系旋转件的动不平衡问题，优化主齿法兰的动不平衡量。实验工况下的结果表明：优化后车内噪声和传动轴一阶声压降低明显，效果十分理想，成功解决了该车的车内轰鸣问题。

0 引言

加速情况下，特别是高速行驶时，车内的轰鸣影响驾乘的舒适性，甚至让驾乘人员难以接受，所以车辆开发过程需要避免这种情况或降低车内轰鸣噪声。

某前置后驱车在开发过程中发现，5挡加速行驶时，后排从发动机转速1 800 r/min附近，中排从发动机转速2 600 r/min附近，前排从发动机转速2 800 r/min附近，主观感受车内有压迫耳膜的轰鸣声，后排比前排和中排更明显，且轰鸣声随着速度的增加而越显著。

1 轰鸣声的测试与分析

利用LMS振动噪音测试设备在车辆前、中、后排座椅位置布置麦克风，采集噪声数据，如图1所示。

图2为5挡POT工况下，车内前、中、后排噪声频谱图。若以传动轴转速频率作为基频，可见传动轴一阶阶次噪音（1阶）的声压比较显著，且回放声音和主观评价一致。

将传动轴一阶阶次噪声曲线提取 （如图3所示），可见传动轴一阶阶次噪声在前排 （红色虚线）从发动机转速2 800 r/min附近开始陡升，中排 （绿色虚线）从发动机转速2 600 r/min附近陡升，后排 （蓝色虚线）约从发动机转速1 800 r/min开始陡升，并且直逼车内前、中、后排总声压，与车内轰鸣声的主观感受一致。


图1 麦克风布置图


图2 车内前中后排噪声频谱图


图3 传动轴一阶噪声和车内总声压图

根据上述测试结果和工程经验，怀疑由传动轴或与之相连的旋转件一阶不平衡引起。经排查发现，传动轴有严格的动不平衡检测与控制，但主减速器的主齿法兰未进行动不平衡量控制。

2 基于动不平衡的问题分析及优化

不平衡量是转子旋转产生离心力所引起的振动力。动不平衡表现在中心主惯性轴与旋转轴线不重合，通常既不相交也不平行，动不平衡量可以由两个垂直于轴线的平面等效不平衡矢量给出[1，2]。动不平衡产生的原因主要有设计、生产加工误差、材料质量不均匀及装配误差等。动不平衡导致车内产生轰鸣声的发生机理：动不平衡量在旋转时，产生离心力或力矩而形成激振力，激振力随转速提高而增大，通过主减、中间支撑、悬架件等传递到车身，让人感受到地板振动、车内轰鸣等，若在传递路径中遇到零部件共振模态，则振动或轰鸣也会被放大[3，4]。

为此，需要对旋转件进行动不平衡控制。即使人们在很精确的动平衡机上进行测量校正，也没法完全消除动不平衡量，而且这样是不经济的做法。通常将旋转件的动不平衡量控制在一定大小内，使得在正常运转情况下没有危害即可。

许用动不平衡量的计算公式如下：


式中：Uper为许用不平衡量，单位为g·mm；G为平衡精度，单位为mm/s；ω为旋转件的最大角速度，单位为rad/s；M为旋转件的质量，单位为kg。

其中，ω=2πn/60，n为旋转件的最高转速，单位为r/min。

考虑到技术的经济性、先进性、合理性，国际标准化组织（ISO）已经制定了世界上公认的ISO 1940平衡品质等级[5]，将转子平衡品质等级从要求最低的G4000到要求最高的G0.4分为11个级别。根据查表，对于汽车万向传动轴，则选用G16等级。

根据主减的主齿法兰质量及最高转速等参数计算得出主减主齿法兰的许用动不平衡量，其参数及结果见表1。

随机抽取6件主齿法兰样件和故障车的主齿法兰一起送检动不平衡量检查，然后对这些法兰修正及复检，动不平衡检测数据见表2。可见，修正前主齿法兰的动不平衡量均大于许用值，修正后都在许用值以下。

表1 主齿法兰的许用动不平衡量计算数据

3 方案验证

将故障车修正过的主齿法兰样件装回故障车进行方案验证测试。5挡POT工况的车内前、中、后排总声压的对比图如图4所示。传动轴一阶噪声的对比图如图5所示。

结果所示，车内前、中、后排的总声压及对应的传动轴一阶阶次噪声均得到明显改善，其中前排总声压在3000 r/min附近有2 dB （A）左右的降低，中排总声压在3 000 r/min间有4 dB（A）左右的降低，后排总声压在2 300 r/min附近有3 dB（A）左右的降低；传动轴一阶在2 100 r/min附近有10 dB（A）下降。主观感受上有明显改善。其他6件主齿法兰也进行了测试，轰鸣均能接受。

表2 主齿法兰的动不平衡量检测数据



图4 车内前、中、后排总声压的对比图


图5 传动轴一阶噪声对比图

4 结语

车辆轰鸣的原因有很多种，本文通过实车测试分析频谱找出问题频率，根据经验排查优化问题零件以快速解决问题。建议后驱车在生产制造时，对传动轴、主齿法兰及主减总成等零件做好动不平衡量的管控。

作者：黄振之1，黎瑞平2，任良顺2，马 翔2，谢玉琳1
1.柳州孔辉汽车科技有限公司
2.上汽通用五菱汽车股份有限公司