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乘用车啸叫异响及其改进方法研究

2022-02-26 00:12:47·  来源：内燃机与配件  
　
摘要：本文以处理国内某乘用车变速箱附近啸叫异响问题为例，详细介绍了解决汽车NVH问题每一个阶段的工作内容、方法及重点注意事项。通过有效地解决车辆变速箱附
摘要：本文以处理国内某乘用车变速箱附近啸叫异响问题为例，详细介绍了解决汽车NVH问题每一个阶段的工作内容、方法及重点注意事项。通过有效地解决车辆变速箱附近啸叫异响问题，为今后解决类似汽车NVH问题，提供了直接的参考。
关键词：啸叫； NVH； 参考
关键词
院啸叫；NVH；参考
0 引言
随着人们生活水平的不断提高，汽车与人们的生活越来越紧密。大家希望汽车在给人们带来交通便利的同时还能带给人们惬意、愉悦的感受。因此，对汽车的舒乘性要求越来越高。NVH（噪声Noise、振动Vibration及声振粗糙度Harshness）则是舒乘性非常重要的一项性能指标。而啸叫异响是指汽车在行驶过程中发出的非正常声音，反复出现的异常噪声，会令人感觉到很厌烦，严重影响汽车NVH性能。因此，有效解决汽车啸叫异响问题具有非常重要的意义。
1 问题描述
某主机厂设计制造的一款乘用车，在开发试验过程中，驾驶员发现在车速80km/h左右时，变速箱附近出现啸叫异响，尤其在挂5档（转速1800-2200r/min）和挂6档（转速1600-2000r/min）时，噪声最为严重。该啸叫异响问题对了整车的NVH性能产生了不良影响。
2 问题分析
为了确定汽车变速箱附近啸叫噪声到底是如何产生的，按照工况规范进行整车驾驶试验，并使用LMS的Test.Lab软件进行检测分析。对可能因素逐一排查，以期尽快找到问题产生的根源。
测试是在平坦的路面上进行的。测试工况为5档和6档全加速（即5档WOT和6档WOT）。并在变速箱一侧、驾驶员右耳侧、后排中央位置以及变速箱各个支架被动端的Y和Z方向安装传感器及检测装置。检测车辆行驶时振动及噪声，并反复采集数据，得到转速原频率雷达图。通过雷达图分析发现，变速箱与其相连的左悬置被动端在630Hz处产生共振。5档啸叫异响时，转速2070r/min，18阶次；6档啸叫异响时，转速1760r/min，21.6阶次，与驾驶时问题相符。通过查找异响时阶次，确定激励源为变速器主减齿轮。最终确定原因为：汽车行驶时，变速箱主减齿轮啮合产生的振动与左悬置支架耦合造成共振，导致啸叫异响。
3 解决方案
处理汽车NVH问题，主要通过三种途径：
降低激励源；
改善传递路径；
加强声学包装。
解决每一个NVH问题，须从这三个方面入手。降低变速箱总成激励的改进方案成本较高且程序复杂，周期长。因此，不建议对变速箱做改动。通过检测，已确认左悬置与变速箱共振，这是典型传递路径的结构共振。因此从传递路径着手，改善左悬置支架结构及其材料。
3.1 左悬置支架结构改进
针对传递路径的结构共振导致变速箱啸叫的问题，首先对变速箱左悬置支架进行结构优化。
从图1中左悬置支架有限元分析的结果来看，支架壁厚整体相对较薄，容易导致刚度不足，易引起共振。方案一：在左悬置支架部位增加4个加强筋和一个扩展板，用于提高支架刚度，提升支架模态频率，使其远离与变速箱共振频率630Hz，保证车辆在正常行驶状态下不被激励。左悬置改进结构如图2，同时将改进后模型导入CAE分析软件。
从方案一CAE分析图上可发现，第一种改进方案可使左悬置的结构频率提升到992.6Hz，对比630Hz共振频率有所远离，但未达到差距500Hz的目标。因而，在方案一的基础上对左悬置进行第二次结构整改。方案二将左悬置支架上托板两角及单侧边沿翻边，具体左悬置改进结构如图3，同时将改进后模型导入CAE分析软件。
从方案二CAE分析图上可发现，第二种改进方案可使左悬置的结构频率提升到1004Hz，距离共振频率630Hz更远，但是还未达到差距500Hz的目标。因而，在方案二的基础上对左悬置进行第三次结构整改。方案三将左悬置支架上托板两边加焊等厚（3mm）板材，具体左悬置改进结构如图4，同时将改进后模型导入CAE分析软件。
从方案三CAE分析图上可发现，第三种改进方案可使左悬置的结构频率提升到1143Hz，距离630Hz共振频率超出500Hz，该结构不易与变速箱主减齿轮形成共振，达到预期目标。最终确定方案三为整改方案。
3.2 左悬置支架材质优化
通过改变材料，可提高左悬架支架的结构刚度，从而达到提升模态频率的效果。左悬架支架的常用材料有球磨铸铁、铸钢和铸铝。由于之前左悬架支架采用铸铝材质，重量轻，容易与变速箱产生共振。因此决定选用球磨铸铁或铸钢。对比两者减振性能，由于球墨铸铁的具有石墨显微组织，更有利于减振。就减振性能而言，铸钢可能略逊于球墨铸铁，但铸钢的综合机械性能优于铸铁，尤其是抗拉强度和抗冲击性能有明显优势。作为连接变速箱和车身的关键部件，左悬置对整体性能有着更高的要求，因而最终决定了后悬置材质由铸铝改为铸钢。
4 改进效果验证
基于以上改进措施，试制了两个样件，进行了装车试验。首先进行主观评价试验，参与试验人员一致认为车内噪声得到了大幅改善，同原状态相比，车内外降噪明显。而后，利用检测装置对车辆进行了客观测评，测试结果表明，左悬置支架经过优化后，车辆行驶时啸叫噪音明显降低，达到了可以接受的水平，最终确定降噪目标达到。
5 结语
在车辆的开发过程中，经常会遇到NVH性能问题。通过对某国产乘用车的啸叫异响问题的有效解决，总结了汽车NVH性能测试、诊断及改进的一套技术流程，为今后处理类似汽车NVH问题提供参考。
作者：周玲ZHOULing
作者单位：（江西工商职业技术学院，南昌330000）
来源：内燃机与配件
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