某客车传动系扭振问题的分析与优化

高兵 李阳 张伟琦

摘 要：传动系扭振引起的噪声问题是汽车NVH领域常见问题之一。文章以某长途大巴NVH售后问题为例，通过车内噪声、各测点的振动信号、转速信号的时频分析，阐明了传动系扭振引起的噪声问题表现、原因、排查方法及解决方案。

关键词：NVH;扭振;时频分析;试验

中图分类号：U279.3+3  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）16-30-03

Abstract： The noise caused by torsional vibration of transmission system is one of the common problems in NVH field. Taking the NVH problem of a long distance bus as an example， this paper analyzes the noise in the car， the vibration signal of each measuring point， and the time-frequency of the rotation speed signal， and expounds the noise problems caused by the torsional vibration of the transmission system， the causes， troubleshooting methods and solutions.

Keywords： NVH; Torsional vibration; FFT analysis; Test

CLC NO.： U279.3+3  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）16-30-03

引言

隨着人民生活水平的不断提高，人们对整车舒适性的要求也越来越高。大量车型在研发及销售策略上也不断的在凸出整车舒适性。整车NVH性能作为舒适性的重要参数，不仅需要考虑各子系统的零部件目标，更需要考虑整车匹配引起的NVH问题。

整车NVH问题包括发动机、进排气、变速器、车桥、轮胎等零部件噪声，以及路噪、风噪等系统噪声。其频率成分相互重叠，部分噪声及振动问题需要借助阶次分析、模态测试、时频分析等方法进行判断及识别。而传动系扭振引起的噪声问题不仅表现为低频轰鸣声，还有整车噪音大、异响、整车抖动等问题。

相比各子系统零部件问题引起的整车NVH问题，传动系扭振引起的NVH问题与整车性能匹配关系较大，影响因素较多。从发动机激励源至离合器、变速器、传动轴到最后的车桥，对该问题都存在一定的影响作用。因此，如何通过合理的试验方案设计进行主观评价排查及整车测试，快速识别问题具体原因，并针对性的提供解决方案。对解决该类工程问题，存在至关重要的作用。

1 测试概况

1.1 车辆基本信息

本文研究的车辆为某长途大巴，发动机为直列6缸柴油机，发动机最大功率为247kw，最大转速为1900rpm。变速器为6档手动变速器。

1.2 问题车辆故障形式

该问题车辆主要主要表现在车速40km/h附近，发动机800rpm-1100rpm，车内主观评价噪声较大并伴随明显的轰鸣声。尤以4档较为明显，初步判断与传动系扭振关系较大。

2 整车试验设计

2.1 试验目的

通过整车NVH主观评价识别产生异响具体工况及档位信息。

测试车辆正常路试工况下的车内噪声振动及发动机、变速器转速信息，通过数据分析具体异响原因并进行优化改进。

2.2 传感器布置

主要测点位置如下：

（1）驾驶员右耳噪声;

（2）车桥正上方乘客位置左耳噪声;

（3）发动机振动;

（4）变速器振动;

（5）车桥振动;

（6）发动机输出轴转速信号;

（7）变速器转速信号。

2.3 测试方案设计

为保证数据真实有效，便于后期数据分析以定位问题根源。根据前期主观评价结果，分别测试三档、四档及五档变速器档位下，从发动机最低转速至最高转速的车内噪声振动，各工况采集3组，确保数据一致性及准确性。

数据测试时选择路况较好，无干扰车辆的路面。车内关闭空调且关闭车窗，无其它干扰异响。

3 试验数据分析

3.1 车内噪声振动分析

由图2可以看出，车辆在17s左右时，车内噪声存在明显的爬升。主观评价也存在明显的轰鸣声。

由图3至图5可以看出，第17s车内噪声爬升开始，发动机振动无明显变化，但变速器及车桥振动明显变大。

3.2 转速数据分析

结合图6对比可以看出，变速器转速相对发动机转速在800rpm-1100rpm时存在明显的波动。

综合以上数据可以判定，发动机800rpm-1100rpm出现的噪声大问题，主要原因为传动系扭振所致。

4 基本原理分析

汽车行驶时，传动系统受到大小和方向都作周期性变化的切向力和法向力作用，使得系统在工作时产生扭转及弯曲振动。由于系统支撑较多且系统的弯曲刚度相对较大，使得弯曲振动的自振频率较高，不易在其工作频率范围内引发弯曲共振。然而，由于系统轴向尺寸较大且传动系统中装有如飞轮等大惯量部件，导致扭转振动的自振频率相对较低，这也使得系统在工作转速范围内往往存在着较多的固有频率，容易诱发系统产生扭转共振。

传动系统由于发动机周期性激励的存在，致使发动机曲轴输出转矩并非恒值，而是存在一定的波动量。曲轴扭矩波动从飞轮端输出后，将首先通过离合器减振摩擦传递作用，进而作用于整个传动系统。而传动系统一个整体结构，那么其必然存在其固有属性，即固有模态。若激励能量过大，或者刚度不足，自然会产生明显的扭振问题。

因此对于扭振问题的解决，通常从激励源-传递路径-响应的三方面进行考虑优化。具体来说就是：（1）降低发动机的扭矩波动;（2）采用低刚度、大阻尼的离合器;（3）加装扭转减振器;（4）优化传动轴。

5 方案验证

通过以上测试数据分析，我们将离合器刚度降低30%，阻尼提升50%，通过整车NVH对比验证，测试满足客户要求，具体测试结果如下：

由图7可以看出，在17s时，车内噪声由78dB（A）降至72dB（A），改善明显。

分别在4档、5档、6档下从发动机最低转速至最高转速进行加速，整车NVH主观评价车内噪声增加较为平稳，无明显轰鸣声及不平稳噪声，满足客户使用需求。

6 结语

（1）本文对问题车辆进行了传动系统的扭振测试及车内噪声振动测试，针对该车辆噪声大的问题设计了合理的试验方案。

（2）对于整车常见NVH问题的排查、整改提供了一定的思路及方法。

（3）针对典型传动系扭振问题，进行了部分方案的有效验证，该车辆噪声有明显改善，问题得到解决。本文对传动系统扭转振动的试验方案、分析思路，、方案验证等方面为传动系扭振问题的解决，提供了一定的参考，具有一定的工程实践意义。

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