摘 要

針對某后驅(qū)車型5擋加速下異常明顯的車內(nèi)轟鳴問題，以整車為研究對象，基于主觀評價和LMS_Test.Lab測試系統(tǒng)測試該車的NVH數(shù)據(jù)，分析噪聲頻譜，確定問題階次，判斷為傳動系旋轉(zhuǎn)件的動不平衡問題，優(yōu)化主齒法蘭的動不平衡量。實驗工況下的結(jié)果表明：優(yōu)化后車內(nèi)噪聲和傳動軸一階聲壓降低明顯，效果十分理想，成功解決了該車的車內(nèi)轟鳴問題。

0 引言

加速情況下，特別是高速行駛時，車內(nèi)的轟鳴影響駕乘的舒適性，甚至讓駕乘人員難以接受，所以車輛開發(fā)過程需要避免這種情況或降低車內(nèi)轟鳴噪聲。

某前置后驅(qū)車在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，5擋加速行駛時，后排從發(fā)動機轉(zhuǎn)速1 800 r/min附近，中排從發(fā)動機轉(zhuǎn)速2 600 r/min附近，前排從發(fā)動機轉(zhuǎn)速2 800 r/min附近，主觀感受車內(nèi)有壓迫耳膜的轟鳴聲，后排比前排和中排更明顯，且轟鳴聲隨著速度的增加而越顯著。

1 轟鳴聲的測試與分析

利用LMS振動噪音測試設(shè)備在車輛前、中、后排座椅位置布置麥克風(fēng)，采集噪聲數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖2為5擋POT工況下，車內(nèi)前、中、后排噪聲頻譜圖。若以傳動軸轉(zhuǎn)速頻率作為基頻，可見傳動軸一階階次噪音（1階）的聲壓比較顯著，且回放聲音和主觀評價一致。

將傳動軸一階階次噪聲曲線提取 （如圖3所示），可見傳動軸一階階次噪聲在前排 （紅色虛線）從發(fā)動機轉(zhuǎn)速2 800 r/min附近開始陡升，中排 （綠色虛線）從發(fā)動機轉(zhuǎn)速2 600 r/min附近陡升，后排 （藍色虛線）約從發(fā)動機轉(zhuǎn)速1 800 r/min開始陡升，并且直逼車內(nèi)前、中、后排總聲壓，與車內(nèi)轟鳴聲的主觀感受一致。


圖1 麥克風(fēng)布置圖


圖2 車內(nèi)前中后排噪聲頻譜圖


圖3 傳動軸一階噪聲和車內(nèi)總聲壓圖

根據(jù)上述測試結(jié)果和工程經(jīng)驗，懷疑由傳動軸或與之相連的旋轉(zhuǎn)件一階不平衡引起。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，傳動軸有嚴格的動不平衡檢測與控制，但主減速器的主齒法蘭未進行動不平衡量控制。

2 基于動不平衡的問題分析及優(yōu)化

不平衡量是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力所引起的振動力。動不平衡表現(xiàn)在中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，通常既不相交也不平行，動不平衡量可以由兩個垂直于軸線的平面等效不平衡矢量給出[1，2]。動不平衡產(chǎn)生的原因主要有設(shè)計、生產(chǎn)加工誤差、材料質(zhì)量不均勻及裝配誤差等。動不平衡導(dǎo)致車內(nèi)產(chǎn)生轟鳴聲的發(fā)生機理：動不平衡量在旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生離心力或力矩而形成激振力，激振力隨轉(zhuǎn)速提高而增大，通過主減、中間支撐、懸架件等傳遞到車身，讓人感受到地板振動、車內(nèi)轟鳴等，若在傳遞路徑中遇到零部件共振模態(tài)，則振動或轟鳴也會被放大[3，4]。

為此，需要對旋轉(zhuǎn)件進行動不平衡控制。即使人們在很精確的動平衡機上進行測量校正，也沒法完全消除動不平衡量，而且這樣是不經(jīng)濟的做法。通常將旋轉(zhuǎn)件的動不平衡量控制在一定大小內(nèi)，使得在正常運轉(zhuǎn)情況下沒有危害即可。

許用動不平衡量的計算公式如下：


式中：Uper為許用不平衡量，單位為g·mm；G為平衡精度，單位為mm/s；ω為旋轉(zhuǎn)件的最大角速度，單位為rad/s；M為旋轉(zhuǎn)件的質(zhì)量，單位為kg。

其中，ω=2πn/60，n為旋轉(zhuǎn)件的最高轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

考慮到技術(shù)的經(jīng)濟性、先進性、合理性，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）已經(jīng)制定了世界上公認的ISO 1940平衡品質(zhì)等級[5]，將轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)等級從要求最低的G4000到要求最高的G0.4分為11個級別。根據(jù)查表，對于汽車萬向傳動軸，則選用G16等級。

根據(jù)主減的主齒法蘭質(zhì)量及最高轉(zhuǎn)速等參數(shù)計算得出主減主齒法蘭的許用動不平衡量，其參數(shù)及結(jié)果見表1。

隨機抽取6件主齒法蘭樣件和故障車的主齒法蘭一起送檢動不平衡量檢查，然后對這些法蘭修正及復(fù)檢，動不平衡檢測數(shù)據(jù)見表2?？梢?，修正前主齒法蘭的動不平衡量均大于許用值，修正后都在許用值以下。

表1 主齒法蘭的許用動不平衡量計算數(shù)據(jù)

3 方案驗證

將故障車修正過的主齒法蘭樣件裝回故障車進行方案驗證測試。5擋POT工況的車內(nèi)前、中、后排總聲壓的對比圖如圖4所示。傳動軸一階噪聲的對比圖如圖5所示。

結(jié)果所示，車內(nèi)前、中、后排的總聲壓及對應(yīng)的傳動軸一階階次噪聲均得到明顯改善，其中前排總聲壓在3000 r/min附近有2 dB （A）左右的降低，中排總聲壓在3 000 r/min間有4 dB（A）左右的降低，后排總聲壓在2 300 r/min附近有3 dB（A）左右的降低；傳動軸一階在2 100 r/min附近有10 dB（A）下降。主觀感受上有明顯改善。其他6件主齒法蘭也進行了測試，轟鳴均能接受。

表2 主齒法蘭的動不平衡量檢測數(shù)據(jù)



圖4 車內(nèi)前、中、后排總聲壓的對比圖


圖5 傳動軸一階噪聲對比圖

4 結(jié)語

車輛轟鳴的原因有很多種，本文通過實車測試分析頻譜找出問題頻率，根據(jù)經(jīng)驗排查優(yōu)化問題零件以快速解決問題。建議后驅(qū)車在生產(chǎn)制造時，對傳動軸、主齒法蘭及主減總成等零件做好動不平衡量的管控。

作者：黃振之1，黎瑞平2，任良順2，馬 翔2，謝玉琳1
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