摘要：傳動(dòng)系作為汽車的主要組成部分，可能產(chǎn)生多種NVH（噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度）問(wèn)題。以前置后驅(qū)傳動(dòng)系為例，介紹常見(jiàn)典型傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的產(chǎn)生機(jī)理及治理思路。從試驗(yàn)分析和仿真分析兩個(gè)方面，對(duì)傳動(dòng)系NVH問(wèn)題研究方法進(jìn)行詳細(xì)論述。在電動(dòng)化、智能化背景下，總結(jié)了傳動(dòng)系NVH控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：汽車傳動(dòng)系；NVH；研究方法；趨勢(shì)

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間的動(dòng)力傳遞裝置稱為汽車的傳動(dòng)系。傳動(dòng)系一般由離合器、變速器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等部件組成，但根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)形式，包括前置前驅(qū)（FF） 、前置后驅(qū)（FR） 、后置后驅(qū)（RR） 、中置后驅(qū)（MR） 、全時(shí)四驅(qū)（AWD） 、分時(shí)四驅(qū)（Part-Time４WD） ，傳動(dòng)系的組成會(huì)有所差異。為了滿足汽車的實(shí)際駕駛需求，傳動(dòng)系還具有變速、變扭、中斷動(dòng)力、倒駛、變角度傳動(dòng)、不打滑轉(zhuǎn)向等功能。對(duì)電動(dòng)車而言，由于電機(jī)具有零轉(zhuǎn)速即可達(dá)到最大扭矩、輸出轉(zhuǎn)速高、可以反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此電動(dòng)車傳動(dòng)系比較簡(jiǎn)單，由減速器和半軸組成。在車輛運(yùn)行過(guò)程中，傳動(dòng)系直接承受來(lái)自動(dòng)力源的激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生多種NVH問(wèn)題。在售后反饋中，與傳動(dòng)系NVH相關(guān)的投訴一直占有較大比例。因此，在新車型開發(fā)過(guò)程中，傳動(dòng)系NVH控制是必不可少的環(huán)節(jié)。在汽車NVH開發(fā)團(tuán)隊(duì)中，通常會(huì)設(shè)置專門的科室，負(fù)責(zé)傳動(dòng)系NVH控制技術(shù)研發(fā)及相關(guān)問(wèn)題解決。

1 傳動(dòng)系常見(jiàn)NVH問(wèn)題

常見(jiàn)的傳動(dòng)系NVH問(wèn)題頻率主要分布在２Hz～６ ０００Hz范圍內(nèi)。根據(jù)前置后驅(qū)車輛傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)系主要的NVH問(wèn)題及產(chǎn)生位置如圖１所示。圖１中，傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)共振現(xiàn)象、離合器鎖閉過(guò)程中顫振現(xiàn)象、齒輪敲擊噪聲現(xiàn)象、變速器嘯叫噪聲現(xiàn)象以及傳動(dòng)系沖擊現(xiàn)象，是各種類型的傳動(dòng)系中出現(xiàn)頻率最高的NVH問(wèn)題。傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)共振現(xiàn)象是國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者研究最多的問(wèn)題之一。傳動(dòng)系是由具有慣量、剛度和阻尼特性的部件組成的系統(tǒng)，因此存在固有頻率和振型，當(dāng)外部激振力的頻率與傳動(dòng)系固有頻率相同時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)生共振，其響應(yīng)幅值遠(yuǎn)超過(guò)激振力幅值，共振響應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)路徑傳遞至車身，引起車內(nèi)鈑金件共振，從而導(dǎo)致車內(nèi)舒適性的問(wèn)題。

離合器顫振現(xiàn)象出現(xiàn)在離合器結(jié)合過(guò)程中。這種振動(dòng)現(xiàn)象按產(chǎn)生的機(jī)理分為兩種：一種為離合器摩擦材料的摩擦因數(shù)負(fù)梯度導(dǎo)致的自激振動(dòng)[１]；另一種為壓盤不平度、變速器輸入軸不對(duì)中等形位偏差引起的強(qiáng)迫振動(dòng)[２]。齒輪敲擊主要發(fā)生在非承載的空套齒輪副之間?？仗X輪在旋轉(zhuǎn)方向上沒(méi)有約束且與主動(dòng)齒輪存在間隙，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)經(jīng)過(guò)離合器傳遞至變速器主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪帶動(dòng)空套齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生角加速度變化，從而導(dǎo)致空套齒輪慣性力矩不斷變化。根據(jù)敲擊閥值理論[３]，當(dāng)空套齒輪的慣性力矩大于拖拽力矩時(shí)，空套齒輪將與主動(dòng)齒輪失去接觸，當(dāng)二者再次接觸時(shí)，即發(fā)生敲擊現(xiàn)象。強(qiáng)烈的齒輪敲擊將產(chǎn)生寬頻帶噪聲[４]。變速器嘯叫現(xiàn)象一般出現(xiàn)在承載齒輪副上，在車輛加速和滑行工況中均有可能產(chǎn)生齒輪嘯叫問(wèn)題。輪齒交替嚙合產(chǎn)生的時(shí)變剛度，加工、裝配產(chǎn)生的誤差以及輪齒嚙入嚙出產(chǎn)生的沖擊，是引起齒輪嘯叫問(wèn)題的主要激勵(lì)源。嘯叫噪聲具有明確的階次特征，齒輪嚙合產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)激勵(lì)經(jīng)過(guò)齒輪軸和軸承傳遞至變速器殼體，殼體輻射噪聲進(jìn)一步通過(guò)空氣和結(jié)構(gòu)路徑傳遞至車內(nèi)。傳動(dòng)系沖擊現(xiàn)象一般發(fā)生于急加速或急減速工況。由于傳動(dòng)系統(tǒng)包含的齒輪副、花鍵副、萬(wàn)向節(jié)等部件內(nèi)部不可避免地存在間隙，當(dāng)系統(tǒng)的扭矩或負(fù)載突然發(fā)生變化甚至反向時(shí)，傳動(dòng)部件之間發(fā)生碰撞，往往表現(xiàn)為一聲短暫、響亮的金屬撞擊“咔噠”聲以及伴有較為明顯的振動(dòng)現(xiàn)象。針對(duì)傳動(dòng)系常見(jiàn)NVH問(wèn)題，可以按照“源—路徑—響應(yīng)”的模式進(jìn)行治理，一方面可以控制激勵(lì)源，比如降低激振力或改變激勵(lì)特性；二方面可以通過(guò)路徑進(jìn)行隔離，針對(duì)空氣路徑可以優(yōu)化聲學(xué)包，針對(duì)結(jié)構(gòu)路徑可以提升懸置隔振率、優(yōu)化安裝點(diǎn)動(dòng)剛度等；三方面可以改變響應(yīng)系統(tǒng)，既可以通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化從而改變響應(yīng)系統(tǒng)特性，也可以通過(guò)主動(dòng)控制的方式，在響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)加入抵消原有響應(yīng)的成分，從而達(dá)到消除駕乘人員不適感的目的。任何一個(gè)NVH問(wèn)題的解決，僅通過(guò)“源—路徑—響應(yīng)”中的一個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，往往難以取得滿意的效果，只有綜合考慮三者，才能找到最佳的解決方案。

2 傳動(dòng)系NVH研究方法

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的研究更為深入和具體，從最初的分析機(jī)理、基于較簡(jiǎn)化模型進(jìn)行現(xiàn)象仿真，逐步朝著建立考慮更多影響因素且研究對(duì)象更為細(xì)致、更加符合工程實(shí)際的動(dòng)力學(xué)模型，提出傳動(dòng)系NVH問(wèn)題新的影響因素，從主動(dòng)控制和傳動(dòng)系部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度去解決某些NVH問(wèn)題等方向發(fā)展。同時(shí)，傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的測(cè)試手段也得到快速發(fā)展，尤其是在傳動(dòng)系NVH專用測(cè)試臺(tái)架的建設(shè)與應(yīng)用方面；基于臺(tái)架的測(cè)試和分析規(guī)范逐步完善，為解決傳動(dòng)系NVH問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的工具[５]。目前，對(duì)汽車傳動(dòng)系NVH問(wèn)題進(jìn)行研究大致遵循如下路線：（１）首先，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，初步確認(rèn)問(wèn)題工況及表現(xiàn)。然后有針對(duì)性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括測(cè)試方式、信號(hào)種類、測(cè)試工況等。有時(shí)為了獲取更為全面的測(cè)試數(shù)據(jù)，除了測(cè)試傳動(dòng)系相關(guān)信息外，還需要測(cè)試傳遞路徑的特性。（２）通過(guò)圖紙、數(shù)模、逆向建模等方式，獲取傳動(dòng)系動(dòng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)于傳動(dòng)系所包含的阻尼參數(shù)往往難以獲取，通常需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初步設(shè)定。（３）傳動(dòng)系是多自由度、非線性振動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)尚未研究過(guò)的傳動(dòng)系，目前難以做到首次即正確的程度，將仿真結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的有效性，這一過(guò)程在建模中最關(guān)鍵也最費(fèi)時(shí)，可以采用多工況依次驗(yàn)證的方式，確保驗(yàn)證結(jié)果的可靠性。（４）對(duì)通過(guò)仿真分析得到的優(yōu)化方案，需要進(jìn)行工程化評(píng)估，綜合考慮優(yōu)化效果、成本變動(dòng)情況以及對(duì)其他性能的影響等因素，制造樣件并搭載實(shí)車進(jìn)行驗(yàn)證。如果該現(xiàn)象得到改善或消除，則該方案可以保留并付諸實(shí)施。

２．１  傳動(dòng)系NVH試驗(yàn)傳動(dòng)系NVH試驗(yàn)根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地（如圖２所示）分為：實(shí)車道路試驗(yàn)、實(shí)車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)和傳動(dòng)系臺(tái)架試驗(yàn)等。實(shí)車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)在于轉(zhuǎn)轂半消聲室內(nèi)沒(méi)有風(fēng)噪的影響，且鼓面相對(duì)平整，路面不平帶來(lái)的激勵(lì)可以消除掉。傳動(dòng)系臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)研究NVH問(wèn)題更具針對(duì)性，臺(tái)架具有邊界條件簡(jiǎn)單、易于調(diào)整工況、干擾因素少、問(wèn)題更易凸顯等優(yōu)勢(shì)，適合用于研究產(chǎn)生機(jī)理及指導(dǎo)仿真分析.

試驗(yàn)研究中NVH問(wèn)題的特征測(cè)試、驗(yàn)證優(yōu)化或解決方案都會(huì)涉及到對(duì)該現(xiàn)象的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)分為客觀和主觀評(píng)價(jià)，主、客觀評(píng)價(jià)需要相互結(jié)合。客觀評(píng)價(jià)通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用量化的指標(biāo)，如振動(dòng)的加速度值、噪聲的聲壓級(jí)等指標(biāo)去衡量振動(dòng)或噪聲現(xiàn)象的強(qiáng)弱，可以選用絕對(duì)值或相對(duì)值的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了更好地控制傳動(dòng)系NVH性能，通常將指標(biāo)分為整車級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、部件級(jí)和零部件級(jí)，形成控制指標(biāo)體系，有時(shí)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的目標(biāo)也需要一并列出。主觀評(píng)價(jià)則是通過(guò)用戶或測(cè)試人員對(duì)車內(nèi)外振動(dòng)、噪聲的直觀感受，感覺(jué)聲音是安靜還是嘈雜、悅耳還是刺耳，感覺(jué)振動(dòng)大小和舒適性[６]。

２．２  傳動(dòng)系NVH仿真

通過(guò)仿真手段研究傳動(dòng)系NVH問(wèn)題，首先需要對(duì)傳動(dòng)系進(jìn)行抽象，形成力學(xué)模型，然后根據(jù)相關(guān)動(dòng)力學(xué)原理得到對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，最后在數(shù)學(xué)模型中加入合適的算法就可以得到仿真模型[７]。傳動(dòng)系NVH問(wèn)題根據(jù)表現(xiàn)形式可以分為穩(wěn)態(tài)問(wèn)題、瞬態(tài)問(wèn)題和過(guò)渡工況問(wèn)題，按作用方式可以分為振動(dòng)問(wèn)題和噪聲問(wèn)題，而噪聲也是由振動(dòng)引起的，因此對(duì)噪聲問(wèn)題通常也是從振動(dòng)角度進(jìn)行研究，按照振動(dòng)位移的方式又可以分為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、彎曲振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及它們之間相互耦合振動(dòng)。根據(jù)具體問(wèn)題，通過(guò)建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、多體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)及混合模型對(duì)傳動(dòng)系NVH問(wèn)題進(jìn)行研究。通過(guò)集總參數(shù)法建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是傳動(dòng)系NVH問(wèn)題分析過(guò)程中最常用到的方法。將傳動(dòng)系簡(jiǎn)化為只有慣量沒(méi)有剛度的慣量盤、只有剛度沒(méi)有慣量的弾性軸以及粘性阻尼，形成由“慣量—?jiǎng)偠取枘帷苯M成的離散系統(tǒng)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)在于所需建模參數(shù)少、模型易于擴(kuò)展、建模效率高，缺點(diǎn)是由于在建模過(guò)程中對(duì)傳動(dòng)系做了簡(jiǎn)化處理，因此系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型主要用于對(duì)傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)共振、齒輪敲擊、離合器顫振等問(wèn)題進(jìn)行定性分析。多體動(dòng)力學(xué)模型由于建模思路清晰，模型精度相對(duì)較高，在工程中應(yīng)用也很廣泛。常見(jiàn)的傳動(dòng)系NVH問(wèn)題都可以通過(guò)建立多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行研究，根據(jù)問(wèn)題表現(xiàn)的頻率范圍，進(jìn)一步又可以建立多剛體、多柔體或剛?cè)狁詈夏Ｐ汀＠孟到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立的是離散質(zhì)量模型，而利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建立的則是連續(xù)質(zhì)量模型，更貼合傳動(dòng)系實(shí)際狀態(tài)。工程上主要是通過(guò)有限元法建立結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，適合對(duì)仿真精度要求高的情況。傳動(dòng)系工作過(guò)程中，多種形式的振動(dòng)噪聲問(wèn)題往往是依次出現(xiàn)的，且問(wèn)題之間可能存在相互影響，對(duì)于這類問(wèn)題，可以建立系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)混合模型，盡可能地模擬傳動(dòng)系的真實(shí)工作狀態(tài)，既可以提升仿真精度又可以提高解決問(wèn)題的效率。

3 傳動(dòng)系NVH發(fā)展趨勢(shì)

３．１  混動(dòng)車型傳動(dòng)系NVH

混動(dòng)系統(tǒng)需要在多種模式下進(jìn)行切換，尤其是混聯(lián)車型，涉及的模式切換最為復(fù)雜。在模式切換瞬間，系統(tǒng)所傳遞的扭矩會(huì)發(fā)生突變，從而會(huì)導(dǎo)致沖擊問(wèn)題出現(xiàn)。沖擊類問(wèn)題往往難以完全消除，只能通過(guò)優(yōu)化降到可以接受的程度。對(duì)混動(dòng)傳動(dòng)系進(jìn)行優(yōu)化分析，僅分析其NVH性能往往不能滿足工程實(shí)際需求，需要將NVH性能與駕駛性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性一并考慮進(jìn)來(lái)。同時(shí)考慮多種性能屬性，對(duì)傳動(dòng)系NVH工程師來(lái)說(shuō)具有一定挑戰(zhàn)性。

３．２  純電車型傳動(dòng)系NVH

一體化、高速化、多檔化的電驅(qū)總成是發(fā)展趨勢(shì)。一體化的電驅(qū)總成，將是電磁、機(jī)械、齒輪嚙合激勵(lì)耦合作用的系統(tǒng)，需要在分析工具中同時(shí)考慮以上激勵(lì)。高轉(zhuǎn)速意味著齒輪的線速度更高，給分析齒輪嚙合狀態(tài)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)，對(duì)測(cè)試臺(tái)架也提出了更高的要求。從提升NVH性能的角度對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，建立NVH與標(biāo)定的關(guān)系，對(duì)提升電驅(qū)總成NVH性能具有重要意義。

３．３  NVH控制技術(shù)軟件化

人工智能技術(shù)在醫(yī)療、交通、工業(yè)制造等多個(gè)領(lǐng)域展示出了良好的應(yīng)用前景。汽車企業(yè)在向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型，將人工智能技術(shù)與傳動(dòng)系NVH控制技術(shù)相融合，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的自動(dòng)識(shí)別。目前已有多家主機(jī)廠及汽車技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)在積極推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

（１）在傳動(dòng)系工作過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生多種NVH問(wèn)題，可以按照“源—路徑—響應(yīng)”思路對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，找出主要影響因素。同時(shí)考慮性能平衡、成本等因素，從激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，找到問(wèn)題的解決方案。（２）對(duì)傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的研究可以分為試驗(yàn)和仿真兩個(gè)方面。通過(guò)試驗(yàn)既可以得到問(wèn)題的特征并分析產(chǎn)生機(jī)理，又可以驗(yàn)證解決方案的效果。仿真主要是為了分析系統(tǒng)的固有特性、強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)以及關(guān)鍵參數(shù)靈敏度。采用仿真分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，可以更深入地揭示傳動(dòng)系NVH問(wèn)題的產(chǎn)生機(jī)理，為解決問(wèn)題提供更多方案。（３）混合動(dòng)力傳動(dòng)系工作模式多樣，解決模式切換過(guò)程中帶來(lái)的沖擊問(wèn)題具有挑戰(zhàn)性。電機(jī)高速化的發(fā)展趨勢(shì)，給純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系NVH測(cè)試和仿真分析都帶來(lái)了挑戰(zhàn)。人工智能技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都起到了良好的作用，推進(jìn)人工智能技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)融合，將技術(shù)轉(zhuǎn)化為軟件，也是傳動(dòng)系NVH控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

作者：王東，陳達(dá)亮，梁博洋作者單位：（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津  ３００３００）來(lái)源：機(jī) 械 工 程 與 自 動(dòng) 化