10.16638/jki.1671-7988.2019.15.014
LMSTest.Lab在变速器NVH改进中的应用
洪文波，康海波，张志杰
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：随着客户对汽车品质的要求越来越高，NVH性能在开发过程中也越来越多被关注，其包括Noise（噪声）、Vibration（振动）和Harshness（声振粗糙度），它主要研究驾驶员或乘客对振动、噪音及舒适性的主观感受。文章以一款MPV车型为例，介绍运用LMSTest.Lab软件对变速器NVH问题进行测试分析，并结合测试结果，查明故障的激励源及传递路径，结合经验积累并提出可行的优化方案。
关键词：变速器；扭振；NVH；敲击；啸叫
中图分类号：TU112 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)15-38-04
LMSTest.Lab in the transmission NVH improvement application
Hong Wenbo, Kang Haibo, Zhang Zhijie
( Anhui Automobile group Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )
Abstract:With customers' requirements on automobile quality becoming higher and higher, NVH performance has been paid more and more attention in the development process, including Noise, Vibration and Harshness.subjective perception of noise and comfort. Taking an MPV model as an example, this paper introduces the use of LMSTest.Lab software to test and analyze the transmission NVH problem, and combined with the test results, find out the fault excitation source and transmission path, combined with the accumulation of experience and put forward a feasible optimization plan. Keywords: Transmission; torsional vibration; NVH; knock; scream
CLC NO.: TU112 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)15-38-04
1 概述
随着汽车工业的迅速发展以及产品零部件开发水平的快速提升，汽车厂商和客户对汽车整车性能的要求变得越来越高，而NVH性能作为整车性能的重要指标之一，备受汽车厂商和客户的密切关注，且排放和轻量化的需求，发动机的升功率和扭矩也越来越高，这导致变速箱的NVH问题成为一个重要的问题；本
文以某款MPV车型为例，介绍运用LMSTest. Lab软件对变速器NVH问题进行测试分析，并根据测试结果，查明故障的激励源及传递路径，结合经验积累并提出可行的优化方案。2 变速器NVH问题分类
变速器噪声主要为：啸叫声、敲击噪声、同步器结合噪声及轴承噪声。啸叫声是为带负荷齿轮的弹性形变产生的啮合噪声，其特征为窄带谱，频率随转速变化而变化，主要通过优化齿轮的公差，齿轮加工质量和齿形来解决，优化齿轮和轴系受载变形、轴承装配精度、提高壳体模态，减小传递路径等也是解决变速器啸叫的重要途径；敲击噪声原理为主轴的转速波动和空转齿轮之间的冲击，其特征为宽频带噪声，出现在低转速区间，其解决方案为主要为改变激励、控制齿轮间隙、齿轮布置和齿数、惯性矩、齿轮材料、油粘度来解决；同步器结合噪声是被选择齿轮结合时的刮擦声，其特征为同步器功能的损坏，同步器结合前部件间存在速度差，白
作者简介：洪文波，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。
38
洪文波 等：LMSTest.Lab 在变速器NVH 改进中的应用
39
噪声频谱；轴承噪声是指运行时轴承产生的噪声，特别轴承损坏时。本文主要讲解某款纵置MPV 在开发过程中遇到的变速器NVH 问题及运用LMSTest.lab 解决和验证过程。
3 测试方法及软件介绍
3.1 主观评价概述
该款MPV 车型在主观评价中发现主要五个问题：（1）加速和滑行存在明显啸叫声；（2）加速工况低速时有类似变速器敲击声；（3）滑行工况有类似变速器敲击哒哒声；（4）怠速工况有类似敲击声；（5）一挡升二挡有冲击现象。针对上述主观问题，对变速器进行NVH 测试，结合测试数据排查故障原因。 3.2 测试软管介绍
本次测试使用LMS SCADAS Mobile 便携的数采系统，利用LMS Test.Lab 模块进行测试、数据分析。LMS Test.Lab 软件是专门声学和振动测量而设计的，现已成为众多汽车公司的主要测试软件。 3.3 测试方法介绍
变速器齿轮敲击测试需要测试变速器近场噪音、驾驶员右耳噪音、变速器壳体的轴承座外壳体表面的振动、变速器各挡位空载齿轮角加速度等。
测试车辆、工况：某款纵置车辆，二、三、四、五挡（WOT ，POT ，COAST ）三种工况：
表1 测试工况
扭振传感器传感器布置：
表2 扭振传感器布置
（1）振动传感器布置：振动传感器布置在变速器输出轴、中间轴的轴承座对应的壳体外表面。
（2）噪音传感器布置：变速器近场300mm 处、驾驶员右耳处。
4 变速器噪声测试及分析
该款MPV 车型在主观评价中发现主要五个问题：（1）加速和滑行存在明显啸叫声；（2）加速工况低速时有类似变速器敲击声；（3）滑行工况有类似变速器敲击哒哒声；（4）怠速工况有类似敲击声；（5）一挡升二挡有冲击现象。针对上述主观评价问题，对变速器进行NVH 测试进行定量分析，结合测试数据排查故障原因。 4.1 变速器啸叫噪声分析
按照变速器结构简图及齿数，计算出变速器各挡啮合阶次汇总见表3。
表3 变速器齿数及啮合阶次
针对评价问题，对二、三、四、五挡采集数据，分别测试缓油门、全油门、带挡滑行四种工况。利用LMS test lab 进行数据处理，发现在2挡和常啮合齿轮副有超标，见图1（红表示总和，绿表示档位阶次，蓝表示常啮合阶次），3挡和五档的齿轮副啸叫均在目标以下，见图3。
图1 二挡缓油门工况
图2 二挡全油门瀑布图
图3 三、四、五挡缓油门工况
对比瀑布图，在常规转速确实存在15.77和24阶次线，但在1070HZ 左右有明显的共振带，是影响齿轮啮合阶次噪声的的原因。进一步排查，在输出轴后壳体及悬置支撑梁布置振动传感器，读取数据结果见图3，共振带不明显，说明
汽车实用技术
40 超出目标值得噪声不是由变速器激励起来的。
图4 变速器后壳体振动图
结论：该变速器常啮合齿轮副和2挡齿轮副引起的啸叫阶次有超过目标值要求的转速段；3挡和5挡的齿轮副的啸叫声在目标值以下；但在瀑布图上看，影响阶次噪声的原因为车内存在1070HZ 的共振，通过
排查非变速器产生，因此变速器啸叫满足NVH 要求。 4.2 变速器敲击噪声分析
敲击机理：自松齿轮敲击驱动齿轮，敲击发生时，齿轮惯性力矩大于齿轮阻力矩，一般出现在轻载或空载齿轮上，是由于发动机转矩波动和齿轮侧间隙的存在，在齿轮间出现重复冲击而产生的广谱噪声现象。下面列举了该车型滑行工况下2、3、4、5挡数据，测试数据如下：
图5 滑行工况瀑布图
从上图5看出，2、3、4挡均存在不同程度敲击，其中在在4挡1700rpm~2440rpm 区间，较明显。
变速箱产生齿轮敲击噪声的原因可能有两方面：一是发动机的扭振波动较大，激发传动系统的扭振，导致出现齿轮敲击声；另一种情况是由于齿轮布置设计存在问题，导致被动齿轮拖曳力矩设计不合理，致使出现齿轮敲击声，故进行扭振分析：
图6 全油门下2挡角加速度图
图6表示全油门加速工况变速箱飞轮端的转速波动值平稳，满足目标要求，但变速箱输入轴的角加速度波动高于目标值（600rad/s2），且在各挡位是存在放大现象，这说明离
合器的刚度需要进一步减小，阻尼进一步增大；从图7中看出，传动轴角加速度传入变速器的角加速度
均有所衰减，因此滑行工况的敲击噪声不是由传动轴引起。齿轮副角速度差对比，通常不产生敲击的空套齿轮副要求（经验值）。
图7 滑行工况传动轴与变速器角加速度
表4 变速器不产生敲击角速度值
图8 三挡时各挡空套齿轮的转速波动图
以3挡为例，读取2、5、R 角速度差分别为94、62、120，其中2挡和5挡超出经验值，存在敲击的风险，按照此思路，分别测出各个档位的加速、滑行工况的角加速度值，汇总如下：
表5 各挡空套齿轮角加速度值
从表5可知3挡、2挡和倒挡的角加速度波动都较大，5
挡较好，从齿轮角度分析，2和3挡是产生敲击的主要来源；5挡波动小，惯量小，不易产生敲击。
结论：该变速器敲击主要原因为变速器输入轴的角加速度超过目标值；2、3挡齿轮副惯量大是产生敲击的主要来源。需要从离合器，齿轮惯量及轴承孔壳体刚度、精度来优化。
洪文波 等：LMSTest.Lab 在变速器NVH 改进中的应用
41
4.3 变速器壳体辐射噪声分析
变速器噪声有两条传递渠道，一种是辐射传递，一种是结构传递。齿轮敲击和啸叫噪音通过变速器壳体
表面进行辐射传递，一般很难通过对车身的堵孔、增加吸音材料等减小1000Hz ～8000Hz 频率范围内的噪音。齿轮敲击噪音主要通过变速器的支撑轴承传递到变速器壳体上，再以振动传递形式经过选换挡拉丝、悬置、排气吊挂等传递到车身进一步传递到驾驶室。加强变速器壳体轴承座动刚度、减小变速器壳体的大平面等，可以减小齿轮敲击的辐射传递、结构传递。
现对该款MPV 壳体振动数据分析，以2挡全油门为例，测试结果如下：现检查变速器后壳体输出轴处（与悬置近）选择以2挡全油门为例，驾驶室右耳瀑布图可看出在多处共振频率带，对比在壳体上振动传感器信号发现在1500HZ 与变速器后壳体右侧振动频率接近。
图9 主驾噪声图
图10 中间轴轴承壳体频谱图
江淮汽车公司结论：中间轴轴承壳体上的共振频率与车内噪声的共振频率没有相关性，中间轴的振动没有影响车内噪声。
图11 输出轴轴承壳体频谱图
结论：输出轴轴承壳体上的共振频率与车内噪声的共振频率没有相关性，输出轴的振动没有影响车内噪声。
图12 变速器后壳体右侧振动图
图13 变速器左前下侧振动图 结论：结合图11，图12和图13主驾的1500HZ ，2470HZ ，2880HZ 为壳体产生共振，动刚度不足，需要优化壳体结构。
5 总结
经过对测试数据分析，最终确认该变速器啸叫满足要求，该变速器常啮合齿轮副和2挡齿轮副引起的啸叫阶次有超过目标值要求的转速段；3挡和5挡的齿轮副的啸叫声在目标值以下，但在瀑布图上看，影响阶次噪声的原因为车内存在1070HZ 的共振，通过排查非变速器产生；该变速器存在齿轮敲击，敲击主要原因为变速器输入轴的角加速度超过目标值，2、3挡齿轮副惯量大是产生敲击的主要来源；该变速器壳体刚度不足，存在多处共振异响。
6 结束语
在变速器NVH 问题改进中，充分运用LMSTest.Lab 软
件，对整车车内噪声，传动系扭振及变速器振动进行测试及分析，准确查明故障原因，并结合经验给出详细解决方案，从而快速准确的解决变速器NVH 问题，避免了变速器NVH 改进过程中的盲目性，并缩短了改进周期。
参考文献
[1] 庞剑，谌刚，何华.汽车振动与噪声-理论与应用[M].北京：北京理工
大学出版社,2006.
[2] 田雄，李宏成，吕先锋.基于传递路径试验分析的变速器敲击噪声
优化[J].振动工程学报,2010,23(6), 642-647.
[3] 马怀琳.变速器的异常噪声与控制[J].汽车技术.1995,26(3):25-31,35.
发布评论