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摘要： 某款乘用车大改款项目试验车辆四五挡大油门加速时存在敲齿噪声。针对该问题，对问题试验车进行振动噪声数据采集分析，判断问题发生原因。并对该工况下整车动力传动系统进行建模仿真及优化，最终将敲齿噪声问题优化。
关键词： 动力传动系统；扭转减振器；敲齿噪声；AMEsim；仿真模拟
【中图分类号】F407.471【文献标识码】B
【文章编号】2236-1879（2017）08-0165-02
Passenger cargears rattle noise analysis and improvement
Jia Nan，Wang guobiao
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of Hebei，baoding 071000）
Abstract： Gears rattle noise appears when the engineer testing a new vision passenger car. With data gathered from the complaining car，engineers find the reason of the problem. Then simulationabout this drive chain was implemented， which shows the same phenomenon of the real car. Changing the drive train parameters and simulating once again， the noise become acceptable.
Key words： Drive chain； Torsional absorber； Gears rattle； AMEsim； simulation
1前言
随着汽车的普及，用户对汽车的要求也越来越高。尤其是可以被普遍顾客感知的振动与噪声等舒适性要求，成为汽车用户抱怨的主要组成部分。
作为汽车振动和噪声的产生与传递的主要系统之一，动力传动系统在整车设计开发过程中需针对系统振动与噪声进行分析并进行规避。本文就某车型开发过程中遇到的变速器异响问题进行原因分析，并对解决过程简要描述。
2问题描述
某车型在试生产阶段整车评审时，提出试验车辆挂五挡，全油门加速行车时，在1500rpm～2400rpm转速区间存在明显敲击异响问题，主观评价5分，不可接受。经过实车验证驾驶员侧异响较副驾驶员侧明显，前排较后排明显。初步定为异响来源为左前机舱。实车验证过程中，踩下离合踏板，故障消除。判断异响与传动系有关。
3故障原因排查
基于问题确认过程中得到信息，重点排查前机舱传动系统部件。在半消声两驱转鼓实验室使用听诊器对加仓传动系统部件逐一排查，发现异响集中在变速器壳体上。
为进一步判断问题发生原因，使用LMS SCADAS采集故障车噪声、振动和转速数据。传感器布置如下：①在驾驶员右耳、变速器近场位置布置麦克风采集对应音频；②在变速器壳体布置三向振动传感器采集变速器振动；③在离合器壳体（变速器与发动机连接壳体）布置转速传感器采集发动机曲轴转速和变速器输入轴转速。按照發生问题工况进行噪声、振动和转速数据的采集。
对变速器近场音频数据与驾驶员右耳音频回放发现变速器近场抱怨异响声音较驾驶员右耳更清晰，更强烈。回放壳体振动，与变速器近场声音对比进一步清晰和强烈。通过音频滤波回放分析，该异响非单频异响，异响频率范围较大（500Hz以上）。进行音频频谱分析后确定抱怨异响并非固定阶次噪声，是一种宽频异响。通过发动机曲轴与变速器输入轴转速数据分析对比，发现在1580rpm～2450rpm转速区间存发动机曲轴角加速度波动被放大（图2），与故障异响发生转速区间一致。
综合测试信息分析，该异响产生的直接原因是变速器输入轴转速波动大导致的变速器空套齿轮的敲击噪声。
4动力传动系统转速波动分析
变速器齿轮敲击噪声问题为一系统问题，通过优化变速器齿轮和同步器，提高变速器壳体隔声性和优化动力传动系统隔振性能均可以对问题进行改善。这里通过对动力传动系统进行优化的方法，对该问题进行优化。
内燃机工作不连续，输出扭矩、转速不平稳，导致动力传动系统传递的扭矩时刻在波动，由此产生扭转振动。为了改善这一现象，一般在动力传动系统中安装扭转吸振器，比如离合器从动盘式扭转减振器，双质量飞轮式扭转减振器。扭转减振器由弹性元件、阻尼元件组成。扭转减振器工作工程中，弹性元件与阻尼元件并联。动力传动系扭矩增大时，通过弹性元件形变储存能量一部分能量，同时阻尼元件消耗一部分能量；当动力传动系扭矩减小时，弹性元件储存的能量释放。这样使得扭转减振器传递的扭矩波动幅度减小。
5问题仿真模拟
通过使用AMEsim软件对故障车动力传动系统进行模型搭建（图3），根据各部件参数对仿真模型进行参数化。运行仿真对动力传动系统扭转振动数据进行重现，通过对参数记录并分析。对比仿真数据与实测数据，二者吻合度较高（图4）。
6优化分析
通过调整仿真模型中各零件参数，以模拟不同状态零件对该问题影响，最终发现通过增加驱动轴扭转刚度、离合器刚度和阻尼降低可以降低变速器输入轴的转速波动。
通过对以上方案样件装车验证，主观评价改善明显，敲击噪声可接受（7分）；测试数据上变速器输入轴转速波动明显下降（转速波动峰值降低23%）（图5）
6总结
变速器动力传动系统常见扭转振动问题一般思路是通过传动系统扭转减振器（离合器从动盘扭转减振器或双质量飞轮）。但匹配双质量飞轮涉及到动力总成重新布置，且成本大幅增加。通过对动力传动系统各部分刚度、惯量及阻尼进行组合调整，可以达到较好水平。
该车型作为该款项目，较原项目整车最大总质量增大、轮胎滚动半径增加，原项目并无此问题抱怨。作为整车运转的核心，动力传动系统设计的好坏直接决定了车辆行驶的平顺性及舒适性。在整车设计早期，就应该针对动力传动系统扭转振动情况进行详细分析与研究，避免后期扭转振动引起的各类问题发生。
参考文献
[1]宋彩盟，汽车动力传动系统的扭转振动分析. 2012.
[2]陈广露，传动系统扭转减振器特性分析与优化研究. 2014
[3]庞剑，《汽车噪声与振动》
[4]倪振华，《振动力学》
关键词： 动力传动系统；扭转减振器；敲齿噪声；AMEsim；仿真模拟
【中图分类号】F407.471【文献标识码】B
【文章编号】2236-1879（2017）08-0165-02
Passenger cargears rattle noise analysis and improvement
Jia Nan，Wang guobiao
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of Hebei，baoding 071000）
Abstract： Gears rattle noise appears when the engineer testing a new vision passenger car. With data gathered from the complaining car，engineers find the reason of the problem. Then simulationabout this drive chain was implemented， which shows the same phenomenon of the real car. Changing the drive train parameters and simulating once again， the noise become acceptable.
Key words： Drive chain； Torsional absorber； Gears rattle； AMEsim； simulation
1前言
随着汽车的普及，用户对汽车的要求也越来越高。尤其是可以被普遍顾客感知的振动与噪声等舒适性要求，成为汽车用户抱怨的主要组成部分。
作为汽车振动和噪声的产生与传递的主要系统之一，动力传动系统在整车设计开发过程中需针对系统振动与噪声进行分析并进行规避。本文就某车型开发过程中遇到的变速器异响问题进行原因分析，并对解决过程简要描述。
2问题描述
某车型在试生产阶段整车评审时，提出试验车辆挂五挡，全油门加速行车时，在1500rpm～2400rpm转速区间存在明显敲击异响问题，主观评价5分，不可接受。经过实车验证驾驶员侧异响较副驾驶员侧明显，前排较后排明显。初步定为异响来源为左前机舱。实车验证过程中，踩下离合踏板，故障消除。判断异响与传动系有关。
3故障原因排查
基于问题确认过程中得到信息，重点排查前机舱传动系统部件。在半消声两驱转鼓实验室使用听诊器对加仓传动系统部件逐一排查，发现异响集中在变速器壳体上。
为进一步判断问题发生原因，使用LMS SCADAS采集故障车噪声、振动和转速数据。传感器布置如下：①在驾驶员右耳、变速器近场位置布置麦克风采集对应音频；②在变速器壳体布置三向振动传感器采集变速器振动；③在离合器壳体（变速器与发动机连接壳体）布置转速传感器采集发动机曲轴转速和变速器输入轴转速。按照發生问题工况进行噪声、振动和转速数据的采集。
对变速器近场音频数据与驾驶员右耳音频回放发现变速器近场抱怨异响声音较驾驶员右耳更清晰，更强烈。回放壳体振动，与变速器近场声音对比进一步清晰和强烈。通过音频滤波回放分析，该异响非单频异响，异响频率范围较大（500Hz以上）。进行音频频谱分析后确定抱怨异响并非固定阶次噪声，是一种宽频异响。通过发动机曲轴与变速器输入轴转速数据分析对比，发现在1580rpm～2450rpm转速区间存发动机曲轴角加速度波动被放大（图2），与故障异响发生转速区间一致。
综合测试信息分析，该异响产生的直接原因是变速器输入轴转速波动大导致的变速器空套齿轮的敲击噪声。
4动力传动系统转速波动分析
变速器齿轮敲击噪声问题为一系统问题，通过优化变速器齿轮和同步器，提高变速器壳体隔声性和优化动力传动系统隔振性能均可以对问题进行改善。这里通过对动力传动系统进行优化的方法，对该问题进行优化。
内燃机工作不连续，输出扭矩、转速不平稳，导致动力传动系统传递的扭矩时刻在波动，由此产生扭转振动。为了改善这一现象，一般在动力传动系统中安装扭转吸振器，比如离合器从动盘式扭转减振器，双质量飞轮式扭转减振器。扭转减振器由弹性元件、阻尼元件组成。扭转减振器工作工程中，弹性元件与阻尼元件并联。动力传动系扭矩增大时，通过弹性元件形变储存能量一部分能量，同时阻尼元件消耗一部分能量；当动力传动系扭矩减小时，弹性元件储存的能量释放。这样使得扭转减振器传递的扭矩波动幅度减小。
5问题仿真模拟
通过使用AMEsim软件对故障车动力传动系统进行模型搭建（图3），根据各部件参数对仿真模型进行参数化。运行仿真对动力传动系统扭转振动数据进行重现，通过对参数记录并分析。对比仿真数据与实测数据，二者吻合度较高（图4）。
6优化分析
通过调整仿真模型中各零件参数，以模拟不同状态零件对该问题影响，最终发现通过增加驱动轴扭转刚度、离合器刚度和阻尼降低可以降低变速器输入轴的转速波动。
通过对以上方案样件装车验证，主观评价改善明显，敲击噪声可接受（7分）；测试数据上变速器输入轴转速波动明显下降（转速波动峰值降低23%）（图5）
6总结
变速器动力传动系统常见扭转振动问题一般思路是通过传动系统扭转减振器（离合器从动盘扭转减振器或双质量飞轮）。但匹配双质量飞轮涉及到动力总成重新布置，且成本大幅增加。通过对动力传动系统各部分刚度、惯量及阻尼进行组合调整，可以达到较好水平。
该车型作为该款项目，较原项目整车最大总质量增大、轮胎滚动半径增加，原项目并无此问题抱怨。作为整车运转的核心，动力传动系统设计的好坏直接决定了车辆行驶的平顺性及舒适性。在整车设计早期，就应该针对动力传动系统扭转振动情况进行详细分析与研究，避免后期扭转振动引起的各类问题发生。
参考文献
[1]宋彩盟，汽车动力传动系统的扭转振动分析. 2012.
[2]陈广露，传动系统扭转减振器特性分析与优化研究. 2014
[3]庞剑，《汽车噪声与振动》
[4]倪振华，《振动力学》