双输出轴式手动变速器敲击噪声的优化研究

王海洋李洪亮殷金祥

双输出轴式手动变速器敲击噪声的优化研究

王海洋1李洪亮1殷金祥2

（1中国汽车技术研究中心；2江淮汽车股份有限公司）

基于某双输出轴式手动变速器的敲击噪声实例，阐述了敲击噪声产生的机理，应用试验手段查找变速器敲击噪声产生的原因，并分别验证传动轴刚度、离合器阻尼和双质量飞轮对敲击噪声的影响。试验测试结果表明，变速器敲击噪声的主要产生原因是发动机转速波动传递到变速器输入轴的数值较大，而采用双质量飞轮能够消除变速器敲击噪声。

1 前言

近年来，许多工程师对变速器敲击问题进行了研究。郑立朋等人[1]分析了双输出轴式六速手动变速器匹配过程中噪声问题产生的原因和类型，提出了对变速器、离合器进行优化且同时采用双质量飞轮的噪声解决方案。陈洪方[2]从变速器敲击声的产生机理和传递路径出发，采用试验手段分析发动机转速波动、离合器减振、齿轮间隙和整车隔声性能等方面的影响。项辉等人[3]分析了离合器对传动系统NVH问题的影响，针对开发后期遇到的变速器敲击噪声问题，提出增大离合器阻尼的方案并取得较好的整改效果。

针对一款匹配涡轮增压发动机和双输出轴式6速手动变速器的车型开发过程中出现车辆在怠速及急加速工况下“咔嗒”声的敲击噪声问题，本文利用试验手段进行了噪声源的查找和改进验证工作。

2 敲击噪声的产生机理

变速器敲击噪声是发生在啮合非承载齿轮副和换挡组件（如同步器、滑套、空套齿轮等）上的一种在扭转方向上的冲击现象。这些非承载齿轮由于在旋转方向上没有任何约束，可能在某些特定条件下相互碰撞并产生敲击噪声。

变速器敲击噪声产生的主要原因是车辆动力传递系统存在较明显的扭矩波动,从而使转速波动明显。由于发动机中燃烧气体的压力和活塞往复运动产生的周期性惯性力，使扭矩呈脉动周期变化，经过离合器传递到变速器啮合齿轮。由于齿轮啮合存在间隙，而且非承载齿轮副从动轮处于随动状态，将引起齿轮敲击，如图1所示。一般情况下，传统汽车动力传动系统1阶扭转模态固有频率在40～80 Hz之间，对于四缸发动机而言，相应2阶频率所对应的发动机转速即为1 200～2 400 r/min。当车辆在该转速段运行时，容易激发整个动力传动系统产生扭转振动，从而产生变速器敲击噪声，且在高挡位大负荷低转速加速工况以及空挡离合器接触工况下，在车内能更明显地感受到这种变速器敲击噪声。

3 变速器敲击噪声原因分析

为寻找某双输出轴式变速器出现敲击噪声的原因，在整车半消声室环境中进行相关测试。

3.1 试验设备简述

a.整车半消声室，载止频率63 Hz，背景噪声低于20 dB（A）；

b.低噪声四轮驱动底盘测功机，转鼓直径1 905 mm，额定功率600 kW；

c.LMS128通道数据采集系统，两路转速输入通道，四通道信号发生器；

d.麦克风，用于敲击噪声监控和空气噪声传递路径测试；

e.三向振动传感器，用于结构噪声传递路径测试；

f.磁电传感器，用于飞轮转速波动和齿轮转速波动测试；

g.转速仪。

3.2 数据结果分析

分析各挡情况下车内驾驶员外耳处的噪声如图2所示。

从图2可以看出，3挡～6挡在1 000～2 000 r/min之间出现敲击噪声，即2 000～8 000 Hz的宽频带噪声。1挡和2挡的敲击噪声不是很明显。同一时刻，变速器上表面的测点也在相同转速监测到宽频带的敲击噪声，如图3所示。

由于敲击噪声是非承载齿轮副的齿轮撞击产生，若该变速器的噪声是由某一齿轮副的敲击产生，在某个特定挡位测试时，变速器的敲击噪声应明显降低。基于这一原理分析，该变速器3挡～6挡的齿轮副并不是敲击噪声产生的主要原因。因此，先从传动系统扭转波动着手进行测试分析。

从发动机飞轮端和变速器输入轴的转速波动对比来看，变速器输入轴的扭矩波动在各个挡位均存在放大现象，如图4所示。从图4上可以看出，该变速器输入轴扭矩波动峰值出现的转速与发动机飞轮扭转振动频率相同。综上所述，搭载该变速器的车辆在全油门加速过程中扭矩波动激发整个动力传动系统产生扭转模态，使该变速器产生了敲击噪声。

4 变速器敲击噪声整改方案验证

4.1 提高传动半轴的扭转刚度

更换直径增大的传动半轴，使传动半轴的扭转刚度提高，从而提高传动系统的扭转振动频率。从图5和图6的变速器输入轴转速波动测试数据看，其变化较小，在1 600 r/min附近仍存在严重的扭转振动问题，因此变速器的敲击噪声降低较小，说明传动半轴的扭转刚度对该敲击问题的影响较小。

4.2 增大离合器阻尼

更换大阻尼的离合器从动盘后，从图7和图8的变速器输入轴转速波动来看，其3挡输入轴角加速度幅值降低37%，4挡输入轴角加速度幅值降低42%，变速器敲击噪声频段（2 000～8 000 Hz）降低4 dB（A），说明离合器阻尼对该敲击问题的影响较大。

4.3 更换双质量飞轮

采用双质量飞轮后，变速器各工况敲击噪声改善明显，主观评价等级在6级以上，噪声水平满足整车需求，如图9所示。

5 结束语

a.相对于单输出轴式变速器，双输出轴式变速器传动系统的灵敏性更大，对发动机传递过来的扭矩波动更敏感。

b.相对于自然吸气的发动机，涡轮增压发动机的转速波动更大。在进行此类发动机的匹配时，应提高离合器对角加速度衰减能力的要求，或考虑采用双质量飞轮形式，以防止开发后期出现变速器敲击现象。

c.解决变速器的敲击噪声问题是一个系统性问题，在开发前期时主要关注变速器的输入轴角加速度波动，产品设计时就需要尽量降低该数值，预防后期出现敲击噪声。在开发后期则需要从敲击噪声的传递路径上来考虑降噪方式，如换挡拉索、发动机悬置、整车声学性能等方面。

1 郑立朋，靳少辉，陈晓峰，王一博.双输出轴式手动变速器匹配噪声问题分析与解决.汽车技术,2013（5）：58～60.

2 陈洪方.某车型变速器Rattle噪声问题改善研究.汽车实用技术，2014，7：32～35.

3 项辉，黄新明.大阻尼离合器对整车NVH的帮助.现代机械，2013，6：56～58.

4 庞剑，谌刚，何华等.汽车噪声与振动理论与应用.北京:北京理工大学出版社.

5 张军锋.手动变速器齿轮敲击噪声的实验分析：[学位论文].上海：上海交通大学，2012.

6 蔡龙生.基于角域重采样和包络解调的手动变速器齿轮敲击实验研究:[学位论文].上海：上海交通大学，2013.

（责任编辑帘 青）

修改稿收到日期为2015年3月1日。

从图9中可以得知，在整车通过冲击路面工况下半主动悬置采用ON模式相对OFF模式而言，车内振动明显降低，即半主动悬置采用ON模式能有效改善整车通过冲击路面时的车内振动。

5 结束语

本文开发的半主动液压悬置结构简单、生产成本低，在低频大振幅时能产生较大的阻尼，有良好的减振性能；在高频小振幅时能产生较低的动刚度，有较好的隔振效果。通过合理匹配其在不同工况下的工作模式，能在更宽频带内主动隔离发动机振动噪声向车内的传递，限制动力总成的位移，更好的改善整车的NVH性能和乘坐舒适性。研究结果对半主动悬置的大规模产业化生产具有指导意义。

参考文献

1 Eric F.Little.The Design and Application of Intelligent Helmholtz Resonators forVibration Control Devices.Michi⁃gan USA:Bell&Howell Information and LearningCompany, 1999:30．

2 Theodore G.Duclos,Design of Devices Using Electro rheolog⁃ical Fluids,SAE Paper 881134,1988.

3 Micheal clark.Vibratio Absorbing mountings.The U.S.Pat⁃ent,No.4,682,753.

4 史文库，毛阳等.发动机半主动液压悬置的动态特性及参数影响分析.西安交通大学学报，2014，1：42～48.

5 Wei Yang and Wen ku Shi.Research on Vibration Isolation of Semi-Active Controlled Hydraulic Engine Mount with Air Spring.SAE 2014-01-0008.

6 Kyu.H.Lee,et.al.PerformanceDesign of Vibration and Noise Control,SAE 941777.

7 COLGATEJE,CHANG CT,CHIOU Y C.Modeling Of a hy⁃draulic engine mount focusing on response to sinusoidal and composite excitations.Journal of Sound and Virbration,1995, 184（3）;503～528.

（责任编辑帘 青）

修改稿收到日期为2015年3月1日。

Researching on Improving Knocking Noise of Double Output Shaft Manual Transmission

Wang Haiyang1,Li Hongliang1,Yin Jinxiang2
（1.China Automotive Technology&Research Center;2.Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd）

Based on an example of knocking noise of a double output shaft manual transmission,the mechanism of knocking noise generation is elaborated,and test is carried out to troubleshoot the cause of this knocking noise,and then the influence of drive shaft stiffness,clutch damping and dual mass fly wheel on the knocking noise are verified.The results of test show that the transmission knocking noise is generated mainly by the large engine speed fluctuation which is transferred to transmission input shaft,whereas such knocking noise can be eliminated by dual mass fly wheel.

Double output shaft manual transmission,Knocking noise,Torque fluctuation

双输出轴式手动变速器 敲击噪声 扭矩波动

U463.212

A

1000-3703（2015）05-0016-05