汽车换挡机构噪声的研究

2017-03-02逯子荣田青龙张国萍

北京汽车 2017年1期

关键词：声压级拉索挡位

逯子荣，田青龙，张国萍

Lu Zirong，Tian Qinglong，Zhang Guoping

（长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

汽车换挡机构噪声的研究

逯子荣，田青龙，张国萍

Lu Zirong，Tian Qinglong，Zhang Guoping

（长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

汽车换挡过程出现的噪声会影响整车NVH性能，对出现的换挡噪声进行信号采集，并结合换挡机构的结构特性进行诊断分析，然后制定诊断方案，最终确定影响车内换挡噪声的主要因素是排挡器和拉索的布置方式。

换挡机构；NVH；测试

0 引言

近年来，汽车工业的发展方向是舒适、节能、环保和安全，因此整车的NVH性能越来越受到各个主机厂的重视，成为汽车领域市场竞争的重要指标。而汽车换挡机构是实现（P-R-N-D挡位）换挡功能的主要机构，换挡产生的NVH问题直接影响着乘客的乘坐舒适性和行驶安全性。车辆行驶过程中，在P-R-N-D换挡时，在车内会听到明显的“咔咔”声，影响整车舒适性，导致客户抱怨。针对出现的换挡噪声，分析换挡机构的结构特性，结合近年从事噪声测试和分析工作的一些经验，探讨整车换挡噪声的测试分析和故障诊断的方法，为提高整车NVH性能提供支持。

1 换挡机构结构特性分析

汽车换挡机构，是由一根推拉索作为传动机构连接换挡手柄和变速器换挡摇臂。换挡时，驾驶员推拉换挡手柄带动推拉索，在推拉索端子的约束下推拉变速器换挡摇臂对变速器内部机构进行换挡操作，而换挡机构上的挡位齿板和手柄槽限定了换挡机构的 P、R、N、D挡位位置[1]。换挡机构的主要零部件有：变速器内部执行机构、变速器壳体、拉索支架、换挡拉索和排挡器等，其具体结构如图1所示。

图1 换挡操纵机构示意图

驾驶员推动换挡手柄时，听到的换挡噪声，主要是由换挡结构的机械运动产生，它对整车NVH性能有很大的影响。根据噪声声源通过传递路径传递到接收者的思路进行分析[2]，换挡噪声的声源是变速器内部执行机构的运动和排挡器的运动，传递路径是拉索、壳体和悬置等结构，接收是驾驶员听到车内噪声。换挡噪声的产生机理如图2所示。

图2 车内换挡噪声的产生机理

2 采集噪声信号

换挡噪声主要是由换挡机构机械运动产生，可视为一种瞬态信号[3]。测试过程中需将车辆放置在安静的环境中（消声室），且需要使车辆熄火，同时需要使车辆保持上电的状态，这是为了在车辆熄火状态下实现P-R-N-D的换挡功能，以排除外部环境噪声和发动机噪声的干扰。

采用LMS Test.lab设备进行信号采集，传声器布置在车内驾驶员右耳处，传声器的垂直坐标是座椅的表面与靠背表面的交线以上（0.70±0.05）m 处，水平横坐标向右到座位中心面的距离为（0.2±0.02）m处，传声器方向指向车辆正常行驶的方向，位置如图3所示。

图3 传声器位置

测试过程中，车辆的天窗、车窗和车门应关严，并且风机、压缩机、大灯等均不工作。驾驶员操作过程避免出现其他噪声，同时噪声测试结果必须高于背景噪声15 dB（A）以上。采集带宽设置为24 000 Hz，频率分辨率为1 Hz。所有采集开始与结束时间应该分别提前和滞后换挡操作至少2 s。应测试3～5组数据（P-R-N-D-N-R-P挡位依次转换1次为1组数据）以保证测试数据的可信程度。

3 噪声信号数据处理

基于 LMS Test.lab 软件中 Signature Data Post-processing模块对采集到的噪声信号进行后处理分析。对信号进行频谱分析，将采集到的声压信号加A计权处理，同时加载汉宁窗，取其有效值作为输出值[4]，得到噪声信号的声压总级图（overall）和瀑布图（colormap），如图4和图5所示。

图4 噪声声压总级图

图5 噪声声压瀑布图

从图 4中可以看出，在整个换挡过程中，声压级出现了 6个峰值，每出现一个峰值就代表挡位转换了一次（P-R-N-D-N-R-P挡位依次转换），其峰值大小是挡位转换时刻的声压级大小。从图5中可以看出每一个换挡噪声信号的频率成分，在3 000 Hz以下比较明显，且带宽较大。不同挡位之间的转换，发出噪声的声压级大小以及频率成分也不一样。

4 换挡噪声的诊断分析

整车的换挡噪声是一种瞬态信号。通常用换挡时刻声压级的峰值表示换挡噪声的大小[5]。

针对驾驶员听到的换挡噪声，根据上面提到的测试方法进行噪声信号的采集，结合换挡机构的结构特性分析结果以及实际工作中的经验，制定换挡噪声故障诊断分析方案，以便确定影响车内换挡噪声的主要因素。制定的方案见表1。

依据制定的方案，对每一种方案进行测试分析，且在每一次测试前都需要对换挡噪声进行主观评价。针对不同的方案，每次测试方法和数据处理的方法需保持一致。

表1 噪声故障诊断分析的方案

通过客观数据的采集和处理，得到不同方案中驾驶员右耳声压级的数据见表2。

表2 驾驶员右耳声压级dB(A)

图6 不同方案的驾驶员右耳噪声声压级

依据测试得到的客观数据和主观评价结果对不同的方案进行分析。

方案1，客观数据是整车原始状态的数据，用于和其他方案的数据进行对比分析，主观评价结果为换挡噪声不可接受。

方案2，客观数据显示：此状态的声压级明显比原始状态声压级小，且噪声声压级大小将近50dB（A），不可忽视。挂挡时，驾驶员推动换挡手柄，变速器内部换挡机构已经不工作，只有排挡器本身在运动，且排挡器受力发生了变化，因此车内噪声的主要声源是排挡器结构运动。由此可知，对整车状态下的车内换挡噪声而言，排挡器引起的噪声不可忽视。

方案3，客观数据显示：此状态的声压级明显比原始状态声压级小，且噪声声压级最大值不到38dB（A）。此状态下，只有变速器内部执行机构在工作，车内噪声主要是由变速器内部机构运动传递到车内。由此可知，变速器内部换挡执行机构运动对车内噪声的影响较小。

方案4，客观数据显示：此状态的声压级略小于原始状态声压级，且主观评价结果显示车内噪声基本无变化。因此可知壳体传递到拉索支架的振动对车内噪声的影响较小。

方案5，客观数据显示：此状态的声压级比原始状态声压级小，且主观评价结果显示车内噪声有很大改善，基本可接受。此方案中改变了拉索的布置方式（弯曲角度等因素），使得排挡器换挡力发生了变化，而换挡力的变化会影响换挡冲击，从而影响换挡噪声。因此换挡拉索的布置方式对车内换挡噪声有较大的影响。

综上可知：排挡器和换挡拉索的布置方式是影响车内换挡噪声的主要因素。