某MPV怠速变速器异响问题分析与改进

杨标，李光明，王涛，康海波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某MPV怠速变速器异响问题分析与改进

杨标，李光明，王涛，康海波

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

针对某MPV车型怠速开空调工况变速器异响问题，通过对故障车进行相关数据采集，对比分析，确认异响主因，并根据异响形成机理制定相应改进方案，最终通过调整离合器减振弹簧刚度成功解决了异响问题，为解决同类型的问题提供参考。

变速器；怠速异响；离合器；减振弹簧刚度

CLC NO.: U472.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)09-53-03

引言

根据中国汽车工业协会最新统计数据，2016年中国汽车市场继续保持增长势头，全年汽车产销量均超过2800万辆，再创历史新高，连续八年蝉联全球第一。随着中国汽车市场的日益成熟，用户对汽车乘坐的舒适性要求也越来越高，汽车的NVH（noise，vibration，harshness）品质越来越受到重视，汽车NVH性能成为衡量汽车制造质量的一个重要指标[1]。其中变速器的NVH问题已成为整车设计开发过程中的主要技术难点之一。

1、故障现象

经现场查看故障车辆发现，车辆启动怠速过程中，打开空调，底盘传出“咔哒咔哒”有规律的异响。车辆发仓周围最为明显，车内异响相对减弱，但依然存在，主观判断客户无法接受，容易引起客户抱怨。关闭空调，异响随即消失。或者踩下离合踏板，异响也消失，通过反复松、踩离合踏板，车辆怠速声音存在明显差异。将车辆升起后查看，怠速开启空调，通过辨认异响由变速器发出。由此初步判断，异响由变速器内部产生，与空调开启相关。为进一步确认异响的根本原因，我们对故障车进行相关测试。

2、测试试验

2.1 测试设备

a）音频传感器

b）三向加速度传感器

c）磁电传感器

d）LMS数采前端

e）PC

2.2 测试方法

由于故障车辆主要表现为变速器异响，因此在变速器近场布置音频传感器，用于记录异响相关音频信息。同时声音主要由振动产生，我们选择将三向加速度传感器布置在变速器壳体表面，用于记录变速器壳体振动。此外为了解空调开启对发动机转速的影响，我们在发动机飞轮启动齿、变速器一轴常啮齿对应位置安装磁电传感器，用于记录发动机及变速器转速信息。

具体传感器布置位置见图1-图4：

图1 音频传感器布置位置图

图2 三向加速地传感器布置位置图

图3 飞轮端磁电传感器布置位置图

图4 变速器端磁电传感器 布置位置图

将传感器与LMS数采前端相连，调试设备，分别在怠速关空调和开空调工况下，采集故障车音频、加速度和转速信息。

2.3 测试数据

具体测试数据如图5-图10所示：

图5 变速器近场音频数据对比图

由图5音频数据频谱可知，相比怠速关空调，怠速开空调工况变速器近场噪音变大且频谱呈现出更明显的宽频敲击特征。其中左侧为怠速关空调，右侧为怠速开空调。

图6 变速器壳体X方向加速度数据对比图

图7 变速器壳体Y方向加速度数据对比图

图8 变速器壳体Z方向加速度数据对比图

由图6-图8变速器壳体加速度数据可知，X、Y、Z三个方向振动加速度，相比怠速关空调工况，空调开启后壳体振动明显增强，同样呈现出更明显的宽频敲击特征，与音频数据频谱相一致。其中，左侧为怠速关空调，右侧为怠速开空调。

图9 发动机转速对比图

由图9发动机转速数据可知，怠速开启空调，相比怠速关空调工况，车辆发动机转速整体上升，同时发动机转速波动量也明显增大。其中，左侧为怠速关空调，右侧为怠速开空调。

图10 变速器转速对比图

由图10变速器一轴转速数据可知，变速器转速整体变化趋势与发动机一致。怠速开启空调，相比怠速关空调工况，变速器转速升高，同时转速波动量也增大。其中，左侧为怠速关空调，右侧为怠速开空调。

3、故障分析

根据以上测试数据对比分析，结合实车故障现象，初步判定：怠速异响是由空调开启导致发动机转速波动加剧，进而引起变速器内部齿轮敲击造成。

内燃机由于燃烧以及往复活塞产生的惯性不平衡而引起转矩波动，当离合器啮合时，曲轴的扭转振动传递给变速器[2]。从而导致变速器内部非工作部件（如空套齿轮、同步齿环、滑套等）产生不规则的来回敲打现象，传递至车内变现为变速器敲击噪声[3]。车辆怠速关闭空调工况，发动机转速较为平稳，同时离合器预减震弹簧衰减了部分扭转振动，传递到变速器的波动幅值不足以引起内部非工作部件的敲击，因而无异响产生。但当空调开启时，由于发动机需要带动空调压缩机旋转，所需功率加大，发动机负荷增加，而转速的提升所增加的功率不足以抵消空调压缩机所需的功率，此时发动机的运行工况变得恶劣，导致其对外输出的转速波动变大[4]。由于离合器预减震弹簧衰减能力有限，发动机这种波动传导至变速器内部，引发内部敲击，导致变速器异响。

4、优化方案

针对发动机转矩波动引起的变速器敲击异响问题，目前主要有以下几种途径加以解决：从控制源头方面，即控制发动机扭振；从改善传递路径方面，主要有离合器参数调教、改善传递路径减振隔振性能；从控制响应敏感方面，增大变速器拖拽力矩，减小齿轮侧隙等[3]。

根据以往经验，控制发动机扭振能和增大变速器拖拽力矩，减小齿轮侧隙等方案，整体匹配验证的时间较长，此外单个零部件成本增加较大，实际落实难度较大。通常优先考虑改善离合器减震隔振性能，通过调整离合器参数，涉及变化较小，产生的零部件成本变动也可以接受。基于以上考虑，优化方案主要以调整离合器参数，改善离合器减振性能为主。

故障车辆采用的膜片式离合器，通过从动盘上的两级减振弹簧起到抑制发动机转速波动和缓冲作用。调整减振弹簧刚度，即可改变离合器减振特性，因此我们选择以下几种减振弹簧刚度进行验证，具体见表1：

表1 离合器参数

5、验证结果

通过更换故障车辆离合器从动盘，我们对车辆进行了主观评价，其中主观评价结果见表2：

表2 主观评价结果

根据主观评价结果，更换了优化件3的车辆怠速开关空调均无异响，为进一步证实主观评价结果，我们对该状态车辆进行了数据测试，测试数据见图11-图13：

图12 变速器转速

图11 变速器音频频谱图

图13 变速器壳体X、Y、Z向加速度频谱图

通过对比，更换优化件3的车辆，在怠速开空调工况，变速器近场音频及壳体加速度频谱图均未出现明显宽频敲击特征，并且变速器一轴转速波动相比故障车减小。

经过以上验证，更换优化件3离合器从动盘的车辆异响消失，相关测试数据对比也证实了该方案的有效性。因此，我们最终决定将离合器从动盘减振弹簧刚度系数调整为，一级预减振：0.17 N·m/deg，二级预减振：1.3 N·m/deg，主减振：13.5N·m/deg。

6、结论

变速器异响是一种常见的故障模式，本文对故障车辆进行相关数据采集，经过对比分析，明确了异响的根源，从而才能有针对的提出优化方案，最终解决异响问题。此外，在整车传动系设计匹配过程中，必须考虑相匹配发动机的特有属性，合理选择相关零部件设计参数。

[1] 吴光强,吴虎威,李迪.汽车变速器齿轮敲击动力学问题研究综述[J].同济大学学报(自然科学版),2016(2):276-285. 1.0 Tangasawi,S Theodossiades,H Rahnejat,P Kelly.非线性振动冲击现象误认为变速器空转敲击[J].传动技术,2011(12):18-32

[2] 田雄,李宏成,吕先锋,毕金亮,唐禹.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(12):642-648

[3] 张亮,刘金强,罗津,朱志国,黄振霞.某车型怠速开空调时变速器异响问题研究[J].大众科技,2015(6):54-60.

Analysis and Improvement of a MPV transmission abnormal noise when idling

Yang Biao, Li Guangming, Wang Tao, Kang Haibo
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

According to the problem of a MPV transmission abnormal noise when the air conditioning idle is carried out, by collecting relevant data of the problematic car, compare and analyze, confirm the major cause of the abnormal noise, and make the corresponding improvement program according to the formation principle of the abnormal noise, finally solved the problem of the abnormal noise by adjusting the damping spring stiffness of the clutch,provide reference for solving similar problems.

transmission; abnormal idle noise; the clutch; damping spring stiffness

U472.4

A

1671-7988 (2017)09-53-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.09.020

杨标，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。