换挡拉索对变速器啸叫噪声影响的研究

郭 庆，黄德健

（上汽通用五菱汽车股份公司，广西 柳州545007）



换挡拉索对变速器啸叫噪声影响的研究

郭 庆，黄德健

（上汽通用五菱汽车股份公司，广西 柳州545007）

摘要:变速器啸叫噪声可以通过换挡拉索传递到车内，影响车内乘员的舒适感觉。用切断传递路径的方法研究了换挡拉索对变速器啸叫噪声的影响，并结合实际的试验，优化换挡拉索端部的结构，阐明了降低拉索传递振动的方法。

关键词:变速器啸叫噪声；换挡拉索；传递路径

汽车变速器啸叫噪声虽然声压不高，但是由于音调高，传入车内后，乘员听起来不舒适。变速器啸叫的主要根源是来自齿轮的啮合，齿轮的传递误差作为激励源，产生的振动通过齿轮、轴、轴承传递到变速器壳体然后辐射出去就形成了听到的啸叫噪声[1，2]。车内噪声主要来自两个方面:一是结构传播噪声，动力总成和排气系统等的振动通过与车身连接点传递到车身，引起车身壁板的振动从而辐射出噪声；二是空气传播噪声，动力总成、进排气等的噪声通过车身板、孔、缝隙等直接传入传播到车内[3]。变速器的啸叫噪声可以沿着这两种路径传入到车内。

汽车变速器的换挡拉索一端连接在变速器上，另外一端连接在换挡操纵机构上，而换挡操纵机构固定在车身上，变速器产生的振动噪声可以沿着换挡拉索传递到车内，是一种典型的结构传播噪声的传递路径。本文主要研究换挡拉索对车内变速器啸叫噪声的影响。

1　变速器结构传播噪声的传递路径

变速器的振动噪声通过动力总成（包括发动机和变速器）和车身连接部件传递到车内，形成结构传播噪声。动力总成和车身连接的主要零部件有：

（1）悬置

悬置的主要作用是支撑动力总成，降低动力总成的振动噪声。悬置一端固定在动力总成上，另外一端固定在车身上，变速器的振动噪声可以沿着悬置传递到车身上，然后辐射到车内。

（2）拉索

换挡拉索、离合拉索、油门拉索这三种拉索的一端连接在动力总成上，另一端和车身关联，变速器的振动噪声也可以沿着拉索传递到车身上，然后辐射到车内。

悬置和拉索都有可能成为变速器啸叫噪声的主要传递路径，所以研究车内变速器啸叫噪声的影响因素，就必须对传递路径的影响进行详细的分析。

2　换挡拉索对车内变速器啸叫噪声影响分析

换挡拉索是变速器啸叫噪声的重要传递路径。图1是换挡操纵系统总成图。换挡拉索在变速器上有两个固定点，固定点1是拉索端部连接在变速器的换挡摇臂上的位置，固定点2是拉索固定在变速箱拉索支架上的位置。换挡拉索的另外一端连接在换挡操纵机构上，换挡操纵机构固定在车身上。

图1　换挡操纵系统总成图

2.1研究方法

采用切断传递路径的方法是研究换挡拉索对变速器啸叫噪声影响大小的有效手段。其方法是分别将换挡拉索固定点1和固定点2分别拆卸，并固定好拉索，使分离开的换挡拉索不要碰到变速器，然后测量汽车运行时车内变速器的啸叫噪声，以此来研究换挡拉索是否是车内变速器的啸叫噪声的主要传递路径。

2.2试验及评价方法

在车内驾驶员耳旁放置麦克风，测量汽车加速滑行时驾驶员耳旁噪声，用阶次跟踪分析的方法来评价各个档位车内变速器啸叫噪声水平[4]。

试验过程中采用的测试设备见表1，测试软件使用LMS Test.lab.

表1　测试设备

由于测试车辆使用的是CAN通讯协议，而LMS SCM02型数采前端带有CAN通讯模块，所以通过CAN接口可以直接从汽车的ECU上读取发动机的转速信号，它的优点是连接方便、快捷，转速信号稳定。

2.3实例分析

为了研究换挡拉索对不同车型变速器的啸叫噪声的影响，选取了一款前驱变速器车型和一款后驱变速器车型进行分析。

2.3.1前驱变速器换挡拉索的影响实例分析

某车型前驱变速器，主减速器数比为3.944（71 /18），2档齿轮数比为2.21（42/19），变速器2档档位齿轮阶次和主减速器阶次见表2.按照2.2的方法评价变速器处于2档时，换挡拉索对车内变速器啸叫噪声的影响。

表2　变速器阶次

研究工况分为三种，即正常状态（不拆卸拉索）、拆卸拉索固定点1、拆卸拉索固定点1和2.图2、图3分别是汽车2档滑行工况下主减速器齿轮（8.1阶）和档位齿轮（19阶）的车内阶次噪声对比结果。分析结果如下：

（1）换挡拉索固定点1和固定点2对主减齿轮阶次噪声影响很小。

（2）换挡拉索固定点1对档位齿轮阶次噪声的影响很大，而固定点2对档位齿轮阶次噪声的影响较小。

因此，这款换挡拉索是档位齿轮阶次噪声的重要传递路径，且换挡拉索固定点1是影响换挡拉索传递噪声的一个重要部位。

图2　2档滑行工况主减速器齿轮阶次（8.1阶）噪声对比

图3　2档滑行工况档位齿轮阶次（19阶）噪声对比

2.3.2后驱变速器换挡拉索的影响实例分析

某车型后驱变速器，常啮合齿轮数比为1.3043 （30/23），2档齿轮数比为1.5909（35/22），变速器2档档位齿轮阶次为16.87，常啮合齿轮阶次为23.按照2.2的方法评价变速器处于2档时，换挡拉索对车内变速器啸叫噪声的影响。

研究工况同上。图4、图5分别是2档汽车滑行工况下档位齿轮（16.87阶）和常啮合齿轮（23阶）的车内阶次噪声对比结果。经分析，换挡拉索固定点1和固定点2对档位齿轮（16.87阶）和常啮合齿轮（23阶）阶次噪声影响较小。故此，这款换挡拉索不是变速器阶次噪声的主要传递路径。

图4　2档滑行工况档位齿轮阶次（16.87阶）噪声对比

图5　2档滑行工况常啮合齿轮阶次（23阶）噪声对比

从以上前驱变速器和后驱变速器换挡拉索的分析结果看，前驱变速器的换挡拉索对车内变速器啸叫噪声的影响很大，而后驱变速器的影响不明显，所以针对不同车型的变速器，换挡拉索不一定是变速器啸叫噪声的主要传递路径。

3　换挡拉索结构优化

3.1结构优化方案

当换挡拉索成为车内变速器啸叫噪声的主要传递路径时，需要考虑换挡拉索的合理设计，以降低车内的变速器啸叫噪声。

基于第2节的实例验证和分析，换挡拉索固定点1处是一个影响车内变速器啸叫噪声的重要部位。拉索固定点1处结构剖面图如图6.

图6　拉索固定点1处结构剖面图

换挡拉索和变速器摇臂球销之间有一层隔振橡胶，用于隔离变速器的振动噪声，但目前这款拉索的隔振橡胶吸收变速器振动能量的效果差，不能很好的隔离变速器的振动噪声，需要对此处进行优化设计。

为了提高对隔振橡胶对振动能量的吸收，从隔振橡胶的结构方面进行了研究，通过更改橡胶的结构来改善对振动能量的吸收。图7为老结构的隔振橡胶，吸收振动能量较差。为了改善振动能量的吸收，设计了图8这款新结构的隔振橡胶。同时，为了适应新结构的隔振橡胶，对拉索端部其它配合零件修改了尺寸和结构。

图7　老结构隔振橡胶

图8　新结构隔振橡胶

3.2方案验证

为了研究换挡拉索隔振橡胶结构对变速器啸叫噪声的影响，选取了一款前驱变速器进行评价，将新结构隔振橡胶和老结构隔振橡胶的拉索装到车上进行对比。

这款前驱变速器的主减速器数比为3.944（71/ 18），3档齿轮数比为1.414（41/29），4档齿轮数比为1.060 6（35/33），变速器3、4档档位齿轮阶次和主减速器阶次见表3.按照2.2的方法评价变速器处于3档和4档时，换挡拉索对车内变速器啸叫噪声水平的影响。

表3　变速器阶次

车内变速器啸叫噪声测量结果见图9~12，图中粗实线为老结构隔振橡胶，细虚线为新结构隔振橡胶。从3档和4档滑行工况阶次噪声对比图看，带新结构隔振橡胶的主减速器齿轮阶次噪声水平要明显优于老结构，但两种结构的档位齿轮阶次噪声水平没有太大差异。

图9　3档滑行工况主减速器齿轮阶次（12.7阶）噪声对比

图10　3档滑行工况档位齿轮阶次（29阶）噪声对比

图11　4档滑行工况主减速器齿轮阶次（17阶）噪声对比

图12　4档滑行工况档位齿轮阶次（33阶）噪声对比

3档和4档滑行工况下，车内噪声的1/3倍频程频谱见图13、图14，图中粗实线为老结构隔振橡胶，细虚线为新结构隔振橡胶。从图中分析发现，新结构隔振橡胶的车内噪声水平在100~1250 Hz区间得到了改善，尤其是在200~630 Hz之间改善明显。

图13　3档滑行工况1/3倍频程频谱对比

图14　4档滑行工况1/3倍频程频谱对比

总结以上的研究可以发现，由于更改了换挡拉索隔振橡胶的结构，提高了橡胶对振动能量的吸收能力，使得车内噪声在200~630 Hz区间得到了明显的降低，改善了车内变速器啸叫噪声。

4　结束语

本文针对换挡拉索对啸叫噪声影响进行了研究，可以得出以下结论：

（1）换挡拉索对变速啸叫噪声的影响针对各种车型变速器是不一样的。

（2）当换挡拉索成为变速器啸叫噪声的主要传递路径时，有必要对换挡拉索进行结构优化。

（3）优化换挡拉索端部隔振橡胶的结构，可以有效地降低车内变速器啸叫噪声。

限于时间和条件，本文只是研究了拉索端部结构对车内变速器啸叫噪声的影响，但换挡拉索的芯轴刚度、衬套刚度、衬套和芯轴的间隙等也对变速器啸叫噪声的传递也存在影响[5]，这些方面有待于今后的工作继续研究和完善。

参考文献:

[1]Ashish Kanase.Manual gearbox gear whine noise prediction and importance of parametric sensitivity in NVH[C].Yogiraj Mane//Symposium on International Automotive Technology 2103.India:SAE International，2013.

[2]Perret-Liaudet，J..Modeling of gearbox whining noise[C]. Carbonelli，A.//SAE Technical Paper.USA:SAE International，2014.

[3]冯海星，高云凯，刘爽.基于传递路径分析的车内噪声源识别[J].机械设计，2013，30（7）:19-24.

[4]栾文博，吴光强，徐炜卿.基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声分析[J].振动与冲击，2013，32（11）:95-99.

[5]Brian Campbell.Shifter cable vibration transfer and kinematic simulation:case study[C].Kiran Govindswamy.SAE 2005 Noise and Vibration Conference and Exhibition.USA:SAE International，2005.

中图分类号:U467.4.93

文献标识码：A

文章编号：1672-545X（2016）04-0043-04

收稿日期：2016-01-04

作者简介：郭庆（1972-），男，四川人，本科，高级工程师，研究方向为振动噪声。

Research on Transmission Whine Noise Level Affected by Shift Cable

GUO Qing，HUANG De-jian
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Abstract:Transmission whine noise can be transferred to the passenger compartment of the vehicle through shift cable and affect the passengers’comfort.This paper studies the effect of shift cable for whine noise by cutting off transfer path，optimizes the structure of the end of shift cable through vehicle test and illustrates the methods of isolating vibration for shift cable.

Key words:transmission whine noise；shift cable；transfer path