某SUV后主减速器总成共振问题分析

钮微龙 刘彻 武杰

（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）

随着人们生活品质的提高，良好的NVH性能成为客户对车辆评价的重要指标，因此振动和噪声的控制作为汽车设计制造的一个重要方面，受到了各大汽车厂商的重视。如把汽车作为一个系统来研究，汽车本身就是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统，由于汽车内部各部分的固有频率不同，汽车在行驶中常因路面不平，车速和运动方向的变化，车轮、发动机和传动系统的不平衡，以及齿轮的冲击等各种外部和内部的激振作用而极易产生整车和局部的强烈运动。这种振动使汽车的动力性得不到充分发挥，经济性变差，同时还会影响汽车的通过性、操纵稳定性及平顺性，使乘员产生不舒服和疲乏的感觉，甚至损坏汽车的零部件和运载的货物，缩短汽车的使用寿命[1]。文章对某SUV传动系统的共振问题进行了研究并提出优化方案。

1 传动系统噪声原因

动力传递系统是将发动机发出的功率传递给车轮并带动汽车运行的系统[2]，发动机的振动、传动系统的扭矩波动、传动轴的动不平衡、万向节产生的附加弯矩及悬置支撑刚度等因素均能引起传动系统的振动。传动系的振动经悬置传给车身，引起钣金件共振，从而在车厢内发出轰鸣声，当汽车逐渐加速或减速时车内发生异常的噪声。

国内某款SVU车型开发过程中出现在2，3挡（发动机转速为2 500～2 800 r/min）时，车厢中后部传来明显轰鸣声，并伴随振动，2挡时更明显。

在良好路面上进行NVH问题测试，在车内驾驶员右耳位置布置麦克风，并对测试数据进行分析。图1示出驾驶员右耳位置噪声测试数据。从图1可以看出，汽车急加速（转速为2 667.46 r/min）时车内噪声存在明显峰值，主观感觉车内存在明显轰鸣声。

通过主观评价发现，该问题与发动机的转速有关，初步判定是由发动机激励与车体某部件共振产生。通常情况下，发动机的激励主要通过发动机的悬置系统、排气的悬置系统、传动轴的支撑及后主减悬置系统4个路径传递到车身。针对这4个主要传递路径，对发动机悬置、排气管、传动轴支撑和后主减悬置系统进行道路振动测试。

2 道路测试查找真因

为查找问题真因，对试验车进行试验测试。分别在发动机悬置支架、排气管吊挂支架、传动轴中间支撑、后主减速器悬置支架及车身地板处布置三向加速度传感器，运用LMS公司Test.Lab测试软件，采用Signature Testing-Advanced测试模块对整车进行振动测试，采样频率带宽为2 048 Hz，频率分辨率为0.5 Hz，在平坦道路上采集发动机转速在900～4 500 r/min区间的振动数据，如图2所示。

从图2可看出，当发动机转速达到2 715.13 r/min时，主减悬置系统出现明显的振动峰值。样车为直列4缸4冲程发动机，发动机2阶（2 715.13 r/min）对地板振动贡献量大，共振频率为135 Hz，其他测试点在问题转速段未发生明显的振动增强现象，由此可以确定后主减速器总成振动是主要的激励。

通过道路测试结果可知，由于后主减总成系统模态与发动机2阶频率接近，使得发动机的激励与后主减总成耦合造成后主减总成共振，振动由悬置支撑点通过副车架传到地板，引起汽车加速过程中在发动机转速在2 500～2 800 r/min时存在明显的轰鸣问题。

3 优化及验证

针对此问题制定优化方案。

方案1：根据振动隔离理论，在设计初期应使系统固有频率远离激振频率，避免发生共振。为避免后主减系统产生共振，在后主减上增加动力吸振器以更改后主减系统的系统模态。动力吸振器是通过弹性元件把辅助质量连接到振动系统上的一种减振装置，它不靠消耗能量来减振，而是通过辅助质量的动力作用，使弹性元件在后主减系统上产生的力正好与强迫力的大小相等、方向相反，以此来达到减振的目的。

针对此问题选取吸振器频率为（135±15）Hz，质量为1.2（1±0.05）kg。经测试单个吸振器作用效果不明显，故为增加吸振频率带宽，设计双吸振器结构[3]，左谐振块频率为（129±15）Hz，质量为 1.5（1±0.05）kg，右谐振块频率为（146±15）Hz，质量为 1.2（1±0.05）kg，结构如图3所示。

对后主减速器总成增加吸振器后的汽车状态进行测试，并与原状态做对比，测试结果如图4和图5所示。

从图4可以看出，在2挡WOT工况，与原状态相比，驾驶员右耳噪声总级在2 700 r/min左右降低3 dB（A），2阶能量降低6 dB（A）左右，但是在2 300，3 000 r/min左右驾驶员右耳噪声2阶能量略有增加（为吸振器移频引起），主观评价可接受；在3挡WOT工况，驾驶员右耳噪声总级在2 650 r/min左右降低3.5 dB（A），2阶能量降低7 dB（A）左右，主观评价可接受。

方案2：此款SUV采用智能四驱，通过后主减前端的扭矩管理器总成控制后桥输入扭矩，以实现智能四驱功能[4]。

当前后车轮出现转速差时，智能四驱系统向后桥传递大扭矩以提高四驱车型的越野能力，此时是差动控制模式。为提高汽车的起步加速性能，在车速较低时，为预加载工作模式，后桥输入扭矩维持在100～400 N·m，但当车速较高且车轮未出现打滑时，为了提高行车安全，四驱系统不介入，后桥输入扭矩值低于100 N·m，速度门限为80 km/h。在问题转速下，车速在30～60 km/h，四驱系统判定为低速工况，采用预加载工作模式，后桥输入扭矩维持在100～400 N·m。四驱标定过程中，应对相应门限值进行调整，在保证性能的前提下对NVH问题进行优化。

此次将原80 km/h的速度门限调整至30 km/h，使问题转速下的四驱控制模式退出预加载模式，以降低问题转速下的扭矩输入。标定参数更改后，当达到问题转速时车速超过30 km/h，四驱系统将后桥输入扭矩调整至100 N·m以下，对软件更新后的汽车进行测试后发现NVH问题得到解决，主观评价可接受。速度门限调整前后后桥输入扭矩对比，如图6所示。

对两方案进行对比分析，确定最终整改途径。

方案1通过在后主减速器后端增加吸振器总成改变系统模态来解决问题，但动力吸振器的增加使质量增加2.7 kg，致使整车质量和成本增加，不满足整车设计轻量化要求。

方案2通过更改四驱控制软件实现问题解决，变更前后，后桥输入扭矩加载到最大扭矩时间同为30 ms以内，且当出现车轮打滑时不影响最大扭矩输入，所以速度门限的调整对四驱性能无影响。

综合对比两方案，最终决定采用方案2解决传动系统NVH问题。

4 结论

传动系统的共振问题严重影响整车的乘坐舒适性，设计时应避免传动系统与发动机总成激振频率耦合。在解决此类NVH问题时可采用增加吸振器的方法以改变系统频率，从而达到消除共振的目的，但此类方案大多涉及到减振类零件的添加，增加了整车质量及成本。当被激振系统有智能硬件控制时，可尝试更改软件参数，在保证性能的前提下达到消除共振的目的。