6X4牵引车驱动桥拍频噪声特性研究

雷永辉，马洪涛，刘景



6X4牵引车驱动桥拍频噪声特性研究

雷永辉，马洪涛，刘景

（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

拍频噪声是汽车NVH研究领域常见问题之一。文章以6X4牵引车驱动桥NVH售后故障为例，通过车内噪声、驱动桥壳体振动等信号的时-频域特征分析，阐明了驱动桥拍频噪声产生的根本原因，以及拍频问题对驾驶室内驱动桥噪声的影响。

汽车NVH；拍频噪声；驱动桥；时-频分析

引言

驱动桥噪声是重卡及客车车内噪声的主要成分之一。随着国内牵引车市场的快速发展，以6X4为代表的高速货运车型逐渐向重载、高速、高舒适性能等方向演变。在整车舒适性指标中，车内噪声的贡献度至关重要。具体到牵引车，在高速行驶状态下，车内噪声主要成分为发动机噪声、进排气噪声、驱动桥噪声以及风噪等。在以分贝值为参考的噪声评价体系下，发动机噪声（含进排气噪声）占据主导型地位。但是，驱动桥噪声带有明显的单频特性，且驱动桥噪声的频带位置与发动机噪声相差较远，因此发动机噪声对驱动桥噪声的掩蔽效果有限。

驱动桥常见噪声之一是主减速器齿轮副的啮合噪声，即齿轮啸叫。一般而言，若驱动桥存在齿轮啸叫噪声，则驾驶员可以明显的将其在车内噪声环境成分中分辨出来。驱动桥齿轮啸叫多表现为持续的“嗡嗡声”或者较为恶劣的“嗷嗷声”。这种现象在4X2或者6X2车型中较为常见。近期，随着6X4车型的普及，驱动桥齿轮啸叫出现了周期性的起伏特征，即持续平稳的“嗡嗡声”在高频载波的基础之上，出现了明显的幅值调制现象，人耳的直观感受既是噪声时大时小，且可以明显的辨别出这种大小的变化存在周期性，其频率一般在1-2Hz附近。本文以某6X4牵引车驱动桥售后噪声故障为例，对此线性进行了系统的分析，揭示了问题产生的原因，为此类问题的处理提供理论与实践参考。

1 6X4牵引车动力系统介绍

1.1 车辆动力系统结构图

传统动力的6X4牵引车动力系统主要由发动机、变速器与驱动桥组成。其中，驱动桥子系统由中桥-传动轴-后桥组成。中桥与后桥的结构基本一致，主减速器锥齿轮副的齿数相同，即速比相同。不同之处在于，中桥在主减锥齿轮副之前增设一级圆柱齿轮副传动结构，速比为1。

1.2 驱动桥传动系统结构

前文提到，目前6X4牵引车常用驱动桥为单级驱动桥，其主要优点在于传动链短（一级齿轮减速）、传动效率高、自重轻等。如图2所示，单级驱动桥主减速器系统主要由一对螺旋锥齿轮副及其相应的支撑结构，如轴承、桥壳等组成。

图1 传统动力6X4牵引车动力链

1.3 驱动桥齿轮啸叫噪声频率特征

驱动桥啸叫噪声的根源主要在于主减速器锥齿轮副。齿轮噪声带有明显的周期特性，主要有齿轮啮合频率与齿轮轴转动频率。对于齿轮啸叫噪声而言，主要在于齿轮副啮合频率，其频率等于齿轮齿数与所在轴转频的乘积。因此，结合6X4牵引车所配驱动桥的结构特点可知，中桥与后桥锥齿轮副的啮合频率在理论上是完全相同的。

图2 单级驱动桥主减速器结构

2 驱动桥拍频噪声时-频域特征

本文分析的案例是一次典型的售后噪声故障。据售后市场反馈的信息可知，车辆在高速行驶中，驾驶室内存在一个频率稳定的啸叫噪声，在音色不变的前提下，整体噪声的幅值存在一个明显的周期性波动，且人耳可以辨识其波动频率，大约在1-2Hz附近。

2.1 车内噪声时域特征

如图3所示，在车内噪声录音中，通过带通滤波器，将故障噪声单独提取出来，即将发动机噪声、进排气噪声等成分予以隔离，便于对故障噪声成分进行具体分析。通过将故障声音进行时域示波可以发现，异响成分的幅值在时间上存在一个明确的起伏周期，其频率约为1Hz。

图3 车内噪声时域特征

2.2 车内噪声频域特征

随后，将故障噪声成分进行频谱分解，可以发现，异响成分主要有两种频率成分构成，分别为267.8Hz与268.8Hz,两者之间的差值正是1Hz。综合故障噪声的时-频特征可以初步推测，两种频率成分产生了拍频现象，即两列声波在空间内（如驾驶室）产生正相位叠加问题。根据车辆动力总成阶次关系以及车速等信息，可知267.8Hz与268.8Hz为驱动桥主减齿轮副的啮合频率，即故障噪声源为驱动桥。

图4 车内噪声频域特征

2.3 驱动桥本体振动信号分析

为验证前文的计算结果，在中、后驱动桥壳体上分别放置振动传感器进行振动信号拾取。经过整车道路测试发现，中桥壳体主要振动频率成分为267.8Hz同时带有小幅度的268.9Hz成分。后桥的频率成分则与中桥相反，268.9Hz成分能量高于267.8Hz成分。根据振动能量的传递与衰减特性可知，中、后桥主减齿轮副啮合频率分别为267.8Hz与268.9Hz。这与章节2.2中的分析结果一致，及拍频噪声的根源在于中、后驱动桥主减速器齿轮副。

图5 中、后驱动桥振动信号对比

3 拍频现象对驱动桥噪声的影响

在现场排查问题中发现，如果拆除后桥，只让中桥传递动力，则驾驶室内几乎难以听到驱动桥噪声，即中桥本底噪声是非常低的。但如果中、后驱动桥同时工作时，则如前文图4所示，中桥噪声的频率成分明显，因此初步怀疑拍频问题易恶化中、后驱动桥的噪声水平。

为验证这一推测，采取锁止轴间差速器的做法，即通过机械式锁止机构，将中、后桥主减速器齿轮副的啮合频率保持决定相同，并再次进行整车道路测试。

图6 锁止前后驾驶室噪声对比

图7 锁止前后中桥壳体振动对比

图8 锁止前后后桥壳体振动对比

对比可知，锁止差速器后，拍频现象消除，中桥、后桥噪声频率完全一致。此时车内噪声、中、后桥本体的振动均比差速状态下（拍频）低很多，同时驾驶员表示锁止后车内故障噪声完全达到可接受的水平。

4 中、后驱动桥拍频原因分析

根据以上分析可知，车内起伏噪声为中、后驱动桥齿轮啮合噪声拍频现象，其直接原因在于中、后桥主减速器齿轮副的啮合频率存在一个稳定的差值。

在驱动桥动力传递链中，轮胎的转动频率与主减速器被动锥齿轮的转动频率相同，即锥齿轮副啮合频率的决定性因素在于轮胎的转动频率，即车速。

车辆正常行驶过程中，在路面起伏的作用下，中、后驱动桥轮胎承受着动态负载的作用，且两者在平衡轴的作用下处于一种类似微观振动的动平衡态。如果此时轮胎垂向刚度与胎压相同的话，则中、后桥轮胎的工作半径应是此消彼长的动态平衡关系，即中、后轮胎瞬时转速差应在正负值之间徘徊，而不是形成单一、恒定的转速差值。因此，问题的根源在于中、后轮胎工作半径不一致。

5 结论

本文借助典型的售后噪声案例，通过整车道路试验、车内噪声、结构振动测试等，经过严谨、细致的数据分析、推理与验证，找出车内异响噪声的根本原因。在揭示故障噪声物理现象的基础上，进一步分析了拍频噪声对激励源本体振动的影响。为后续相关问题或类似故障的分析与解决提供了技术参考，并对整车问题环节的排查指出了具体的方向。

[1] 庞剑,谵刚,何华.汽车噪声与振动[M].北京理工大学出版社,2006.

[2] 刘艳芳,赖俊斌,岳会军,徐向阳,李晟.斜齿轮振动噪声分析方法[J].振动,测试与诊断,2016,35（5）:960-966.

Research of Beat Frequency Noise for 6X4 Tractor Axles

Lei Yonghui, Ma Hongtao, Liu Jing

( Shaanxi hande axle Co., LTD, Shaanxi Xi’an 710201 )

Beat frequency noise is one of the common problems auto NVH research field.The paper based on the 6x4 tractor drive axle NVH after fault as an example,Through the interior noise,drive axle shell vibration signals in the time-frequency domain features such as analysis,To clarify the fundamental cause of the drive axle beat noise And the beat problems affect driving indoor noise of drive axle.

auto NVH; beat frequency noise; drive axle; time-frequency analysis

B

1671-7988(2018)16-58-03

TL375

B

1671-7988(2018)16-58-03

CLC NO.: TL375

雷永辉，就职于陕西汉德车桥有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.021