LMSTest.Lab 在变速器NVH 改进中的应用

洪文波，康海波，张志杰

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 概述

随着汽车工业的迅速发展以及产品零部件开发水平的快速提升,汽车厂商和客户对汽车整车性能的要求变得越来越高,而NVH 性能作为整车性能的重要指标之一,备受汽车厂商和客户的密切关注，且排放和轻量化的需求，发动机的升功率和扭矩也越来越高，这导致变速箱的NVH 问题成为一个重要的问题；本文以某款MPV 车型为例，介绍运用LMSTest.Lab 软件对变速器NVH 问题进行测试分析，并根据测试结果，查明故障的激励源及传递路径，结合经验积累并提出可行的优化方案。

2 变速器NVH 问题分类

变速器噪声主要为：啸叫声、敲击噪声、同步器结合噪声及轴承噪声。啸叫声是为带负荷齿轮的弹性形变产生的啮合噪声，其特征为窄带谱，频率随转速变化而变化，主要通过优化齿轮的公差，齿轮加工质量和齿形来解决，优化齿轮和轴系受载变形、轴承装配精度、提高壳体模态，减小传递路径等也是解决变速器啸叫的重要途径；敲击噪声原理为主轴的转速波动和空转齿轮之间的冲击，其特征为宽频带噪声，出现在低转速区间，其解决方案为主要为改变激励、控制齿轮间隙、齿轮布置和齿数、惯性矩、齿轮材料、油粘度来解决；同步器结合噪声是被选择齿轮结合时的刮擦声，其特征为同步器功能的损坏，同步器结合前部件间存在速度差，白噪声频谱；轴承噪声是指运行时轴承产生的噪声，特别轴承损坏时。本文主要讲解某款纵置MPV 在开发过程中遇到的变速器NVH 问题及运用LMSTest.lab 解决和验证过程。

3 测试方法及软件介绍

3.1 主观评价概述

该款MPV 车型在主观评价中发现主要五个问题：（1）加速和滑行存在明显啸叫声；（2）加速工况低速时有类似变速器敲击声；（3）滑行工况有类似变速器敲击哒哒声；（4）怠速工况有类似敲击声；（5）一挡升二挡有冲击现象。针对上述主观问题，对变速器进行NVH 测试，结合测试数据排查故障原因。

3.2 测试软管介绍

本次测试使用LMS SCADAS Mobile 便携的数采系统，利用LMS Test.Lab 模块进行测试、数据分析。LMS Test.Lab软件是专门声学和振动测量而设计的，现已成为众多汽车公司的主要测试软件。

3.3 测试方法介绍

变速器齿轮敲击测试需要测试变速器近场噪音、驾驶员右耳噪音、变速器壳体的轴承座外壳体表面的振动、变速器各挡位空载齿轮角加速度等。

测试车辆、工况：某款纵置车辆，二、三、四、五挡（WOT，POT，COAST）三种工况：

表1 测试工况

扭振传感器传感器布置：

表2 扭振传感器布置

（1）振动传感器布置：振动传感器布置在变速器输出轴、中间轴的轴承座对应的壳体外表面。

（2）噪音传感器布置：变速器近场300mm 处、驾驶员右耳处。

4 变速器噪声测试及分析

该款MPV 车型在主观评价中发现主要五个问题：（1）加速和滑行存在明显啸叫声；（2）加速工况低速时有类似变速器敲击声；（3）滑行工况有类似变速器敲击哒哒声；（4）怠速工况有类似敲击声；（5）一挡升二挡有冲击现象。针对上述主观评价问题，对变速器进行NVH 测试进行定量分析，结合测试数据排查故障原因。

4.1 变速器啸叫噪声分析

按照变速器结构简图及齿数，计算出变速器各挡啮合阶次汇总见表3。

表3 变速器齿数及啮合阶次

针对评价问题，对二、三、四、五挡采集数据，分别测试缓油门、全油门、带挡滑行四种工况。利用LMS test lab进行数据处理，发现在2 挡和常啮合齿轮副有超标，见图1（红色表示总和，绿色表示档位阶次，蓝色表示常啮合阶次），3 挡和五档的齿轮副啸叫均在目标以下，见图3。

图1 二挡缓油门工况

图2 二挡全油门瀑布图

图3 三、四、五挡缓油门工况

对比瀑布图，在常规转速确实存在15.77 和24 阶次线，但在1070HZ 左右有明显的共振带，是影响齿轮啮合阶次噪声的的原因。进一步排查，在输出轴后壳体及悬置支撑梁布置振动传感器，读取数据结果见图3，共振带不明显，说明超出目标值得噪声不是由变速器激励起来的。

图4 变速器后壳体振动图

结论：该变速器常啮合齿轮副和2 挡齿轮副引起的啸叫阶次有超过目标值要求的转速段；3 挡和5 挡的齿轮副的啸叫声在目标值以下；但在瀑布图上看，影响阶次噪声的原因为车内存在1070HZ 的共振，通过排查非变速器产生，因此变速器啸叫满足NVH 要求。

4.2 变速器敲击噪声分析

敲击机理：自松齿轮敲击驱动齿轮，敲击发生时，齿轮惯性力矩大于齿轮阻力矩，一般出现在轻载或空载齿轮上，是由于发动机转矩波动和齿轮侧间隙的存在，在齿轮间出现重复冲击而产生的广谱噪声现象。下面列举了该车型滑行工况下2、3、4、5 挡数据，测试数据如下：

图5 滑行工况瀑布图

从上图5 看出，2、3、4 挡均存在不同程度敲击，其中在在4 挡1700rpm～2440rpm 区间，较明显。

变速箱产生齿轮敲击噪声的原因可能有两方面：一是发动机的扭振波动较大，激发传动系统的扭振，导致出现齿轮敲击声；另一种情况是由于齿轮布置设计存在问题，导致被动齿轮拖曳力矩设计不合理，致使出现齿轮敲击声，故进行扭振分析：

图6 全油门下2 挡角加速度图

图6 表示全油门加速工况变速箱飞轮端的转速波动值平稳，满足目标要求，但变速箱输入轴的角加速度波动高于目标值（600rad/s2），且在各挡位是存在放大现象，这说明离合器的刚度需要进一步减小，阻尼进一步增大；从图7 中看出，传动轴角加速度传入变速器的角加速度均有所衰减，因此滑行工况的敲击噪声不是由传动轴引起。齿轮副角速度差对比，通常不产生敲击的空套齿轮副要求（经验值）。

图7 滑行工况传动轴与变速器角加速度

表4 变速器不产生敲击角速度值

图8 三挡时各挡空套齿轮的转速波动图

以3 挡为例，读取2、5、R 角速度差分别为94、62、120，其中2 挡和5 挡超出经验值，存在敲击的风险，按照此思路，分别测出各个档位的加速、滑行工况的角加速度值，汇总如下：

表5 各挡空套齿轮角加速度值

从表5 可知3 挡、2 挡和倒挡的角加速度波动都较大，5挡较好，从齿轮角度分析，2 和3 挡是产生敲击的主要来源；5 挡波动小，惯量小，不易产生敲击。

结论：该变速器敲击主要原因为变速器输入轴的角加速度超过目标值；2、3 挡齿轮副惯量大是产生敲击的主要来源。需要从离合器，齿轮惯量及轴承孔壳体刚度、精度来优化。

4.3 变速器壳体辐射噪声分析

变速器噪声有两条传递渠道，一种是辐射传递，一种是结构传递。齿轮敲击和啸叫噪音通过变速器壳体表面进行辐射传递，一般很难通过对车身的堵孔、增加吸音材料等减小1000Hz～8000Hz 频率范围内的噪音。齿轮敲击噪音主要通过变速器的支撑轴承传递到变速器壳体上，再以振动传递形式经过选换挡拉丝、悬置、排气吊挂等传递到车身进一步传递到驾驶室。加强变速器壳体轴承座动刚度、减小变速器壳体的大平面等，可以减小齿轮敲击的辐射传递、结构传递。

现对该款MPV 壳体振动数据分析，以2 挡全油门为例，测试结果如下：现检查变速器后壳体输出轴处（与悬置近）选择以2 挡全油门为例，驾驶室右耳瀑布图可看出在多处共振频率带，对比在壳体上振动传感器信号发现在1500HZ 与变速器后壳体右侧振动频率接近。

图9 主驾噪声图

图10 中间轴轴承壳体频谱图

结论：中间轴轴承壳体上的共振频率与车内噪声的共振频率没有相关性，中间轴的振动没有影响车内噪声。

图11 输出轴轴承壳体频谱图

结论：输出轴轴承壳体上的共振频率与车内噪声的共振频率没有相关性，输出轴的振动没有影响车内噪声。

图12 变速器后壳体右侧振动图

图13 变速器左前下侧振动图

结论：结合图11，图12 和图13 主驾的1500HZ，2470HZ，2880HZ 为壳体产生共振，动刚度不足，需要优化壳体结构。

5 总结

经过对测试数据分析，最终确认该变速器啸叫满足要求，该变速器常啮合齿轮副和2 挡齿轮副引起的啸叫阶次有超过目标值要求的转速段；3 挡和5 挡的齿轮副的啸叫声在目标值以下，但在瀑布图上看，影响阶次噪声的原因为车内存在1070HZ 的共振，通过排查非变速器产生；该变速器存在齿轮敲击，敲击主要原因为变速器输入轴的角加速度超过目标值，2、3 挡齿轮副惯量大是产生敲击的主要来源；该变速器壳体刚度不足，存在多处共振异响。

6 结束语

在变速器NVH 问题改进中，充分运用LMSTest.Lab 软件，对整车车内噪声，传动系扭振及变速器振动进行测试及分析，准确查明故障原因，并结合经验给出详细解决方案，从而快速准确的解决变速器NVH 问题，避免了变速器NVH改进过程中的盲目性，并缩短了改进周期。