乘用车起动异响的分析及研究

张廷雷 鲁志远 赵乃博 项兴富 何家栋 沈 源 王瑞平，2

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利动力总成有限公司）

引言

目前，国内外乘用车市场竞争日趋激烈，消费者对乘用车的品质及NVH 性能要求越来越高，车辆在使用过程中的各种异常噪声问题已成为消费者购车时关注的重要方面。在严峻的市场竞争压力下，各个汽车企业对如何优化和改善车辆NVH 性能的问题日益重视。在车辆起动过程中，发动机起动的平顺性已成为消费者关注的重要问题。发动机起动时，起动机在拖动飞轮高速运转的过程中有时会产生异常噪声，严重影响汽车的质量。如何解决发动机在起动过程中的异常噪声问题已成为汽车企业需要面对的重要课题[1]。本文针对某车型起动过程中产生的异响问题，测试分析了起动异常噪声的来源，研究了影响重合度的各个因素对起动噪声的影响，提出了相应的解决方案。经过测试验证，有效解决了该车型起动异响的问题。

1 影响齿轮传动噪声的因素

发动机在起动过程中，起动电机和飞轮通过齿轮相互啮合，从而带动发动机运转。在啮合过程中，随着啮合力的变化，会产生噪声。在啮合力变化异常时，起动噪声会变得异常明显，从而引起主观感受的不适。引起啮合力变化的因素有很多，其中，啮合齿数的变化及刚度的变化都会引起齿轮产生冲击振动，齿轮传动误差、摩擦力变化也会产生起动噪声[2]。因此，合理的齿轮参数选择对起动噪声的控制至关重要。

影响起动噪声的参数一般有以下几个：

1）齿数和齿轮直径。在模数一定的前提下，齿数的多少可以影响噪声的辐射面积，从而对噪声的大小产生影响。齿轮直径增加时，噪声辐射面积增大，从而产生更大的噪声。因此，控制齿轮直径，能有效减少噪声的辐射[3]。

2）齿宽。齿宽越大，齿轮的强度随之加大，啮合时产生的刚度变化越小，能量的衰减性越好，从而降低了齿轮产生的噪声。因此，增加齿宽能够减少噪声的产生。

3）重合度。齿轮重合度的合理选择，对减小齿轮传动时产生的噪声、振动至关重要。增加齿轮重合度，能有效解决齿轮之间的相互啮合不均的情况，从而避免齿轮局部承担载荷异常的情况，避免起动冲击产生的噪声。由于齿轮在装配、传动过程中产生的误差会加大噪声产生的概率，提高齿轮的重合度，会增加齿轮在传动过程中的相互啮合的齿数，从而减弱这些误差带来的影响，减少噪声发生的概率。

4）螺旋角。一般来说，在其他参数相同的情况下，斜齿轮传动产生的噪声明显小于直齿齿轮传动产生的噪声。斜齿轮传动中，从齿轮的一端逐渐进入啮合，产生的冲击变小，噪声更低。随着螺旋角的增加，重合度增大，噪声明显减小[4]。

2 起动机噪声问题分析

某车型在试乘试驾过程中，发现在车辆起动时存在抖动并有偶发的金属敲击声，严重影响车辆的NVH 性能。虽然发动机在正常起动时，本身存在一定的噪声，但这种明显的冲击声显得比较异常。通过对发动机机舱和驾驶室的噪声测试分析，在起动过程中，声频出现6 次明显的异常冲击噪声，见图1 和图2，初步分析为起动机的驱动齿轮和飞轮齿圈的啮合不良导致冲击异响。

图1 驾驶室噪声频谱

图2 机舱噪声频谱

原起动机（起动机原始状态）的驱动齿轮及飞轮齿圈的参数见表1，通过对相关参数进行计算，齿轮啮合的重合度ε 为0.98，重合度偏低。

表1 起动机驱动齿轮与飞轮齿圈设计参数表

3 设计优化及效果验证

3.1 设计优化方案

针对该车型起动异响的问题，考虑到螺旋角及齿宽调整对发动机整机布置影响较大，本文通过调整齿轮啮合的重合度，验证重合度对起动噪声产生的影响，重合度的计算公式如下：

式中：αa1、αa2分别为驱动齿轮和飞轮齿圈对应的齿顶圆压力角，°；α′为齿轮啮合角，°。

根据公式（1），为提高齿轮啮合的重合度，可增加齿轮齿数、提高齿顶高系数（增加齿顶圆直径）和减小压力角。

为保证发动机的正常起动，起动机的起动输出转矩不能发生变化，需保证驱动齿轮与飞轮齿圈中心距及传动比不变。为提高重合度，增加齿数和提高齿顶高系数。本文通过降低模数从而增加齿数，同时调整变位系数，增加齿顶圆直径，从而提高齿顶高系数。通过齿轮参数优化，将重合度从0.98 提高到1.2，起动机优化后的齿轮参数与原状态的齿轮参数对比见表2。

表2 起动机原始状态和优化后的齿轮参数对比

3.2 方案验证

为验证重合度提高对起动机起动冲击噪声产生的影响，本文对将重合度提高到1.2 的起动机和飞轮进行实车起动振动及噪声测试，并和原车状态起动振动及噪声进行对比。

通过对起动机起动过程中的X、Y、Z 等3 个方向的振动进行测试，优化后，X 向振动幅值由3.46 g减小到2.74 g，Y 向振动幅值由5.41 g 减小到3.87 g，Z 向振动幅值由2.74 g 减小到2.14 g，车辆振动明显减小，测试数据见图3。

图3 起动机3 向振动幅值对比

同时，通过对驾驶室的起动噪声冲击带进行测试对比可知，原车状态在起动过程中存在8 次明显冲击，优化后冲击次数减少到3 次，主观评价金属敲击声消失。驾驶室优化前的噪声频谱见图1，驾驶室优化后的噪声频谱见图4。

图4 优化后噪声频谱

通过对比测试，优化后的方案对消除发动机起动过程中的金属敲击噪声效果明显，车辆起动过程中的振动和噪声明显减小，NVH 性能显著提高。

4 结论

本文针对某车型在起动过程中的冲击异响问题，通过对齿轮传动噪声来源进行测试和分析，研究了重合度调整对起动机异响的影响。通过提高重合度，有效解决了该车型冲击振动及金属敲击异响问题，对起动机异响问题分析提供了一定的指导依据。