动力传动系统NVH性能优化
摘要：为了提升动力传动系统噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能，解决某车型的动力传动 NVH 问题，文章分析了动力传动系统 NVH 问题分类及离合器在减弱动力传动系统 NVH问题中的作用。探究了离合器的减振参数对于不同类型的 NVH 问题的影响，介绍了动力传动NVH 调校的通用性流程并且运用在解决实际工程问题过程中。通过调整离合器的减振参数，优化了某车型的动力传动 NVH 问题，取得了良好的效果，为同类问题的研究提供了一定的借鉴。关键词：动力传动系统；噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能；离合器；调校；性能优化NVH 性能是指车辆运行中的噪声（Noise），振动（Vibration）与声振粗糙度（Harshness）[1]。随着人们对汽车舒适性需求的不断提高，客户购车过程中考虑汽车 NVH 性能的比重越来越大，提升汽车的 NVH 性能成为厂家提高产品竞争力的重要手段。NVH 的来源主要有三大方面，空气动力学（如风躁）、机械结构（如发动机，传动系统）、电子电器（如电流声，电机噪音）[2]。而作为车辆主要的振动和噪声来源的动力传动系统的 NVH研究就显得格外重要。汽车动力传动系的弯曲振动和扭转振动不仅具有各自的固有振动特性，而且还彼此影响，形成振动耦合现象[3]。所以动力传动系统的 NVH 问题比较复杂，需要系统性分析。动力传动系统相关 NVH 问题可以总结为几类，如起步抖动、蠕行异响、加速异响、减速异响、加速传动系共振、减速传动系共振等。离合器作为动力传动系统中主要的减振零部件，对于改善动力传动 NVH 问题有着重要作用。离合器的减振参数，如刚度、阻尼等的调整对于改善动力传动系统的 NVH 问题有良好的效果。针对怠速工况的异响，主要通过调整离合器预减振刚度或阻尼来解决；针对爬行工况异响，主要通过调整离合器一级减振刚度或阻尼来解决；加速/滑行/tipin（快踩油门）/tipout（快松油门）工况工作范围为主减振区间，这些工况异响问题需通过调整主减振刚度或阻尼来解决，由于主减振弹簧要保证发动机最小 1.2 倍发动机承扭，刚度一般不建议减小，主要通过调整主减振阻尼值来减小扭振峰值。针对预减振刚度阻尼，怠速工况下，如由于减振能力不足导致的 rattle（敲击噪音），需要减小预减振刚度或阻尼（如热车rattle），如由于承扭能力不足使弹簧处于完全压并状态（传输扭矩已经超过弹簧最大承扭能力，弹簧被压死状态）导致 rattle，需要增大预减振刚度或者阻尼；针对 1/2 挡滑行工况，如由于一级减振承扭能力不足导致 rattle，需要增大刚度或者阻尼；针对行驶/滑行/ tipin/tipout 工况由于共振引起的rattle，需要增大阻尼来减小共振峰值，如非共振引起的 rattle，一般由于阻尼过大未启动减振效果，通过减小阻尼来优化。在项目开发过程中，可以通过调校离合器减振参数来优化动力传动 NVH 问题，图 1 是离合器调校的参考流程。调校需求阶段处于项目立项阶段，根据项目定义及变更情况，初步判断是否需要进行 NVH 调校工作，根据经验，涉及到动力总成，整车最大总质量（Gross Vehicle Mass, GVM），底盘等变更均需进行调校。此阶段需要将调校需求传递给项目组，申请样车资源，供应商测试资源，组建由驾驶性主观评估工程师，NVH 工程师及零部件工程师组成的工作小组，并将调校计划放入项目主计划中。主观评价对驾驶性的对标和指导驾驶性改善十分重要[4]。当项目首批验证下车体的样车装车完成后，组织小组进行针对动力传动系统 NVH 的专项驾评，如果存在相关的 NVH 问题，则确认需要进行 NVH 调校；如果状态良好，则跳过 NVH 调校过程，直接验证极限参数件。参数调校的过程需在实车测试飞轮及一轴转速波动，以及驾驶室内的噪声值，根据测试的客观数据来分析主观驾评的问题，并根据不同的问题特点调整特定的参数。设置了新的参数后，制作样件进行验证，主客观评估问题已优化至可接受范围后，小组进行驾评确认，确认当前样件状态。如果小组意见仍然不可接受，则继续优化直至接受。由于制造公差的存在，离合器的减振参数是一个范围，由于无法消除制造公差，需根据供应商的制造能力确认减振参数的公差，并验证公差内上下极限的样件是否满足要求，极限件均满足要求后即可冻结设计状态。公司开发某轻卡车型，在现有平台匹配全新发动机变速箱。该改动相当于全新的动力总成系统，较易出现动力传动系统的 NVH 问题，应当进行动力传动 NVH 的调校开发。车辆具体参数如表1 所示。车辆 NVH 专项驾评中发现，存在满载节气门全开（Wide Open Throttle, WOT）工 况 4 挡1 500 r/min，5 挡 1 400 r/min 左右传动系统共振，造成驾驶室轰鸣严重，小组一致意见表示不可接受，需进行调校优化。为了将问题客观化以及有数据进行对比分析优化效果，需客观测试各工况下动力传动系统的各部件的转速波动，如发动机、变速箱、传动轴，并测试驾驶室内的噪声情况。对车辆布置飞轮转速传感器，一轴转速传感器，输出轴转速传感器，并在座椅滑轨上布置振动传感器。如图 2、图 3所示。基本测试工况如表 2 所示，区分空载和满载工况进行测试，结合主观驾评结果，仅分析主观驾评存在问题的工况。主观驾评中，工况 9、10 存在问题，工况 9、10的测试数据如图 4、图 5 所示。图 4 是发动机和一轴的角加速度表，可以清楚地看到一轴在 1 500 r/min有一个明显的角加速度峰值，达到 2 058 rad/s²，与主观驾评结果吻合。从图 5 可以看到一轴角加速度峰值在 1 400 r/min，达到 3 237 rad/s²，与主观驾评结果吻合。由于该问题存在于加速工况，属于主减振区间，可调整主减振刚度来转移共振区间，或者调整主减振阻尼来消除共振峰值。前文讲过主减振刚度与发动机扭矩相关，一般不做减小。根据经验及调整难度，选择增大主减振阻尼来优化该问题。表 3 是原件及优化件的减振参数对比。优化后样件测试结果如图 6、图 7 所示，从图中可以看到，4 挡一轴角加速度的峰值从 4 挡2 058 rad/s²降低到 1 237 rad/s²，5 挡一轴角加速度的峰值 3 237 rad/s²降低到了 1 436 rad/s²，优化效果十分明显。对于优化件的驾评小组的打分也达到了 6 分以上，具体信息如表 4 所示。在确定了合格的样件后还需进行极限件测试，根据供应商公差控制能力及成本等因素综合考量，设置二级阻尼值为 75 Nm～135 Nm，并制作极限样件驾评，驾评结果均为可接受。以此锁定离合器设计状态，批量生产 10 台离合器并装车驾评，驾评无问题，整个动力传动 NVH 调校完成。通过分析离合器各减振参数对动力传动 NVH的不同问题的影响，建立了通用化的动力传动NVH 调校流程，并通过运用该流程对某车型的动力传动 NVH 问题进行调校，客观测试和主观驾评均取得了良好的效果。对同类型的车辆动力传动NVH 性能开发具有一定的参考借鉴意义。作者单位：（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330000）
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首次发布时间：2023-04-22
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