2005-01-2403Test Methodology to Reduce Axle Whine in a 4WD VehicleJennifer M. Headley and Kuang-Jen J. LiuDaimlerChrysler Corporation摘要随着SUV汽车的日益普及，涉及传动系统特定问题的研究也越来越多。一个普遍存在的NVH问题是与车桥系统的装配运动传递误差（MTE）和相应的振动/声学传递路径有关的后桥啸叫声。这种现象可能会导致乘客舱内出现令人不快的噪音水平，从而导致客户投诉。本文探讨了诊断和解决现场车桥啸叫声问题的方法和测试方法，包括驾驶室悬置运动传递路径分析、运行模态和详细的MTE最佳（BOB）/最差（WOW）研究。本文介绍了包括汽车测功机和道路试验条件在内的车内后桥啸叫声对表测量，以及后桥啸叫声修复的对策。前言多年来，汽车级NVH对消费者的重要性越来越大。技术的进步使今天的汽车比过去安静得多，这使得人们对诸如齿轮啸叫声之类的噪音更加敏感。车辆车厢内的辐射噪声，即后桥啸叫声，不仅与齿轮啮合力的动态特性有关，还与力的传递率以及车体的声、触觉灵敏度有关。这些对齿轮啸叫的多重贡献使得它成为一个非常复杂的问题，需要一个多路径的方法来解决这个问题。问题识别驾驶状况是测试的重点。这辆车是一个带有实心梁后桥的车身框架结构。在驱动、滑行和浮载工况下观察到噪音。最差的声压级发生在差速器的驱动侧；因此，此负载情况将用于报告目的。对多辆车的主观评价结果是在1-10的NVH评分量表中得到3-5分，其中10分是最好的。后桥的初级啮合阶次为11级，即小齿轮轴上的齿数。图1包含乘客左耳测量的彩色地图，清楚地识别了第11阶问题。图1：在乘客左耳处测得的后桥啸叫声整车测试最初，在乘客中听到令人不快的后桥啸叫声，当以两种4WD模式驾驶时，将试样的地毯移到SUV的车厢内，并允许进入驾驶室内部安装位置（2WD模式为70 mph至80 mph）。初级听诊器。车辆是在有问题的驾驶条件下驾驶的，车辆是2WD模式，因此这种情况下，所有可接近的驾驶室支架都被评估为可能的“热点”。如果某个驾驶室底座由于车身安装位置的敏感度或隔离度不够而传播更多噪音，则当与听诊器接触时，该区域会显示出更大的噪音。对于这种特殊的车辆，发现不存在热点。这可能意味着所有的驾驶室悬置都是平等参与的，或者路径是空气传递的，而不是结构传递的。为了正确地解决这个问题，有必要首先确定乘客舱中听到的齿轮呜啸叫声是由结构传递还是空气中的辐射源引起的。希望在消声室中使用测力计进行所有测试；确保独立于天气和道路条件的变化，如果需要加速测试传感器，还可以进行更好的控制。然而，在进行测试之前，有必要确保测试单元中问题的正确再现。问题复现在令人不快的后桥啸叫声中，在道路上驾驶试样，以确定发动机的负载条件。收集了以下测量值：前排和后排中间乘客座椅上的双耳头部录音. 发动机歧管处的真空压力传动轴和发动机转速这些信息是针对以下荷载情况收集的：70-80英里/小时加速70-80英里/小时滑行75 MPH稳态80 MPH稳态接下来，在两轮驱动测力计上测试了该车。发动机真空压力用于确定提供给后轮的扭矩水平，并记录每个测试条件下相应的SPL水平，并与道路数据进行比较。此外，将车辆从单元中取出并转动车轮，以确保传动系的旋转和车桥内部构件的重新定向不会影响问题的可重复性。 数据分析对前后乘客的双耳头部记录进行了比较。确定在两个麦克风位置都可以识别出问题。因此，为了便于报告，本文仅讨论前排乘客SPL。道路测试的双耳头部记录分别确定了75英里/小时和80英里/小时稳态条件下594HZ和634HZ的明显峰值。一般情况下，根据车速，故障频率在550到650HZ之间。单元测试确定了相同的频率，详见图2。对重复性数据的检查表明，测试不受车辆拆卸和重新安装的影响，图3展示了这一原理。图2：稳态负载条件下道路乘客与左耳和右耳乘客平均值的比较 图图3：车辆拆卸和重新安装后试验条件的重复性结构与空气路径为了确定乘客舱中的后桥啸叫声是否是由结构或声学路径引起的，收集并处理了靠近车桥小齿轮前端的振动和外部麦克风测量值，以获得相关性函数。测量的相干性是由激励源（后桥振动或声学）引起的响应（乘客耳朵）的表示。一致性越接近1，输入的贡献越大。图4包含麦克风和每个三向加速度计方向的相干函数。图4：空气与结构传递相干测试结果。结果对于所有三个空间方向，在634 Hz问题频率（80 MPH稳态）下，相对于乘客左耳的振动值接近1。此外，外部麦克风的相干性接近于零。这证明了这个问题是一个结构性问题，而不是空气传递问题。路径分析路径分析是一种工具，用于帮助识别振动从震源（后桥）到接收器（人耳）的主要传输路径。这些信息是非常宝贵的，如果确定了一个或几个主要路径，那么可以快速而轻松地解决问题；从而允许更小的测试方向。试验装置试验在试验间内进行；考虑到加速计的转动，这是理想的，因为要测量大量的点。路径分析包括以下测量：HHM头在乘客和后排中间座椅上发动机和后传动轴转速表所有车身悬置的加速度后轴小齿轮前端加速度收集了与之前测试相同的所有负载情况的数据。然而，在主观和客观上，扫掠条件被确定为该特定车桥的最坏情况，并将作为本报告中的参考数据。数据分析和结果计算并绘制了扫掠条件下所有车身悬置的总水平加速度和11阶加速度。此信息用于确定当前隔离级别是否合适。理想情况下，对于车身框架结构，要求第11阶振动体与轨道之间的最小间隔为10 dB。小于5分贝被认为是不够的。图5包含使用上述标准评估的每个驾驶室悬置位置的刹车灯摘要图表。图5：驾驶室悬置隔离刹车灯图表很明显，隔离程度不足以防止齿轮啸叫声从车架传递到车身。只有驾驶室悬置件1具有适当的隔离。所有其他悬置都没有足够的隔振性能，沿垂直方向的趋势最差。由于几乎所有悬置位置都与噪声问题有关，因此决定调查问题的源头，以便识别负责将第11阶振动从车桥传递到车架的悬架和车桥部件。运行模态分析被认为是完成这项任务的最佳工具，它提供了问题条件下的振动路径和振型。运行模态分析对试验样品进行了详细的后桥和悬架系统的运行模态分析。为路径分析收集的数据与附加测量一起使用，以提供车身、纵梁、悬架连杆和后桥的动画效果。数据分析和结果在75到80英里/小时的速度范围内，模态形状在运动中是相似的；唯一的变化是振幅随着速度的增加而增加。图6包含模态最大变形的两个视图，从中可以看出主动部件分别是上控制臂支架（后桥侧）、横拉杆支架（后桥侧）和横拉杆连杆。图6：后桥最大偏转（80 mph）下的运行模态动画为了更好地了解部件是否因11阶小齿轮振动激发的自然共振频率或强迫响应而发生反应，收集了上述每个部件的驱动点FRF。此信息非常有用，因为它将确定是否有必要为相关区域提供附加刚度。悬挂连杆A/F对每个参与支架/连杆的FRF分析表明，UCA轴支架的横向灵敏度从大约500–700 Hz增加；在582、597和644 Hz的共振下，详见图7。在593和650 Hz的模式下，横杆连杆还显示了车桥啸叫声区域的灵敏度，特别是在垂直方向上（图8）。未发现横拉杆轴侧支架存在问题。图7 上控制臂FRF曲线图8：横拉杆连杆FRF曲线车辆改装在路径分析和运行模态测试期间收集的信息用于制定各种车辆改装的测试计划。软驾驶室悬置为了改善乘客舱与车架的隔离，在所有安装位置都使用了较软的驾驶室悬置。POR驾驶室悬置件是一个硬度60度的衬套；这些被替换为硬度40度的衬套，这是最低的选择。改变为最低可能的刚度的原因是为了确定增加隔离可能带来的最大效益。如果此更改是有益的，则将执行调 教以确定所需的正确刚度。用硬度40的驾驶室悬置对车辆进行了重新测试，并评估了11阶车身与车架响应振动之间的分离特性。图9包含每个驾驶室悬置位置的最新刹车灯图表。几乎所有安装位置的隔离都得到了改善图9:硬度40的驾驶室悬置制动灯图表衬套硬度图10展示了硬度为40的驾驶室悬置OA水平与第11个阶的改进分离。然而，这些进步是不够的，因为车桥啸叫声仍然可以在车辆中听到，并被认为是不可接受的。图10：乘客耳声压级基线与软驾驶室悬置。传动轴后减振器供应商提供的传动轴减振器安装在后桥的分动箱侧。阻尼器的调谐频率为468HZ。该频率由供应商在单独的调 教中开发。如图11所示，此减振器可有效降低乘客车厢内的后桥啸叫声，但仍可听到。主观上，驱动侧的啸叫声略有改善，可听见的噪音提高到更高的行驶速度。这种改善似乎被稳态和滑行条件的恶化所抵消。 图11：多种试验条件下的乘客耳声压级驾驶室软悬置和传动轴减振器40硬度计驾驶室支架和后传动轴减振器的组合被认为是解决此问题的最佳解决方案。经过这两次改装，车辆乘客完全听不到齿轮的呜呜声。第11级和OA级与基线的比较见图11。悬挂连杆加强RMA结果表明，UCA支架（轴侧）和横拉杆连杆在后桥啸叫声频率范围内具有共振频率。由于各种限制，无法对轨迹栏进行任何修改。然而，可以增加UCA支架的刚度。将角撑板添加到这些构件上，并收集FRF，以确保达到适当的刚度[图12]。接下来，在单元中对车辆进行了重新测试，以证明此更改的有效性。发现他的改装并未对乘客SPL做出任何改变。这可能是由于乘客舱对UCA负载路径缺乏敏感性所致。图12：上控制臂支架FRF曲线原始与加强构件比较MTE（传递误差）研究以往的研究[1,2]已经进行了许多研究，以了解和预测后桥啸叫声的来源与齿轮啮合处产生的运动传递误差（MTE）直接相关。啮合时，后桥小齿轮轮齿处的动力通过车辆的车桥、传动系和悬架系统传递到车辆结构中。为了更好地了解后桥啸叫与齿轮动态力的关系，传递误差研究包括了后桥零部件三个级别的传递误差测量，对其进行了以下三个层次的研究：部件级别：后桥轴齿轮组子装配级别：后桥中心托架部分整个车桥总成从以上三个层次的后桥总成的MTE测量值的相关性为我们更好地了解与车桥总成的NVH设计有关的啮合力动力学。BOB、WOW和中型（norm）车桥总成根据车桥装配的MTE测量值进行识别，然后安装到车辆上，用于车辆中车桥啸叫声的相关性研究。所有三个车桥总成首先在道路上进行主观评价，然后在消声动态室中进行客观测量。通过MTE的研究，可以建立车桥装配MTE与车辆中令人讨厌的后桥啸叫声的阈值。这些信息可用于定义后桥呜呜声目标，这将驱动车桥部件和总成的设计。MTE测量值的相关性在这项研究中，为了比较和关联MTE测量值，车桥供应商从当前生产的车桥总成中选择了10个随机齿轮组。齿轮组MTE是在供应商的单面机上测量的。接下来，将齿轮组装配到中心托架部分，并重新测量分装配的车桥MTE。最后对轴管进行压焊，完成全桥总成，并进行MTE测试。下表汇总了所有三个车桥总成级别的测量值。表1 驱动桥MTE测量的第11阶（μrads）小齿轮齿数是用于MTE测量的主要啮合谐波。计算了齿轮组与中心截面之间的关系，以及中心截面与完整装配之间的关系，如图13和14所示。图13：车桥齿轮组和中心部分之间的车桥MTE测量值的相关性图14：车桥中心截面和全装配之间的车桥MTE测量值的相关性通过回归分析，计算出全桥总成与车桥中心托架截面MTE测量值之间的相关系数R2为0.63；表明全桥总成和车桥分总成的测量值一般是相关的。然而，由于轴中心部分的轴承总成中增加了额外的车桥内部部件，车桥齿轮组和车桥中心托架部分之间的车桥MTE测量值的相关性相对较低。车桥总成的车内评估对BOB和WOW车桥总成进行车内评估的目的是确定车桥装配MTE相对于车辆中车桥啸叫声目标的阈值。BOB、WOW和中型（标准）车桥总成是根据车桥装配MTE测量结果确定的，然后安装到车辆上。BOB、WOW和norm车桥总成的MTE测量值分别为26、121和70μ弧度。所有三个车桥总成都在道路上进行了主观评价，并且NVH主观评分为8或更高。接下来，进行了以下客观测量：驾驶员右耳处的声压级、后传动轴上的扭转激光振动计以及车桥小齿轮前端的三向加速度。SPL结果的比较如图15所示。图15：驱动负载情况下SPL@DRE（整体和第11阶）的比较蓝色、红色和绿色轨迹分别是来自BOB、WOW和中型车桥总成的整体SPL及其对应的11阶曲线。粉红色的第11级不超过目标线是根据车内测量确定的。与主观评估类似，所有三个车桥总成（BOB、WOW和Medium）的车桥啸叫声测量值都低于后桥啸叫声目标线。图15中的黑色轨迹（OA级别和11级）是从第四个车桥组件获得的，这是一个早期构建。在安装了该总成的车辆中，可以明显地听到后桥啸叫声。早期制造的车桥装配MTE测量值为139μ弧度，超过了WOW组件的装配MTE。在此车内评估中，确定了车桥装配MTE对车辆中令人讨厌的后桥啸叫声的阈值。除了车桥装配的MTE测量外，还可以进一步研究其他车桥振动矩阵，例如车桥总成上的线性振动或传动轴上的扭转振动，以与车辆中的车桥呜呜声相关。结论本文概述的测试方法为解决SUV车辆中的齿轮呜呜声提供了一种清晰的方法。利用乘客耳后桥传声器和振动测量值之间的相干函数，将问题确定为结构引起的问题。接下来，进行了详细的路径分析，发现在驾驶室安装层没有主路径。此外，车辆被确定在几乎所有安装位置的隔离性都很差，除了最前面的位置。当所有位置的安装率降低20个硬度计时，11阶轴呜声在客观上有所改善，但主观上NVH等级没有改变。因此，车厢内的噪音不足以影响车厢的隔音效果。在后传动轴的t形箱侧增加了一个减震器，与40度硬度的驾驶室悬置件一起，为这个问题提供了最好的解决方案。主观上，该车评分为10，车内无可听噪音。不幸的是，40度硬度驾驶室悬置对车辆的耐久性寿命构成了非常高的风险。对该配置下的车辆进行了调整，发现40度硬度悬置无法增加。详细的RMA确定了从桥壳到车架的主要悬架连杆路径，即上控制臂和横拉杆连杆。然后，这种振动通过驾驶室悬置传递到车身。试图加强这些连接并没有降低该系统乘客舱内的噪音。MTE研究表明，全装配与中心截面相关，齿轮组与轴中心架的相关性较低。这意味着仅齿轮组MTE数量不足以确保整个车桥总成中的低源振动。建议在生产过程中对整个装配进行100%在线检查。在基础车辆配置中，对BOB和WOW轴的主观评估显示两个样本的性能相当。当先前制造的车桥安装在同一辆试验车辆上时，车桥的啸叫声是不可接受的。当测试该组件的MTE时，发现其比WOW测量值高出18μ弧度。假设这种差异可归因于车桥供应商在初始制造日期后实施的工艺改进。BOB和WOW的研究是一个有用的工具，用来确认项目团队确定的目标线。所有车桥，导致适当的主观评级齿轮啸叫声达到这一目标。此外，还发现引起汽车啸叫声的车桥在目标线以上有11阶振动。本文提出的详细的多路径方法是解决齿轮啸叫声问题的一种非常有用的方法。在这种情况下，通过详细的MTE研究，结合BOB和WOW轴的车辆水平评估，确定了可接受的源振动水平。此外，还开发了车辆级固定装置，如果无法在规定的MTE范围内生产车桥，则可使用该装置。然而，解决此问题的最佳解决方案是将源侧振动保持在阈值以下，因为由于驾驶室悬置和t形箱传动轴接口的耐久性问题，车辆水平修复成本高昂且风险较高。REFERENCES1. Chung, C. H., Steyer, G., Abe, T., Clapper, M., Shah, C., “Noise Reduction through Transmission Error Control and Gear Dynamic Tuning,” SAE Noise and Vibration Conference, Paper Number 1999-01-1766, 1999.2. Steyer, G. C., Lim, T. C., “System Dynamics in Quiet Gear Design,” Proceedings of the 9th International Modal Analysis Conference, pp. 999-1005, 1991.DEFINITIONS, ACRONYMS, ABBREVIATIONSBOB: Best-of-the-bestDRE: Driver Right EarFRF: Frequency Response FunctionHMM:MTE: Motion Transmission ErrorOA Level: Overall LevelPOR: Plan of RecordRMA: Running Modes AnalysisSUV: Sport Utility VehicleSPL: Sound Pressure LevelT-case: Transfer CaseWOW: Worst-of-the-worst2WD: Two Wheel Drive4WD: Four Wheel Drive
图图3：车辆拆卸和重新安装后试验条件的重复性
图14：车桥中心截面和全装配之间的车桥MTE测量值的相关性
