混动车型平衡轴齿轮敲击噪声优化

摘要

本文详细探讨了应用于纵置混合动力车型的平衡轴齿轮敲击噪声优化技术。通过对不同结构的横置与纵置发动机的比较分析，识别出飞轮惯量增加、曲轴模态频率降低以及平衡轴驱动齿圈角加速度显著增大是导致平衡轴齿轮敲击的主要原因。此外，常规的单级减振器配置不再适用于覆盖全发动机转速段的角加速度优化。为了解决这个问题，本研究采用双级扭转减振器来降低平衡轴驱动齿圈的角加速度，有效解决了齿轮敲击问题。

本研究利用Simpack软件搭建了齿轮敲击多体动力学模型，深入研究了平衡轴齿轮敲击产生的多体动力学机理。这些模型揭示了平衡轴驱动齿圈与曲轴、平衡轴壳体等部件之间复杂的动态交互作用，并进一步开发了双消隙平衡轴设计，通过减少齿轮啮合过程中的双侧受力，进一步改善了组装关键部件的动态性能，从而降低了噪声、振动与舒适度问题。

关键词




平衡轴：在V形多缸发动机平衡系统中用于平衡各气缸产生的离心惯性力矩，减小发动机振动。

敲齿声：特定机械系统的非正常运动产生震动和噪音的现象，本文主要针对齿轮系统中的现象。

双级减振器：提高机械系统振动控制性能的装置，增加系统稳定性与舒适度。


Simpack：用于机械系统动力学分析及仿真设计的多体动力学软件。


多体动力学：研究多个运动体相互作用和系统整体动力响应的学科。


前言

在汽车NVH（噪声、振动和声振粗糙度）性能中，平衡轴齿轮敲击噪声是一个关键问题，它直接影响汽车的驾乘舒适性。本文将深入探讨平衡轴齿轮敲击问题的产生机理，分析横置与纵置发动机结构差异性的关键因素，并基于这些理解，提出针对性的减振和优化方案。研究不仅限于理论分析，还包含多体动力学仿真模型的开发与应用，在全面解决齿轮敲击问题方面具有重要工程意义。

混动车型平衡轴齿轮敲击问题介绍

本文针对某款2.0T发动机，通过与横置和纵置混动SUV车型的比较研究，揭示了发动机结构差异对于平衡轴齿轮敲击噪声的影响。在横置机型中，通过7DCT自动挡横置变速器，取得了良好的NVH性能；然而，在纵置配置的9HAT自动挡变速器中，尤其是在中高转速驾驶条件下，能感知到金属敲击声，特别是在特定转速区间，表现出宽频段激发特性。

横/纵置平衡轴系统差异性分析

两型发动机的平衡轴系统存在着显著差异，特别是飞轮形式的变化——横置为DMF（双质量飞轮），纵置为FTC（液力变矩器飞轮）。FTC飞轮的扭转惯量是DMF飞轮的近2.6倍。结构对比显示飞轮变化对平衡轴齿圈的外部激励有显著影响，实际上是通过对曲轴系统动力学特性的改变，导致了敲击问题的出现。

外部激励分析与优化

研究结果显示，增加的飞轮惯量导致了平衡轴驱动齿圈角加速度的增大，在某些特定转速时特别明显。基于这个分析，采用双级扭转减振器能够有效缓解外部激励问题。通过全发动机转速的仿真验证，双级扭转减振器成功解决了这一问题。

工程意义与结论

本文开发的解决方案不仅有效解决了平衡轴齿轮敲击问题，还为汽车NVH性能优化提供了新的技术路径和方法论。作为未来交通工具设计中极关键的一环，提高NVH性能是提升用户体验与品牌形象的重要因素。因此，本研究的投入与产出对于汽车行业乃至整个工程科学领域都有着深远的意义。

在解决当前问题的基础上，可以深入探讨增加齿轮重合度、优化支撑结构以及材料选择等方面的进一步改进，以进一步提升齿轮系统乃至整个动力传动系统的性能与可靠性。通过持续的技术革新，可显著提升汽车的NVH性能，从而实现更高的驾驶舒适度和车辆整体价值的提升。