雙離合器自動(dòng)變速器clonk噪聲優(yōu)化

姚文博 金磊 羅大國(guó) 林霄喆

（寧波上中下自動(dòng)變速器有限公司）

隨著國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，客戶對(duì)整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及舒適性的要求越來越高。為滿足市場(chǎng)的需求，國(guó)內(nèi)更多的汽車主機(jī)廠自主研發(fā)高擋位數(shù)的雙離合器自動(dòng)變速器，因雙離合器自動(dòng)變速器有著良好的手動(dòng)變速器工藝?yán)^承性。然而隨著變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的提高，對(duì)變速器振動(dòng)和噪聲的控制難度加大。振動(dòng)和噪聲由于工況多變性、力傳輸路徑的復(fù)雜性以及力的幅值隨頻率瞬時(shí)變化從而難以控制[1]，特別是在剎車制動(dòng)工況下的clonk噪聲已成為各變速器公司公認(rèn)的難題。自動(dòng)變速器的扭矩變換、掛擋時(shí)機(jī)、預(yù)掛擋時(shí)機(jī)及撥叉換擋力的大小完全取決于該款變速器的控制策略，所以一款變速器的控制策略對(duì)優(yōu)化clonk噪聲起決定性作用。文章對(duì)某變速器預(yù)掛擋控制策略及同步器的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，來抑制clonk噪聲。

1 clonk噪聲的原因調(diào)查

變速器自身工作時(shí)存在各種激勵(lì)，如齒輪和軸承等振動(dòng)激勵(lì)，但主要為齒輪嚙合產(chǎn)生的周期激勵(lì)[2]。在設(shè)計(jì)階段主要關(guān)注變速器殼體模態(tài)對(duì)NVH的影響，將變速器殼體模態(tài)頻率與嚙合齒輪副傳遞誤差導(dǎo)致的變速器輪齒階次激勵(lì)倍頻分開，降低共振風(fēng)險(xiǎn)[3]。為確認(rèn)clonk噪聲的來源，需要在變速器上布置振動(dòng)傳感器，布置點(diǎn)如圖1所示，振動(dòng)傳感器直接連接到ETAS設(shè)備上，并通過INCA軟件采集數(shù)據(jù)，采集周期最好小于10 ms，需要確保采集數(shù)據(jù)的精度。

圖1 變速器殼體振動(dòng)噪聲測(cè)試點(diǎn)

為避免外界因素（如天氣和路況等）的干擾，測(cè)試clonk噪聲最好選擇在晴朗天氣和平坦路況。整車加速到60 km/h，變速器擋位要求在4擋以上，分別以不同的制動(dòng)力（輕、中、重）進(jìn)行剎車制動(dòng)，每組工況需要采集5組以上數(shù)據(jù)，以避免數(shù)據(jù)的隨機(jī)性。采集的信號(hào)需要包含輸入1軸和2軸的轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速、擋位位置信號(hào)、離合器扭矩信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)及換擋力信號(hào)等。

圖2示出變速器滑行降擋工況測(cè)試數(shù)據(jù)。從圖2a可以看出，振動(dòng)幅度最大時(shí)，輸入1軸轉(zhuǎn)速變化較大，從較高的轉(zhuǎn)速瞬間被拉到較低的轉(zhuǎn)速；通過圖2b可以看出，在中度制動(dòng)的噪聲主要來源于同步器的嚙合階段。

圖2 變速器滑行降擋工況測(cè)試數(shù)據(jù)

同步器的工作大概可分為預(yù)同步階段、同步階段、自由行程階段、嚙合階段及鎖止階段。預(yù)同步階段的主要功能是同步器滑塊產(chǎn)生的軸向力使同步環(huán)調(diào)用一定角度，使同步器齒套的鎖止面與結(jié)合齒的鎖止面相接觸，為同步階段創(chuàng)造接觸條件；同步階段的主要功能是通過摩擦錐面的摩擦使同步器主被動(dòng)端同步，避免因轉(zhuǎn)速過大而產(chǎn)生噪聲和沖擊；自由行程階段的合理值應(yīng)該在1.2～1.5 mm，太小會(huì)影響同步器的使用壽命，太大會(huì)加大換擋行程及在嚙合階段形成較大的轉(zhuǎn)速差；嚙合階段的主要功能是克服同步器輸入端的拖曳力矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，使同步器齒套與結(jié)合齒能夠順利嚙合；鎖止階段是使同步器齒套與結(jié)合齒能夠真正傳遞扭矩。通過對(duì)比圖2a中的換擋曲線，確認(rèn)該階段是預(yù)掛1擋的嚙合階段（如圖3所示的第5個(gè)階段）。

圖3 同步器換擋過程示意圖

2 根本原因分析

從圖2和圖3可以看出，在同步器齒套與結(jié)合齒嚙合前，因整車處于急劇減速狀態(tài)，同步器在自由行程階段主被動(dòng)端形成了一個(gè)較大的轉(zhuǎn)速差。

同步器的被動(dòng)端減速度和整車的減速度是一致的。在同步階段通過錐面摩擦?xí)雇狡髦鞅粍?dòng)端轉(zhuǎn)速同步；過了同步階段，同步器進(jìn)入自由行程階段，這時(shí)同步器被動(dòng)端繼續(xù)隨著整車減速，而同步器的主動(dòng)端（即輸入軸一側(cè)）因受拖曳力矩及慣性的影響，會(huì)有加速趨勢(shì)，所以在同步器齒套與結(jié)合齒嚙合之前有一個(gè)較大的轉(zhuǎn)速差存在。在嚙合的一瞬間，同步器主動(dòng)端的轉(zhuǎn)速瞬間被拉低，由于傳動(dòng)系統(tǒng)存在較大的側(cè)隙，特別是低速擋側(cè)隙更大，這時(shí)在側(cè)隙處就會(huì)產(chǎn)生更大的沖擊噪聲，如圖4所示。

圖4 變速器噪聲來源位置

3 優(yōu)化建議

通過對(duì)標(biāo)及相應(yīng)對(duì)比測(cè)試，通過優(yōu)化機(jī)械硬件不能解決剎車制動(dòng)工況下的clonk噪聲問題。因同步器自身結(jié)構(gòu)的限制，為滿足同步器的壽命要求，自由行程階段是不可避免的，所以要想解決此問題，只能盡量避免在減速度較大的工況下預(yù)掛低速擋。圖5示出優(yōu)化后變速器滑行降擋工況標(biāo)定測(cè)試數(shù)據(jù)顯示界面。從圖5中可以看出：當(dāng)減速度較大，車速不為0時(shí)禁止掛1擋；整個(gè)制動(dòng)工況所有軸的轉(zhuǎn)速?zèng)]有特別大的波動(dòng)，沒有明顯的噪聲能被聽見。同時(shí)在制動(dòng)工況下，預(yù)掛擋時(shí)需要應(yīng)用較小的換擋力，避免出現(xiàn)較大的換擋噪聲。有時(shí)在負(fù)扭矩降擋過程中也會(huì)出現(xiàn)clonk噪聲，這時(shí)需要合理控制離合器的結(jié)合扭矩。

圖5 優(yōu)化后變速器滑行降擋工況標(biāo)定測(cè)試數(shù)據(jù)顯示界面

4 結(jié)論

文章以某變速器制動(dòng)工況下的clonk噪聲為研究對(duì)象，運(yùn)用相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備調(diào)查噪聲的來源及換擋控制過程。通過對(duì)標(biāo)分析及優(yōu)化相應(yīng)的硬件進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化機(jī)械系統(tǒng)不能有效解決此問題。同時(shí)通過不斷優(yōu)化低速擋的預(yù)掛擋時(shí)機(jī)并進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化預(yù)選擋控制策略能有效抑制clonk噪聲。本論文與先前論文的區(qū)別在于優(yōu)化換擋策略及預(yù)掛擋策略，可以成功解決變速器滑行降擋過程中產(chǎn)生的clonk噪聲問題，已在整車上進(jìn)行驗(yàn)證并取得巨大優(yōu)化效果，滿足NVH性能指標(biāo)，提升了整車駕駛舒適性。