某車型的旋鈕電子換擋器噪音解決措施

祝思敏，聶曉龍，萬志堅

（江鈴汽車股份有限公司 動力總成研究院，江西 南昌 330200）

電子換擋器工作涉及了電子控制單元（Elect- ronic control Unit, ECU）、一致性控制單元（Shift Control Unit, SCU）、變速箱控制單元（Transmis- sion Control Unit, TCU）信號的交互，工作的場景相對比較復雜，除了承擔傳統換擋器的換擋功能，還需要結合駕駛意圖及車輛狀態，根據各模塊的診斷邏輯作出一些擋位顯示、燈光指示、P擋鎖止、P擋解鎖、自動回P等響應。

本文主要講述某車型的電子旋鈕換擋器在P擋鎖止和解鎖時所產生的噪音問題及其改善措施。

1 旋鈕電子換擋器功能描述

圖1為某量產車型的旋鈕電子換擋器圖樣，圖2是數模圖，旋鈕電子換擋器的主要功能有以下幾點。

圖1 實車圖示

圖2 數模圖示

1.擋位切換

駕駛員轉動旋鈕進行PRND換擋操作請求，SCU將擋位信號發送給TCU，TCU控制變速箱執行擋位切換。

2.模式切換

當駕駛員需要車有較好的動力性或經濟性時，換擋器上有按鍵可以觸發模式切換，也可以根據整車的需求增設手動擋模式。

3.P擋鎖止與解鎖

換擋器SCU接收并響應TCU的P擋鎖止和解鎖請求，實現車輛熄火后無法旋出P擋和車輛點火后踩剎車能旋出P擋操作。所謂鎖止就是指把換擋器的旋鈕固定在P擋位置，不能做任何有效的物理移動。該車型的換擋器工作噪音主要產生于該場景，P擋鎖止及解鎖的工作邏輯圖如圖3所示，邏輯圖所涉及的零件結構可參考圖4。

圖3 P擋鎖止及解鎖工作邏輯圖

圖4 換擋器內部零件構成圖

4.自動回P功能

換擋器接收TCU回P擋命令后，可以實現從任何非P擋位自動回到P擋的動作。

5.指示功能

主要分為擋位指示功能、氛圍燈指示功能、故障指示功能等。

2 噪音分析及改善措施

該車的噪音抱怨主要來源于當車輛上電和下電時，換擋器鎖止和解鎖過程中，主觀感受噪音異常，經測試高達55 dB，遠超目標值42 dB。

圖5是旋鈕電子換擋器上、下殼體及其內部結構圖，上殼體主要零部件有惰輪、鎖銷、齒圈，下殼體主要零部件有電機、電機蝸桿、齒圈限位點等。當TCU發出P擋鎖止或解鎖指令時，換擋器將按照圖3所示邏輯圖進行動作，整個過程環節較多，噪音的潛在因子也相對增多，以下將嘗試的解決措施逐個展開。

圖5 上、下殼體內部結構圖

2.1 降低驅動電機噪音

電機工作必定有聲音，而當聲音過大時，則形成了噪音。電機噪音是許多電子件的常見問題，分為內部因素和外部因素。內部因素則為電機工作噪音的降低，這種方式耗時長，所以通常推薦重新選型，但在該項目中，電機相關的功能試驗均已完成，重新選擇新電機意味著之前所有的試驗都需要重做，而且下殼體需重新開模， 至少要2個月時間，所以最終嘗試了從外部因素解決，即電機外增加隔音包裹的方案，如圖6所示，電機通過增加耐溫耐候降噪的橡膠外包裹，有效地降低了2 dB～5 dB噪音。

圖6 電機增加橡膠隔振后圖示

2.2 惰輪和齒圈優化

如圖4所示，惰輪和齒圈在換擋器中起到了上下殼體零件機械運動傳遞的作用，惰輪及齒圈的齒形、向晃動量、垂直度不僅影響整個力的傳動平順性與傳遞效率，同時也會影響工作噪音，尤其是惰輪與惰輪固定軸的同軸度，本案中并未找到貢獻量。

2.3 鎖銷增加緩沖材料

鎖銷與殼體和齒圈在P擋鎖止和解鎖時產生的撞擊是“噠噠”異響聲的直接原因，一般最直接的改善方案是在鎖銷上增加緩沖材料減小撞擊聲，同時我們也可以合理調整彈簧的參數，通過緩沖鎖銷與殼體的撞擊來降低敲擊聲。

為進一步明確噪音點，排查時通過拆解電子換擋器殼體，并使用外接電源驅動電機，發現鎖止聲音出現在鎖止過程中鎖銷最終碰撞齒圈的位置。在鎖槽處增加3 mm厚度毛氈后，再次測量聲音，鎖止聲音基本可消除。如圖7所示，方案搭載整車耐久試驗后，毛氈容易被擠壓變形功能失效，方案因此未采納。

圖7 耐久前后毛氈對比（左為新件，右為耐久后）

2.4 降低電機蝸桿晃動量

通過外接電源驅動電機，發現電機軸偏置厲害，去除鎖止銷等負載，電機自身聲音較大，測量電機蝸桿晃動量為0.4 mm，大于設計要求0.3 mm。為進一步證明猜想，隨機選取20個樣本進行測試分析，如表1所示，蝸桿與電機的壓裝前間隙、壓裝后間隙與蝸桿晃動量沒有絕對的對應關系，但晃動量和噪音分貝值基本成正比，尤其是#7、#12、#14、#17幾個超差件，最高噪音達到了59.8 dB，遠超設計目標，由此可見，晃動量是影響噪音的關鍵因子，經工藝分析，最終通過調整蝸桿裝配的壓裝力，將蝸桿晃動量控制在0.3 mm。

表1 蝸桿晃動量與噪音分貝值測試數據表

2.5 換擋器殼體結構優化

為降低齒圈在旋轉過程中與殼體的接觸面積，一般會在殼體上設計一些凸筋，試驗中發現，凸筋的高度調整對齒圈旋轉時產生的噪音有很好的改善效果。而當換擋器執行P擋鎖止和解鎖動作時，鎖銷的上下活動會導致齒圈另一端翹起，當鎖銷落下時與殼體撞擊從而產生敲擊聲。試驗證明，取消圖8中所示位置，即與鎖銷中心對稱位置處的齒圈支撐凸筋，可減小鎖銷落下時齒圈與殼體的撞擊聲，圖9所示的測試數據表明，20個測試件中，改善效果最佳的高達6 dB，效果較明顯。

圖8 下殼體凸筋取消前后對比圖

圖9 凸筋取消前后P擋鎖止噪音對比

2.6 安裝位置和安裝方式優化

如圖10所示，換擋器所安裝的副儀表臺是個空腔，為避免換擋器工作噪音因此被放大，故先后嘗試了在安裝底座的空腔內填滿隔音棉，以及在換擋器安裝孔位上增加橡膠襯套，但最終測試噪音并無改善，圖10中填的白色物體則為隔音棉，圖11是橡膠襯套方案圖。

圖10 安裝腔體加隔音棉

圖11 安裝孔增加襯套

綜上，措施2.2、2.3、2.6因驗證無效最終未被采納，該車噪音問題選取了措施2.1、2.4、2.5進行了優化，整體噪音基本可以控制到41 dB以下， 方案實施后，沒有再收到關于換擋噪音的抱怨。

3 總結

因旋鈕電子換擋器的結構復雜，噪音傳遞路徑較多，所以在問題分析時一定要根據項目背景和結構特點進行關鍵方案驗證，此次噪音改善最終確認的有效路徑總結如下：

（1）電機外部增加隔音包裹；

（2）控制電機蝸桿的晃動量；

（3）換擋器殼體的齒圈支撐凸筋優化。