某適時(shí)四驅(qū)純電動(dòng)乘用車(chē)減速器Clunk問(wèn)題分析與優(yōu)化

隋甲龍　張成　吳松國(guó)　羅明杰　王章釗

摘 要：由于純電動(dòng)乘用車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的“硬連接”特點(diǎn)和電驅(qū)系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)特性，整車(chē)行駛過(guò)程中載荷瞬時(shí)交變工況下常會(huì)出現(xiàn)表現(xiàn)為金屬敲擊噪聲和整車(chē)抖動(dòng)的Clunk問(wèn)題，嚴(yán)重影響整車(chē)舒適性。文章以某適時(shí)四驅(qū)純電動(dòng)乘用車(chē)前置減速器Clunk問(wèn)題為例，系統(tǒng)地闡述了Clunk問(wèn)題的測(cè)試分析與排查過(guò)程，并提出減小行半齒間隙的優(yōu)化方案。有效解決了該車(chē)型四驅(qū)狀態(tài)下低速行駛過(guò)程中Tip-in和Tip-out工況時(shí)出現(xiàn)的Clunk問(wèn)題，具有較強(qiáng)的工程實(shí)操性。對(duì)于解決類(lèi)似的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Clunk異響問(wèn)題，具有重要的工程指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：減速器 Clunk Tip-in/out 間隙

1 引言

隨著汽車(chē)排放要求逐漸嚴(yán)苛，目前乘用車(chē)的研究重心已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)移到純電車(chē)型上。電動(dòng)車(chē)的NVH性能一直是評(píng)價(jià)其舒適度的關(guān)鍵指標(biāo)。相比于傳統(tǒng)燃油車(chē)，電動(dòng)車(chē)缺少發(fā)動(dòng)機(jī)的掩蔽效應(yīng)，各種噪聲更容易凸顯出來(lái)，特別是減速器作為電動(dòng)汽車(chē)的主要傳動(dòng)部件，其N(xiāo)VH表現(xiàn)對(duì)整車(chē)的NVH性能有著至關(guān)重要的影響。

減速器的異響主要分為：嘯叫噪聲、敲擊異響和Clunk問(wèn)題，其中Clunk也被稱(chēng)為Clonk問(wèn)題、瞬態(tài)沖擊或者撞擊噪聲。目前已有大量學(xué)者對(duì)減速器異響問(wèn)題進(jìn)行了研究，嚴(yán)生輝分析了某乘用車(chē)傳動(dòng)系Clunk噪聲的產(chǎn)生機(jī)理與控制策略[1]；劉芳、許書(shū)超等人分析了某型汽車(chē)變速器Clunk問(wèn)題及其優(yōu)化方法[2]；馬虎森、陳曉利研究了某客車(chē)傳動(dòng)系加/減油門(mén)Clunk問(wèn)題并給出了合理的解決辦法[3]；賈晨光對(duì)變速器clunk噪聲評(píng)價(jià)方法與優(yōu)化控制進(jìn)行了研究[4]；袁振松、陳清爽等人對(duì)某前置前驅(qū)車(chē)tip in Clunk問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化[5]。

文章以某適時(shí)四驅(qū)純電動(dòng)乘用車(chē)減速器為研究對(duì)象，分析了減速器Clunk問(wèn)題的產(chǎn)生機(jī)理，介紹了減速器Clunk問(wèn)題的高效測(cè)試排查方法，提出了僅對(duì)減速器做輕微調(diào)整的有效優(yōu)化措施，解決了此純電動(dòng)乘用車(chē)的Clunk問(wèn)題；對(duì)于解決類(lèi)似的純電動(dòng)車(chē)型減速器瞬態(tài)沖擊異響問(wèn)題，具有重要的指導(dǎo)意義。

2 Clunk問(wèn)題產(chǎn)生機(jī)理

與燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力響應(yīng)更快，傳動(dòng)換向更頻繁快速，轉(zhuǎn)矩輸出的變化率也更大。并且與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，純電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的各零部件之間沒(méi)有離合器或液力變矩器等傳動(dòng)減振部件，而是采用了“硬連接”形式[6]。而純電動(dòng)車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)及減速器內(nèi)部齒輪副、花鍵連接副等硬連接動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)之間，由于制造誤差、安裝誤差、潤(rùn)滑需要和使用磨損等原因，不可避免地會(huì)存在一定間隙；當(dāng)汽車(chē)傳遞到減速器的扭矩發(fā)生突變時(shí)，減速器瞬間響應(yīng)，內(nèi)部齒輪嚙合面及花鍵嚙合面間發(fā)生撞擊，撞擊能量足夠大時(shí)往往表現(xiàn)為一種明顯的金屬撞擊聲，并伴有較為明顯的振動(dòng)感受，即Clunk問(wèn)題。

汽車(chē)處于踩油門(mén)（Tip-in）、收油門(mén)（Tip-out）、換擋、起步等工況時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生扭矩的突變，均滿(mǎn)足Clunk 發(fā)生的工況條件。目前常見(jiàn)的純電動(dòng)乘用車(chē)在行駛過(guò)程中沒(méi)有換擋過(guò)程，且起步時(shí)通常不會(huì)有過(guò)大的能量積蓄，會(huì)造成較大的瞬時(shí)沖擊；因此常見(jiàn)的純電動(dòng)乘用車(chē)Clunk問(wèn)題主要發(fā)生在踩油門(mén)（Tip-in）和收油門(mén)（Tip-out）工況。

3 Clunk問(wèn)題排查與分析

3.1 問(wèn)題描述

某適時(shí)四驅(qū)純電動(dòng)乘用車(chē)在光滑的路面上以四驅(qū)狀態(tài)低速行駛過(guò)程中，在Tip-in和Tip-out工況下時(shí)均出現(xiàn)了明顯的金屬敲擊聲，主觀(guān)評(píng)價(jià)不可接受。按照?qǐng)D1的方式進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示振動(dòng)響應(yīng)峰值明顯，存在明顯的Clunk噪聲。但當(dāng)整車(chē)前置減速器處于脫開(kāi)狀態(tài)時(shí)，在Tip-in和Tip-out工況下的金屬敲擊聲消失。因此判斷整車(chē)在四驅(qū)狀態(tài)下的Clunk問(wèn)題由前置減速器內(nèi)部嚙合面撞擊引起。

3.2 問(wèn)題排查與分析

分析測(cè)試數(shù)據(jù)可以初步判斷異響出現(xiàn)在前置減速器內(nèi)，但是具體的異響位置無(wú)法通過(guò)主觀(guān)斷定。Clunk問(wèn)題是由嚙合面撞擊引起且常伴隨振動(dòng)發(fā)生，振動(dòng)在減速器內(nèi)的主要傳遞路徑為嚙合點(diǎn)—軸—軸承—?dú)んw。因此為進(jìn)一步確定出現(xiàn)Clunk問(wèn)題的位置，利用半消臺(tái)架模擬整車(chē)出現(xiàn)Clunk時(shí)的工況，同時(shí)監(jiān)測(cè)減速器殼體上各主要傳動(dòng)部件對(duì)應(yīng)位置的振動(dòng)，以此來(lái)判斷引起Clunk問(wèn)題的主要部件。

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

減速器內(nèi)部主要嚙合傳動(dòng)部件可以簡(jiǎn)單分為輸入軸組件、中間軸組件和差速器組件，如圖3所示在減速器殼體表面輸入軸、中間軸、差速器對(duì)應(yīng)位置分別布置振動(dòng)傳感器，采集各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)。

3.2.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如圖4所示，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)同時(shí)發(fā)生，但殼體上差速器測(cè)點(diǎn)振動(dòng)量級(jí)明顯高于輸入軸和中間軸測(cè)點(diǎn)，Clunk聲出現(xiàn)時(shí)差速器處振動(dòng)最大，因此懷疑此Clunk問(wèn)題為差速器內(nèi)嚙合連接件間間隙過(guò)大所致。此減速器使用的為常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)式圓錐齒輪開(kāi)式差速器，主要由差速器殼、一字行星齒輪軸、兩個(gè)行星齒輪、兩個(gè)半軸齒輪、兩個(gè)球形墊片、兩個(gè)平面墊片和兩個(gè)推力軸承等組成，其中可引起瞬時(shí)沖擊的嚙合點(diǎn)有行星輪與半軸齒輪嚙合、半軸齒輪與節(jié)叉間的連接花鍵嚙合。行星齒輪與半軸齒輪嚙合面遠(yuǎn)大于花鍵嚙合面，且行半軸齒輪間隙的調(diào)整較花鍵間隙調(diào)整更容易，因此優(yōu)先考慮行半齒輪嚙合的影響。

4 優(yōu)化方案與驗(yàn)證

減小齒輪間隙可以有效降低扭矩突變時(shí)齒面撞擊強(qiáng)度，是解決由齒輪嚙合點(diǎn)撞擊引起的Clunk問(wèn)題主要手段之一。如圖5所示通過(guò)調(diào)整半軸齒輪與差殼間墊片厚度可以有效的改變行半軸齒輪間的間隙，目前行半軸齒輪間的間隙為0.15mm，在保證齒輪正常工作的情況下減小齒輪間隙，制定優(yōu)化方案及結(jié)果峰值如圖6所示，具體臺(tái)架測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

測(cè)試結(jié)果表明：方案一和方案二較原始狀態(tài)振動(dòng)響應(yīng)峰值均有明顯降低，Clunk問(wèn)題均有明顯改善。整體評(píng)價(jià)為方案二優(yōu)于方案一優(yōu)于原始狀態(tài)，且方案二齒輪正常嚙合，無(wú)間隙過(guò)小問(wèn)題，整車(chē)優(yōu)化方向優(yōu)先考慮方案二。

選擇方案二進(jìn)行整車(chē)驗(yàn)證，低速行駛時(shí)Tip-in和Tip-out工況下無(wú)明顯金屬敲擊聲，主觀(guān)評(píng)價(jià)可接受；客觀(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖8所示，與臺(tái)架測(cè)試結(jié)果相符，整車(chē)振動(dòng)響應(yīng)峰值從1.90g降低到1.09g，且響應(yīng)峰值數(shù)量明顯減少，整車(chē)Clunk問(wèn)題得到明顯改善。

5 結(jié)論

文章以某適時(shí)四驅(qū)純電動(dòng)乘用車(chē)前置減速器Clunk問(wèn)題為例，詳細(xì)闡述了電驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)Clunk問(wèn)題的測(cè)試分析與排查過(guò)程，準(zhǔn)確找到產(chǎn)生Clunk問(wèn)題的源頭，提出了通過(guò)調(diào)整墊片厚度來(lái)減小行半齒間隙以降低齒面瞬時(shí)敲擊強(qiáng)度的方法。通過(guò)該方法減速器單體Clunk振動(dòng)響應(yīng)峰值降低了10.24g，整車(chē)峰值能量降低了42.6%，該車(chē)型四驅(qū)狀態(tài)下低速行駛過(guò)程Tip-in和Tip-out工況時(shí)出現(xiàn)的Clunk問(wèn)題得到了明顯優(yōu)化。同時(shí)通過(guò)調(diào)整半軸齒輪與差速器間墊片厚度進(jìn)而減小行半齒間隙的方法成本低，工程實(shí)操性強(qiáng)，有重要的工程借鑒意義。

基金項(xiàng)目：“綿陽(yáng)市科技局2022年中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展項(xiàng)目“新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高轉(zhuǎn)速低噪音傳動(dòng)裝置研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化”（項(xiàng)目編號(hào)：2022ZYDF002）。

參考文獻(xiàn)：

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