隋甲龍　張成　吳松國　羅明杰　王章釗

摘 要：由于純電動乘用車動力系統(tǒng)的“硬連接”特點(diǎn)和電驅(qū)系統(tǒng)的瞬時響應(yīng)特性，整車行駛過程中載荷瞬時交變工況下常會出現(xiàn)表現(xiàn)為金屬敲擊噪聲和整車抖動的Clunk問題，嚴(yán)重影響整車舒適性。文章以某適時四驅(qū)純電動乘用車前置減速器Clunk問題為例，系統(tǒng)地闡述了Clunk問題的測試分析與排查過程，并提出減小行半齒間隙的優(yōu)化方案。有效解決了該車型四驅(qū)狀態(tài)下低速行駛過程中Tip-in和Tip-out工況時出現(xiàn)的Clunk問題，具有較強(qiáng)的工程實(shí)操性。對于解決類似的電驅(qū)動系統(tǒng)Clunk異響問題，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

隨著汽車排放要求逐漸嚴(yán)苛，目前乘用車的研究重心已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)移到純電車型上。電動車的NVH性能一直是評價其舒適度的關(guān)鍵指標(biāo)。相比于傳統(tǒng)燃油車，電動車缺少發(fā)動機(jī)的掩蔽效應(yīng)，各種噪聲更容易凸顯出來，特別是減速器作為電動汽車的主要傳動部件，其NVH表現(xiàn)對整車的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問題，其中Clunk也被稱為Clonk問題、瞬態(tài)沖擊或者撞擊噪聲。目前已有大量學(xué)者對減速器異響問題進(jìn)行了研究，嚴(yán)生輝分析了某乘用車傳動系Clunk噪聲的產(chǎn)生機(jī)理與控制策略[1]；劉芳、許書超等人分析了某型汽車變速器Clunk問題及其優(yōu)化方法[2]；馬虎森、陳曉利研究了某客車傳動系加/減油門Clunk問題并給出了合理的解決辦法[3]；賈晨光對變速器clunk噪聲評價方法與優(yōu)化控制進(jìn)行了研究[4]；袁振松、陳清爽等人對某前置前驅(qū)車tip in Clunk問題進(jìn)行了優(yōu)化[5]。

文章以某適時四驅(qū)純電動乘用車減速器為研究對象，分析了減速器Clunk問題的產(chǎn)生機(jī)理，介紹了減速器Clunk問題的高效測試排查方法，提出了僅對減速器做輕微調(diào)整的有效優(yōu)化措施，解決了此純電動乘用車的Clunk問題；對于解決類似的純電動車型減速器瞬態(tài)沖擊異響問題，具有重要的指導(dǎo)意義。

2 Clunk問題產(chǎn)生機(jī)理

與燃油發(fā)動機(jī)相比，驅(qū)動電機(jī)動力響應(yīng)更快，傳動換向更頻繁快速，轉(zhuǎn)矩輸出的變化率也更大。并且與傳統(tǒng)燃油車相比，純電動車傳動系統(tǒng)的各零部件之間沒有離合器或液力變矩器等傳動減振部件，而是采用了“硬連接”形式[6]。而純電動車傳動系統(tǒng)及減速器內(nèi)部齒輪副、花鍵連接副等硬連接動力傳遞機(jī)構(gòu)之間，由于制造誤差、安裝誤差、潤滑需要和使用磨損等原因，不可避免地會存在一定間隙；當(dāng)汽車傳遞到減速器的扭矩發(fā)生突變時，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感受，即Clunk問題。

汽車處于踩油門（Tip-in）、收油門（Tip-out）、換擋、起步等工況時，都會產(chǎn)生扭矩的突變，均滿足Clunk 發(fā)生的工況條件。目前常見的純電動乘用車在行駛過程中沒有換擋過程，且起步時通常不會有過大的能量積蓄，會造成較大的瞬時沖擊；因此常見的純電動乘用車Clunk問題主要發(fā)生在踩油門（Tip-in）和收油門（Tip-out）工況。

3 Clunk問題排查與分析

3.1 問題描述

某適時四驅(qū)純電動乘用車在光滑的路面上以四驅(qū)狀態(tài)低速行駛過程中，在Tip-in和Tip-out工況下時均出現(xiàn)了明顯的金屬敲擊聲，主觀評價不可接受。按照圖1的方式進(jìn)行實(shí)車測試，測試結(jié)果如圖2所示振動響應(yīng)峰值明顯，存在明顯的Clunk噪聲。但當(dāng)整車前置減速器處于脫開狀態(tài)時，在Tip-in和Tip-out工況下的金屬敲擊聲消失。因此判斷整車在四驅(qū)狀態(tài)下的Clunk問題由前置減速器內(nèi)部嚙合面撞擊引起。

3.2 問題排查與分析

分析測試數(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法通過主觀斷定。Clunk問題是由嚙合面撞擊引起且常伴隨振動發(fā)生，振動在減速器內(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問題的位置，利用半消臺架模擬整車出現(xiàn)Clunk時的工況，同時監(jiān)測減速器殼體上各主要傳動部件對應(yīng)位置的振動，以此來判斷引起Clunk問題的主要部件。

3.2.1 測點(diǎn)布置

減速器內(nèi)部主要嚙合傳動部件可以簡單分為輸入軸組件、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、差速器對應(yīng)位置分別布置振動傳感器，采集各測點(diǎn)振動數(shù)據(jù)。

3.2.2 測試結(jié)果

測試結(jié)果如圖4所示，各測點(diǎn)振動同時發(fā)生，但殼體上差速器測點(diǎn)振動量級明顯高于輸入軸和中間軸測點(diǎn)，Clunk聲出現(xiàn)時差速器處振動最大，因此懷疑此Clunk問題為差速器內(nèi)嚙合連接件間間隙過大所致。此減速器使用的為常見的對稱式圓錐齒輪開式差速器，主要由差速器殼、一字行星齒輪軸、兩個行星齒輪、兩個半軸齒輪、兩個球形墊片、兩個平面墊片和兩個推力軸承等組成，其中可引起瞬時沖擊的嚙合點(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齒面撞擊強(qiáng)度，是解決由齒輪嚙合點(diǎn)撞擊引起的Clunk問題主要手段之一。如圖5所示通過調(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，具體臺架測試結(jié)果如圖7所示。

測試結(jié)果表明：方案一和方案二較原始狀態(tài)振動響應(yīng)峰值均有明顯降低，Clunk問題均有明顯改善。整體評價為方案二優(yōu)于方案一優(yōu)于原始狀態(tài)，且方案二齒輪正常嚙合，無間隙過小問題，整車優(yōu)化方向優(yōu)先考慮方案二。

選擇方案二進(jìn)行整車驗(yàn)證，低速行駛時Tip-in和Tip-out工況下無明顯金屬敲擊聲，主觀評價可接受；客觀數(shù)據(jù)結(jié)果如圖8所示，與臺架測試結(jié)果相符，整車振動響應(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Clunk問題得到明顯改善。

5 結(jié)論

文章以某適時四驅(qū)純電動乘用車前置減速器Clunk問題為例，詳細(xì)闡述了電驅(qū)傳動系統(tǒng)Clunk問題的測試分析與排查過程，準(zhǔn)確找到產(chǎn)生Clunk問題的源頭，提出了通過調(diào)整墊片厚度來減小行半齒間隙以降低齒面瞬時敲擊強(qiáng)度的方法。通過該方法減速器單體Clunk振動響應(yīng)峰值降低了10.24g，整車峰值能量降低了42.6%，該車型四驅(qū)狀態(tài)下低速行駛過程Tip-in和Tip-out工況時出現(xiàn)的Clunk問題得到了明顯優(yōu)化。同時通過調(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“新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)高轉(zhuǎn)速低噪音傳動裝置研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化”（項(xiàng)目編號：2022ZYDF002）。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)生輝.某乘用車傳動系Clunk噪聲機(jī)理分析與控制[D].重慶理工大學(xué)，2022.

[2]劉芳，許書超，賈晨光，張樂樂，韓杰.某型汽車變速器Clunk問題分析及優(yōu)化[J].機(jī)械傳動，2021，45（09）：156-163.

[3]馬虎森，陳曉利.某客車傳動系加/減油門Clunk問題分析與解決[J].汽車零部件，2020（07）：75-79.

[4]賈晨光. 變速器clunk噪聲評價研究與優(yōu)化控制[D].河北工業(yè)大學(xué)，2020.

[5]袁振松，陳清爽，鐘秤平，段龍楊，魏林鑫，熊凱.某前置前驅(qū)車tip in clunk機(jī)理研究及優(yōu)化[J].噪聲與振動控制，2020，40（01）：138-142+170.

[6]張軍，焦明，岳中英，常玉朋，黃循奇.某純電動汽車減速器加速異響問題分析與減速器優(yōu)化[J].噪聲與振動控制，2022，42（02）：241-246.