唐霜，梁宗峰，龔毅，常健，李肖龍

(重慶金康賽力斯新能源汽車設(shè)計(jì)院有限公司科技中心，重慶 402260)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及產(chǎn)品零部件開發(fā)水平的快速提升，汽車廠商和客戶對(duì)汽車整車性能的要求變得越來(lái)越高，而NVH性能作為整車性能的重要指標(biāo)之一，備受汽車生產(chǎn)商和客戶的密切關(guān)注，而動(dòng)力傳動(dòng)系的NVH問(wèn)題是影響整車NVH性能的主要因素之一，文中研究的取力器敲齒問(wèn)題也屬于動(dòng)力傳動(dòng)系NVH問(wèn)題。

本文作者闡述了敲齒噪聲產(chǎn)生的機(jī)制和常用優(yōu)化方法，并以此為基礎(chǔ)對(duì)市場(chǎng)反饋的某AT車型坡道行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min左右出現(xiàn)的車內(nèi)敲齒噪聲進(jìn)行了噪聲來(lái)源以及問(wèn)題根本原因的調(diào)查分析，制定針對(duì)性的整改方案，最終對(duì)整改方案進(jìn)行道路測(cè)試以及主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)收。

1 敲齒噪聲機(jī)制

一般而言，敲齒噪聲的主要原因是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)存在著較明顯的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)缸體內(nèi)氣體的爆炸燃燒、活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及曲柄連桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，表現(xiàn)為一定的轉(zhuǎn)速波動(dòng)[1]。轉(zhuǎn)速波動(dòng)引起的扭矩波動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)與傳動(dòng)系統(tǒng)固有頻率重合，引起傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)共振，使振動(dòng)放大。放大的振動(dòng)作用于齒輪結(jié)構(gòu)如變速器、取力器時(shí)就可能會(huì)產(chǎn)生嘯叫和敲齒的問(wèn)題，敲齒噪聲通過(guò)整車機(jī)械結(jié)構(gòu)和空氣等傳遞路徑傳入車內(nèi)，則會(huì)嚴(yán)重影響駕駛員和乘客的乘坐舒適性。

2 敲齒噪聲優(yōu)化方法簡(jiǎn)述

絕大多數(shù)車型都會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩共振的問(wèn)題，一般情況下，傳統(tǒng)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)固有頻率在40～80 Hz間[1]，此頻率處于發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率范圍內(nèi)，由于設(shè)計(jì)的局限性，很難在此頻率避開發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)。同時(shí)對(duì)于四缸燃油機(jī)，二階頻率所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200～2 400 r/min，車輛在這個(gè)轉(zhuǎn)速段運(yùn)行時(shí)，容易激發(fā)整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)[1]。共振問(wèn)題與傳動(dòng)系統(tǒng)固有頻率有著密切的聯(lián)系，不能徹底避免，通過(guò)合理的系統(tǒng)匹配，控制動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩振動(dòng)大小，把影響盡量控制在最小，最后不易被人感知，這是整車優(yōu)化常用方法，即發(fā)動(dòng)機(jī)端扭振源頭控制，把到發(fā)動(dòng)機(jī)扭振大小控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)在傳遞途徑中通過(guò)有效方式衰減發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭振，二者結(jié)合可以有效衰減傳動(dòng)系統(tǒng)輸出的扭振。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)端扭振源頭控制

傳動(dòng)系統(tǒng)扭振共振不可避免，控制源頭輸出的共振能量是優(yōu)化問(wèn)題的方法之一。因傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)是不可避免，且為了追求更優(yōu)的動(dòng)力性，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩將越來(lái)越大，故扭矩波動(dòng)僅能盡量控制在一定范圍內(nèi)。車型研發(fā)初期，設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)扭振目標(biāo)，經(jīng)驗(yàn)值目標(biāo)見表1，并階段性地通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試進(jìn)行扭振目標(biāo)驗(yàn)收，確認(rèn)和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩值滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為傳動(dòng)系統(tǒng)共振問(wèn)題打下一定的基礎(chǔ)。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)扭振目標(biāo)

2.2 衰減發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩波動(dòng)

發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)僅能控制在相對(duì)小的一個(gè)范圍內(nèi)，相對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)影響還是很大的，因此，一定要進(jìn)行有效衰減即隔振。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)經(jīng)中間部件傳遞至變速器端，進(jìn)而傳遞至傳動(dòng)系統(tǒng)，這個(gè)中間部件便承擔(dān)了衰減發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)的重要功能，MT車型的中間部件為離合器，AT車型的中間部件為液力變矩器。

AT車型帶鎖止離合器的液力變矩器分鎖止離合器結(jié)合和鎖止離合器分離兩種工作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩衰減原理各有不同：(1)在鎖止離合器處于結(jié)合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率經(jīng)輸入軸、液力變矩器殼體和鎖止離合器直接傳至渦輪輸出軸，泵輪和渦輪被連接為一體，成為直接機(jī)械傳動(dòng)，失去液力傳遞動(dòng)力的功能，此時(shí)僅能依靠液力變矩器內(nèi)的減振彈簧吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭振，減振彈簧剛度越低，隔振效果越好；(2)在鎖止離合器處于分離狀態(tài)時(shí)，液力變矩器具有“變矩”和“耦合”兩種工作情況，液力變矩器的輸入軸和輸出軸為非剛性連接，內(nèi)部工作油液可以吸收一定的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)，衰減扭振。無(wú)論鎖止離合器是結(jié)合還是鎖止，液力變矩器均能在一定程度下衰減發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)[5]。液力變矩器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液力變矩器結(jié)構(gòu)示意

3 AT車型取力器敲齒問(wèn)題解決實(shí)例

經(jīng)市場(chǎng)反饋，某AT車型在坡道工況行駛，以小油門加速時(shí)，底盤前部存在劇烈的敲齒噪聲，引起了用戶的極大抱怨。為解決此問(wèn)題，立即開展噪聲來(lái)源以及解決方法的調(diào)查研究。

此車型為四驅(qū)車，傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩經(jīng)液力變矩器傳遞至AT變速器，同時(shí)取力器通過(guò)花鍵與變速器剛性連接，并將前軸動(dòng)力經(jīng)中間驅(qū)動(dòng)軸傳遞至后軸，實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)。

圖2 AT車型傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 敲齒噪聲來(lái)源調(diào)查

實(shí)車駕駛復(fù)現(xiàn)問(wèn)題工況詳細(xì)為坡道行駛、加速至一定車速后完全松開油門滑行一段時(shí)間，再以小油門加速(油門開度28%以下)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min左右、變速器3擋、車速26～28 km/h時(shí)，底盤前部敲擊明顯。由于敲齒聲來(lái)自底盤前部，初步懷疑敲齒噪聲來(lái)源于變速器或者取力器。為進(jìn)一步確認(rèn)敲齒噪聲來(lái)源，分別于車內(nèi)前排主駕右側(cè)(即駕駛員右耳位置)、變速器近場(chǎng)、取力器近場(chǎng)布置噪聲傳感器(麥克風(fēng))進(jìn)行噪聲測(cè)試。

車內(nèi)噪聲測(cè)點(diǎn)結(jié)果如圖3所示，從測(cè)試結(jié)果可知當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 000～1 400 r/min時(shí)，車內(nèi)敲齒頻率在300～1 800 Hz寬頻帶，根據(jù)圖4分別對(duì)比變速器和取力器的測(cè)試結(jié)果，可得取力器在300～500 Hz噪聲特征明顯，而變速器于300～1 800 Hz內(nèi)無(wú)明顯特征，由此確認(rèn)車內(nèi)的敲齒噪聲來(lái)源于取力器。

圖3 車內(nèi)噪點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

圖4 變速器、取力器噪點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

結(jié)合文中第1節(jié)可知，產(chǎn)生敲齒噪聲的主要原因是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)存在著較明顯的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，為驗(yàn)證這一結(jié)論使用INCA采集敲齒工況下整車行駛CAN數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min左右，變速器3擋以小油門加速上坡行駛時(shí)，變速器渦輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)劇烈。由此可見，車內(nèi)出現(xiàn)敲齒噪聲的同時(shí)變速器渦輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)異常，即異常波動(dòng)的變速器渦輪轉(zhuǎn)速引起了取力器敲齒。

圖5 整車問(wèn)題工況CAN數(shù)據(jù)

3.2 取力器敲齒噪聲優(yōu)化方案制定

由于現(xiàn)階段該車型的敲齒問(wèn)題引起了市場(chǎng)用戶的極大抱怨，為了提升客服滿意度，保護(hù)企業(yè)口碑，問(wèn)題的整改要求快速到位。綜合第3.1節(jié)敲齒噪聲來(lái)源的調(diào)查結(jié)果以及第2節(jié)簡(jiǎn)述的敲齒噪聲優(yōu)化方法，通過(guò)優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)扭振大小的方式，可解決取力器敲齒問(wèn)題。

文中第2.1節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)源頭扭振控制方式，適用于項(xiàng)目研發(fā)之初的目標(biāo)管控以及開發(fā)驗(yàn)收，后期整改周期長(zhǎng)、難度大，不適用于現(xiàn)階段。同時(shí)第2.2節(jié)描述的通過(guò)液力變矩器衰減發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩波動(dòng)，其中鎖止離合器結(jié)合狀態(tài)下，通過(guò)降低液力變矩器減振彈簧剛度可以有效增大液力變矩器的扭振衰減能力，但現(xiàn)階段要想降低減振彈簧剛度，等同于減振彈簧的重新選型和匹配，同時(shí)還涉及液力變矩器本體模具變動(dòng)，硬件開發(fā)工作量大、整改周期長(zhǎng)、整改費(fèi)用高，也不適用于當(dāng)前快速整改的要求。而鎖止離合器的結(jié)合和分離是由自動(dòng)變速器控制單元即TCU通過(guò)鎖止電磁閥控制油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體的結(jié)合點(diǎn)與分離點(diǎn)是根據(jù)實(shí)車運(yùn)行情況標(biāo)定選得，調(diào)整敲齒工況下液力變矩器鎖止離合器工作狀態(tài)，利用鎖止離合器分離狀態(tài)下輸入、輸出軸的非剛性連接，使內(nèi)部油液吸收一定的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)、衰減扭振，軟件調(diào)整是目前節(jié)點(diǎn)的首選方案。

整改方案初定，立即協(xié)同變速器廠家進(jìn)行調(diào)整細(xì)節(jié)討論，查看當(dāng)前的TCU換擋圖譜如圖6所示，可以了解到在油門開度小于28%，變速器3擋的液力變矩器鎖止圖譜解鎖車速為23.6 km/h，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 018 r/min，故敲齒工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min、車速26～28 km/h時(shí)液力變矩器的鎖止離合器處于鎖止?fàn)顟B(tài)，液力變矩器輸入軸和輸出軸剛性連接，內(nèi)部油液無(wú)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)的作用。為使液力變矩器油液衰減扭振，那么3擋的解鎖點(diǎn)需避開敲齒工況。

圖6 TCU換擋圖譜

按照如上整改思路，變速器廠家進(jìn)行多次液力變矩器鎖止圖譜調(diào)整，并實(shí)車進(jìn)行駕駛驗(yàn)收，最終在最佳的整車駕駛性能下，確定最優(yōu)的3擋液力變矩器鎖止圖譜調(diào)整方案，調(diào)整對(duì)比圖如圖7所示。從圖中可以看出，油門開度小于28%，調(diào)整后的變速器3擋液力變矩器鎖止圖譜解鎖車速為31.7 km/h，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 367 r/min。此時(shí)在原始的取力器敲齒工況點(diǎn)時(shí)，液力變矩器已解鎖，鎖止離合器處于分離狀態(tài)，液力變矩器輸入、輸出軸非剛性連接，液力變矩器內(nèi)部油液有吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)的作用。

圖7 調(diào)整后TCU換擋圖譜前后對(duì)比

3.3 調(diào)整方案驗(yàn)收

將調(diào)整后的TCU軟件寫入至原車上進(jìn)行取力器敲齒問(wèn)題驗(yàn)收。同工況道路駕駛測(cè)試，主觀評(píng)價(jià)敲齒噪聲消失，使用INCA采集整車CAN數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)如圖8所示。從數(shù)據(jù)上可以看出原始敲齒工況下變速器渦輪轉(zhuǎn)速較調(diào)整前的波動(dòng)明顯減弱。結(jié)合主觀駕評(píng)的取力器敲齒噪聲消失的結(jié)果，可見通過(guò)調(diào)整液力變矩器鎖止圖譜，使敲齒工況點(diǎn)下，液力變矩器鎖止離合器分離，利用液力變矩器內(nèi)部油液衰減發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)有效，并能成功解決敲齒問(wèn)題。

圖8 調(diào)整后的整車CAN數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

敲齒噪聲直接影響整車NVH性能，嚴(yán)重將引起用戶抱怨，敲齒問(wèn)題需有效解決。文中以某AT車型取力器敲齒噪聲為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)分析確定噪聲產(chǎn)生部件為取力器，然后基于敲齒噪聲產(chǎn)生的機(jī)制以及常用優(yōu)化方法，綜合實(shí)際情況決定通過(guò)調(diào)整TCU液力變矩器鎖止圖譜，利用液力變矩器鎖止離合器分離狀態(tài)下，液力變矩器輸入、輸出軸非剛性連接，內(nèi)部油液衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)，以解決取力器敲齒問(wèn)題，最后驗(yàn)收通過(guò)，可以為取力器敲齒問(wèn)題整改提供參考，具有一定的實(shí)用價(jià)值。