雙離合器自動變速器clonk噪聲優化

姚文博 金磊 羅大國 林霄喆

（寧波上中下自動變速器有限公司）

隨著國內汽車產業的飛速發展，客戶對整車的動力性、燃油經濟性以及舒適性的要求越來越高。為滿足市場的需求，國內更多的汽車主機廠自主研發高擋位數的雙離合器自動變速器，因雙離合器自動變速器有著良好的手動變速器工藝繼承性。然而隨著變速器結構復雜程度的提高，對變速器振動和噪聲的控制難度加大。振動和噪聲由于工況多變性、力傳輸路徑的復雜性以及力的幅值隨頻率瞬時變化從而難以控制[1]，特別是在剎車制動工況下的clonk噪聲已成為各變速器公司公認的難題。自動變速器的扭矩變換、掛擋時機、預掛擋時機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優化clonk噪聲起決定性作用。文章對某變速器預掛擋控制策略及同步器的控制策略進行優化，來抑制clonk噪聲。

1 clonk噪聲的原因調查

變速器自身工作時存在各種激勵，如齒輪和軸承等振動激勵，但主要為齒輪嚙合產生的周期激勵[2]。在設計階段主要關注變速器殼體模態對NVH的影響，將變速器殼體模態頻率與嚙合齒輪副傳遞誤差導致的變速器輪齒階次激勵倍頻分開，降低共振風險[3]。為確認clonk噪聲的來源，需要在變速器上布置振動傳感器，布置點如圖1所示，振動傳感器直接連接到ETAS設備上，并通過INCA軟件采集數據，采集周期最好小于10 ms，需要確保采集數據的精度。

圖1 變速器殼體振動噪聲測試點

為避免外界因素（如天氣和路況等）的干擾，測試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，分別以不同的制動力（輕、中、重）進行剎車制動，每組工況需要采集5組以上數據，以避免數據的隨機性。采集的信號需要包含輸入1軸和2軸的轉速、輸出軸轉速、擋位位置信號、離合器扭矩信號、發動機扭矩信號、發動機轉速信號及換擋力信號等。

圖2示出變速器滑行降擋工況測試數據。從圖2a可以看出，振動幅度最大時，輸入1軸轉速變化較大，從較高的轉速瞬間被拉到較低的轉速；通過圖2b可以看出，在中度制動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試數據

同步器的工作大概可分為預同步階段、同步階段、自由行程階段、嚙合階段及鎖止階段。預同步階段的主要功能是同步器滑塊產生的軸向力使同步環調用一定角度，使同步器齒套的鎖止面與結合齒的鎖止面相接觸，為同步階段創造接觸條件；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端同步，避免因轉速過大而產生噪聲和沖擊；自由行程階段的合理值應該在1.2～1.5 mm，太小會影響同步器的使用壽命，太大會加大換擋行程及在嚙合階段形成較大的轉速差；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動慣量的影響，使同步器齒套與結合齒能夠順利嚙合；鎖止階段是使同步器齒套與結合齒能夠真正傳遞扭矩。通過對比圖2a中的換擋曲線，確認該階段是預掛1擋的嚙合階段（如圖3所示的第5個階段）。

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，在同步器齒套與結合齒嚙合前，因整車處于急劇減速狀態，同步器在自由行程階段主被動端形成了一個較大的轉速差。

同步器的被動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會使同步器主被動端轉速同步；過了同步階段，同步器進入自由行程階段，這時同步器被動端繼續隨著整車減速，而同步器的主動端（即輸入軸一側）因受拖曳力矩及慣性的影響，會有加速趨勢，所以在同步器齒套與結合齒嚙合之前有一個較大的轉速差存在。在嚙合的一瞬間，同步器主動端的轉速瞬間被拉低，由于傳動系統存在較大的側隙，特別是低速擋側隙更大，這時在側隙處就會產生更大的沖擊噪聲，如圖4所示。

圖4 變速器噪聲來源位置

3 優化建議

通過對標及相應對比測試，通過優化機械硬件不能解決剎車制動工況下的clonk噪聲問題。因同步器自身結構的限制，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掛低速擋。圖5示出優化后變速器滑行降擋工況標定測試數據顯示界面。從圖5中可以看出：當減速度較大，車速不為0時禁止掛1擋；整個制動工況所有軸的轉速沒有特別大的波動，沒有明顯的噪聲能被聽見。同時在制動工況下，預掛擋時需要應用較小的換擋力，避免出現較大的換擋噪聲。有時在負扭矩降擋過程中也會出現clonk噪聲，這時需要合理控制離合器的結合扭矩。

圖5 優化后變速器滑行降擋工況標定測試數據顯示界面

4 結論

文章以某變速器制動工況下的clonk噪聲為研究對象，運用相應的測試設備調查噪聲的來源及換擋控制過程。通過對標分析及優化相應的硬件進行測試，發現優化機械系統不能有效解決此問題。同時通過不斷優化低速擋的預掛擋時機并進行測試，發現優化預選擋控制策略能有效抑制clonk噪聲。本論文與先前論文的區別在于優化換擋策略及預掛擋策略，可以成功解決變速器滑行降擋過程中產生的clonk噪聲問題，已在整車上進行驗證并取得巨大優化效果，滿足NVH性能指標，提升了整車駕駛舒適性。