某適時四驅純電動乘用車減速器Clunk問題分析與優化

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的“硬連接”特點和電驅系統的瞬時響應特性，整車行駛過程中載荷瞬時交變工況下常會出現表現為金屬敲擊噪聲和整車抖動的Clunk問題，嚴重影響整車舒適性。文章以某適時四驅純電動乘用車前置減速器Clunk問題為例，系統地闡述了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化方案。有效解決了該車型四驅狀態下低速行駛過程中Tip-in和Tip-out工況時出現的Clunk問題，具有較強的工程實操性。對于解決類似的電驅動系統Clunk異響問題，具有重要的工程指導意義。

關鍵詞：減速器 Clunk Tip-in/out 間隙

1 引言

隨著汽車排放要求逐漸嚴苛，目前乘用車的研究重心已經逐步轉移到純電車型上。電動車的NVH性能一直是評價其舒適度的關鍵指標。相比于傳統燃油車，電動車缺少發動機的掩蔽效應，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表現對整車的NVH性能有著至關重要的影響。

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、瞬態沖擊或者撞擊噪聲。目前已有大量學者對減速器異響問題進行了研究，嚴生輝分析了某乘用車傳動系Clunk噪聲的產生機理與控制策略[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噪聲評價方法與優化控制進行了研究[4]；袁振松、陳清爽等人對某前置前驅車tip in Clunk問題進行了優化[5]。

文章以某適時四驅純電動乘用車減速器為研究對象，分析了減速器Clunk問題的產生機理，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整的有效優化措施，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沖擊異響問題，具有重要的指導意義。

2 Clunk問題產生機理

與燃油發動機相比，驅動電機動力響應更快，傳動換向更頻繁快速，轉矩輸出的變化率也更大。并且與傳統燃油車相比，純電動車傳動系統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及減速器內部齒輪副、花鍵連接副等硬連接動力傳遞機構之間，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；當汽車傳遞到減速器的扭矩發生突變時，減速器瞬間響應，內部齒輪嚙合面及花鍵嚙合面間發生撞擊，撞擊能量足夠大時往往表現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，都會產生扭矩的突變，均滿足Clunk 發生的工況條件。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

某適時四驅純電動乘用車在光滑的路面上以四驅狀態低速行駛過程中，在Tip-in和Tip-out工況下時均出現了明顯的金屬敲擊聲，主觀評價不可接受。按照圖1的方式進行實車測試，測試結果如圖2所示振動響應峰值明顯，存在明顯的Clunk噪聲。但當整車前置減速器處于脫開狀態時，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狀態下的Clunk問題由前置減速器內部嚙合面撞擊引起。

3.2 問題排查與分析

分析測試數據可以初步判斷異響出現在前置減速器內，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生，振動在減速器內的主要傳遞路徑為嚙合點—軸—軸承—殼體。因此為進一步確定出現Clunk問題的位置，利用半消臺架模擬整車出現Clunk時的工況，同時監測減速器殼體上各主要傳動部件對應位置的振動，以此來判斷引起Clunk問題的主要部件。

3.2.1 測點布置

減速器內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、差速器對應位置分別布置振動傳感器，采集各測點振動數據。

3.2.2 測試結果

測試結果如圖4所示，各測點振動同時發生，但殼體上差速器測點振動量級明顯高于輸入軸和中間軸測點，Clunk聲出現時差速器處振動最大，因此懷疑此Clunk問題為差速器內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有行星輪與半軸齒輪嚙合、半軸齒輪與節叉間的連接花鍵嚙合。行星齒輪與半軸齒輪嚙合面遠大于花鍵嚙合面，且行半軸齒輪間隙的調整較花鍵間隙調整更容易，因此優先考慮行半齒輪嚙合的影響。

4 優化方案與驗證

減小齒輪間隙可以有效降低扭矩突變時齒面撞擊強度，是解決由齒輪嚙合點撞擊引起的Clunk問題主要手段之一。如圖5所示通過調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，制定優化方案及結果峰值如圖6所示，具體臺架測試結果如圖7所示。

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

選擇方案二進行整車驗證，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；客觀數據結果如圖8所示，與臺架測試結果相符，整車振動響應峰值從1.90g降低到1.09g，且響應峰值數量明顯減少，整車Clunk問題得到明顯改善。

5 結論

文章以某適時四驅純電動乘用車前置減速器Clunk問題為例，詳細闡述了電驅傳動系統Clunk問題的測試分析與排查過程，準確找到產生Clunk問題的源頭，提出了通過調整墊片厚度來減小行半齒間隙以降低齒面瞬時敲擊強度的方法。通過該方法減速器單體Clunk振動響應峰值降低了10.24g，整車峰值能量降低了42.6%，該車型四驅狀態下低速行駛過程Tip-in和Tip-out工況時出現的Clunk問題得到了明顯優化。同時通過調整半軸齒輪與差速器間墊片厚度進而減小行半齒間隙的方法成本低，工程實操性強，有重要的工程借鑒意義。

基金項目：“綿陽市科技局2022年中央引導地方科技發展項目“新能源汽車電驅動系統高轉速低噪音傳動裝置研發及成果轉化”（項目編號：2022ZYDF002）。

參考文獻：

[1]嚴生輝.某乘用車傳動系Clunk噪聲機理分析與控制[D].重慶理工大學，2022.

[2]劉芳，許書超，賈晨光，張樂樂，韓杰.某型汽車變速器Clunk問題分析及優化[J].機械傳動，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噪聲評價研究與優化控制[D].河北工業大學，2020.

[5]袁振松，陳清爽，鐘秤平，段龍楊，魏林鑫，熊凱.某前置前驅車tip in clunk機理研究及優化[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化[J].噪聲與振動控制，2022，42（02）：241-246.