双离合器自动变速器clonk噪声优化

姚文博 金磊 罗大国 林霄喆

（宁波上中下自动变速器有限公司）

随着国内汽车产业的飞速发展，客户对整车的动力性、燃油经济性以及舒适性的要求越来越高。为满足市场的需求，国内更多的汽车主机厂自主研发高挡位数的双离合器自动变速器，因双离合器自动变速器有着良好的手动变速器工艺继承性。然而随着变速器结构复杂程度的提高，对变速器振动和噪声的控制难度加大。振动和噪声由于工况多变性、力传输路径的复杂性以及力的幅值随频率瞬时变化从而难以控制[1]，特别是在刹车制动工况下的clonk噪声已成为各变速器公司公认的难题。自动变速器的扭矩变换、挂挡时机、预挂挡时机及拨叉换挡力的大小完全取决于该款变速器的控制策略，所以一款变速器的控制策略对优化clonk噪声起决定性作用。文章对某变速器预挂挡控制策略及同步器的控制策略进行优化，来抑制clonk噪声。

1 clonk噪声的原因调查

变速器自身工作时存在各种激励，如齿轮和轴承等振动激励，但主要为齿轮啮合产生的周期激励[2]。在设计阶段主要关注变速器壳体模态对NVH的影响，将变速器壳体模态频率与啮合齿轮副传递误差导致的变速器轮齿阶次激励倍频分开，降低共振风险[3]。为确认clonk噪声的来源，需要在变速器上布置振动传感器，布置点如图1所示，振动传感器直接连接到ETAS设备上，并通过INCA软件采集数据，采集周期最好小于10 ms，需要确保采集数据的精度。

图1 变速器壳体振动噪声测试点

为避免外界因素（如天气和路况等）的干扰，测试clonk噪声最好选择在晴朗天气和平坦路况。整车加速到60 km/h，变速器挡位要求在4挡以上，分别以不同的制动力（轻、中、重）进行刹车制动，每组工况需要采集5组以上数据，以避免数据的随机性。采集的信号需要包含输入1轴和2轴的转速、输出轴转速、挡位位置信号、离合器扭矩信号、发动机扭矩信号、发动机转速信号及换挡力信号等。

图2示出变速器滑行降挡工况测试数据。从图2a可以看出，振动幅度最大时，输入1轴转速变化较大，从较高的转速瞬间被拉到较低的转速；通过图2b可以看出，在中度制动的噪声主要来源于同步器的啮合阶段。

图2 变速器滑行降挡工况测试数据

同步器的工作大概可分为预同步阶段、同步阶段、自由行程阶段、啮合阶段及锁止阶段。预同步阶段的主要功能是同步器滑块产生的轴向力使同步环调用一定角度，使同步器齿套的锁止面与结合齿的锁止面相接触，为同步阶段创造接触条件；同步阶段的主要功能是通过摩擦锥面的摩擦使同步器主被动端同步，避免因转速过大而产生噪声和冲击；自由行程阶段的合理值应该在1.2～1.5 mm，太小会影响同步器的使用寿命，太大会加大换挡行程及在啮合阶段形成较大的转速差；啮合阶段的主要功能是克服同步器输入端的拖曳力矩及转动惯量的影响，使同步器齿套与结合齿能够顺利啮合；锁止阶段是使同步器齿套与结合齿能够真正传递扭矩。通过对比图2a中的换挡曲线，确认该阶段是预挂1挡的啮合阶段（如图3所示的第5个阶段）。

图3 同步器换挡过程示意图

2 根本原因分析

从图2和图3可以看出，在同步器齿套与结合齿啮合前，因整车处于急剧减速状态，同步器在自由行程阶段主被动端形成了一个较大的转速差。

同步器的被动端减速度和整车的减速度是一致的。在同步阶段通过锥面摩擦会使同步器主被动端转速同步；过了同步阶段，同步器进入自由行程阶段，这时同步器被动端继续随着整车减速，而同步器的主动端（即输入轴一侧）因受拖曳力矩及惯性的影响，会有加速趋势，所以在同步器齿套与结合齿啮合之前有一个较大的转速差存在。在啮合的一瞬间，同步器主动端的转速瞬间被拉低，由于传动系统存在较大的侧隙，特别是低速挡侧隙更大，这时在侧隙处就会产生更大的冲击噪声，如图4所示。

图4 变速器噪声来源位置

3 优化建议

通过对标及相应对比测试，通过优化机械硬件不能解决刹车制动工况下的clonk噪声问题。因同步器自身结构的限制，为满足同步器的寿命要求，自由行程阶段是不可避免的，所以要想解决此问题，只能尽量避免在减速度较大的工况下预挂低速挡。图5示出优化后变速器滑行降挡工况标定测试数据显示界面。从图5中可以看出：当减速度较大，车速不为0时禁止挂1挡；整个制动工况所有轴的转速没有特别大的波动，没有明显的噪声能被听见。同时在制动工况下，预挂挡时需要应用较小的换挡力，避免出现较大的换挡噪声。有时在负扭矩降挡过程中也会出现clonk噪声，这时需要合理控制离合器的结合扭矩。

图5 优化后变速器滑行降挡工况标定测试数据显示界面

4 结论

文章以某变速器制动工况下的clonk噪声为研究对象，运用相应的测试设备调查噪声的来源及换挡控制过程。通过对标分析及优化相应的硬件进行测试，发现优化机械系统不能有效解决此问题。同时通过不断优化低速挡的预挂挡时机并进行测试，发现优化预选挡控制策略能有效抑制clonk噪声。本论文与先前论文的区别在于优化换挡策略及预挂挡策略，可以成功解决变速器滑行降挡过程中产生的clonk噪声问题，已在整车上进行验证并取得巨大优化效果，满足NVH性能指标，提升了整车驾驶舒适性。