某AT车型取力器敲齿问题的分析与研究

唐霜，梁宗峰，龚毅，常健，李肖龙

(重庆金康赛力斯新能源汽车设计院有限公司科技中心，重庆 402260)

0 引言

随着汽车工业的迅速发展以及产品零部件开发水平的快速提升，汽车厂商和客户对汽车整车性能的要求变得越来越高，而NVH性能作为整车性能的重要指标之一，备受汽车生产商和客户的密切关注，而动力传动系的NVH问题是影响整车NVH性能的主要因素之一，文中研究的取力器敲齿问题也属于动力传动系NVH问题。

本文作者阐述了敲齿噪声产生的机制和常用优化方法，并以此为基础对市场反馈的某AT车型坡道行驶，发动机转速1 200 r/min左右出现的车内敲齿噪声进行了噪声来源以及问题根本原因的调查分析，制定针对性的整改方案，最终对整改方案进行道路测试以及主观评价验收。

1 敲齿噪声机制

一般而言，敲齿噪声的主要原因是动力传动系统存在着较明显的扭转振动，这是因为发动机在运行时缸体内气体的爆炸燃烧、活塞的往复运动以及曲柄连杆机构的旋转运动，导致发动机转速呈现周期性波动，从而使发动机运转不平稳，表现为一定的转速波动[1]。转速波动引起的扭矩波动通过传动系统时与传动系统固有频率重合，引起传动系统扭转共振，使振动放大。放大的振动作用于齿轮结构如变速器、取力器时就可能会产生啸叫和敲齿的问题，敲齿噪声通过整车机械结构和空气等传递路径传入车内，则会严重影响驾驶员和乘客的乘坐舒适性。

2 敲齿噪声优化方法简述

绝大多数车型都会出现传动系统扭矩共振的问题，一般情况下，传统车辆传动系统一阶扭转模态固有频率在40～80 Hz间[1]，此频率处于发动机激励频率范围内，由于设计的局限性，很难在此频率避开发动机激励。同时对于四缸燃油机，二阶频率所对应的发动机转速为1 200～2 400 r/min，车辆在这个转速段运行时，容易激发整个动力传动系统产生扭转振动[1]。共振问题与传动系统固有频率有着密切的联系，不能彻底避免，通过合理的系统匹配，控制动力传动系统的扭矩振动大小，把影响尽量控制在最小，最后不易被人感知，这是整车优化常用方法，即发动机端扭振源头控制，把到发动机扭振大小控制在一定范围内，同时在传递途径中通过有效方式衰减发动机输出扭振，二者结合可以有效衰减传动系统输出的扭振。

2.1 发动机端扭振源头控制

传动系统扭振共振不可避免，控制源头输出的共振能量是优化问题的方法之一。因传统燃油车发动机的扭矩波动是不可避免，且为了追求更优的动力性，发动机扭矩将越来越大，故扭矩波动仅能尽量控制在一定范围内。车型研发初期，设定发动机扭振目标，经验值目标见表1，并阶段性地通过发动机台架测试进行扭振目标验收，确认和优化发动机扭矩值满足验收标准，为传动系统共振问题打下一定的基础。

表1 发动机扭振目标

2.2 衰减发动机输出扭矩波动

发动机的扭矩波动仅能控制在相对小的一个范围内，相对传动系统来说影响还是很大的，因此，一定要进行有效衰减即隔振。发动机的扭矩波动经中间部件传递至变速器端，进而传递至传动系统，这个中间部件便承担了衰减发动机扭矩波动的重要功能，MT车型的中间部件为离合器，AT车型的中间部件为液力变矩器。

AT车型带锁止离合器的液力变矩器分锁止离合器结合和锁止离合器分离两种工作状态，对应的发动机扭矩衰减原理各有不同：(1)在锁止离合器处于结合状态时，发动机功率经输入轴、液力变矩器壳体和锁止离合器直接传至涡轮输出轴，泵轮和涡轮被连接为一体，成为直接机械传动，失去液力传递动力的功能，此时仅能依靠液力变矩器内的减振弹簧吸收发动机扭振，减振弹簧刚度越低，隔振效果越好；(2)在锁止离合器处于分离状态时，液力变矩器具有“变矩”和“耦合”两种工作情况，液力变矩器的输入轴和输出轴为非刚性连接，内部工作油液可以吸收一定的发动机扭矩波动，衰减扭振。无论锁止离合器是结合还是锁止，液力变矩器均能在一定程度下衰减发动机扭矩波动[5]。液力变矩器结构如图1所示。

图1 液力变矩器结构示意

3 AT车型取力器敲齿问题解决实例

经市场反馈，某AT车型在坡道工况行驶，以小油门加速时，底盘前部存在剧烈的敲齿噪声，引起了用户的极大抱怨。为解决此问题，立即开展噪声来源以及解决方法的调查研究。

此车型为四驱车，传动系统如图2所示。发动机输出扭矩经液力变矩器传递至AT变速器，同时取力器通过花键与变速器刚性连接，并将前轴动力经中间驱动轴传递至后轴，实现四轮驱动。

图2 AT车型传动系统结构

3.1 敲齿噪声来源调查

实车驾驶复现问题工况详细为坡道行驶、加速至一定车速后完全松开油门滑行一段时间，再以小油门加速(油门开度28%以下)、发动机转速1 200 r/min左右、变速器3挡、车速26～28 km/h时，底盘前部敲击明显。由于敲齿声来自底盘前部，初步怀疑敲齿噪声来源于变速器或者取力器。为进一步确认敲齿噪声来源，分别于车内前排主驾右侧(即驾驶员右耳位置)、变速器近场、取力器近场布置噪声传感器(麦克风)进行噪声测试。

车内噪声测点结果如图3所示，从测试结果可知当发动机转速在1 000～1 400 r/min时，车内敲齿频率在300～1 800 Hz宽频带，根据图4分别对比变速器和取力器的测试结果，可得取力器在300～500 Hz噪声特征明显，而变速器于300～1 800 Hz内无明显特征，由此确认车内的敲齿噪声来源于取力器。

图3 车内噪点测试结果

图4 变速器、取力器噪点测试结果

结合文中第1节可知，产生敲齿噪声的主要原因是动力传动系统存在着较明显的转速波动，为验证这一结论使用INCA采集敲齿工况下整车行驶CAN数据进行分析，结果如图5所示。从图中可以看出在发动机转速1 200 r/min左右，变速器3挡以小油门加速上坡行驶时，变速器涡轮转速波动剧烈。由此可见，车内出现敲齿噪声的同时变速器涡轮转速波动异常，即异常波动的变速器涡轮转速引起了取力器敲齿。

图5 整车问题工况CAN数据

3.2 取力器敲齿噪声优化方案制定

由于现阶段该车型的敲齿问题引起了市场用户的极大抱怨，为了提升客服满意度，保护企业口碑，问题的整改要求快速到位。综合第3.1节敲齿噪声来源的调查结果以及第2节简述的敲齿噪声优化方法，通过优化传动系统扭振大小的方式，可解决取力器敲齿问题。

文中第2.1节发动机源头扭振控制方式，适用于项目研发之初的目标管控以及开发验收，后期整改周期长、难度大，不适用于现阶段。同时第2.2节描述的通过液力变矩器衰减发动机输出扭矩波动，其中锁止离合器结合状态下，通过降低液力变矩器减振弹簧刚度可以有效增大液力变矩器的扭振衰减能力，但现阶段要想降低减振弹簧刚度，等同于减振弹簧的重新选型和匹配，同时还涉及液力变矩器本体模具变动，硬件开发工作量大、整改周期长、整改费用高，也不适用于当前快速整改的要求。而锁止离合器的结合和分离是由自动变速器控制单元即TCU通过锁止电磁阀控制油压来实现，具体的结合点与分离点是根据实车运行情况标定选得，调整敲齿工况下液力变矩器锁止离合器工作状态，利用锁止离合器分离状态下输入、输出轴的非刚性连接，使内部油液吸收一定的发动机扭矩波动、衰减扭振，软件调整是目前节点的首选方案。

整改方案初定，立即协同变速器厂家进行调整细节讨论，查看当前的TCU换挡图谱如图6所示，可以了解到在油门开度小于28%，变速器3挡的液力变矩器锁止图谱解锁车速为23.6 km/h，对应的发动机转速为1 018 r/min，故敲齿工况下发动机转速1 200 r/min、车速26～28 km/h时液力变矩器的锁止离合器处于锁止状态，液力变矩器输入轴和输出轴刚性连接，内部油液无吸收发动机扭矩波动的作用。为使液力变矩器油液衰减扭振，那么3挡的解锁点需避开敲齿工况。

图6 TCU换挡图谱

按照如上整改思路，变速器厂家进行多次液力变矩器锁止图谱调整，并实车进行驾驶验收，最终在最佳的整车驾驶性能下，确定最优的3挡液力变矩器锁止图谱调整方案，调整对比图如图7所示。从图中可以看出，油门开度小于28%，调整后的变速器3挡液力变矩器锁止图谱解锁车速为31.7 km/h，对应的发动机转速为1 367 r/min。此时在原始的取力器敲齿工况点时，液力变矩器已解锁，锁止离合器处于分离状态，液力变矩器输入、输出轴非刚性连接，液力变矩器内部油液有吸收发动机扭矩波动的作用。

图7 调整后TCU换挡图谱前后对比

3.3 调整方案验收

将调整后的TCU软件写入至原车上进行取力器敲齿问题验收。同工况道路驾驶测试，主观评价敲齿噪声消失，使用INCA采集整车CAN数据分析，数据如图8所示。从数据上可以看出原始敲齿工况下变速器涡轮转速较调整前的波动明显减弱。结合主观驾评的取力器敲齿噪声消失的结果，可见通过调整液力变矩器锁止图谱，使敲齿工况点下，液力变矩器锁止离合器分离，利用液力变矩器内部油液衰减发动机扭矩波动有效，并能成功解决敲齿问题。

图8 调整后的整车CAN数据

4 结束语

敲齿噪声直接影响整车NVH性能，严重将引起用户抱怨，敲齿问题需有效解决。文中以某AT车型取力器敲齿噪声为研究对象，通过试验分析确定噪声产生部件为取力器，然后基于敲齿噪声产生的机制以及常用优化方法，综合实际情况决定通过调整TCU液力变矩器锁止图谱，利用液力变矩器锁止离合器分离状态下，液力变矩器输入、输出轴非刚性连接，内部油液衰减发动机的扭矩波动，以解决取力器敲齿问题，最后验收通过，可以为取力器敲齿问题整改提供参考，具有一定的实用价值。