某车型的旋钮电子换挡器噪音解决措施

祝思敏，聂晓龙，万志坚

（江铃汽车股份有限公司 动力总成研究院，江西 南昌 330200）

电子换挡器工作涉及了电子控制单元（Elect- ronic control Unit, ECU）、一致性控制单元（Shift Control Unit, SCU）、变速箱控制单元（Transmis- sion Control Unit, TCU）信号的交互，工作的场景相对比较复杂，除了承担传统换挡器的换挡功能，还需要结合驾驶意图及车辆状态，根据各模块的诊断逻辑作出一些挡位显示、灯光指示、P挡锁止、P挡解锁、自动回P等响应。

本文主要讲述某车型的电子旋钮换挡器在P挡锁止和解锁时所产生的噪音问题及其改善措施。

1 旋钮电子换挡器功能描述

图1为某量产车型的旋钮电子换挡器图样，图2是数模图，旋钮电子换挡器的主要功能有以下几点。

图1 实车图示

图2 数模图示

1.挡位切换

驾驶员转动旋钮进行PRND换挡操作请求，SCU将挡位信号发送给TCU，TCU控制变速箱执行挡位切换。

2.模式切换

当驾驶员需要车有较好的动力性或经济性时，换挡器上有按键可以触发模式切换，也可以根据整车的需求增设手动挡模式。

3.P挡锁止与解锁

换挡器SCU接收并响应TCU的P挡锁止和解锁请求，实现车辆熄火后无法旋出P挡和车辆点火后踩刹车能旋出P挡操作。所谓锁止就是指把换挡器的旋钮固定在P挡位置，不能做任何有效的物理移动。该车型的换挡器工作噪音主要产生于该场景，P挡锁止及解锁的工作逻辑图如图3所示，逻辑图所涉及的零件结构可参考图4。

图3 P挡锁止及解锁工作逻辑图

图4 换挡器内部零件构成图

4.自动回P功能

换挡器接收TCU回P挡命令后，可以实现从任何非P挡位自动回到P挡的动作。

5.指示功能

主要分为挡位指示功能、氛围灯指示功能、故障指示功能等。

2 噪音分析及改善措施

该车的噪音抱怨主要来源于当车辆上电和下电时，换挡器锁止和解锁过程中，主观感受噪音异常，经测试高达55 dB，远超目标值42 dB。

图5是旋钮电子换挡器上、下壳体及其内部结构图，上壳体主要零部件有惰轮、锁销、齿圈，下壳体主要零部件有电机、电机蜗杆、齿圈限位点等。当TCU发出P挡锁止或解锁指令时，换挡器将按照图3所示逻辑图进行动作，整个过程环节较多，噪音的潜在因子也相对增多，以下将尝试的解决措施逐个展开。

图5 上、下壳体内部结构图

2.1 降低驱动电机噪音

电机工作必定有声音，而当声音过大时，则形成了噪音。电机噪音是许多电子件的常见问题，分为内部因素和外部因素。内部因素则为电机工作噪音的降低，这种方式耗时长，所以通常推荐重新选型，但在该项目中，电机相关的功能试验均已完成，重新选择新电机意味着之前所有的试验都需要重做，而且下壳体需重新开模， 至少要2个月时间，所以最终尝试了从外部因素解决，即电机外增加隔音包裹的方案，如图6所示，电机通过增加耐温耐候降噪的橡胶外包裹，有效地降低了2 dB～5 dB噪音。

图6 电机增加橡胶隔振后图示

2.2 惰轮和齿圈优化

如图4所示，惰轮和齿圈在换挡器中起到了上下壳体零件机械运动传递的作用，惰轮及齿圈的齿形、向晃动量、垂直度不仅影响整个力的传动平顺性与传递效率，同时也会影响工作噪音，尤其是惰轮与惰轮固定轴的同轴度，本案中并未找到贡献量。

2.3 锁销增加缓冲材料

锁销与壳体和齿圈在P挡锁止和解锁时产生的撞击是“哒哒”异响声的直接原因，一般最直接的改善方案是在锁销上增加缓冲材料减小撞击声，同时我们也可以合理调整弹簧的参数，通过缓冲锁销与壳体的撞击来降低敲击声。

为进一步明确噪音点，排查时通过拆解电子换挡器壳体，并使用外接电源驱动电机，发现锁止声音出现在锁止过程中锁销最终碰撞齿圈的位置。在锁槽处增加3 mm厚度毛毡后，再次测量声音，锁止声音基本可消除。如图7所示，方案搭载整车耐久试验后，毛毡容易被挤压变形功能失效，方案因此未采纳。

图7 耐久前后毛毡对比（左为新件，右为耐久后）

2.4 降低电机蜗杆晃动量

通过外接电源驱动电机，发现电机轴偏置厉害，去除锁止销等负载，电机自身声音较大，测量电机蜗杆晃动量为0.4 mm，大于设计要求0.3 mm。为进一步证明猜想，随机选取20个样本进行测试分析，如表1所示，蜗杆与电机的压装前间隙、压装后间隙与蜗杆晃动量没有绝对的对应关系，但晃动量和噪音分贝值基本成正比，尤其是#7、#12、#14、#17几个超差件，最高噪音达到了59.8 dB，远超设计目标，由此可见，晃动量是影响噪音的关键因子，经工艺分析，最终通过调整蜗杆装配的压装力，将蜗杆晃动量控制在0.3 mm。

表1 蜗杆晃动量与噪音分贝值测试数据表

2.5 换挡器壳体结构优化

为降低齿圈在旋转过程中与壳体的接触面积，一般会在壳体上设计一些凸筋，试验中发现，凸筋的高度调整对齿圈旋转时产生的噪音有很好的改善效果。而当换挡器执行P挡锁止和解锁动作时，锁销的上下活动会导致齿圈另一端翘起，当锁销落下时与壳体撞击从而产生敲击声。试验证明，取消图8中所示位置，即与锁销中心对称位置处的齿圈支撑凸筋，可减小锁销落下时齿圈与壳体的撞击声，图9所示的测试数据表明，20个测试件中，改善效果最佳的高达6 dB，效果较明显。

图8 下壳体凸筋取消前后对比图

图9 凸筋取消前后P挡锁止噪音对比

2.6 安装位置和安装方式优化

如图10所示，换挡器所安装的副仪表台是个空腔，为避免换挡器工作噪音因此被放大，故先后尝试了在安装底座的空腔内填满隔音棉，以及在换挡器安装孔位上增加橡胶衬套，但最终测试噪音并无改善，图10中填的白色物体则为隔音棉，图11是橡胶衬套方案图。

图10 安装腔体加隔音棉

图11 安装孔增加衬套

综上，措施2.2、2.3、2.6因验证无效最终未被采纳，该车噪音问题选取了措施2.1、2.4、2.5进行了优化，整体噪音基本可以控制到41 dB以下， 方案实施后，没有再收到关于换挡噪音的抱怨。

3 总结

因旋钮电子换挡器的结构复杂，噪音传递路径较多，所以在问题分析时一定要根据项目背景和结构特点进行关键方案验证，此次噪音改善最终确认的有效路径总结如下：

（1）电机外部增加隔音包裹；

（2）控制电机蜗杆的晃动量；

（3）换挡器壳体的齿圈支撑凸筋优化。