某适时四驱纯电动乘用车减速器Clunk问题分析与优化

隋甲龙　张成　吴松国　罗明杰　王章钊

摘 要：由于纯电动乘用车动力系统的“硬连接”特点和电驱系统的瞬时响应特性，整车行驶过程中载荷瞬时交变工况下常会出现表现为金属敲击噪声和整车抖动的Clunk问题，严重影响整车舒适性。文章以某适时四驱纯电动乘用车前置减速器Clunk问题为例，系统地阐述了Clunk问题的测试分析与排查过程，并提出减小行半齿间隙的优化方案。有效解决了该车型四驱状态下低速行驶过程中Tip-in和Tip-out工况时出现的Clunk问题，具有较强的工程实操性。对于解决类似的电驱动系统Clunk异响问题，具有重要的工程指导意义。

关键词：减速器 Clunk Tip-in/out 间隙

1 引言

随着汽车排放要求逐渐严苛，目前乘用车的研究重心已经逐步转移到纯电车型上。电动车的NVH性能一直是评价其舒适度的关键指标。相比于传统燃油车，电动车缺少发动机的掩蔽效应，各种噪声更容易凸显出来，特别是减速器作为电动汽车的主要传动部件，其NVH表现对整车的NVH性能有着至关重要的影响。

减速器的异响主要分为：啸叫噪声、敲击异响和Clunk问题，其中Clunk也被称为Clonk问题、瞬态冲击或者撞击噪声。目前已有大量学者对减速器异响问题进行了研究，严生辉分析了某乘用车传动系Clunk噪声的产生机理与控制策略[1]；刘芳、许书超等人分析了某型汽车变速器Clunk问题及其优化方法[2]；马虎森、陈晓利研究了某客车传动系加/减油门Clunk问题并给出了合理的解决办法[3]；贾晨光对变速器clunk噪声评价方法与优化控制进行了研究[4]；袁振松、陈清爽等人对某前置前驱车tip in Clunk问题进行了优化[5]。

文章以某适时四驱纯电动乘用车减速器为研究对象，分析了减速器Clunk问题的产生机理，介绍了减速器Clunk问题的高效测试排查方法，提出了仅对减速器做轻微调整的有效优化措施，解决了此纯电动乘用车的Clunk问题；对于解决类似的纯电动车型减速器瞬态冲击异响问题，具有重要的指导意义。

2 Clunk问题产生机理

与燃油发动机相比，驱动电机动力响应更快，传动换向更频繁快速，转矩输出的变化率也更大。并且与传统燃油车相比，纯电动车传动系统的各零部件之间没有离合器或液力变矩器等传动减振部件，而是采用了“硬连接”形式[6]。而纯电动车传动系统及减速器内部齿轮副、花键连接副等硬连接动力传递机构之间，由于制造误差、安装误差、润滑需要和使用磨损等原因，不可避免地会存在一定间隙；当汽车传递到减速器的扭矩发生突变时，减速器瞬间响应，内部齿轮啮合面及花键啮合面间发生撞击，撞击能量足够大时往往表现为一种明显的金属撞击声，并伴有较为明显的振动感受，即Clunk问题。

汽车处于踩油门（Tip-in）、收油门（Tip-out）、换挡、起步等工况时，都会产生扭矩的突变，均满足Clunk 发生的工况条件。目前常见的纯电动乘用车在行驶过程中没有换挡过程，且起步时通常不会有过大的能量积蓄，会造成较大的瞬时冲击；因此常见的纯电动乘用车Clunk问题主要发生在踩油门（Tip-in）和收油门（Tip-out）工况。

3 Clunk问题排查与分析

3.1 问题描述

某适时四驱纯电动乘用车在光滑的路面上以四驱状态低速行驶过程中，在Tip-in和Tip-out工况下时均出现了明显的金属敲击声，主观评价不可接受。按照图1的方式进行实车测试，测试结果如图2所示振动响应峰值明显，存在明显的Clunk噪声。但当整车前置减速器处于脱开状态时，在Tip-in和Tip-out工况下的金属敲击声消失。因此判断整车在四驱状态下的Clunk问题由前置减速器内部啮合面撞击引起。

3.2 问题排查与分析

分析测试数据可以初步判断异响出现在前置减速器内，但是具体的异响位置无法通过主观断定。Clunk问题是由啮合面撞击引起且常伴随振动发生，振动在减速器内的主要传递路径为啮合点—轴—轴承—壳体。因此为进一步确定出现Clunk问题的位置，利用半消台架模拟整车出现Clunk时的工况，同时监测减速器壳体上各主要传动部件对应位置的振动，以此来判断引起Clunk问题的主要部件。

3.2.1 测点布置

减速器内部主要啮合传动部件可以简单分为输入轴组件、中间轴组件和差速器组件，如图3所示在减速器壳体表面输入轴、中间轴、差速器对应位置分别布置振动传感器，采集各测点振动数据。

3.2.2 测试结果

测试结果如图4所示，各测点振动同时发生，但壳体上差速器测点振动量级明显高于输入轴和中间轴测点，Clunk声出现时差速器处振动最大，因此怀疑此Clunk问题为差速器内啮合连接件间间隙过大所致。此减速器使用的为常见的对称式圆锥齿轮开式差速器，主要由差速器壳、一字行星齿轮轴、两个行星齿轮、两个半轴齿轮、两个球形垫片、两个平面垫片和两个推力轴承等组成，其中可引起瞬时冲击的啮合点有行星轮与半轴齿轮啮合、半轴齿轮与节叉间的连接花键啮合。行星齿轮与半轴齿轮啮合面远大于花键啮合面，且行半轴齿轮间隙的调整较花键间隙调整更容易，因此优先考虑行半齿轮啮合的影响。

4 优化方案与验证

减小齿轮间隙可以有效降低扭矩突变时齿面撞击强度，是解决由齿轮啮合点撞击引起的Clunk问题主要手段之一。如图5所示通过调整半轴齿轮与差壳间垫片厚度可以有效的改变行半轴齿轮间的间隙，目前行半轴齿轮间的间隙为0.15mm，在保证齿轮正常工作的情況下减小齿轮间隙，制定优化方案及结果峰值如图6所示，具体台架测试结果如图7所示。

测试结果表明：方案一和方案二较原始状态振动响应峰值均有明显降低，Clunk问题均有明显改善。整体评价为方案二优于方案一优于原始状态，且方案二齿轮正常啮合，无间隙过小问题，整车优化方向优先考虑方案二。

选择方案二进行整车验证，低速行驶时Tip-in和Tip-out工况下无明显金属敲击声，主观评价可接受；客观数据结果如图8所示，与台架测试结果相符，整车振动响应峰值从1.90g降低到1.09g，且响应峰值数量明显减少，整车Clunk问题得到明显改善。

5 结论

文章以某适时四驱纯电动乘用车前置减速器Clunk问题为例，详细阐述了电驱传动系统Clunk问题的测试分析与排查过程，准确找到产生Clunk问题的源头，提出了通过调整垫片厚度来减小行半齿间隙以降低齿面瞬时敲击强度的方法。通过该方法减速器单体Clunk振动响应峰值降低了10.24g，整车峰值能量降低了42.6%，该车型四驱状态下低速行驶过程Tip-in和Tip-out工况时出现的Clunk问题得到了明显优化。同时通过调整半轴齿轮与差速器间垫片厚度进而减小行半齿间隙的方法成本低，工程实操性强，有重要的工程借鉴意义。

基金项目：“绵阳市科技局2022年中央引导地方科技发展项目“新能源汽车电驱动系统高转速低噪音传动装置研发及成果转化”（项目编号：2022ZYDF002）。

参考文献：

[1]严生辉.某乘用车传动系Clunk噪声机理分析与控制[D].重庆理工大学，2022.

[2]刘芳，许书超，贾晨光，张乐乐，韩杰.某型汽车变速器Clunk问题分析及优化[J].机械传动，2021，45（09）：156-163.

[3]马虎森，陈晓利.某客车传动系加/减油门Clunk问题分析与解决[J].汽车零部件，2020（07）：75-79.

[4]贾晨光. 变速器clunk噪声评价研究与优化控制[D].河北工业大学，2020.

[5]袁振松，陈清爽，钟秤平，段龙杨，魏林鑫，熊凯.某前置前驱车tip in clunk机理研究及优化[J].噪声与振动控制，2020，40（01）：138-142+170.

[6]张军，焦明，岳中英，常玉朋，黄循奇.某纯电动汽车减速器加速异响问题分析与减速器优化[J].噪声与振动控制，2022，42（02）：241-246.