某車型的旋鈕電子換擋器噪音解決措施

祝思敏，聶曉龍，萬志堅(jiān)

（江鈴汽車股份有限公司 動力總成研究院，江西 南昌 330200）

電子換擋器工作涉及了電子控制單元（Elect- ronic control Unit, ECU）、一致性控制單元（Shift Control Unit, SCU）、變速箱控制單元（Transmis- sion Control Unit, TCU）信號的交互，工作的場景相對比較復(fù)雜，除了承擔(dān)傳統(tǒng)換擋器的換擋功能，還需要結(jié)合駕駛意圖及車輛狀態(tài)，根據(jù)各模塊的診斷邏輯作出一些擋位顯示、燈光指示、P擋鎖止、P擋解鎖、自動回P等響應(yīng)。

本文主要講述某車型的電子旋鈕換擋器在P擋鎖止和解鎖時(shí)所產(chǎn)生的噪音問題及其改善措施。

1 旋鈕電子換擋器功能描述

圖1為某量產(chǎn)車型的旋鈕電子換擋器圖樣，圖2是數(shù)模圖，旋鈕電子換擋器的主要功能有以下幾點(diǎn)。

圖1 實(shí)車圖示

圖2 數(shù)模圖示

1.擋位切換

駕駛員轉(zhuǎn)動旋鈕進(jìn)行PRND換擋操作請求，SCU將擋位信號發(fā)送給TCU，TCU控制變速箱執(zhí)行擋位切換。

2.模式切換

當(dāng)駕駛員需要車有較好的動力性或經(jīng)濟(jì)性時(shí)，換擋器上有按鍵可以觸發(fā)模式切換，也可以根據(jù)整車的需求增設(shè)手動擋模式。

3.P擋鎖止與解鎖

換擋器SCU接收并響應(yīng)TCU的P擋鎖止和解鎖請求，實(shí)現(xiàn)車輛熄火后無法旋出P擋和車輛點(diǎn)火后踩剎車能旋出P擋操作。所謂鎖止就是指把換擋器的旋鈕固定在P擋位置，不能做任何有效的物理移動。該車型的換擋器工作噪音主要產(chǎn)生于該場景，P擋鎖止及解鎖的工作邏輯圖如圖3所示，邏輯圖所涉及的零件結(jié)構(gòu)可參考圖4。

圖3 P擋鎖止及解鎖工作邏輯圖

圖4 換擋器內(nèi)部零件構(gòu)成圖

4.自動回P功能

換擋器接收TCU回P擋命令后，可以實(shí)現(xiàn)從任何非P擋位自動回到P擋的動作。

5.指示功能

主要分為擋位指示功能、氛圍燈指示功能、故障指示功能等。

2 噪音分析及改善措施

該車的噪音抱怨主要來源于當(dāng)車輛上電和下電時(shí)，換擋器鎖止和解鎖過程中，主觀感受噪音異常，經(jīng)測試高達(dá)55 dB，遠(yuǎn)超目標(biāo)值42 dB。

圖5是旋鈕電子換擋器上、下殼體及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，上殼體主要零部件有惰輪、鎖銷、齒圈，下殼體主要零部件有電機(jī)、電機(jī)蝸桿、齒圈限位點(diǎn)等。當(dāng)TCU發(fā)出P擋鎖止或解鎖指令時(shí)，換擋器將按照圖3所示邏輯圖進(jìn)行動作，整個(gè)過程環(huán)節(jié)較多，噪音的潛在因子也相對增多，以下將嘗試的解決措施逐個(gè)展開。

圖5 上、下殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.1 降低驅(qū)動電機(jī)噪音

電機(jī)工作必定有聲音，而當(dāng)聲音過大時(shí)，則形成了噪音。電機(jī)噪音是許多電子件的常見問題，分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素則為電機(jī)工作噪音的降低，這種方式耗時(shí)長，所以通常推薦重新選型，但在該項(xiàng)目中，電機(jī)相關(guān)的功能試驗(yàn)均已完成，重新選擇新電機(jī)意味著之前所有的試驗(yàn)都需要重做，而且下殼體需重新開模， 至少要2個(gè)月時(shí)間，所以最終嘗試了從外部因素解決，即電機(jī)外增加隔音包裹的方案，如圖6所示，電機(jī)通過增加耐溫耐候降噪的橡膠外包裹，有效地降低了2 dB～5 dB噪音。

圖6 電機(jī)增加橡膠隔振后圖示

2.2 惰輪和齒圈優(yōu)化

如圖4所示，惰輪和齒圈在換擋器中起到了上下殼體零件機(jī)械運(yùn)動傳遞的作用，惰輪及齒圈的齒形、向晃動量、垂直度不僅影響整個(gè)力的傳動平順性與傳遞效率，同時(shí)也會影響工作噪音，尤其是惰輪與惰輪固定軸的同軸度，本案中并未找到貢獻(xiàn)量。

2.3 鎖銷增加緩沖材料

鎖銷與殼體和齒圈在P擋鎖止和解鎖時(shí)產(chǎn)生的撞擊是“噠噠”異響聲的直接原因，一般最直接的改善方案是在鎖銷上增加緩沖材料減小撞擊聲，同時(shí)我們也可以合理調(diào)整彈簧的參數(shù)，通過緩沖鎖銷與殼體的撞擊來降低敲擊聲。

為進(jìn)一步明確噪音點(diǎn)，排查時(shí)通過拆解電子換擋器殼體，并使用外接電源驅(qū)動電機(jī)，發(fā)現(xiàn)鎖止聲音出現(xiàn)在鎖止過程中鎖銷最終碰撞齒圈的位置。在鎖槽處增加3 mm厚度毛氈后，再次測量聲音，鎖止聲音基本可消除。如圖7所示，方案搭載整車耐久試驗(yàn)后，毛氈容易被擠壓變形功能失效，方案因此未采納。

圖7 耐久前后毛氈對比（左為新件，右為耐久后）

2.4 降低電機(jī)蝸桿晃動量

通過外接電源驅(qū)動電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸偏置厲害，去除鎖止銷等負(fù)載，電機(jī)自身聲音較大，測量電機(jī)蝸桿晃動量為0.4 mm，大于設(shè)計(jì)要求0.3 mm。為進(jìn)一步證明猜想，隨機(jī)選取20個(gè)樣本進(jìn)行測試分析，如表1所示，蝸桿與電機(jī)的壓裝前間隙、壓裝后間隙與蝸桿晃動量沒有絕對的對應(yīng)關(guān)系，但晃動量和噪音分貝值基本成正比，尤其是#7、#12、#14、#17幾個(gè)超差件，最高噪音達(dá)到了59.8 dB，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)目標(biāo)，由此可見，晃動量是影響噪音的關(guān)鍵因子，經(jīng)工藝分析，最終通過調(diào)整蝸桿裝配的壓裝力，將蝸桿晃動量控制在0.3 mm。

表1 蝸桿晃動量與噪音分貝值測試數(shù)據(jù)表

2.5 換擋器殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為降低齒圈在旋轉(zhuǎn)過程中與殼體的接觸面積，一般會在殼體上設(shè)計(jì)一些凸筋，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，凸筋的高度調(diào)整對齒圈旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音有很好的改善效果。而當(dāng)換擋器執(zhí)行P擋鎖止和解鎖動作時(shí)，鎖銷的上下活動會導(dǎo)致齒圈另一端翹起，當(dāng)鎖銷落下時(shí)與殼體撞擊從而產(chǎn)生敲擊聲。試驗(yàn)證明，取消圖8中所示位置，即與鎖銷中心對稱位置處的齒圈支撐凸筋，可減小鎖銷落下時(shí)齒圈與殼體的撞擊聲，圖9所示的測試數(shù)據(jù)表明，20個(gè)測試件中，改善效果最佳的高達(dá)6 dB，效果較明顯。

圖8 下殼體凸筋取消前后對比圖

圖9 凸筋取消前后P擋鎖止噪音對比

2.6 安裝位置和安裝方式優(yōu)化

如圖10所示，換擋器所安裝的副儀表臺是個(gè)空腔，為避免換擋器工作噪音因此被放大，故先后嘗試了在安裝底座的空腔內(nèi)填滿隔音棉，以及在換擋器安裝孔位上增加橡膠襯套，但最終測試噪音并無改善，圖10中填的白色物體則為隔音棉，圖11是橡膠襯套方案圖。

圖10 安裝腔體加隔音棉

圖11 安裝孔增加襯套

綜上，措施2.2、2.3、2.6因驗(yàn)證無效最終未被采納，該車噪音問題選取了措施2.1、2.4、2.5進(jìn)行了優(yōu)化，整體噪音基本可以控制到41 dB以下， 方案實(shí)施后，沒有再收到關(guān)于換擋噪音的抱怨。

3 總結(jié)

因旋鈕電子換擋器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪音傳遞路徑較多，所以在問題分析時(shí)一定要根據(jù)項(xiàng)目背景和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行關(guān)鍵方案驗(yàn)證，此次噪音改善最終確認(rèn)的有效路徑總結(jié)如下：

（1）電機(jī)外部增加隔音包裹；

（2）控制電機(jī)蝸桿的晃動量；

（3）換擋器殼體的齒圈支撐凸筋優(yōu)化。