雙離合器變速箱振動(dòng)載荷譜的采集與分析

朱思捷 程 章

（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051）

雙離合器變速箱振動(dòng)載荷譜的采集與分析

朱思捷 程 章

（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051）

對某款搭載DCT（Double clutch transmission，雙離合器自動(dòng)變速器）的車型在試驗(yàn)場按不同工況進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，使用兩個(gè)加速度傳感器采集DCT關(guān)鍵部位的振動(dòng)載荷譜，對采集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。結(jié)果顯示：DCT最大振動(dòng)加速度達(dá)到10.37 g，為DCT及其主要零部件結(jié)構(gòu)的CAE分析提供真實(shí)可靠的輸入邊界，對建立DCT載荷譜數(shù)據(jù)庫有重要意義。

雙離合器變速箱；載荷譜；數(shù)據(jù)采集；有效值

1 引言

雙離合器自動(dòng)變速器 （DCT）由于自身油耗低、動(dòng)力不中斷及駕乘舒適等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，其技術(shù)也日趨成熟，但DCT殼體及其內(nèi)部傳感器、液壓模塊和噴射油管等主要部件的CAE分析多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)，這些輸入數(shù)據(jù)和整車實(shí)際行駛工況存在一定的差異，因此，獲得真實(shí)可靠的DCT振動(dòng)載荷譜，對DCT結(jié)構(gòu)及其主要部件進(jìn)行CAE分析、疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和耐久性試驗(yàn)具有重要意義。和汽車相關(guān)的載荷譜采集與分析已有大量研究，但多是基于整車，用于研究整車可靠性與疲勞性。王國軍[1]等對城市用轎車實(shí)際行駛過程中的疲勞載荷進(jìn)行實(shí)測，采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法分析載荷譜，按分位點(diǎn)外推法將載荷譜在不同地域使用；李文禮[2]等采集用戶行駛載荷譜，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和雨流計(jì)數(shù)法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)合，為汽車室內(nèi)臺(tái)架耐久試驗(yàn)提供準(zhǔn)確可靠的載荷譜，鄒喜紅[3]等運(yùn)用遠(yuǎn)程參數(shù)控制技術(shù)來考核DCT中閥體和電子元件等部件在實(shí)際道路沖擊下的疲勞可靠性，并搭建道路模擬試驗(yàn)臺(tái)，再現(xiàn)實(shí)際道路沖擊載荷，縮短研發(fā)周期。在其他研究中[4-7]也多是基于整車在試驗(yàn)跑道上針對不同路況獲得的道路載荷譜，比如在卵石路扭曲路及搓板路等路況。本文主要是研究車輛在標(biāo)準(zhǔn)公路上正常行駛時(shí)遇到的突發(fā)工況，比如急加速、重剎車、急轉(zhuǎn)彎等工況。

2 DCT道路載荷譜的采集

一般運(yùn)用五輪儀法、六分力傳感器法及軸頭響應(yīng)法進(jìn)行道路載荷譜的測量，這些方法精度高、單次測量數(shù)據(jù)多，但由于使用的方法復(fù)雜、儀器昂貴而較少采用。本次試驗(yàn)主要采用加速度傳感器法，實(shí)時(shí)采集雙離合變速箱總成的振動(dòng)特性。

2.1 測點(diǎn)選擇與布置

在車輛正常行駛過程中，雙離合變速箱振動(dòng)源主要來自動(dòng)力總成的扭轉(zhuǎn)和地面的沖擊?？紤]資源限制和布置方便性，本次試驗(yàn)主要在雙離合變速箱上安裝兩個(gè)三向加速度傳感器。試驗(yàn)樣車尚未量產(chǎn)，已進(jìn)入OTS階段，樣車存在一些不穩(wěn)定狀態(tài)，主要配置如表1所示。傳感器布置在如圖1所示的位置上，一個(gè)布置在差速器上方位置的變速箱殼體上，一個(gè)布置在變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的法蘭面處。

表1 試驗(yàn)車輛主要技術(shù)參數(shù)

圖1 樣車上傳感器的布置

2.2 測試系統(tǒng)與采集

本次試驗(yàn)運(yùn)用CANape數(shù)字采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集信號。按照規(guī)定連接傳感器，并進(jìn)行固定，連接線固定時(shí)要考慮采集儀器使用的方便性，然后將連接好的傳感器和采集設(shè)備調(diào)試好，接著進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采集界面如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集界面

2.3 測試工況

根據(jù)駕駛員在實(shí)際駕駛時(shí)遇到不同路況進(jìn)行主觀評價(jià)，并在駕駛?cè)藛T能夠承受的速度內(nèi)控制車速[8]。制定的試驗(yàn)工況如表2所示。為驗(yàn)證采集的載荷譜的重復(fù)性和可靠性，每種工況采樣三次。

表2 測試工況

3 DCT道路載荷譜的分析

3.1 采集信號的預(yù)處理

在試車跑道上試驗(yàn)時(shí)外界干擾信號較多，如環(huán)境溫度、各頻段噪音急振動(dòng)，采集的原始信號通常包含高頻噪音、零點(diǎn)漂移及奇異信號。因此需要對采集到的信號進(jìn)行處理后方可采用，以免帶來誤差和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。一般采用除均值和濾波的方法對干擾信號進(jìn)行處理。采用均方根處理獲取數(shù)據(jù)的有效值。圖3是試驗(yàn)車輛兩種不同工況下的原始數(shù)據(jù)。其中縱坐標(biāo)代表加速度數(shù)值，單位g，即9.8 m/s2；橫坐標(biāo)軸代表時(shí)間，單位s。

圖3 試驗(yàn)車輛兩種不同工況的原始數(shù)據(jù)

圖4 去除奇異值后的樣車數(shù)據(jù)

從圖3（a）中可以看出油門開度大于50%急加速至50 Km/h后重剎的三次試驗(yàn)數(shù)據(jù)在8 s、18 s、28 s左右均出現(xiàn)了奇異值。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，后期處理數(shù)據(jù)時(shí)需要去除這些奇異值。圖3（a）去除奇異值后如圖4所示。這些奇異值在大油門重剎工況三次試驗(yàn)中均出現(xiàn)，從側(cè)面也反映了該雙離合變速箱可能存在敲齒現(xiàn)象，后期可對此現(xiàn)象進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 采集信號的分析

信號處理方法多種多樣，根據(jù)不同需求采用不同方法。卿宏軍等采用了雨流域、頻率域和時(shí)間域的統(tǒng)計(jì)分析方法對載荷譜進(jìn)行處理；譙凱等在對載荷譜進(jìn)行分析處理時(shí)主要采用了統(tǒng)計(jì)特征分析和子功率譜分析。本文根據(jù)試驗(yàn)需求主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行均方根處理，得到DCT在整車行駛中的有效數(shù)據(jù)，作為DCT及零部件在CAE分析的邊界輸入條件。利用DIAdem軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到數(shù)據(jù)的有效值，由于此次試驗(yàn)采樣頻率設(shè)置為10000 Hz，數(shù)據(jù)量較大，RMS分析時(shí)取0.01 s時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，部分如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)車輛RMS數(shù)據(jù)處理結(jié)果

3.3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

利用CANape數(shù)據(jù)采集卡針對上述四種工況進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。在NI DIAdem軟件中對數(shù)據(jù)進(jìn)行均方根有效值處理，得到的各工況下的有效值如表3所示。

表3中的數(shù)據(jù)顯示試驗(yàn)車輛的雙離合變速箱的最大振動(dòng)均沿X方向（方向坐標(biāo)見圖1），相同工況下X方向的振動(dòng)幅值較Y向、Z向更大。在整車設(shè)計(jì)時(shí)可以指導(dǎo)左右懸置的減震設(shè)計(jì)，更好地提高整車舒適性。同時(shí)對殼體及關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避開相應(yīng)的頻率段，保證殼體及零部件的耐久性和可靠性。

本次試驗(yàn)的最大振動(dòng)值為10.37 g，該值在實(shí)際使用中，可以根據(jù)使用工況或者匹配車型的不同，乘以1.1—1.3的安全系數(shù)。

表3 各工況下試驗(yàn)車輛數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果

4 總結(jié)

通過試驗(yàn)獲取了雙離合器變速箱的最大振動(dòng)加速度，為變速箱殼體及其關(guān)鍵零部件的有限元分析提供真實(shí)可靠的邊界輸入。在數(shù)據(jù)處理過程中，對偽信號的消除至關(guān)重要。此次試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)還需進(jìn)一步處理，如利用功率譜密度分析頻率分布，為設(shè)計(jì)變速箱殼體及其零部件避開此頻率區(qū)域，從而避免發(fā)生共振。

[1]王國軍，高峰.城市用轎車整車結(jié)構(gòu)疲勞載荷譜的采集與處理[J].高技術(shù)通訊，2006，（8）:825-829.

[2]李文禮，石曉輝，柯堅(jiān)，等.關(guān)聯(lián)用戶的汽車傳動(dòng)系載荷譜室內(nèi)臺(tái)架試驗(yàn)編制方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，（20）:143-150.

[3]鄒喜紅，譙凱，石曉輝，等.基于遠(yuǎn)程參數(shù)控制的DCT關(guān)鍵零部件道路模擬試驗(yàn)[J].中國機(jī)械工程，2013，（11）:1537-1541.

[4]卿紅軍，韓旭，陳志夫，等.某轎車結(jié)構(gòu)載荷譜采集與分析[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，（12）:32-36.

[5]陳有松，邱榮英，羅淼，等.基于道路載荷譜的車身疲勞壽命改進(jìn)研究[J].上海汽車，2012，（6）:26-30.

[6]雷達(dá)，陳劍，王雪玲.汽車電器試驗(yàn)臺(tái)道路模擬試驗(yàn)方法的研究與實(shí)現(xiàn)[J].噪聲與振動(dòng)控制，2009，（8）:67-69.

[7]譙凱，鄒喜紅，石曉輝，等.雙離合器變速器振動(dòng)與沖擊載荷譜的采集與分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（5）:19-23.

[8]王云鵬，李顯生.試驗(yàn)場特定路面對汽車振動(dòng)響應(yīng)的影響[J].公路交通科技，1997，（3）:59-62.

THE COLLECTION AND ANALYSIS OF DCT VIBRATION LOAD SPECTRUM

ZHU Si-jie CHENG Zhang
（Anhui Communications Vocational and Technical College,Hefei Anhui 230051）

The paper carries out a real car experiment of the DCT（Dual Clutch Transmission）carried on a car according to different working conditions in the proving ground.It uses two acceleration sensors to collect the vibration load spectrum of key parts of the DCT and analyzes the collected signal data.The results show that the maximum vibration acceleration of DCT can be 0.37g,which provides a true and reliable input boundary for CAE analysis of DCT and its key parts.It also plays a big role in establishing the DCT load spectrum data base.

DCT；Load spectrum；Data collection；RMS

U461.3

A

1672－2868（2016）06－0067－05

2016-10-05

安徽省級精品資源共享課程汽車檢測技術(shù)（項(xiàng)目編號：2015gxk126）

朱思捷（1979-），男，浙江金華人。安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與汽車工程系，講師。研究方向：機(jī)械與汽車制造。