雙離合自動(dòng)變速器振動(dòng)噪聲問(wèn)題分析與常規(guī)對(duì)策

韓小偉

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

雙離合自動(dòng)變速器，顧名思義，就是帶有兩套離合器機(jī)構(gòu)的自動(dòng)變速器，一般有兩種稱呼：一種是“真正雙離合變速器”，縮寫(xiě)是DCT(Dual Clutch Transmission)，另一種是“直接換檔變速器”，縮寫(xiě)是DSG(Direct Shift Gearbox)。它是自動(dòng)變速器家族的最新產(chǎn)品，也是汽車(chē)科技和速度的代名詞。它具有換擋效率高、響應(yīng)速度快、加速性能優(yōu)、燃油經(jīng)濟(jì)性好、傳動(dòng)性能佳等優(yōu)點(diǎn)，還有駕乘舒適性好、平順性高、產(chǎn)品成本相對(duì)較低等好處。所以近年來(lái)國(guó)內(nèi)多數(shù)主機(jī)廠，如上汽集團(tuán)、一汽集團(tuán)、廣汽集團(tuán)等，開(kāi)始陸陸續(xù)續(xù)將裝配雙離合自動(dòng)變速器的產(chǎn)品投入到市場(chǎng)當(dāng)中使用。單由于該產(chǎn)品在目前市場(chǎng)大量使用推廣階段、汽車(chē)新產(chǎn)品和變速器新技術(shù)的磨合下，產(chǎn)品匹配及設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)會(huì)部分存在一定的缺陷和不足，如易受溫度影響，功能受限；如小排量汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)低速扭矩不足現(xiàn)象；如產(chǎn)品換擋過(guò)程中振動(dòng)產(chǎn)生的異響等問(wèn)題。

本文主要針對(duì)某雙離合自動(dòng)變速器車(chē)型在某種使用工況下，在變檔過(guò)程中，產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲問(wèn)題，通過(guò)專項(xiàng)的整車(chē)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理軟件，確認(rèn)激勵(lì)源，從主觀到客觀對(duì)問(wèn)題展開(kāi)分析，提供優(yōu)化雙離合器總成的方式解決振動(dòng)噪聲問(wèn)題的解決方案，以保證產(chǎn)品的最佳工作性能。

1 雙離合自動(dòng)變速器的工作原理

雙離合變速器，結(jié)構(gòu)如圖1 所示，特點(diǎn)是含有兩套離合器系統(tǒng)，配有兩根動(dòng)力輸出軸，每一根都分別的與一個(gè)離合相連，分別控制不同的檔位，從而在換擋過(guò)程中動(dòng)力輸出連續(xù)。將兩套離合器各自負(fù)責(zé)的部分假想成兩個(gè)變速器，當(dāng)一個(gè)變速器工作時(shí)，另一個(gè)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過(guò)兩個(gè)離合器間的切換實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變速器的交替工作(當(dāng)車(chē)輛在奇數(shù)檔位行駛時(shí)，可預(yù)先掛好偶數(shù)檔)在保證動(dòng)力不間斷的情況下，實(shí)現(xiàn)各檔位間的平穩(wěn)變換。以6 速雙離合變速器為例，一個(gè)控制1、3、5 檔，一個(gè)控制2、4、6、R 檔。如果離合器1 通過(guò)實(shí)心軸與擋位1、3、5 相連，那么離合器2 則通過(guò)空心軸與擋位2、4、6和倒擋相連。在使用1 檔的時(shí)候，2 檔就已經(jīng)準(zhǔn)備好了，其他擋位同理，所以換檔時(shí)間大大縮短，幾乎沒(méi)有延時(shí)。

圖1 雙離合自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)

以該車(chē)型6 速雙離合自動(dòng)變速器產(chǎn)品為例，結(jié)構(gòu)如圖2所示，是典型雙離合自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有干式雙離合器系統(tǒng)，6 個(gè)前進(jìn)擋加1 倒檔。離合器1 控制奇數(shù)檔位1擋、3 擋、5 檔，離合器2 控制偶數(shù)檔位2 擋、4 擋、6 擋、R 檔。該變速器齒輪加工工藝是倒檔采用剃齒工藝，其它齒輪采用磨齒或珩齒工藝，變速器匹配的是單質(zhì)量飛輪和雙質(zhì)量飛輪，具體匹配哪種質(zhì)量的飛輪，這取決于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。齒輪和軸均由精密工藝加工，軸頸光整加工。變速器齒輪嘯叫主觀評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)VER7.0 及以上。如果內(nèi)外輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，那么內(nèi)外輸入軸間的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲對(duì)軸肩的表面加工質(zhì)量(FFT)非常敏感。同時(shí)預(yù)選檔策略對(duì)雙離合器變速器的振動(dòng)噪聲表現(xiàn)有非常重要的影響。

圖2 該車(chē)型6 速雙離合自動(dòng)變速器剖面圖

2 雙離合自動(dòng)變速器的振動(dòng)噪聲問(wèn)題

主觀上感知的振動(dòng)噪聲問(wèn)題有換檔噪聲(Shift Noise) ，離合器切換噪聲 (Clutch Handover)，“咔嗒- 咔嗒”聲(Click-Clack Noise)，離合器顫振(Clutch Judder)，油泵泵油噪聲(wet clutch)，其他常規(guī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題。

換檔噪聲是指在雙離合自動(dòng)變速器在檔位預(yù)選，減擋過(guò)程中所產(chǎn)生的噪聲。該車(chē)型6 速雙離合自動(dòng)變速器的換擋噪聲出現(xiàn)在車(chē)輛減速工況情況下，在雙離合自動(dòng)變速器tip in/out 工況下預(yù)選檔位時(shí)，主要是在1 檔、2 檔和倒檔的時(shí)候?？梢詮能?chē)內(nèi)聽(tīng)到一聲短暫的類似金屬敲擊的聲音-“咔塔”“咔塔”聲，嚴(yán)重降低了車(chē)內(nèi)乘坐舒適性，誘發(fā)客戶不滿，所以該問(wèn)題亟待解決。

專項(xiàng)的整車(chē)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理軟件檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖3-4 所示，屬于換擋噪聲問(wèn)題。

圖3 該車(chē)型6 速雙離合自動(dòng)變速器換擋噪聲圖

3 振動(dòng)噪聲原因分析

影響變速器換檔噪聲的因素見(jiàn)表1。

表1 變速器換檔噪聲的影響因素

先后經(jīng)過(guò)對(duì)變速器換擋點(diǎn)、離合器扭矩、換擋速度、車(chē)輛縱向加速度以及整車(chē)各種影響因素的分析，先后排除了變速器換擋點(diǎn)、換擋速度、車(chē)輛縱向加速度以及整車(chē)因素，問(wèn)題的源頭在離合器扭矩上。原理是離合器傳遞的扭矩時(shí)而下降、時(shí)而上升，當(dāng)離合器扭矩相互切換時(shí)，變速器輸入軸會(huì)產(chǎn)生扭矩或轉(zhuǎn)速波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)引起變速器內(nèi)部零件的敲擊。敲擊的響應(yīng)頻率與波動(dòng)頻率一致。根本原因是該車(chē)的自動(dòng)變速器雙離合器相互交換時(shí)，離合器2 執(zhí)行器(指的是分離撥叉)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸向振動(dòng)，使外輸入軸產(chǎn)生軸向和徑向的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

具體產(chǎn)生原因是變速器在tip in/out 工況下，預(yù)選的檔位連接著被動(dòng)離合器(passive clutch)，這個(gè)離合器的慣量較大，導(dǎo)致離合器完全打開(kāi)。當(dāng)扭矩/轉(zhuǎn)速反向時(shí)，預(yù)選檔位的間隙瞬間被消除，且拖著一個(gè)比較大慣量的被動(dòng)離合器。導(dǎo)致嚴(yán)重的瞬間沖擊聲。此聲音被定義為“咔嗒-咔嗒”聲。如果沒(méi)有預(yù)選檔，則無(wú)“咔嗒-咔嗒”聲。消除“咔嗒-咔嗒”聲的方法一般是預(yù)掛檔的時(shí)間盡量短。當(dāng)有預(yù)掛檔的時(shí)候，在被動(dòng)離合器上加載一個(gè)負(fù)載扭矩。

4 優(yōu)化改進(jìn)

針對(duì)此換擋噪聲問(wèn)題，經(jīng)過(guò)綜合分析后，解決辦法一方面是在離合器執(zhí)行器上加質(zhì)量塊，減小其運(yùn)動(dòng)時(shí)的軸向振動(dòng)(DMF 的應(yīng)用)。另一方面優(yōu)化離合器2 的減振特性(SMF 的應(yīng)用)。

圖4 該車(chē)型6 速雙離合自動(dòng)變速器換擋噪聲圖

具體解決離合器顫振的方案是通過(guò)軟件標(biāo)定優(yōu)化離合器滑磨過(guò)程。同時(shí)優(yōu)化整車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化，優(yōu)化傳動(dòng)軸等，降低整車(chē)上離合器顫振的敏感性。

為了降低在離合器滑動(dòng)階段產(chǎn)生的扭矩震動(dòng)噪聲，應(yīng)該降低輸入軸的徑向形變；校正離合器盤(pán)徑向偏移或傾斜。

避免離合器盤(pán)，壓盤(pán)和中心盤(pán)產(chǎn)生的幾何形狀缺陷；同時(shí)避免發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，輸出轉(zhuǎn)速，滑摩轉(zhuǎn)速產(chǎn)生共振問(wèn)題。離合器滑動(dòng)時(shí)候出現(xiàn)抖動(dòng)和敲擊聲的振動(dòng)噪聲問(wèn)題此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和變速器輸入軸轉(zhuǎn)速不相等，見(jiàn)圖5。

圖5 該款6 速雙離合自動(dòng)變速器改進(jìn)后換擋噪聲圖

通過(guò)多次對(duì)離合器執(zhí)行器上加質(zhì)量塊，減小其運(yùn)動(dòng)時(shí)的軸向振動(dòng)，降低在離合器滑動(dòng)階段產(chǎn)生的扭矩震動(dòng)/噪聲，發(fā)現(xiàn)此款雙離合自動(dòng)變速器的NVH（Noise、Vibration、Harshness）性能和整車(chē)換檔性能得到了最佳,并通過(guò)了整車(chē)性能驗(yàn)證，自動(dòng)變速器換擋噪聲消失。

5 結(jié)論

通過(guò)在雙離合自動(dòng)變速器變檔過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲問(wèn)題的分析與優(yōu)化，總結(jié)如下：

5.1 通過(guò)對(duì)換擋過(guò)程中變速器內(nèi)部瞬態(tài)聲響波動(dòng)的監(jiān)控，可以為振動(dòng)噪聲問(wèn)題提供客觀數(shù)據(jù)支持，不但直觀而且也便于量化分析。

5.2 在車(chē)輛減速，在雙離合自動(dòng)變速器tip in/out 工況下出現(xiàn)的換擋噪聲，在保證換檔性能的同時(shí)，進(jìn)行離合器扭矩控制優(yōu)化可以作為一種嘗試方案。

5.3 通過(guò)對(duì)雙離合自動(dòng)變速器的NVH 的客觀評(píng)估，可以為汽車(chē)底盤(pán)傳動(dòng)系匹配提供參考。