雙離合自動變速器振動噪聲問題分析與常規對策

韓小偉

（蕪湖職業技術學院，安徽 蕪湖 241000）

雙離合自動變速器，顧名思義，就是帶有兩套離合器機構的自動變速器，一般有兩種稱呼：一種是“真正雙離合變速器”，縮寫是DCT(Dual Clutch Transmission)，另一種是“直接換檔變速器”，縮寫是DSG(Direct Shift Gearbox)。它是自動變速器家族的最新產品，也是汽車科技和速度的代名詞。它具有換擋效率高、響應速度快、加速性能優、燃油經濟性好、傳動性能佳等優點，還有駕乘舒適性好、平順性高、產品成本相對較低等好處。所以近年來國內多數主機廠，如上汽集團、一汽集團、廣汽集團等，開始陸陸續續將裝配雙離合自動變速器的產品投入到市場當中使用。單由于該產品在目前市場大量使用推廣階段、汽車新產品和變速器新技術的磨合下，產品匹配及設計制造環節會部分存在一定的缺陷和不足，如易受溫度影響，功能受限；如小排量汽車會出現低速扭矩不足現象；如產品換擋過程中振動產生的異響等問題。

本文主要針對某雙離合自動變速器車型在某種使用工況下，在變檔過程中，產生的振動噪聲問題，通過專項的整車測試及數據處理軟件，確認激勵源，從主觀到客觀對問題展開分析，提供優化雙離合器總成的方式解決振動噪聲問題的解決方案，以保證產品的最佳工作性能。

1 雙離合自動變速器的工作原理

雙離合變速器，結構如圖1 所示，特點是含有兩套離合器系統，配有兩根動力輸出軸，每一根都分別的與一個離合相連，分別控制不同的檔位，從而在換擋過程中動力輸出連續。將兩套離合器各自負責的部分假想成兩個變速器，當一個變速器工作時，另一個處于空轉狀態。通過兩個離合器間的切換實現兩個變速器的交替工作(當車輛在奇數檔位行駛時，可預先掛好偶數檔)在保證動力不間斷的情況下，實現各檔位間的平穩變換。以6 速雙離合變速器為例，一個控制1、3、5 檔，一個控制2、4、6、R 檔。如果離合器1 通過實心軸與擋位1、3、5 相連，那么離合器2 則通過空心軸與擋位2、4、6和倒擋相連。在使用1 檔的時候，2 檔就已經準備好了，其他擋位同理，所以換檔時間大大縮短，幾乎沒有延時。

圖1 雙離合自動變速器結構

以該車型6 速雙離合自動變速器產品為例，結構如圖2所示，是典型雙離合自動變速器的結構特點，具有干式雙離合器系統，6 個前進擋加1 倒檔。離合器1 控制奇數檔位1擋、3 擋、5 檔，離合器2 控制偶數檔位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量飛輪和雙質量飛輪，具體匹配哪種質量的飛輪，這取決于發動機輸出的轉速波動。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價分數VER7.0 及以上。如果內外輸入軸的轉動方向相反，那么內外輸入軸間的軸承運轉噪聲對軸肩的表面加工質量(FFT)非常敏感。同時預選檔策略對雙離合器變速器的振動噪聲表現有非常重要的影響。

圖2 該車型6 速雙離合自動變速器剖面圖

2 雙離合自動變速器的振動噪聲問題

主觀上感知的振動噪聲問題有換檔噪聲(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)，其他常規振動噪聲問題。

換檔噪聲是指在雙離合自動變速器在檔位預選，減擋過程中所產生的噪聲。該車型6 速雙離合自動變速器的換擋噪聲出現在車輛減速工況情況下，在雙離合自動變速器tip in/out 工況下預選檔位時，主要是在1 檔、2 檔和倒檔的時候。可以從車內聽到一聲短暫的類似金屬敲擊的聲音-“咔塔”“咔塔”聲，嚴重降低了車內乘坐舒適性，誘發客戶不滿，所以該問題亟待解決。

專項的整車測試及數據處理軟件檢測數據結果如圖3-4 所示，屬于換擋噪聲問題。

圖3 該車型6 速雙離合自動變速器換擋噪聲圖

3 振動噪聲原因分析

影響變速器換檔噪聲的因素見表1。

表1 變速器換檔噪聲的影響因素

先后經過對變速器換擋點、離合器扭矩、換擋速度、車輛縱向加速度以及整車各種影響因素的分析，先后排除了變速器換擋點、換擋速度、車輛縱向加速度以及整車因素，問題的源頭在離合器扭矩上。原理是離合器傳遞的扭矩時而下降、時而上升，當離合器扭矩相互切換時，變速器輸入軸會產生扭矩或轉速波動，這種波動會引起變速器內部零件的敲擊。敲擊的響應頻率與波動頻率一致。根本原因是該車的自動變速器雙離合器相互交換時，離合器2 執行器(指的是分離撥叉)運動時產生軸向振動，使外輸入軸產生軸向和徑向的轉速波動。

具體產生原因是變速器在tip in/out 工況下，預選的檔位連接著被動離合器(passive clutch)，這個離合器的慣量較大，導致離合器完全打開。當扭矩/轉速反向時，預選檔位的間隙瞬間被消除，且拖著一個比較大慣量的被動離合器。導致嚴重的瞬間沖擊聲。此聲音被定義為“咔嗒-咔嗒”聲。如果沒有預選檔，則無“咔嗒-咔嗒”聲。消除“咔嗒-咔嗒”聲的方法一般是預掛檔的時間盡量短。當有預掛檔的時候，在被動離合器上加載一個負載扭矩。

4 優化改進

針對此換擋噪聲問題，經過綜合分析后，解決辦法一方面是在離合器執行器上加質量塊，減小其運動時的軸向振動(DMF 的應用)。另一方面優化離合器2 的減振特性(SMF 的應用)。

圖4 該車型6 速雙離合自動變速器換擋噪聲圖

具體解決離合器顫振的方案是通過軟件標定優化離合器滑磨過程。同時優化整車傳動系統的優化，優化傳動軸等，降低整車上離合器顫振的敏感性。

為了降低在離合器滑動階段產生的扭矩震動噪聲，應該降低輸入軸的徑向形變；校正離合器盤徑向偏移或傾斜。

避免離合器盤，壓盤和中心盤產生的幾何形狀缺陷；同時避免發動機轉速，輸出轉速，滑摩轉速產生共振問題。離合器滑動時候出現抖動和敲擊聲的振動噪聲問題此時發動機轉速和變速器輸入軸轉速不相等，見圖5。

圖5 該款6 速雙離合自動變速器改進后換擋噪聲圖

通過多次對離合器執行器上加質量塊，減小其運動時的軸向振動，降低在離合器滑動階段產生的扭矩震動/噪聲，發現此款雙離合自動變速器的NVH（Noise、Vibration、Harshness）性能和整車換檔性能得到了最佳,并通過了整車性能驗證，自動變速器換擋噪聲消失。

5 結論

通過在雙離合自動變速器變檔過程中產生的振動噪聲問題的分析與優化，總結如下：

5.1 通過對換擋過程中變速器內部瞬態聲響波動的監控，可以為振動噪聲問題提供客觀數據支持，不但直觀而且也便于量化分析。

5.2 在車輛減速，在雙離合自動變速器tip in/out 工況下出現的換擋噪聲，在保證換檔性能的同時，進行離合器扭矩控制優化可以作為一種嘗試方案。

5.3 通過對雙離合自動變速器的NVH 的客觀評估，可以為汽車底盤傳動系匹配提供參考。