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双离合变速箱NVH和驾驶性评价方法的应用
2020-04-22 23:12:15· 来源：EDC电驱未来 作者：关坤
关坤丨东风格特拉克汽车变速箱有限公司双离合变速箱在整车NVH开发过程中，属于NVH构件。在双离合变速箱的开发阶段需要根据车型的目标性能要求，对NVH和驾驶性做
关坤丨东风格特拉克汽车变速箱有限公司
双离合变速箱在整车NVH开发过程中，属于NVH构件。在双离合变速箱的开发阶段需要根据车型的目标性能要求，对NVH和驾驶性做评价，确保NVH和驾驶性能够与性能目标一致，具备良好的市场竞争力。如何准确、有效地评估NVH和驾驶性非常重要。目前对乘用车双离合变速箱成的NVH和驾驶性评价方法有主观评价和客观评价，主观评价的结果依赖于个人感知，受评价人员的主观因素影响，主观评价基于评分表（表1）对NVH和驾驶性表现进行评分。
表1 NVH、驾驶性主观评分表
本文结合某品牌乘用车双离合变速箱的NVH和驾驶性客观评价，阐述了客观评价指标、目标值设定和评价方法的应用，并依据主客观评价对NVH和驾驶性的具体问题进行分析和改善。
1 乘用车双离合变速箱NVH客观评价方法的应用
在实际工作中，为了能够有效、客观地评价某品牌车型的双离合变速箱NVH水平，需要合理设定客观评价的指标及目标值，以及通过变速箱单体和实车测试对客观数据进行收集、分析和评价。
1.1 NVH客观评价指标和目标设定
客观评价指标的设计要能够有效反映变速箱NVH的水平。对于双离合变速箱的NVH，主要评价啸叫、rattle（敲击音）以及换挡噪音三个方面。变速箱齿轮啸叫的根本原因是传动系齿轮啮合时，齿面接触的变化激励引起变速箱系统在一定阶次高频振动。因此，用变速箱壳体的振动位移（μm）作为衡量该品牌车型变速箱本体啸叫水平的客观测量、评价指标。变速箱的Rattle和发动机扭矩波动、双质量飞轮输入的扭振有关，一般在整车上进行评价，采用A计权声压级（dB(A)）作为客观评价指标。变速箱换挡等机械噪音是通过换档时变速箱壳体上振动加速度有效值超过背景噪音的突出量（图1）作为评价指标。
图1 振动/噪音突出量
在定义双离合变速箱NVH客观评价指标后，需要确定各项指标的目标值。客观评价的目标值是结合当前品牌车型的定位，对标竞品样车、样箱的NVH性能水平来设定的。以啸叫评价指标的测量为例，分别通过变速箱壳体上的加速度传感器测量变速箱样箱和对标变速箱A、B、C在加速和滑行工况下，各个挡位变速箱壳体振动的幅值。测量的转速区间根据该品牌车型发动机特性，定义为800rpm到4700rpm。综合对标结果，设定变速箱各挡位齿轮和主减在drive 和coast 主阶次的振动目标作为评价啸叫的客观目标值，如图2：
图2 振动幅值目标设定
基于初步设定的目标值，通过多组台架和整车上的主、客观评价对比试验和目标值匹配调整，确保设定的客观目标值合理、适用，使设定的客观目标与主观感受有较好的一致性。
1.2 NVH客观评价测试方法
通过对比客观目标和台架上双离合变速箱壳体振动的测量值或一定距离下声压级的测量值，是评价变速箱系统NVH水平的一种方法。但由于台架模拟的工况和实际整车有一定差异，且驾驶员在车内的感知是衡量NVH的重要因素，因此在实际评价过程中结合了整车上NVH的客观和主观评价结果来做分析、判断。
在ET（工程试制）阶段的试验车上进行NVH客观评价需要采集试验变速箱结构噪音、近场和驾驶室内的空气噪音、双离合变速箱两个输入轴的转速信号、发动机转速信号和变速箱油温等信号，在采集信号时需要定义合适的采样频率。评价啸叫噪音，在规定的评价工况（表2）下用测量设备采集各挡位齿轮主阶次、谐波阶次在不同工况下的结构噪声（图3）和空气噪声（图4），基于测量值做客观评价。
表2 啸叫客观评价工况
图3 变速箱结构噪声（壳体振动位移）
图4 空气噪声（近场）
变速箱Rattle音主要在怠速、加速等工况进行评价。评价双离合变速箱的换挡噪音，需要从静态换挡（PRND切换）和动态换挡（动力升档，动力降档，滑行降档等）两方面来评价。
在实际评价过程中有时会出现主、客观评价不完全一致的情况，需要通过进一步分析来做判断：
1）如果主观评价≤6，客观测量值在目标限值内，则需要评估客观目标值的设定是否合理；如果客观目标是合理的，可以认为变速箱的NVH水平达到了设计要求，则需要分析NVH频率、阶次，从噪声的传递路径、车身的响应，共振等方面查找问题原因；
2）如果主观评价≥7，客观测量值超出了目标限值，考虑到用户以主观感受为主，NVH评价可以接受。但对于变速箱仍需要研究分析其改善空间，同时考虑是否需要调整客观目标。
1.3 NVH客观评价方法的应用
在某品牌搭载双离合变速箱的ET试验车上发现，5挡全油门时啸叫的主观评价为5.5分。通过客观评价和数据分析发现，啸叫与5挡齿轮啮合阶次及其倍频（图5）相关。同时，在Edyno上测量抱怨工况下变速箱壳体的振动位移，并与目标值进行对比，5挡齿轮的测量值在客观目标内，如图6：
图5 频谱阶次分析
图6 客观测量和评价
为确定该5挡啸叫的根本原因，8D小组依据FMEA（图7）中啸叫失效模式的失效原因和预防措施等，使用因果图分析引起啸叫的可能原因并进行排查（图8）。
图8 啸叫的因果分析图
图7 FMEA
双离合变速箱齿轮啸叫的激励源是传递误差，此处通过5挡齿轮传递误差的计算进行设计校核。根据不同齿形齿向微观参数的组合，得到传递误差的曲线如图9：
图9 传递误差
经过校核和设计评审，当前5挡齿轮在啸叫抱怨的转速段内的传递误差已达到最优设计，此时对应传递误差最小的齿形齿向参数在当前设计参数的公差范围内。传递误差的计算结果与客观测量结果是相符的，5挡的壳体振动处于0.05～0.1m的良好水平。
根据齿轮制造加工参数的检查结果（图10、图11）、壳体模态校核和整车ABA对比试验（表3）的结果，排除了双离合变速箱本身的设计和加工、装配问题。
图10 齿形检测结果
图11 齿向检测结果
表3 整车ABA验证
基于以上设计和制造验证的结果，并参考该双离合变速箱在其它项目中的NVH相关试验论证和表现，认为客观目标值是合理的，且变速箱本体的NVH水平满足设计要求。因此，改善该啸叫问题需要通过ABA试验从整车级别做进一步分析。
在整车ABA试验中，两辆车的发动机、双离合变速箱设计完全一样，悬置、声学包等存在差异。通过交叉互换变速箱，发现啸叫问题跟随整车。因此尽管变速箱是啸叫的激励源，但解决该问题需要从整车传递路径方面开展工作。啸叫传递到车内有两个路径，一是结构噪声，即通过悬置、换挡拉索等部件传递到车身，引起车身振动并辐射噪声；二是空气噪声，即通过空气传播，从车身上的各种孔洞、缝隙等传入车内。在通过增加质量块、隔振，完善声学包和堵漏等验证后，最终采用优化整车声学包的措施，使啸叫问题得到有效改善（图12）。
图12 优化前后NVH对比
2 乘用车双离合变速箱驾驶性客观评价方法的应用
2.1 驾驶性评价指标和目标设定
驾驶性是驾驶员在操控汽车行驶时的主观感觉，主观评价对驾驶性的对标和指导驾驶性改善非常重要 [5]。但主观评价非常依赖于评价人员的个人感受，同时也受试验环境的影响大，重复性低 [6]。因此，定义可复现、可比对的客观工程指标非常重要。
双离合变速箱的离合器控制和换挡策略会直接影响整车的舒适性和动力性。驾驶性评价指标主要从平顺特性（舒适性）、响应特性（动力性）两个维度来确定相关指标。在匹配某品牌乘用车的应用中，定义了稳定性/抖动、冲击和换挡时间（表4）作为客观评价指标。
表4 驾驶性参数
评价稳定性/抖动需要先将低于5Hz的加速度信号滤掉，然后取其移动RMS值的最大和最小之差（图13）；设定评价冲击性的参数是通过带通滤波，取2-20Hz的加速度信号，比较滤波后移动均方根的最大值和平均值。评价换挡时间可以通过速比转换过程（目标挡位出现到两个离合器之间完成扭矩交互）的时间。
图13 稳定性参数定义
定义评价指标的目标值可以对标竞品车的驾驶性。在驾驶性评价中有时会发现振动加速度超过了设定的目标值，但主观评价仍然良好的情况。因此，在设定驾驶性目标时需要结合专业主观评价的结果，确定驾驶性的目标范围（图14），即通过目标值+公差的方式，使客观评价匹配用户在整车上的主观感受。
图14 驾驶性目标范围
2.2 驾驶性客观评价测试方法
驾驶性的客观评价主要通过分析加速度传感器，AVL等设备采集到的数据并和客观目标进行对比来完成。为了能够充分地评价乘用车的驾驶性，驾驶性试验工况需要尽可能全面地覆盖各种驾驶行为，主要包含：起步、动力升档、静态换挡、滑行降档、怠速控制、动力降档等。动力升档和动力降档是双离合变速箱的特点，通过预选挡策略和两个离合器扭矩切换过程的控制，使得双离合变速箱在升降挡时不会出现扭矩中断。在这些驾驶行为中还需要涵盖全油门、部分油门（5%，10%，…，80%）的工况。全油门工况是测试车辆的极限性能。
驾驶性的客观评价是通过对各种工况下采集到的数据处理分析，并与定义的客观目标范围比对得到。客观评价和主观评价可以同时进行，并将结果汇总在一张评价表（图15）中。在综合评价和分析驾驶性问题时，主客观的评价可以互相参照，保证评价结果的准确性。
图15 驾驶性主客观评价表
在评价过程中如果出现主观或客观评价不达标的情况，需要具体分析输入轴转速波动的频率、阶次对应关系，变速箱对发动机扭矩的响应等，来确认问题发生的根本原因和改善措施。
2.3 驾驶性客观评价方法的应用
以某开发车型的ET样车为驾驶性评价对象，该样车倒档起步稳定性/抖动的主观评价为6分；客观测量值超过目标值，但在目标范围内。主客观评价结果基本一致。根据评价结果，需要分析改善倒档起步的抖动问题。
通过客观数据分析（图16），驾驶员座椅导轨上加速度传感器采集到的加速度信号和变速箱输入轴转速的波动明显。
图16 驾驶性数据分析
对加速度信号进行傅里叶变换分析抖动，抖动主要集中在11Hz，并与离合器驱动泵1阶转速阶次吻合（图17），离合器压力波动的频率也在10～11Hz，认为抖动与驱动泵和离合器控制有关。优化后再次测试，该双离合变速箱已达到整车的驾驶舒适性要求。
图17 抖动分析
3 结束语
本文结合某品牌乘用车双离合变速箱的NVH和驾驶性客观评价指标，介绍了客观评价指标目标值的合理设定，以及NVH、驾驶性客观评价测试方法的实际应用。
（1）应用客观方法评价双离合变速箱的NVH和驾驶性，需要结合双离合变速箱在整车上的匹配和主观感受，合理设定评价指标的目标值。
（2）NVH问题的激励源可能是双离合变速箱，但通过客观评价和分析，需要考虑从整车悬置、声学包等传递路径方面进行改善优化。
（3）评价和分析NVH问题时，结合台架、整车的客观数据分析和FMEA，能有效识别NVH问题的原因和优化方向，减少开发周期。
（4）应用驾驶性客观评价和分析，可以快速、准确找出驾驶性问题相关的部件，有针对性的优化，减少开发周期。
随着新能源汽车的逐渐推广，人们也越来越关注电动和混合动力汽车的NVH和驾驶性。由于电机的特性无法完全独立满足车辆复杂行驶工况的要求，新能源汽车仍需要搭载变速箱。本文所阐述的乘用车双离合变速箱NVH和驾驶性的客观评价方法，可以通过适应性调整、拓展，应用到新能源汽车变速箱相关的NVH和整车驾驶性的评价中。
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