某双离合变速器汽车低速行驶啸叫分析与优化

摘 要

某双离合变速器（DCT）汽车低速行驶时出现啸叫问题，针对此问题进行分析与优化。首先针对硬件进行详细检查，通过互换排查法，确定该车低速行驶过程中快速踩油门踏板（tip-in）时出现的啸叫由C2 离合器的输出外轮毂产生。然后通过多项式模型进行摩擦副非线性特征分析可知，C2 离合器在低负荷条件下的动力不稳定性导致自激励啸叫；从实际离合器滑摩状态分析可知，增大油泵的流量会使摩擦盘的相对角速度趋于稳定，对消除啸叫有利。最后在不改变硬件的条件下，通过标定优化的方法对各种油泵流量下出现的啸叫进行验证，得到油泵流量为12 L/min 时可以快速、低成本地解决2 挡低速行驶时tip-in 出现啸叫的问题。分析与优化过程对相关研究具有重要意义。

关键词：双离合变速器（DCT）；低速行驶；tip-in；啸叫

作者：刘小根1，张军2，陈成1，黄伟山1，左波涛1

1. 宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波 315000；

2. 吉利汽车研究院( 宁波) 有限公司，浙江宁波 315000

作者简介：刘小根，高级工程师，研究方向为传动系统标定匹配。

0 引言

随着我国汽车工业的快速发展及人们生活水平的提高，用户对整车品质提出了更高的要求。汽车的安全性能、动力性能、舒适性能、操控性能、啸叫性能等成为用户关注的重要性能指标，其中啸叫性能更是备受关注。因此，解决整车性能开发过程中遇到的啸叫类问题尤为重要。

双离合变速器（dual-clutch transmission, DCT）汽车起步一般使用1 挡，当车速达到一定值后，为了提高汽车的稳定性和改善其啸叫问题，会升到2 挡。同时，汽车在低速行驶时，较多工况下是使用2 挡。某双离合变速器汽车在2 挡低速行驶过程中，快速踩油门踏板（tipin）时出现啸叫，本文对该工况下出现的啸叫问题进行排查、分析与优化[1]。

1.问题排查

1.1 啸叫源确定

在某双离合变速器汽车2 挡低速（5 km/h）行驶过程中，快速踩油门踏板时，在加速段（5 ～ 15 km/h）出现啸叫。经分析，此啸叫来源于发动机舱内。首先需要进行啸叫源的排查，在发动机舱内变速器左侧、变速器后侧、车身左侧、车身后侧4 个位置布置三向振动传感器，如图1 所示，振动测试结果如图2 所示。从4 个位置振动测试结果来看，变速器左侧的X 向与Z 向振动明显偏强，可以判断啸叫是由变速器左侧传递到车内的；变速器左侧在665 Hz 左右Z 向振动最强，可知啸叫发生在665 Hz的位置，且无特征阶次性[2]。

图1 在发动机舱内4 个位置布置三向振动传感器

对于此啸叫是否从变速器发出，需要做进一步的对比分析。具体地，将啸叫车辆（A 车）和正常车辆（B 车）的变速器互换后进行啸叫测试，啸叫测试结果如图3所示。可以看出，啸叫跟随变速器产生，由此可判断啸叫来源于A 车的变速器本体。

1.2 C2 离合器硬件排查

根据啸叫在汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时出现，而在1 挡时没有，可以初步分析啸叫为C2 离合器产生，同时由于C1 离合器和C2 离合器输入端都是发动机的输出端，可以初步排除啸叫从C2 离合器输入端产生的情况。离合器的输入端包括盖盘、轴承、C1 离合器外轮毂；输出端包括C2 离合器外轮毂、C1/C2 离合器片摩擦片、C1/C2离合器内轮毂、C1/C2离合器活塞。A（C2离合器啸叫）、B（C2 离合器无啸叫）输出端外轮毂进行互换后，测试两个C2 离合器在整车上的表现，啸叫测试结果如图4 所示[3]。从图中看出，给A 车更换B 车C2离合器输出端外轮毂后，啸叫问题明显改善。由此可判断，啸叫来源于C2 离合器输出端外轮毂，下一步需要排查硬件尺寸是否合格。

图4 A 车和B 车互换C2 离合器输出端外轮毂后啸叫测试结果

1.3 C2 离合器硬件尺寸与装配间隙排查

C2 离合器硬件尺寸与装配间隙检查项示意如图5 所示，检查结果见表1。此外，双离合变速器汽车2 挡低速行驶时，C2 离合器一直处在滑摩状态，变速器油品不佳也会导致啸叫[4]。专业工程师进行了变速器油品的检测，没有发现异常。从检测结果来看，离合器硬件尺寸、装配间隙、变速器油品都满足要求，可以排除硬件因素。

图5 C2 离合器硬件尺寸与装配间隙检查项示意

2 油泵流量对啸叫的影响

根据前文检查结果看，啸叫的产生因素可以排除硬件尺寸和装配间隙。由于啸叫是从C2 离合器输出端外轮毂产生的，因此需要进一步分析影响C2 离合器输出端外轮毂稳定性的其他因素。C2 离合器摩擦副在2 挡低速滑摩工作过程中，在特定的工作负荷条件下，其动力不稳定性是否会导致自激励啸叫现象需要重点排查。首先检查C2 离合器摩擦副的表面特征如油膜厚度、表面接触压力等因素，在较小的载荷下都会导致动力学失稳的现象[5]。

双离合变速器汽车2 挡低速行驶时，C2 离合器的状态是滑摩，传动扭矩小，C2 离合器输入端和输出端之间有变速器油液流过，根据黏滑现象将啸叫发生部位的运动模式简化为单自由度旋转摩擦，建立模型如图6 所示，

图6 两个摩擦盘单自由度旋转摩擦模型

其中FN 为输入力， FR 为传递力。当离合器压紧时（输入摩擦盘和输出摩擦盘没有相对运动），FR 图像为一根直线，说明其为一个稳定值；当离合器滑摩时，FR 图像为一根曲线，这是由于离合器处于滑摩状态，且输入摩擦盘和输出摩擦盘间有油液流过，因此FR 为一个波动值，与汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时出现啸叫时工况相同。

设两个摩擦盘互相接触，二者之间的摩擦力矩为T、扭转刚度为k、阻尼系数为c，输入摩擦盘的角位移为θ、转动惯量为r J ，输出摩擦盘匀速旋转，则得出系统的振动微分方程：

式中，N 为输入摩擦盘的压紧力；μ 为两个摩擦盘间的摩擦因数；R 为当量摩擦半径。

负斜率效应用于描述车速低、扭矩小的摩擦效应，被认为是导致黏滑现象的原因，Duan 等的研究也印证了这一观点[4]。因多项式模型具备相对简单、易控制的特性，本文理论上使用多项式模型来分析非线性黏滑现象的特征，其表达式如下：

式中，μs 为最大静摩擦因数；μm 为最小动摩擦因数；Wm为最小动摩擦的因数所对应角速度；Wr 为相对转速。

将式（3）代入式（1），得到振动微分方程式：

位移、初始角速度的平均值是零。如果输出摩擦盘的角速度取值为0.5 r/s，则输入摩擦盘产生周期性衰减运动，但是不会产生黏滑现象。说明负斜率效应下系统会产生黏滑现象[6]，其发生条件与摩擦盘的相对角速度相关，相对角速度越低，黏滑现象越明显；随着相对角速度提高，黏滑现象也会逐步衰退甚至消失。汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时，输入和输出摩擦盘存在相对角速度，根据以上分析可知，如果增大油泵流量，输入和输出摩擦盘相对角速度趋于稳定，对消除啸叫有利。

根据油泵流量计算公式：

可得到近似公式：

式中，Q0 为油泵的理论流量；da 为齿顶直径；df 为齿根圆直径；B 为齿宽；n 为油泵转速；d 为节圆直径；h 为齿全高；Z 为单齿轮齿数；m 为齿轮模数；Q 为油泵的实际流量；μV 为油泵的容积效率（一般为0.75 ～ 0.90）。

此车型使用的变速器油泵为电子油泵，其在不同变速油温下的转速与流量特性见表2。

表2 电子油泵在不同变速油温下的转速与流量特性

3 软件标定优化方案及验证

C2 离合器硬件以及变速器油品正常，需要考虑在不改变二者的前提下进行软件标定优化来解决啸叫问题。根据上文分析，增大油泵流量对消除啸叫有利，因此考虑通过改变油泵流量的大小来验证啸叫问题改善的效果。油泵流量的大小根据变速器油温以及两个离合器的温度、热损失系数[7]、滑摩功确定，其控制逻辑如图7 所示, 根据各路油泵流量请求取最大值Q1 作为最终油泵流量。油泵流量是一个跟随工况变化而实时变化的值。在汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时，由于离合器温度变化，油泵流量也在实时变化，如图8 所示。由图可知，油泵流量变化趋势是曲线，最大值达到9 L/min。

油泵流量的变化需要针对特定工况进行区分，不能影响其他正常工况下的流量请求，否则会带来新的问题。因此，先要确定和区别工况点，根据啸叫产生的工况，

图7 油泵流量控制逻辑

图8 汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时油泵流量测试

工况点有以下3 个：

① 汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板，油门踏板开度在10% ～ 65%；②当前挡位为2 挡；③汽车在加速过程中，车速在5 ～ 15 km/h。当这3 个工况点成立时，标定设定请求油泵流量为Q2，那么最终油泵流量Q3 ＝ Q2；否则最终油泵流量Q3 ＝ Q1，其优化控制逻辑如图9 所示（方框内为新增逻辑项）。现对请求油泵流量Q2 分别为2 L/min、9 L/min、12 L/min 时进行验证，不同油泵流量对啸叫的贡献验证结果如图10所示。从验证结果可以看出，增大油泵流量到12 L/min 时的主观驾评得分为7 分，其实车噪声带明显变弱，满足驾驶性要求。从而解决了汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时出现啸叫的问题。

图9 油泵流量优化控制逻辑

图10 不同油泵流量对啸叫的贡献验证结果

4 结论

针对某型双离合变速器在汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时出现啸叫的问题，本文通过更换啸叫车辆与正常车辆的变速器总成，确定啸叫问题来源于变速器本体。通过排查锁定啸叫产生位置为C2 离合器输出端外轮毂。使用多项式模型进行摩擦副非线性特征分析，确认C2 离合器在低负荷条件下的动力不稳定性导致自激励啸叫。在汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时，离合器输入和输出摩擦盘存在相对角速度。该相对角速度与油泵流量和啸叫问题相关，油泵流量越大，相对角速度越趋于稳定，对消除啸叫问题越有利。本文在不改变硬件设计的前提下，通过优化软件标定的方法进行不同油泵流量下的测试验证，结果为油泵流量为12L/min 时可以快速、低成本地解决汽车2 挡低速行驶过程中快速踩油门踏板时的啸叫问题，满足驾驶性要求。研究过程与结果对于解决由变速器引起的啸叫问题具有参考意义。

参考文献

[1] 任维华.基于传递路径分析的整车加速抖动优化[J].上海汽

车,2024(5):51-55.

[2] 宫静,柯建勇,姚明,等.关于驱动轴引起的整车抖动问题研究分析[J].内燃机与配件,2023(16):74-76.

[3] 张军,梁健,顾鹏云,等.CVT变速器钢带自激振动引起的噪声分析与控制[J].噪声与振动控制,2021,41(3):175-179.

[4] 黄旭,陈楠,马东元,等.微型汽车发动机整车热平衡试验设计及试验结果分析[J].时代汽车,2022(15):133-134.

[5] 朱建魁,张帅沛,龙烊丞,等.柴油机齿轮机油泵噪声优化及评价[J].内燃机及动力装置,2023,40(5):37-43.

[6] 张凯,张军.粘滑摩擦诱发汽车驱动轮端起步噪声的分析与控制[J].汽车技术,2022(5):16-21.

[7] DUAN C W, SINGH R.Stick- slip behavior of torque converter clutch[J].SAE technical papers,2005,114:2785-2795.

第一作者

刘小根

硕士，高级工程师

浙江吉利动力总成研究院

浙江吉利动力总成研究院，研究方向为自动变速器控制及标定。

E-mail：xiaogen.liu1@geely.com

通讯作者

张军

博士，正高级工程师

吉利汽车研究院

上海交通大学博士，正高级工程师，吉利汽车研究院（宁波）有限公司，主要研究方向：汽车NVH性能开发。

E-mail：zj_zmkm@126.com

本文原载于《汽车零部件》, 受作者授权发布。