摘 要

某雙離合變速器（DCT）汽車低速行駛時出現(xiàn)嘯叫問題，針對此問題進行分析與優(yōu)化。首先針對硬件進行詳細檢查，通過互換排查法，確定該車低速行駛過程中快速踩油門踏板（tip-in）時出現(xiàn)的嘯叫由C2 離合器的輸出外輪轂產(chǎn)生。然后通過多項式模型進行摩擦副非線性特征分析可知，C2 離合器在低負荷條件下的動力不穩(wěn)定性導(dǎo)致自激勵嘯叫；從實際離合器滑摩狀態(tài)分析可知，增大油泵的流量會使摩擦盤的相對角速度趨于穩(wěn)定，對消除嘯叫有利。最后在不改變硬件的條件下，通過標定優(yōu)化的方法對各種油泵流量下出現(xiàn)的嘯叫進行驗證，得到油泵流量為12 L/min 時可以快速、低成本地解決2 擋低速行駛時tip-in 出現(xiàn)嘯叫的問題。分析與優(yōu)化過程對相關(guān)研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞：雙離合變速器（DCT）；低速行駛；tip-in；嘯叫

作者：劉小根1，張軍2，陳成1，黃偉山1，左波濤1

1. 寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司，浙江寧波 315000；

2. 吉利汽車研究院( 寧波) 有限公司，浙江寧波 315000

作者簡介：劉小根，高級工程師，研究方向為傳動系統(tǒng)標定匹配。

0 引言

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展及人們生活水平的提高，用戶對整車品質(zhì)提出了更高的要求。汽車的安全性能、動力性能、舒適性能、操控性能、嘯叫性能等成為用戶關(guān)注的重要性能指標，其中嘯叫性能更是備受關(guān)注。因此，解決整車性能開發(fā)過程中遇到的嘯叫類問題尤為重要。

雙離合變速器（dual-clutch transmission, DCT）汽車起步一般使用1 擋，當車速達到一定值后，為了提高汽車的穩(wěn)定性和改善其嘯叫問題，會升到2 擋。同時，汽車在低速行駛時，較多工況下是使用2 擋。某雙離合變速器汽車在2 擋低速行駛過程中，快速踩油門踏板（tipin）時出現(xiàn)嘯叫，本文對該工況下出現(xiàn)的嘯叫問題進行排查、分析與優(yōu)化[1]。

1.問題排查

1.1 嘯叫源確定

在某雙離合變速器汽車2 擋低速（5 km/h）行駛過程中，快速踩油門踏板時，在加速段（5 ～ 15 km/h）出現(xiàn)嘯叫。經(jīng)分析，此嘯叫來源于發(fā)動機艙內(nèi)。首先需要進行嘯叫源的排查，在發(fā)動機艙內(nèi)變速器左側(cè)、變速器后側(cè)、車身左側(cè)、車身后側(cè)4 個位置布置三向振動傳感器，如圖1 所示，振動測試結(jié)果如圖2 所示。從4 個位置振動測試結(jié)果來看，變速器左側(cè)的X 向與Z 向振動明顯偏強，可以判斷嘯叫是由變速器左側(cè)傳遞到車內(nèi)的；變速器左側(cè)在665 Hz 左右Z 向振動最強，可知嘯叫發(fā)生在665 Hz的位置，且無特征階次性[2]。

圖1 在發(fā)動機艙內(nèi)4 個位置布置三向振動傳感器

對于此嘯叫是否從變速器發(fā)出，需要做進一步的對比分析。具體地，將嘯叫車輛（A 車）和正常車輛（B 車）的變速器互換后進行嘯叫測試，嘯叫測試結(jié)果如圖3所示。可以看出，嘯叫跟隨變速器產(chǎn)生，由此可判斷嘯叫來源于A 車的變速器本體。

1.2 C2 離合器硬件排查

根據(jù)嘯叫在汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時出現(xiàn)，而在1 擋時沒有，可以初步分析嘯叫為C2 離合器產(chǎn)生，同時由于C1 離合器和C2 離合器輸入端都是發(fā)動機的輸出端，可以初步排除嘯叫從C2 離合器輸入端產(chǎn)生的情況。離合器的輸入端包括蓋盤、軸承、C1 離合器外輪轂；輸出端包括C2 離合器外輪轂、C1/C2 離合器片摩擦片、C1/C2離合器內(nèi)輪轂、C1/C2離合器活塞。A（C2離合器嘯叫）、B（C2 離合器無嘯叫）輸出端外輪轂進行互換后，測試兩個C2 離合器在整車上的表現(xiàn)，嘯叫測試結(jié)果如圖4 所示[3]。從圖中看出，給A 車更換B 車C2離合器輸出端外輪轂后，嘯叫問題明顯改善。由此可判斷，嘯叫來源于C2 離合器輸出端外輪轂，下一步需要排查硬件尺寸是否合格。

圖4 A 車和B 車互換C2 離合器輸出端外輪轂后嘯叫測試結(jié)果

1.3 C2 離合器硬件尺寸與裝配間隙排查

C2 離合器硬件尺寸與裝配間隙檢查項示意如圖5 所示，檢查結(jié)果見表1。此外，雙離合變速器汽車2 擋低速行駛時，C2 離合器一直處在滑摩狀態(tài)，變速器油品不佳也會導(dǎo)致嘯叫[4]。專業(yè)工程師進行了變速器油品的檢測，沒有發(fā)現(xiàn)異常。從檢測結(jié)果來看，離合器硬件尺寸、裝配間隙、變速器油品都滿足要求，可以排除硬件因素。

圖5 C2 離合器硬件尺寸與裝配間隙檢查項示意

2 油泵流量對嘯叫的影響

根據(jù)前文檢查結(jié)果看，嘯叫的產(chǎn)生因素可以排除硬件尺寸和裝配間隙。由于嘯叫是從C2 離合器輸出端外輪轂產(chǎn)生的，因此需要進一步分析影響C2 離合器輸出端外輪轂穩(wěn)定性的其他因素。C2 離合器摩擦副在2 擋低速滑摩工作過程中，在特定的工作負荷條件下，其動力不穩(wěn)定性是否會導(dǎo)致自激勵嘯叫現(xiàn)象需要重點排查。首先檢查C2 離合器摩擦副的表面特征如油膜厚度、表面接觸壓力等因素，在較小的載荷下都會導(dǎo)致動力學失穩(wěn)的現(xiàn)象[5]。

雙離合變速器汽車2 擋低速行駛時，C2 離合器的狀態(tài)是滑摩，傳動扭矩小，C2 離合器輸入端和輸出端之間有變速器油液流過，根據(jù)黏滑現(xiàn)象將嘯叫發(fā)生部位的運動模式簡化為單自由度旋轉(zhuǎn)摩擦，建立模型如圖6 所示，

圖6 兩個摩擦盤單自由度旋轉(zhuǎn)摩擦模型

其中FN 為輸入力， FR 為傳遞力。當離合器壓緊時（輸入摩擦盤和輸出摩擦盤沒有相對運動），F(xiàn)R 圖像為一根直線，說明其為一個穩(wěn)定值；當離合器滑摩時，F(xiàn)R 圖像為一根曲線，這是由于離合器處于滑摩狀態(tài)，且輸入摩擦盤和輸出摩擦盤間有油液流過，因此FR 為一個波動值，與汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時出現(xiàn)嘯叫時工況相同。

設(shè)兩個摩擦盤互相接觸，二者之間的摩擦力矩為T、扭轉(zhuǎn)剛度為k、阻尼系數(shù)為c，輸入摩擦盤的角位移為θ、轉(zhuǎn)動慣量為r J ，輸出摩擦盤勻速旋轉(zhuǎn)，則得出系統(tǒng)的振動微分方程：

式中，N 為輸入摩擦盤的壓緊力；μ 為兩個摩擦盤間的摩擦因數(shù)；R 為當量摩擦半徑。

負斜率效應(yīng)用于描述車速低、扭矩小的摩擦效應(yīng)，被認為是導(dǎo)致黏滑現(xiàn)象的原因，Duan 等的研究也印證了這一觀點[4]。因多項式模型具備相對簡單、易控制的特性，本文理論上使用多項式模型來分析非線性黏滑現(xiàn)象的特征，其表達式如下：

式中，μs 為最大靜摩擦因數(shù)；μm 為最小動摩擦因數(shù)；Wm為最小動摩擦的因數(shù)所對應(yīng)角速度；Wr 為相對轉(zhuǎn)速。

將式（3）代入式（1），得到振動微分方程式：

位移、初始角速度的平均值是零。如果輸出摩擦盤的角速度取值為0.5 r/s，則輸入摩擦盤產(chǎn)生周期性衰減運動，但是不會產(chǎn)生黏滑現(xiàn)象。說明負斜率效應(yīng)下系統(tǒng)會產(chǎn)生黏滑現(xiàn)象[6]，其發(fā)生條件與摩擦盤的相對角速度相關(guān)，相對角速度越低，黏滑現(xiàn)象越明顯；隨著相對角速度提高，黏滑現(xiàn)象也會逐步衰退甚至消失。汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時，輸入和輸出摩擦盤存在相對角速度，根據(jù)以上分析可知，如果增大油泵流量，輸入和輸出摩擦盤相對角速度趨于穩(wěn)定，對消除嘯叫有利。

根據(jù)油泵流量計算公式：

可得到近似公式：

式中，Q0 為油泵的理論流量；da 為齒頂直徑；df 為齒根圓直徑；B 為齒寬；n 為油泵轉(zhuǎn)速；d 為節(jié)圓直徑；h 為齒全高；Z 為單齒輪齒數(shù)；m 為齒輪模數(shù)；Q 為油泵的實際流量；μV 為油泵的容積效率（一般為0.75 ～ 0.90）。

此車型使用的變速器油泵為電子油泵，其在不同變速油溫下的轉(zhuǎn)速與流量特性見表2。

表2 電子油泵在不同變速油溫下的轉(zhuǎn)速與流量特性

3 軟件標定優(yōu)化方案及驗證

C2 離合器硬件以及變速器油品正常，需要考慮在不改變二者的前提下進行軟件標定優(yōu)化來解決嘯叫問題。根據(jù)上文分析，增大油泵流量對消除嘯叫有利，因此考慮通過改變油泵流量的大小來驗證嘯叫問題改善的效果。油泵流量的大小根據(jù)變速器油溫以及兩個離合器的溫度、熱損失系數(shù)[7]、滑摩功確定，其控制邏輯如圖7 所示, 根據(jù)各路油泵流量請求取最大值Q1 作為最終油泵流量。油泵流量是一個跟隨工況變化而實時變化的值。在汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時，由于離合器溫度變化，油泵流量也在實時變化，如圖8 所示。由圖可知，油泵流量變化趨勢是曲線，最大值達到9 L/min。

油泵流量的變化需要針對特定工況進行區(qū)分，不能影響其他正常工況下的流量請求，否則會帶來新的問題。因此，先要確定和區(qū)別工況點，根據(jù)嘯叫產(chǎn)生的工況，

圖7 油泵流量控制邏輯

圖8 汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時油泵流量測試

工況點有以下3 個：

① 汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板，油門踏板開度在10% ～ 65%；②當前擋位為2 擋；③汽車在加速過程中，車速在5 ～ 15 km/h。當這3 個工況點成立時，標定設(shè)定請求油泵流量為Q2，那么最終油泵流量Q3 ＝ Q2；否則最終油泵流量Q3 ＝ Q1，其優(yōu)化控制邏輯如圖9 所示（方框內(nèi)為新增邏輯項）。現(xiàn)對請求油泵流量Q2 分別為2 L/min、9 L/min、12 L/min 時進行驗證，不同油泵流量對嘯叫的貢獻驗證結(jié)果如圖10所示。從驗證結(jié)果可以看出，增大油泵流量到12 L/min 時的主觀駕評得分為7 分，其實車噪聲帶明顯變?nèi)?，滿足駕駛性要求。從而解決了汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時出現(xiàn)嘯叫的問題。

圖9 油泵流量優(yōu)化控制邏輯

圖10 不同油泵流量對嘯叫的貢獻驗證結(jié)果

4 結(jié)論

針對某型雙離合變速器在汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時出現(xiàn)嘯叫的問題，本文通過更換嘯叫車輛與正常車輛的變速器總成，確定嘯叫問題來源于變速器本體。通過排查鎖定嘯叫產(chǎn)生位置為C2 離合器輸出端外輪轂。使用多項式模型進行摩擦副非線性特征分析，確認C2 離合器在低負荷條件下的動力不穩(wěn)定性導(dǎo)致自激勵嘯叫。在汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時，離合器輸入和輸出摩擦盤存在相對角速度。該相對角速度與油泵流量和嘯叫問題相關(guān)，油泵流量越大，相對角速度越趨于穩(wěn)定，對消除嘯叫問題越有利。本文在不改變硬件設(shè)計的前提下，通過優(yōu)化軟件標定的方法進行不同油泵流量下的測試驗證，結(jié)果為油泵流量為12L/min 時可以快速、低成本地解決汽車2 擋低速行駛過程中快速踩油門踏板時的嘯叫問題，滿足駕駛性要求。研究過程與結(jié)果對于解決由變速器引起的嘯叫問題具有參考意義。

參考文獻

[1] 任維華.基于傳遞路徑分析的整車加速抖動優(yōu)化[J].上海汽

車,2024(5):51-55.

[2] 宮靜,柯建勇,姚明,等.關(guān)于驅(qū)動軸引起的整車抖動問題研究分析[J].內(nèi)燃機與配件,2023(16):74-76.

[3] 張軍,梁健,顧鵬云,等.CVT變速器鋼帶自激振動引起的噪聲分析與控制[J].噪聲與振動控制,2021,41(3):175-179.

[4] 黃旭,陳楠,馬東元,等.微型汽車發(fā)動機整車熱平衡試驗設(shè)計及試驗結(jié)果分析[J].時代汽車,2022(15):133-134.

[5] 朱建魁,張帥沛,龍烊丞,等.柴油機齒輪機油泵噪聲優(yōu)化及評價[J].內(nèi)燃機及動力裝置,2023,40(5):37-43.

[6] 張凱,張軍.粘滑摩擦誘發(fā)汽車驅(qū)動輪端起步噪聲的分析與控制[J].汽車技術(shù),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

劉小根

碩士，高級工程師

浙江吉利動力總成研究院

浙江吉利動力總成研究院，研究方向為自動變速器控制及標定。

E-mail：xiaogen.liu1@geely.com

通訊作者

張軍

博士，正高級工程師

吉利汽車研究院

上海交通大學博士，正高級工程師，吉利汽車研究院（寧波）有限公司，主要研究方向：汽車NVH性能開發(fā)。

E-mail：zj_zmkm@126.com

本文原載于《汽車零部件》, 受作者授權(quán)發(fā)布。