乘用車雙離合變速箱NVH和駕駛性評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

關(guān)坤

摘? 要： 介紹了雙離合變速箱在乘用車應(yīng)用中NVH、駕駛性主、客觀評(píng)價(jià)方法，以及通過主、客觀評(píng)價(jià)的綜合應(yīng)用，有效分析、改善NVH和駕駛性問題。

關(guān)鍵詞：雙離合變速箱;乘用車;NVH;駕駛性;主、客觀評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U463.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2020）01-0055-07

NVH and Drivability of Dual Clutch Transmission integrated in Passenger Vehicle

GUAN Kun

（ Dongfeng GETRAG Transmission Co.， Ltd. Wuhan 430056， China ）

Abstract： Introduced the subjective & objective evaluation methods of NVH and drivability of dual clutch transmission used in passenger vehicle application， and by using the subjective & objective evaluation methods to analysis and improve NVH & drivability performance.

前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及市場(chǎng)用戶群體的需求，各大主機(jī)廠越來越關(guān)注整車NVH和駕駛的動(dòng)力性、舒適性等方面的性能評(píng)價(jià)及改善。雙離合變速箱擁有一套智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，通過控制兩個(gè)離合器的扭矩傳遞、切換，以及對(duì)換擋策略的不同標(biāo)定，可以支持整車實(shí)現(xiàn)多種駕駛模式，滿足不同用戶對(duì)動(dòng)力性、舒適性的追求。

雙離合變速箱在整車NVH開發(fā)過程中，屬于NVH構(gòu)件。在雙離合變速箱的開發(fā)階段需要根據(jù)車型的目標(biāo)性能要求，對(duì)NVH和駕駛性做評(píng)價(jià)，確保NVH和駕駛性能夠與性能目標(biāo)一致，具備良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。如何準(zhǔn)確、有效地評(píng)估NVH和駕駛性非常重要。目前對(duì)乘用車雙離合變速箱成的NVH和駕駛性評(píng)價(jià)方法有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果依賴于個(gè)人感知，受評(píng)價(jià)人員的主觀因素影響，主觀評(píng)價(jià)基于評(píng)分表（表1）對(duì)NVH和駕駛性表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分。

本文結(jié)合某品牌乘用車雙離合變速箱的NVH和駕駛性客觀評(píng)價(jià)，闡述了客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)、目標(biāo)值設(shè)定和評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用，并依據(jù)主客觀評(píng)價(jià)對(duì)NVH和駕駛性的具體問題進(jìn)行分析和改善。

1? ? 乘用車雙離合變速箱NVH客觀評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

在實(shí)際工作中，為了能夠有效、客觀地評(píng)價(jià)某品牌車型的雙離合變速箱NVH水平，需要合理設(shè)定客觀評(píng)價(jià)的指標(biāo)及目標(biāo)值，以及通過變速箱單體和實(shí)車測(cè)試對(duì)客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和評(píng)價(jià)。

1.1? ?NVH客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和目標(biāo)設(shè)定

客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要能夠有效反映變速箱NVH的水平。對(duì)于雙離合變速箱的NVH，主要評(píng)價(jià)嘯叫、rattle（敲擊音）以及換擋噪音三個(gè)方面。變速箱齒輪嘯叫的根本原因是傳動(dòng)系齒輪嚙合時(shí)，齒面接觸的變化激勵(lì)引起變速箱系統(tǒng)在一定階次高頻振動(dòng)[1]。因此，用變速箱殼體的振動(dòng)位移（?m）作為衡量該品牌車型變速箱本體嘯叫水平的客觀測(cè)量、評(píng)價(jià)指標(biāo)。變速箱的Rattle和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)、雙質(zhì)量飛輪輸入的扭振有關(guān)，一般在整車上進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)（dB（A））作為客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]。變速箱換擋等機(jī)械噪音是通過換檔時(shí)變速箱殼體上振動(dòng)加速度有效值超過背景噪音的突出量（圖1）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

在定義雙離合變速箱NVH客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)后，需要確定各項(xiàng)指標(biāo)的目標(biāo)值。客觀評(píng)價(jià)的目標(biāo)值是結(jié)合當(dāng)前品牌車型的定位，對(duì)標(biāo)競(jìng)品樣車、樣箱的NVH性能水平來設(shè)定的。以嘯叫評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量為例，分別通過變速箱殼體上的加速度傳感器測(cè)量變速箱樣箱和對(duì)標(biāo)變速箱A、B、C在加速和滑行工況下，各個(gè)擋位變速箱殼體振動(dòng)的幅值。測(cè)量的轉(zhuǎn)速區(qū)間根據(jù)該品牌車型發(fā)動(dòng)機(jī)特性，定義為800rpm到4700rpm。綜合對(duì)標(biāo)結(jié)果，設(shè)定變速箱各擋位齒輪和主減在drive 和coast 主階次的振動(dòng)目標(biāo)作為評(píng)價(jià)嘯叫的客觀目標(biāo)值，如圖2：

基于初步設(shè)定的目標(biāo)值，通過多組臺(tái)架和整車上的主、客觀評(píng)價(jià)對(duì)比試驗(yàn)和目標(biāo)值匹配調(diào)整，確保設(shè)定的客觀目標(biāo)值合理、適用，使設(shè)定的客觀目標(biāo)與主觀感受有較好的一致性。

1.2? ?NVH客觀評(píng)價(jià)測(cè)試方法

通過對(duì)比客觀目標(biāo)和臺(tái)架上雙離合變速箱殼體振動(dòng)的測(cè)量值或一定距離下聲壓級(jí)的測(cè)量值，是評(píng)價(jià)變速箱系統(tǒng)NVH水平的一種方法。但由于臺(tái)架模擬的工況和實(shí)際整車有一定差異，且駕駛員在車內(nèi)的感知是衡量NVH的重要因素，因此在實(shí)際評(píng)價(jià)過程中結(jié)合了整車上NVH的客觀和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果來做分析、判斷。

在ET（工程試制）階段的試驗(yàn)車上進(jìn)行NVH客觀評(píng)價(jià)需要采集試驗(yàn)變速箱結(jié)構(gòu)噪音、近場(chǎng)和駕駛室內(nèi)的空氣噪音、雙離合變速箱兩個(gè)輸入軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和變速箱油溫等信號(hào)，在采集信號(hào)時(shí)需要定義合適的采樣頻率。評(píng)價(jià)嘯叫噪音，在規(guī)定的評(píng)價(jià)工況（表2）下用測(cè)量設(shè)備采集各擋位齒輪主階次、諧波階次在不同工況下的結(jié)構(gòu)噪聲（圖3）和空氣噪聲（圖4），基于測(cè)量值做客觀評(píng)價(jià)。

變速箱Rattle音主要在怠速、加速等工況進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)雙離合變速箱的換擋噪音，需要從靜態(tài)換擋（PRND切換）和動(dòng)態(tài)換擋（動(dòng)力升檔，動(dòng)力降檔，滑行降檔等）兩方面來評(píng)價(jià)。

在實(shí)際評(píng)價(jià)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)主、客觀評(píng)價(jià)不完全一致的情況，需要通過進(jìn)一步分析來做判斷：

1）如果主觀評(píng)價(jià)≤6，客觀測(cè)量值在目標(biāo)限值內(nèi)，則需要評(píng)估客觀目標(biāo)值的設(shè)定是否合理;如果客觀目標(biāo)是合理的，可以認(rèn)為變速箱的NVH水平達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，則需要分析NVH頻率、階次，從噪聲的傳遞路徑、車身的響應(yīng)，共振等方面查找問題原因;

2）如果主觀評(píng)價(jià)≥7，客觀測(cè)量值超出了目標(biāo)限值，考慮到用戶以主觀感受為主，NVH評(píng)價(jià)可以接受。但對(duì)于變速箱仍需要研究分析其改善空間，同時(shí)考慮是否需要調(diào)整客觀目標(biāo)。

1.3? ?NVH客觀評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

在某品牌搭載雙離合變速箱的ET試驗(yàn)車上發(fā)現(xiàn)，5擋全油門時(shí)嘯叫的主觀評(píng)價(jià)為5.5分。通過客觀評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，嘯叫與5擋齒輪嚙合階次及其倍頻（圖5）相關(guān)。同時(shí)，在E-dyno上測(cè)量抱怨工況下變速箱殼體的振動(dòng)位移，并與目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，5擋齒輪的測(cè)量值在客觀目標(biāo)內(nèi)，如圖6：

為確定該5擋嘯叫的根本原因，8D小組依據(jù)FMEA（圖7）中嘯叫失效模式的失效原因和預(yù)防措施等，使用因果圖分析引起嘯叫的可能原因并進(jìn)行排查（圖8）。

雙離合變速箱齒輪嘯叫的激勵(lì)源是傳遞誤差[3]，此處通過5擋齒輪傳遞誤差的計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。根據(jù)不同齒形齒向微觀參數(shù)的組合，得到傳遞誤差的曲線如圖9：

經(jīng)過校核和設(shè)計(jì)評(píng)審，當(dāng)前5擋齒輪在嘯叫抱怨的轉(zhuǎn)速段內(nèi)的傳遞誤差已達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，此時(shí)對(duì)應(yīng)傳遞誤差最小的齒形齒向參數(shù)在當(dāng)前設(shè)計(jì)參數(shù)的公差范圍內(nèi)。傳遞誤差的計(jì)算結(jié)果與客觀測(cè)量結(jié)果是相符的，5擋的殼體振動(dòng)處于0.05～0.1m的良好水平。

根據(jù)齒輪制造加工參數(shù)的檢查結(jié)果（圖10、圖11）、殼體模態(tài)校核和整車ABA對(duì)比試驗(yàn)（表3）的結(jié)果，排除了雙離合變速箱本身的設(shè)計(jì)和加工、裝配問題。

基于以上設(shè)計(jì)和制造驗(yàn)證的結(jié)果，并參考該雙離合變速箱在其它項(xiàng)目中的NVH相關(guān)試驗(yàn)論證和表現(xiàn)，認(rèn)為客觀目標(biāo)值是合理的，且變速箱本體的NVH水平滿足設(shè)計(jì)要求。因此，改善該嘯叫問題需要通過ABA試驗(yàn)從整車級(jí)別做進(jìn)一步分析。

在整車ABA試驗(yàn)中，兩輛車的發(fā)動(dòng)機(jī)、雙離合變速箱設(shè)計(jì)完全一樣，懸置、聲學(xué)包等存在差異。通過交叉互換變速箱，發(fā)現(xiàn)嘯叫問題跟隨整車。因此盡管變速箱是嘯叫的激勵(lì)源，但解決該問題需要從整車傳遞路徑方面開展工作。嘯叫傳遞到車內(nèi)有兩個(gè)路徑，一是結(jié)構(gòu)噪聲，即通過懸置、換擋拉索等部件傳遞到車身，引起車身振動(dòng)并輻射噪聲;二是空氣噪聲，即通過空氣傳播，從車身上的各種孔洞、縫隙等傳入車內(nèi)[4]。在通過增加質(zhì)量塊、隔振，完善聲學(xué)包和堵漏等驗(yàn)證后，最終采用優(yōu)化整車聲學(xué)包的措施，使嘯叫問題得到有效改善（圖12）。

2? ? 乘用車雙離合變速箱駕駛性客觀評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

2.1? ?駕駛性評(píng)價(jià)指標(biāo)和目標(biāo)設(shè)定

駕駛性是駕駛員在操控汽車行駛時(shí)的主觀感覺，主觀評(píng)價(jià)對(duì)駕駛性的對(duì)標(biāo)和指導(dǎo)駕駛性改善非常重要[5]。但主觀評(píng)價(jià)非常依賴于評(píng)價(jià)人員的個(gè)人感受，同時(shí)也受試驗(yàn)環(huán)境的影響大，重復(fù)性低[6]。因此，定義可復(fù)現(xiàn)、可比對(duì)的客觀工程指標(biāo)非常重要。

雙離合變速箱的離合器控制和換擋策略會(huì)直接影響整車的舒適性和動(dòng)力性。駕駛性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要從平順特性（舒適性）、響應(yīng)特性（動(dòng)力性）兩個(gè)維度來確定相關(guān)指標(biāo)[7]。在匹配某品牌乘用車的應(yīng)用中，定義了穩(wěn)定性/抖動(dòng)、沖擊和換擋時(shí)間（表4）作為客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

評(píng)價(jià)穩(wěn)定性/抖動(dòng)需要先將低于5Hz的加速度信號(hào)濾掉，然后取其移動(dòng)RMS值的最大和最小之差（圖13）;設(shè)定評(píng)價(jià)沖擊性的參數(shù)是通過帶通濾波，取2-20Hz的加速度信號(hào)，比較濾波后移動(dòng)均方根的最大值和平均值。評(píng)價(jià)換擋時(shí)間可以通過速比轉(zhuǎn)換過程（目標(biāo)擋位出現(xiàn)到兩個(gè)離合器之間完成扭矩交互）的時(shí)間。

定義評(píng)價(jià)指標(biāo)的目標(biāo)值可以對(duì)標(biāo)競(jìng)品車的駕駛性。在駕駛性評(píng)價(jià)中有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)加速度超過了設(shè)定的目標(biāo)值，但主觀評(píng)價(jià)仍然良好的情況。因此，在設(shè)定駕駛性目標(biāo)時(shí)需要結(jié)合專業(yè)主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果，確定駕駛性的目標(biāo)范圍（圖14），即通過目標(biāo)值+公差的方式，使客觀評(píng)價(jià)匹配用戶在整車上的主觀感受。

2.2? ?駕駛性客觀評(píng)價(jià)測(cè)試方法

駕駛性的客觀評(píng)價(jià)主要通過分析加速度傳感器，AVL等設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)并和客觀目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比來完成。為了能夠充分地評(píng)價(jià)乘用車的駕駛性，駕駛性試驗(yàn)工況需要盡可能全面地覆蓋各種駕駛行為，主要包含：起步、動(dòng)力升檔、靜態(tài)換擋、滑行降檔、怠速控制、動(dòng)力降檔等。動(dòng)力升檔和動(dòng)力降檔是雙離合變速箱的特點(diǎn)，通過預(yù)選擋策略和兩個(gè)離合器扭矩切換過程的控制，使得雙離合變速箱在升降擋時(shí)不會(huì)出現(xiàn)扭矩中斷[8]。在這些駕駛行為中還需要涵蓋全油門、部分油門（5%，10%，…，80%）的工況。全油門工況是測(cè)試車輛的極限性能。

駕駛性的客觀評(píng)價(jià)是通過對(duì)各種工況下采集到的數(shù)據(jù)處理分析，并與定義的客觀目標(biāo)范圍比對(duì)得到?？陀^評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)可以同時(shí)進(jìn)行，并將結(jié)果匯總在一張?jiān)u價(jià)表（圖15）中。在綜合評(píng)價(jià)和分析駕駛性問題時(shí)，主客觀的評(píng)價(jià)可以互相參照，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在評(píng)價(jià)過程中如果出現(xiàn)主觀或客觀評(píng)價(jià)不達(dá)標(biāo)的情況，需要具體分析輸入軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)的頻率、階次對(duì)應(yīng)關(guān)系，變速箱對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的響應(yīng)等，來確認(rèn)問題發(fā)生的根本原因和改善措施。

2.3? ?駕駛性客觀評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

以某開發(fā)車型的ET樣車為駕駛性評(píng)價(jià)對(duì)象，該樣車倒檔起步穩(wěn)定性/抖動(dòng)的主觀評(píng)價(jià)為6分;客觀測(cè)量值超過目標(biāo)值，但在目標(biāo)范圍內(nèi)。主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，需要分析改善倒檔起步的抖動(dòng)問題。

通過客觀數(shù)據(jù)分析（圖16），駕駛員座椅導(dǎo)軌上加速度傳感器采集到的加速度信號(hào)和變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速的波動(dòng)明顯。

對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換分析抖動(dòng)，抖動(dòng)主要集中在11Hz，并與離合器驅(qū)動(dòng)泵1階轉(zhuǎn)速階次吻合（圖17），離合器壓力波動(dòng)的頻率也在10～11Hz，認(rèn)為抖動(dòng)與驅(qū)動(dòng)泵和離合器控制有關(guān)。優(yōu)化后再次測(cè)試，該雙離合變速箱已達(dá)到整車的駕駛舒適性要求。

3? ? 結(jié)束語

本文結(jié)合某品牌乘用車雙離合變速箱的NVH和駕駛性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，介紹了客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值的合理設(shè)定，以及NVH、駕駛性客觀評(píng)價(jià)測(cè)試方法的實(shí)際應(yīng)用。

（1）應(yīng)用客觀方法評(píng)價(jià)雙離合變速箱的NVH和駕駛性，需要結(jié)合雙離合變速箱在整車上的匹配和主觀感受，合理設(shè)定評(píng)價(jià)指標(biāo)的目標(biāo)值。

（2）NVH問題的激勵(lì)源可能是雙離合變速箱，但通過客觀評(píng)價(jià)和分析，需要考慮從整車懸置、聲學(xué)包等傳遞路徑方面進(jìn)行改善優(yōu)化。

（3）評(píng)價(jià)和分析NVH問題時(shí)，結(jié)合臺(tái)架、整車的客觀數(shù)據(jù)分析和FMEA，能有效識(shí)別NVH問題的原因和優(yōu)化方向，減少開發(fā)周期。

（4）應(yīng)用駕駛性客觀評(píng)價(jià)和分析，可以快速、準(zhǔn)確找出駕駛性問題相關(guān)的部件，有針對(duì)性的優(yōu)化，減少開發(fā)周期。

隨著新能源汽車的逐漸推廣，人們也越來越關(guān)注電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車的NVH和駕駛性。由于電機(jī)的特性無法完全獨(dú)立滿足車輛復(fù)雜行駛工況的要求，新能源汽車仍需要搭載變速箱[9]。本文所闡述的乘用車雙離合變速箱NVH和駕駛性的客觀評(píng)價(jià)方法，可以通過適應(yīng)性調(diào)整、拓展，應(yīng)用到新能源汽車變速箱相關(guān)的NVH和整車駕駛性的評(píng)價(jià)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳原. 車輛變速箱嘯叫噪聲測(cè)試診斷[J]. 機(jī)械傳動(dòng)，2011，35（1）：15-19.

[2]賀巖松，涂梨娥，徐中明，等. 汽車聲品質(zhì)綜述[J]. 汽車工程學(xué)報(bào)，2014，4（6）：391-401.

[3]Takeshi Abe， Bruce Bonhard， et al. High Frequency Gear Whine Control by Driveshaft Design Optimization [D]. SAE， 2003， 1： 1478.

[4]王正榮. 變速箱NVH問題的分析及優(yōu)化[J]. 客車技術(shù)，2018（2）： 35-39.

[5]司楊，陳昕，駕駛質(zhì)量開發(fā)綜述[J]. 公路與汽運(yùn)，2015（5）： 5-7.

[6]王生昌，付迪，陳娟娟，等.基于熵值法的汽車動(dòng)力性能主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法[J]. 公路交通科技，2015，32（7）：153-458. DOI： 10.3969/j. issn.1002-0268.2015.07.024.

[7]SUN W，HUA Y L，LIU G Q. A test study of wet dual clutch transmission during vehicle launch[J].Advanced Materials Research，2012，490-495： 86-90.

[8]雷雨龍，劉科，付堯，et al. 基于理想換擋過程的換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)模型[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），v.45; No.177（02）：358-363.

[9]馬翔. 搭載機(jī)電控制CVT純電動(dòng)汽車駕駛性研究[D].重慶：重慶理工大學(xué)車輛工程學(xué)院，2017.