双离合自动变速器齿轮敲击噪声评估方法研究

双离合自动变速器齿轮敲击噪声评估方法

研究

彭国民，余波，马小英，何健，李晓峰，蓝军，杨金才(长安汽车动力研究院汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室，重庆，401120)

[摘要]本文讨论了双离合自动变速器敲击噪声产生原因，采用惯性扭矩评估齿轮结构布置的敲击风险，利用A VL EXCITE Designer分析系统共振问题，运用A VL EXCITE PU软件详细分析齿轮敲击过程。

关键词：DCT；齿轮；敲击；惯性扭矩

主要软件：A VL EXCITE Designer，A VL EXCITE PU

Research of Gear rattle analysis method for double clutch

transmission

Peng Guomin, Yu Bo, Ma Xiaoying, He Jian, Li Xiaofeng, Lan Jun, Y ang Jincai Changan Auto Global R&D Center, State Key Laboratory of Vehicle NVH and Safety Technology, Chong Qing, 401120

[Abstract]This paper studied the cause of DCT gear rattle. Torque initiated by inertia of moment was used to evaluate the structural rattle risk of gear lay-outs. System resonance analysis was done with AVL EXCITE Designer to assess the torsional vibration performance of dual clutch. Specific gear rattle was analyzed with AVL EXCITE PU.

Keywords: DCT；Gear mesh；Gear rattle;Inertia Torque

Software: AVL EXCITE Designer, A VL EXCITE PU

1. 前言

随着人们对汽车驾驶性和舒适性要求的不断增加，自动变速器正蓬勃发展。目前汽车自动变速器包括传统液力机械式自动变速器（AT）、无级自动变速器（CVT）、电机机械式自动变速器（AMT）、以及双离合自动变速器（简称DCT变速器）。搭载DCT变速器的汽车，能享受传统AT车的操控性和舒适性，燃油经济性优于AT汽车，DCT变速器硬件与手动变速器类似，在许多方面可借鉴手动变速器的技术经验，其开发与制造成本低于AT变速器。DCT受到了国内外各大汽车厂家的重视。

本文已某7速DCT变速器为例，研究DCT变速器齿轮敲击噪声的分析评估方法。2. DCT变速器齿轮敲击噪声产生原因及特点

2.1 敲击噪声产生原因

DCT变速器与手动变速器一样，在空挡或某一档位时，都存在空转齿轮（非承载齿轮），齿轮对之间存在啮合间隙，主动齿轮的转速波动，将导致无负荷啮合下的轮齿间将产生一系

列振动冲击运动[1]，这种冲击运动即产生了敲击噪声。图1为齿轮敲击示意图，主动齿轮时快时慢，从动齿轮在惯性力作用下，来回敲打。

图1 齿轮敲击示意图

2.2 DCT变速器齿轮敲击特点

本文以某七速DCT变速器为例说明其敲击特点，该DCT变速器有七个前进挡和一个倒档，如图2所示，双离合器分别控制输入1轴和输入2轴，同步器全部布置在中间轴，低速中间轴有一档、三档、四档和倒档被动齿轮，高速中间轴有五档、七档、六档和二档被动齿轮，及倒档主动齿轮，整个变速器总共10对齿轮啮合。

图2 七速DCT结构布置示意图

DCT变速器运行过程中，齿轮啮合状态较复杂。离合器状态有三种，一是只有奇数离合器结合，二是只有偶数离合器结合，三是两个离合器同时结合（本文中离合器带动输入轴旋转，即认为离合器结合）；以三档为例，奇数离合器和三档同步器结合：一种状态是，偶数离合器完全断开，其余同步器断开，输入2轴不转，此时一档、五档、七档和高速主减齿轮空转，即共有4对齿轮可能敲击；第二种状态是，偶数离合器完全断开，二档同步器结合（三档预挂二档），此时除三档和低速主减齿轮外，其余齿轮均空转，即共有8对齿轮可能敲击；第三种状态是，偶数离合器完全断开，四档同步器结合（三档预挂四档），此时也有

8对齿轮可能敲击；第四种状态是，其余同步器断开，偶数离合器半离合状态，此时也有8对齿轮可能敲击。表1列出不同工况下，敲击齿轮对数。

表1 DCT 敲击齿轮对数

从表1中可以看出，该DCT 变速器不同工况发生敲击的齿轮不同，最少有3对齿轮，最大有8对齿轮可能产生敲击噪声。与一般手动变速器相比[2]，该DCT 敲击齿轮数更多，敲击风险更大。

3. 结构布置的齿轮敲击风险评估

研究表明，齿轮敲击随扭转振动增大而增大，随空套齿轮阻滞扭矩增大而减小，随空套齿轮惯量的增加，敲击力的幅值增大[3]。齿轮敲击的形式包括：双边敲击、单边敲击、轻微敲击。当空套齿轮惯性扭矩大于其阻滞扭矩时，齿轮产生双面敲击，而双面敲击会产生严重档的敲击噪声，为了防止双面敲击的产生，可增大阻滞扭矩和降低惯性扭矩，阻滞扭矩增加会带来传动效率的降低，故最好的办法是降低惯性扭矩，其计算公式如下。

R R R I T α⨯=

（1）

式中：R T 为敲击齿轮惯性扭矩；R I 为空转齿轮转动惯量；R α为空转齿轮角加速度。

通常在发动机以及离合减震器确定的情况下，变速器输入轴的转速波动也就确定了，公式（1）可改写为：

Input R

R R i I T α⨯⨯

=2

1

（2）

式中：R i 为空转齿轮相对输入轴的传动比；Input α为输入轴角加速度。

通过计算敲击齿轮单位输入角加速度（Input α为1rad/s ）时的惯性扭矩，评估结构布置的齿轮敲击风险。

DCT 变速器不同档位、不同离合器和同步器状态，敲击齿轮的传动比不同。由于工况较多，以七速DCT 的三档工况为例，介绍计算评估方法。2.2节中已说明三档有四种状态，以及对应的敲击齿轮。表2为三档工况各状态下敲击齿轮相对应输入轴的传动比，及齿轮转动惯量。

表2 敲击齿轮传动比及转动惯量