双离合器变速箱振动载荷谱的采集与分析

朱思捷 程 章

（安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230051）

双离合器变速箱振动载荷谱的采集与分析

朱思捷 程 章

（安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230051）

对某款搭载DCT（Double clutch transmission，双离合器自动变速器）的车型在试验场按不同工况进行实车试验，使用两个加速度传感器采集DCT关键部位的振动载荷谱，对采集的信号数据进行处理分析。结果显示：DCT最大振动加速度达到10.37 g，为DCT及其主要零部件结构的CAE分析提供真实可靠的输入边界，对建立DCT载荷谱数据库有重要意义。

双离合器变速箱；载荷谱；数据采集；有效值

1 引言

双离合器自动变速器 （DCT）由于自身油耗低、动力不中断及驾乘舒适等诸多优点被广泛应用，其技术也日趋成熟，但DCT壳体及其内部传感器、液压模块和喷射油管等主要部件的CAE分析多是依据经验和台架试验所获得的数据，这些输入数据和整车实际行驶工况存在一定的差异，因此，获得真实可靠的DCT振动载荷谱，对DCT结构及其主要部件进行CAE分析、疲劳强度设计和耐久性试验具有重要意义。和汽车相关的载荷谱采集与分析已有大量研究，但多是基于整车，用于研究整车可靠性与疲劳性。王国军[1]等对城市用轿车实际行驶过程中的疲劳载荷进行实测，采用非参数统计方法分析载荷谱，按分位点外推法将载荷谱在不同地域使用；李文礼[2]等采集用户行驶载荷谱，用数理统计法和雨流计数法对数据进行处理，并与台架试验结合，为汽车室内台架耐久试验提供准确可靠的载荷谱，邹喜红[3]等运用远程参数控制技术来考核DCT中阀体和电子元件等部件在实际道路冲击下的疲劳可靠性，并搭建道路模拟试验台，再现实际道路冲击载荷，缩短研发周期。在其他研究中[4-7]也多是基于整车在试验跑道上针对不同路况获得的道路载荷谱，比如在卵石路扭曲路及搓板路等路况。本文主要是研究车辆在标准公路上正常行驶时遇到的突发工况，比如急加速、重刹车、急转弯等工况。

2 DCT道路载荷谱的采集

一般运用五轮仪法、六分力传感器法及轴头响应法进行道路载荷谱的测量，这些方法精度高、单次测量数据多，但由于使用的方法复杂、仪器昂贵而较少采用。本次试验主要采用加速度传感器法，实时采集双离合变速箱总成的振动特性。

2.1 测点选择与布置

在车辆正常行驶过程中，双离合变速箱振动源主要来自动力总成的扭转和地面的冲击。考虑资源限制和布置方便性，本次试验主要在双离合变速箱上安装两个三向加速度传感器。试验样车尚未量产，已进入OTS阶段，样车存在一些不稳定状态，主要配置如表1所示。传感器布置在如图1所示的位置上，一个布置在差速器上方位置的变速箱壳体上，一个布置在变速箱与发动机连接的法兰面处。

表1 试验车辆主要技术参数

图1 样车上传感器的布置

2.2 测试系统与采集

本次试验运用CANape数字采集系统实时采集信号。按照规定连接传感器，并进行固定，连接线固定时要考虑采集仪器使用的方便性，然后将连接好的传感器和采集设备调试好，接着进行实时采集，采集界面如图2所示。

图2 数据实时采集界面

2.3 测试工况

根据驾驶员在实际驾驶时遇到不同路况进行主观评价，并在驾驶人员能够承受的速度内控制车速[8]。制定的试验工况如表2所示。为验证采集的载荷谱的重复性和可靠性，每种工况采样三次。

表2 测试工况

3 DCT道路载荷谱的分析

3.1 采集信号的预处理

在试车跑道上试验时外界干扰信号较多，如环境温度、各频段噪音急振动，采集的原始信号通常包含高频噪音、零点漂移及奇异信号。因此需要对采集到的信号进行处理后方可采用，以免带来误差和错误数据。一般采用除均值和滤波的方法对干扰信号进行处理。采用均方根处理获取数据的有效值。图3是试验车辆两种不同工况下的原始数据。其中纵坐标代表加速度数值，单位g，即9.8 m/s2；横坐标轴代表时间，单位s。

图3 试验车辆两种不同工况的原始数据

图4 去除奇异值后的样车数据

从图3（a）中可以看出油门开度大于50%急加速至50 Km/h后重刹的三次试验数据在8 s、18 s、28 s左右均出现了奇异值。为了保证数据的可靠性，后期处理数据时需要去除这些奇异值。图3（a）去除奇异值后如图4所示。这些奇异值在大油门重刹工况三次试验中均出现，从侧面也反映了该双离合变速箱可能存在敲齿现象，后期可对此现象进行验证。

3.2 采集信号的分析

信号处理方法多种多样，根据不同需求采用不同方法。卿宏军等采用了雨流域、频率域和时间域的统计分析方法对载荷谱进行处理；谯凯等在对载荷谱进行分析处理时主要采用了统计特征分析和子功率谱分析。本文根据试验需求主要对数据进行均方根处理，得到DCT在整车行驶中的有效数据，作为DCT及零部件在CAE分析的边界输入条件。利用DIAdem软件对原始数据进行处理后得到数据的有效值，由于此次试验采样频率设置为10000 Hz，数据量较大，RMS分析时取0.01 s时间间隔的数据进行分析，部分如图5所示。

图5 试验车辆RMS数据处理结果

3.3 数据分析结果

利用CANape数据采集卡针对上述四种工况进行数据的实时采集。在NI DIAdem软件中对数据进行均方根有效值处理，得到的各工况下的有效值如表3所示。

表3中的数据显示试验车辆的双离合变速箱的最大振动均沿X方向（方向坐标见图1），相同工况下X方向的振动幅值较Y向、Z向更大。在整车设计时可以指导左右悬置的减震设计，更好地提高整车舒适性。同时对壳体及关键零部件设计时应避开相应的频率段，保证壳体及零部件的耐久性和可靠性。

本次试验的最大振动值为10.37 g，该值在实际使用中，可以根据使用工况或者匹配车型的不同，乘以1.1—1.3的安全系数。

表3 各工况下试验车辆数据处理分析结果

4 总结

通过试验获取了双离合器变速箱的最大振动加速度，为变速箱壳体及其关键零部件的有限元分析提供真实可靠的边界输入。在数据处理过程中，对伪信号的消除至关重要。此次试验获取的数据还需进一步处理，如利用功率谱密度分析频率分布，为设计变速箱壳体及其零部件避开此频率区域，从而避免发生共振。

[1]王国军，高峰.城市用轿车整车结构疲劳载荷谱的采集与处理[J].高技术通讯，2006，（8）:825-829.

[2]李文礼，石晓辉，柯坚，等.关联用户的汽车传动系载荷谱室内台架试验编制方法[J].机械工程学报，2014，（20）:143-150.

[3]邹喜红，谯凯，石晓辉，等.基于远程参数控制的DCT关键零部件道路模拟试验[J].中国机械工程，2013，（11）:1537-1541.

[4]卿红军，韩旭，陈志夫，等.某轿车结构载荷谱采集与分析[J].湖南大学学报，2012，（12）:32-36.

[5]陈有松，邱荣英，罗淼，等.基于道路载荷谱的车身疲劳寿命改进研究[J].上海汽车，2012，（6）:26-30.

[6]雷达，陈剑，王雪玲.汽车电器试验台道路模拟试验方法的研究与实现[J].噪声与振动控制，2009，（8）:67-69.

[7]谯凯，邹喜红，石晓辉，等.双离合器变速器振动与冲击载荷谱的采集与分析[J].重庆理工大学学报，2014，（5）:19-23.

[8]王云鹏，李显生.试验场特定路面对汽车振动响应的影响[J].公路交通科技，1997，（3）:59-62.

THE COLLECTION AND ANALYSIS OF DCT VIBRATION LOAD SPECTRUM

ZHU Si-jie CHENG Zhang
（Anhui Communications Vocational and Technical College,Hefei Anhui 230051）

The paper carries out a real car experiment of the DCT（Dual Clutch Transmission）carried on a car according to different working conditions in the proving ground.It uses two acceleration sensors to collect the vibration load spectrum of key parts of the DCT and analyzes the collected signal data.The results show that the maximum vibration acceleration of DCT can be 0.37g,which provides a true and reliable input boundary for CAE analysis of DCT and its key parts.It also plays a big role in establishing the DCT load spectrum data base.

DCT；Load spectrum；Data collection；RMS

U461.3

A

1672－2868（2016）06－0067－05

2016-10-05

安徽省级精品资源共享课程汽车检测技术（项目编号：2015gxk126）

朱思捷（1979-），男，浙江金华人。安徽交通职业技术学院机械与汽车工程系，讲师。研究方向：机械与汽车制造。