DCT Click-clack噪声分析及优化

覃彦颖，李小亮，张韵然

（格特拉克 （江西）传动系统有限公司，江西南昌330013）

0 引言

DCT即双离合变速器 （Dual Clutch Transmission），是一款基于手动变速器 （MT）演变而成的双离合自动变速器。简单地说，双离合器自动变速器相当于两台MT变速箱叠加起来的效果，它既继承了手动变速器 （MT）传动效率高、结构紧凑、成本低等诸多优点，又克服了手动变速器 （MT）换挡过程动力中断的不足，具有与自动变速器 （AT）相当的换挡品质，是近年来迅速发展的汽车自动变速器技术，应用前景被广泛看好，各汽车制造商不惜投入巨资开展双离合器的研发。但双离合变速器跟手动变速器一样，也会存在啸叫和齿轮敲击等问题［1］。Click-clack噪声也是一种变速器敲击噪声，是DCT特有的NVH问题，通常发生在低挡位、低车速Tip In／Out工况，并且这些工况都是较为常用的工况，如倒库、交通拥堵时起步及低速行驶Tip In／Out等工况，且该噪声是一种瞬态变速器敲击噪声，噪声级会产生显著的跳跃现象，而人耳对其变化的幅度十分敏感［2］。由于人们对汽车的品质要求越来越高，而NVH是评价汽车品质的重要技术指标之一，因此，消除或改善双离合变速器Click-clack噪声势在必行。

1 DCT结构及Click-clack噪声产生原因分析

1.1 某6速DCT结构

此案例采用的某6速DCT自动变速器是一款干式双离合器自动变速器。该变速器相当于两台MT变速箱系统叠加起来的效果，其中一套系统负责1挡、3挡、5挡，另一套系统负责2挡、4挡、6挡、倒挡。与MT不同的是，该6速DCT自动变速器采用TUC控制换挡，TCU主要根据油门开度和车速等信息来自动选取合适的挡位。

1.2 Click-clack噪声定义

DCT变速器在Tip In／Out工况下预选挡位 （Pre-selected）齿轮副产生的 “咔嗒-咔嗒”噪声，主要发生挡位一般在1挡和倒挡。

1.3 Click-clack噪声产生原因分析

下文以倒挡Tip In／Out工况为例，介绍其Click-clack噪声产生过程，如图1所示：

（1）换挡杆从P挡位挂到R挡位，此时挡位状态是R挡预选1挡；

（2） 松开刹车，然后Tip In／Out，输入轴2产生扭矩／转速波动通过如下途径传输到输入轴1：输入轴2→2挡双联齿轮→倒挡齿轮→输出轴2→主减齿轮→输出轴1→1挡齿轮→输入轴1；

（3）1挡齿轮与输入轴1上1挡常啮合齿轮产生扭矩／转速波动，其相互撞击产生齿轮敲击声，就是所说的Click-clack噪声。

Click-clack噪声产生的机制和Gear Rattle产生的机制相同，噪声的大小跟空套齿轮的扭振激励及拖曳扭矩有关。在此案例中，倒挡时，输入轴1、离合器1摩擦盘可以整体看成是一个惯量较大的空套齿轮。齿轮产生敲击噪声的门槛值准则［1］为

图1 倒挡Click-clack噪声产生过程

2 Click-clack噪声解决方案

（1）尽量缩短预选挡的在挡时间

Click-clack噪声只发生在有预选挡的情况下，没有预选挡，就没有Click-clack噪声。因此，理论上只要取消预选挡，就可以解决该噪声问题；但预选挡是DCT换挡策略特性之一，其作用是缩短换挡时间，因此不能通过直接取消预选挡的方法来解决Click-clack噪声；但是可以通过尽量缩短预选挡的在挡时间，来降低Click-clack噪声发生的概率。

（2）当有预选挡的时候，优化Tdrag

①轴和离合器摩擦盘总惯量J1

优化轴和离合器摩擦盘的总惯量，涉及到变速器系统硬件的更改，需要消耗大量的时间、人力、物力等。

此案例中，某乘用车的Tip In／Out工况发动机输出扭矩响应速率特性及离合器结合特性如图2所示。

图2 Tip In／Out发动机输出扭矩响应速率特性及离合器结合特性

虽然发动机输出扭矩响应速率特性有些急剧，但经过离合器结合特性的控制 （滑磨特性），输入轴的扭矩瞬变特性已经变得较为缓和，如果继续降低发动机扭矩响应或离合器结合响应特性，势必会牺牲部分车辆加速性能。

③拖曳扭矩Tdrag

此案例拖曳扭矩Tdrag由2部分组成：一部分是变速器自身的拖曳扭矩TTM，主要受轴承、油等自身特性影响，修改困难；另一部分是通过变速器软件的标定，人为加载到被动离合器（Passive Clutch）摩擦盘上的被动扭矩TPT（Passive Torque）。即轴和离合器摩擦盘的总拖曳扭矩Tdrag＝TTM+TPT，TPT的大小可以通过变速器控制软件的标定实现。

综上所述，尽量缩短预选挡在挡时间及修改被动离合器摩擦盘上的被动扭矩TPT是优化或消除双离合变速器 （DCT）Click-clack噪声较为简单、有效、经济的方法，不涉及传动系统硬件的更改，只需要通过变速器软件的标定优化即可，也不会影响整车加速性能。

3 扭振测试及分析

3.1 测试系统

此案例总拖曳扭矩Tdrag＝TTM+TPT，其中TTM可以通过EOL下线检测台架测试出来，TPT则需要通过扭振测试，获得Tip In时输入轴1常啮合齿轮角加速度，再根据轴及离合器的总转动惯量计算出来。扭振测试传感器安装位置如图3所示，其中，变速器参考点振动传感器用来采集变速器壳体参考点振动加速度信号，捕捉Click-clack噪声特征；输入轴转速传感器用来采集Click-clack噪声产生的齿轮副松动齿轮的转速脉冲信号，用以计算其角加速度。

3.2 数据分析

图3 传感器安装位置

图4 9组倒挡Tip In／Out工况输入轴1的1挡常啮合齿角加速度

4 被动扭矩大小的确定及标定效果验证

4.1 被动扭矩TPT（Passive Torque）大小的确定

此案例中，变速自身拖曳扭矩TTM，即输入轴1及离合1摩擦盘的总拖曳扭矩，可以通过EOL下线检测台架测试出来。拖曳扭矩TTM受变速器润滑油的温度影响，润滑油作用类似于时变非线性的弹簧-阻尼单元，TTM尤其是受其黏度影响［4］。此案例中，润滑油对轴和离合器拖曳扭矩产生的影响定义为 “扭矩补偿值”。温度-扭矩补偿值曲线如图5和图6所示，设油温40℃时扭矩补偿值为0 N·m，油温低于40℃时为正值，油温高于40℃时为负值。此案例中 “输入轴1+输入轴2”及 “离合器摩擦盘1+离合器摩擦盘2”在40℃条件下的拖曳扭矩EOL下线检测台架测试值分别是0.794及0.473 N·m。

图5 输入轴温度-拖曳扭矩补偿值

图6 离合器摩擦盘温度-拖曳扭矩补偿值

4.2 预选挡及被动扭矩TPT（Passive Torque）的标定

此案例标定使用到的软件是INCA V7.1版本，硬件是ES581.4。标定的主要内容包括：预选挡退出条件、被动扭矩进入及退出条件、被动扭矩最大值、被动扭矩进入及退出时斜率、被动扭矩关闭条件等。倒挡相关标定参数说明如表1所示。

4.3 整车测试验证

图7是原始状态倒挡Tip In／Out工况，从变速器参考点振动可发现明显的Click-clack噪声特征，如图中圆圈。在Tip In／Out过程中，被动离合器一直处于打开状态，无被动扭矩（Passive Torque）。

图8是经过优化标定之后倒挡Tip In／Out工况，从变速器参考点振动未发现Click-clack噪声特征。在Tip In／Out过程中，被动离合器扭矩从0 N·m上升到1.5 N·m。

图8 经过优化标定之后倒挡Tip In／Out工况曲线

5 总结

以某6DCT250为例详细阐述了DCT Click-clack噪声产生的机制，分析了各种优化方案的利弊。通过扭振测试，计算出相应齿轮的角加速，再结合EOL台架拖曳扭矩的测试结果，计算出需要加载在被动离合器上的被动扭矩，然后结合变速器预选挡策略及被动离合器扭矩的标定方法，达到消除Click-clack噪声、提升汽车品质的目的。