雙離合器變速箱振動載荷譜的采集與分析

朱思捷 程 章

（安徽交通職業技術學院，安徽 合肥 230051）

雙離合器變速箱振動載荷譜的采集與分析

朱思捷 程 章

（安徽交通職業技術學院，安徽 合肥 230051）

對某款搭載DCT（Double clutch transmission，雙離合器自動變速器）的車型在試驗場按不同工況進行實車試驗，使用兩個加速度傳感器采集DCT關鍵部位的振動載荷譜，對采集的信號數據進行處理分析。結果顯示：DCT最大振動加速度達到10.37 g，為DCT及其主要零部件結構的CAE分析提供真實可靠的輸入邊界，對建立DCT載荷譜數據庫有重要意義。

雙離合器變速箱；載荷譜；數據采集；有效值

1 引言

雙離合器自動變速器 （DCT）由于自身油耗低、動力不中斷及駕乘舒適等諸多優點被廣泛應用，其技術也日趨成熟，但DCT殼體及其內部傳感器、液壓模塊和噴射油管等主要部件的CAE分析多是依據經驗和臺架試驗所獲得的數據，這些輸入數據和整車實際行駛工況存在一定的差異，因此，獲得真實可靠的DCT振動載荷譜，對DCT結構及其主要部件進行CAE分析、疲勞強度設計和耐久性試驗具有重要意義。和汽車相關的載荷譜采集與分析已有大量研究，但多是基于整車，用于研究整車可靠性與疲勞性。王國軍[1]等對城市用轎車實際行駛過程中的疲勞載荷進行實測，采用非參數統計方法分析載荷譜，按分位點外推法將載荷譜在不同地域使用；李文禮[2]等采集用戶行駛載荷譜，用數理統計法和雨流計數法對數據進行處理，并與臺架試驗結合，為汽車室內臺架耐久試驗提供準確可靠的載荷譜，鄒喜紅[3]等運用遠程參數控制技術來考核DCT中閥體和電子元件等部件在實際道路沖擊下的疲勞可靠性，并搭建道路模擬試驗臺，再現實際道路沖擊載荷，縮短研發周期。在其他研究中[4-7]也多是基于整車在試驗跑道上針對不同路況獲得的道路載荷譜，比如在卵石路扭曲路及搓板路等路況。本文主要是研究車輛在標準公路上正常行駛時遇到的突發工況，比如急加速、重剎車、急轉彎等工況。

2 DCT道路載荷譜的采集

一般運用五輪儀法、六分力傳感器法及軸頭響應法進行道路載荷譜的測量，這些方法精度高、單次測量數據多，但由于使用的方法復雜、儀器昂貴而較少采用。本次試驗主要采用加速度傳感器法，實時采集雙離合變速箱總成的振動特性。

2.1 測點選擇與布置

在車輛正常行駛過程中，雙離合變速箱振動源主要來自動力總成的扭轉和地面的沖擊。考慮資源限制和布置方便性，本次試驗主要在雙離合變速箱上安裝兩個三向加速度傳感器。試驗樣車尚未量產，已進入OTS階段，樣車存在一些不穩定狀態，主要配置如表1所示。傳感器布置在如圖1所示的位置上，一個布置在差速器上方位置的變速箱殼體上，一個布置在變速箱與發動機連接的法蘭面處。

表1 試驗車輛主要技術參數

圖1 樣車上傳感器的布置

2.2 測試系統與采集

本次試驗運用CANape數字采集系統實時采集信號。按照規定連接傳感器，并進行固定，連接線固定時要考慮采集儀器使用的方便性，然后將連接好的傳感器和采集設備調試好，接著進行實時采集，采集界面如圖2所示。

圖2 數據實時采集界面

2.3 測試工況

根據駕駛員在實際駕駛時遇到不同路況進行主觀評價，并在駕駛人員能夠承受的速度內控制車速[8]。制定的試驗工況如表2所示。為驗證采集的載荷譜的重復性和可靠性，每種工況采樣三次。

表2 測試工況

3 DCT道路載荷譜的分析

3.1 采集信號的預處理

在試車跑道上試驗時外界干擾信號較多，如環境溫度、各頻段噪音急振動，采集的原始信號通常包含高頻噪音、零點漂移及奇異信號。因此需要對采集到的信號進行處理后方可采用，以免帶來誤差和錯誤數據。一般采用除均值和濾波的方法對干擾信號進行處理。采用均方根處理獲取數據的有效值。圖3是試驗車輛兩種不同工況下的原始數據。其中縱坐標代表加速度數值，單位g，即9.8 m/s2；橫坐標軸代表時間，單位s。

圖3 試驗車輛兩種不同工況的原始數據

圖4 去除奇異值后的樣車數據

從圖3（a）中可以看出油門開度大于50%急加速至50 Km/h后重剎的三次試驗數據在8 s、18 s、28 s左右均出現了奇異值。為了保證數據的可靠性，后期處理數據時需要去除這些奇異值。圖3（a）去除奇異值后如圖4所示。這些奇異值在大油門重剎工況三次試驗中均出現，從側面也反映了該雙離合變速箱可能存在敲齒現象，后期可對此現象進行驗證。

3.2 采集信號的分析

信號處理方法多種多樣，根據不同需求采用不同方法。卿宏軍等采用了雨流域、頻率域和時間域的統計分析方法對載荷譜進行處理；譙凱等在對載荷譜進行分析處理時主要采用了統計特征分析和子功率譜分析。本文根據試驗需求主要對數據進行均方根處理，得到DCT在整車行駛中的有效數據，作為DCT及零部件在CAE分析的邊界輸入條件。利用DIAdem軟件對原始數據進行處理后得到數據的有效值，由于此次試驗采樣頻率設置為10000 Hz，數據量較大，RMS分析時取0.01 s時間間隔的數據進行分析，部分如圖5所示。

圖5 試驗車輛RMS數據處理結果

3.3 數據分析結果

利用CANape數據采集卡針對上述四種工況進行數據的實時采集。在NI DIAdem軟件中對數據進行均方根有效值處理，得到的各工況下的有效值如表3所示。

表3中的數據顯示試驗車輛的雙離合變速箱的最大振動均沿X方向（方向坐標見圖1），相同工況下X方向的振動幅值較Y向、Z向更大。在整車設計時可以指導左右懸置的減震設計，更好地提高整車舒適性。同時對殼體及關鍵零部件設計時應避開相應的頻率段，保證殼體及零部件的耐久性和可靠性。

本次試驗的最大振動值為10.37 g，該值在實際使用中，可以根據使用工況或者匹配車型的不同，乘以1.1—1.3的安全系數。

表3 各工況下試驗車輛數據處理分析結果

4 總結

通過試驗獲取了雙離合器變速箱的最大振動加速度，為變速箱殼體及其關鍵零部件的有限元分析提供真實可靠的邊界輸入。在數據處理過程中，對偽信號的消除至關重要。此次試驗獲取的數據還需進一步處理，如利用功率譜密度分析頻率分布，為設計變速箱殼體及其零部件避開此頻率區域，從而避免發生共振。

[1]王國軍，高峰.城市用轎車整車結構疲勞載荷譜的采集與處理[J].高技術通訊，2006，（8）:825-829.

[2]李文禮，石曉輝，柯堅，等.關聯用戶的汽車傳動系載荷譜室內臺架試驗編制方法[J].機械工程學報，2014，（20）:143-150.

[3]鄒喜紅，譙凱，石曉輝，等.基于遠程參數控制的DCT關鍵零部件道路模擬試驗[J].中國機械工程，2013，（11）:1537-1541.

[4]卿紅軍，韓旭，陳志夫，等.某轎車結構載荷譜采集與分析[J].湖南大學學報，2012，（12）:32-36.

[5]陳有松，邱榮英，羅淼，等.基于道路載荷譜的車身疲勞壽命改進研究[J].上海汽車，2012，（6）:26-30.

[6]雷達，陳劍，王雪玲.汽車電器試驗臺道路模擬試驗方法的研究與實現[J].噪聲與振動控制，2009，（8）:67-69.

[7]譙凱，鄒喜紅，石曉輝，等.雙離合器變速器振動與沖擊載荷譜的采集與分析[J].重慶理工大學學報，2014，（5）:19-23.

[8]王云鵬，李顯生.試驗場特定路面對汽車振動響應的影響[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

安徽省級精品資源共享課程汽車檢測技術（項目編號：2015gxk126）

朱思捷（1979-），男，浙江金華人。安徽交通職業技術學院機械與汽車工程系，講師。研究方向：機械與汽車制造。