裝備某款雙離合變速器車掛擋熄火問題研究

故障概要2015年，市場上陸續發現21例裝備某款雙離合變速器的眾泰、榮威、名爵等車型出現了掛D擋、R擋后起步時發動機熄火的故障現象，筆者所在部門（技術中心試制車間）對發生故障的該款雙離合變速器進行了拆解分析，并給出問題解決方案。

故障診斷筆者接到技術支援請求后，對出現故障的21例案例進行分析，發現這21例故障車輛均裝配的是同一款某雙離合變速器。筆者對故障實車檢測發現，出現故障的車輛均存儲有故障代碼P0841（含義是“基數離合器壓力傳感器信號偏移”）和P0846（含義是“偶數離合器壓力傳感器信號偏移”）；經對故障車雙離合變速器實車數據（圖1）進行分析，發現其離合器實際壓力均高于離合器控制壓力，異常，但離合器控制壓力與控制電流相符，此時在未踩加速踏板的狀況下掛D擋或R擋，由于發動機處于怠速運轉狀態，輸出轉矩較小，由于離合器實際壓力過高，便會導致發動機無法帶動后端負載而熄火。由于離合器壓力的控制電流正常，且經檢查，離合器壓力傳感器的電阻值也正常，因此基本上可以排除信號輸入及采集端故障造成變速器故障的可能性。那么難道是閥體內控制油路發生了阻滯而導致離合器實際壓力過高的？于是筆者決定對閥體進行拆解檢查，結果發現電磁閥內存在大量雜質，經SEM（掃描電鏡）檢測，發現電磁閥中雜質的主要成分為Fe（鐵）元素。對拆解后的變速器進行目視檢查，筆者還發現吸濾器磁鐵上吸附有大量的磁性雜質（圖2），且在差速器行星軸及差速器殼（與整車驅動半軸配合部位）處發現有異常磨損痕跡（圖3）。經對異常磨損零件及其潛在影響零件的關鍵尺寸進行檢測，及對同批次零件質量進行抽檢，均沒有發現明顯的質量問題。

筆者對21臺產生同類故障的變速器都進行了拆解，結合實際磨損情況統計發現以下幾點。

圖1 問題變速器的離合器壓力曲線（截屏）

圖2 吸濾器上吸附有大量的磁性雜質

圖3 差速器行星軸和差速器殼處的磨損痕跡

（1）磨損有3種類型，一種是僅行星軸處磨損（伴隨卷簧銷斷裂），一種是僅差速器殼（與驅動半軸配合部位）處磨損，一種是上述2處均磨損。其中，和行星軸處磨損相關的占比高達90%。

（2）差速器殼磨損也有3種類型，一種是僅長半軸配合處磨損，一種是僅短半軸配合處磨損，一種是上述2處均磨損。其中，和長半軸處差速器殼磨損相關的占比高達90%。

（3）在拆檢的21例出現該故障的變速器中，裝在眾泰車上的占比較高，高達95%，而裝在榮威、名爵等車型的該款變速器發生故障的概率較低。

要分析出上述現象的原因，則必須要研究清楚：一是行星軸為什么會磨損？為什么此類磨損基本多發生在眾泰車？二是半軸配合處的差速器殼為什么會磨損？為什么90%的此類磨損都集中在長半軸配合處？

1 行星軸磨損原因分析及解決方案

從圖4可見，行星軸磨損部位的磨損方向與卷簧銷孔垂直。此磨損方向與動力流傳遞路徑一致，為行星齒和行星軸受力接觸區域。在未差速時，此行星齒和行星軸相對靜止，行星軸承受正壓力。在差速時，行星齒轉動，在正壓力作用下，發生相互摩擦。可見磨損與轉速差和正壓力相關，且摩擦力方向會使行星軸有軸向轉動的趨勢，當受力過大時會導致卷簧銷斷裂。

圖4 磨損行星軸樣件及其磨損位置

查閱變速器生產廠家資料，發現發生故障的該款雙離合變速器全平臺行星軸共用同一零件，材料為SAE4320H，表面處理方式為熱處理+Mn磷化。筆者決定對行星軸的現行設計進行彎曲應力校核、接觸壓應力校核和P-V（壓力-速度）校核，從校核結果來看，該款變速器行星軸的現行設計并沒有問題。從發動機最大轉矩和速比分析，搭載該款雙離合變速器的名爵（MG）銳騰（含RX5）車，1擋的最大轉矩為288 N·m，1擋速比為13.9，換算到差速器端的轉矩為4 000 N·m，而搭載該款雙離合變速器的眾泰T600車，1擋的最大轉矩為250 N·m，1擋速比為15.35，換算到差速器端的轉矩為3 838 N·m，由此可見眾泰車差速器端產生的轉矩要小于名爵車，且查閱變速器配套廠家的技術檔案，該款雙離合變速器在開發階段差速器耐久試驗（高轉矩、低轉速，其中差速比為1:1.6，1擋最大輸入轉矩）中，都沒有出現過行星軸失效的情況。由此可見，故障雙離合變速器行星軸磨損的主要原因并不在應力P上。由該款雙離合變速器行星軸的P-V曲線可知，該行星軸當前材料和表面處理方式具有可以在低轉速差下承受較大轉矩的特性，但在高轉速差下其承受大轉矩的能力較弱。因此筆者懷疑行星軸失效很有可能源于其使用工況超出了P-V曲線能力，且主要原因應為存在有較大的轉速差V。

基于行星軸失效原因為存在較大轉速差的猜想，筆者將故障排查的重心放在了調研眾泰車和名爵車控制轉速差能力的差異上，首當其沖的就是TCS（Traction Control System，牽引力控制系統）。TCS被用來提高所有車輛行駛工況下的操縱性能，如果沒有此功能，大的驅動轉矩會使驅動輪（至少一個驅動輪）產生不可接受的滑移（空轉）。在此情形下，當達到附著力極限時，TCS能通過制動力及發動機系統的干預，控制車輛的動態性能。TCS的觸發和輪速差相關，且最終控制也會使得輪速差達到一個相對合理的范圍。于是，筆者對眾泰車和名爵車進行了整車TCS對比試驗。從測試結果可見（圖5）：對于眾泰車而言，當驅動輪與非驅動輪轉速差在9 km/h左右時，TCS激活，實車平順性及動力性感受可接受，最終驅動輪與非驅動輪轉速差穩定在50 km/h（圖5a）；對于名爵車而言，當驅動輪與非驅動輪轉速差在9 km/h左右，TCS激活，實車平順性及動力性感受好，最終驅動輪與非驅動輪轉速差穩定在5 km/h左右（圖5b）。由此可見，眾泰車驅動輪與非驅動輪轉速差高達50 km/h，這就是行星軸失效的根本原因。

從行星軸P-V曲線可知，當轉速差控制在10 km/h（換算到名爵車的行星軸和行星齒端差速為4.6 m/min）以內時，符合行星軸P-V曲線；而當轉速差控制在50 km/h（換算到眾泰車的行星軸和行星齒端差速為20.3 m/min），超出了行星軸P-V曲線范圍。此外，通過分析21例故障車發現，出現故障的車輛多集中在我國西南部，此區域行駛路況較為復雜，會頻繁遇到轉速差大的行駛工況。

圖5 TCS測試數據（截屏）

為了進一步驗證高轉速差會造成行星軸磨損的推測，筆者對該款雙離合變速器進行了高轉速、低轉矩的試驗，試驗工況為1:40的差速比（轉速差約為370.5 r/min），采用50%的1擋最大輸入轉矩，試驗時間為40 min。試驗后對變速器進行拆解，發現行星軸確有異常磨損，磨損部位與前述21例故障車的返回零件相同。

至此，已明確行星軸失效的主要原因為車輛的使用工況超出了其設計P-V要求，主要是轉速差V過大，且不同使用區域的車輛表現出發生故障的概率性差異。針對此結論，筆者從變速器的角度，對行星軸的材料和表面處理方式進行了更改，并進行了對比試驗。在相同高轉速低轉矩試驗后，可見改進后的行星軸耐磨性能較之前有了明顯提升（圖6）；從整車的角度，整車廠對TCS軟件進行了優化，通過對TCS控制軟件升級，可以將行星軸失效風險降到最低。

2 半軸配合處差速器殼磨損原因分析及解決方案

從目前磨損情況可知，在未差速時，半軸和差速器殼相對靜止，在整車顛簸路況，半軸有可能局部與差速器殼接觸（與圖7所示的失效模式不符），因此筆者初步判斷失效源于差速工況下，且與半軸對于差速器殼的正壓力及相對轉速差相關。

該款雙離合變速器全平臺差速器殼共用同一零件，材料為GGG-60，經校核，差速器殼的強度滿足要求。通過benchmark公司主流變速器性能指標，該差速器殼無明顯強度偏弱問題。至此，筆者從設計角度同樣找不出變速器端有任何問題。鑒于21例出故障的變速器差速器殼磨損90%集中在眾泰車型上，且90%集中在長半軸配合處磨損，為此筆者重點排查眾泰車長半軸設計方面存在缺陷的可能。

圖6 新、老材料行星軸試驗后的結果對比

圖7 差速器殼磨損樣件及磨損位置

圖8 長半軸整車安裝示意

經查，眾泰車長半軸的設計理念與榮威、名爵等車相似，均采用帶支撐的長半軸。其安裝順序為：先將半軸花鍵插入變速器差速器半軸齒內花鍵，而后上緊半軸支撐支架和發動機氣缸體的螺栓（圖8）。由此裝配順序可知，花鍵處配合精度、支架和發動機氣缸體配合精度及其他關聯尺寸鏈，將直接影響到裝配后差速器殼和半軸的接觸情況，于是筆者對整車廠當前長半軸設計尺寸鏈進行了復核。由半軸和差速器殼、半軸花鍵的配合偏擺角可知，半軸插入差速器殼半軸齒花鍵后，其右端呈自然下墜狀態，半軸左端會與差速器殼的左上角和右下角接觸，此接觸將阻止半軸進一步旋轉（圖9）。通過對此狀態下偏擺角尺寸鏈計算對標后，發現半軸設計無明顯差異（表1）。通過對半軸支架螺栓上緊前后半軸軸向偏移量尺寸鏈的計算，可知名爵車半軸在螺栓上緊后可以改善半軸與差速器殼的接觸狀態（表2）。從尺寸鏈計算可知，對整車端半軸尺寸鏈進行優化（如通過提高發動機氣缸體螺栓孔精度，提高半軸支架螺栓孔精度，或者在半軸支架與發動機氣缸體間增加定位銷等），可在一定程度上改善半軸安裝后與差速器殼的接觸狀態，從而減少差速器殼處的磨損。此外，如TCS能有效介入，在一定程度上也能減少轉速差，從而改善對磨狀態。鑒于此故障的發生并非個案，筆者建議變速器生產廠家可以考慮通過加油槽的方式來改善此處的潤滑條件，改善對磨狀態，以徹底杜絕此處異常磨損的發生。

圖9 長半軸裝入變速器后的偏擺角

故障總結對于裝備某款雙離合變速器的車輛掛D擋、R擋熄火的故障，筆者認為是電磁閥卡滯造成離合器實際壓力過高所致。電磁閥上的雜質主要來源于行星軸磨損、差速器殼磨損，其中，行星軸磨損的原因為差速工況超出了行星軸P-V能力，其主要原因為車輛使用環境及整車TCS控制因素所致，通過對行星軸強化和TCS功能調整便可以有效解決此類磨損。差速器殼磨損主要發生在差速工況，但其根本原因為半軸安裝后的軸向偏移量過大，通過半軸尺寸鏈優化和TCS功能調整便可以有效解決此類磨損。后經按筆者提出的改進方案進行改進后，此款雙離合變速器再也未發生上述故障，問題得以圓滿解決。

表1 半軸裝入變速器后的偏擺角

表2 半軸軸向偏移量