寧明志，朱新星，王小波

（上海汽車乘用車公司技術(shù)中心，上海 201804）

前言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率扭矩的不斷提高，同時(shí)伴隨汽車輕量化設(shè)計(jì)的不斷推進(jìn)，整車系統(tǒng)出現(xiàn)整體剛度降低、局部結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征變化等情況，在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到各種由此誘發(fā)的NVH問題[1][2]。因此，對(duì)該問題的分析和改進(jìn)方案的提出，對(duì)于改善傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重大意義。本文就以一款車型開發(fā)過程中遇到的實(shí)際問題為例，介紹一下 MT車輛半聯(lián)動(dòng)起步時(shí)NVH異響問題的處理。

1 起步半聯(lián)動(dòng)工況分析

1.1 半聯(lián)動(dòng)工況定義

即駕駛技術(shù)動(dòng)作為部分踩下離合器的狀態(tài)。半聯(lián)動(dòng)就是離合器介于離與合之間，傳動(dòng)系統(tǒng)介于聯(lián)與不聯(lián)之間的狀態(tài)，它可以提供一種柔性的動(dòng)力，在一些復(fù)雜路況以及起步、轉(zhuǎn)彎和短距離跟進(jìn)等會(huì)經(jīng)常使用。離合器在半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，壓盤與摩擦片的摩擦力小于完全接合狀態(tài)。離合器壓盤與飛輪上的摩擦片之間是滑動(dòng)摩擦狀態(tài)。飛輪的轉(zhuǎn)速大于輸出軸的轉(zhuǎn)速，從飛輪傳輸出來的動(dòng)力部分傳遞給變速箱。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間相當(dāng)于一種軟連接狀態(tài)。也就是說，車輛起步，我們將離合器踏板慢慢松開，動(dòng)、靜摩擦片實(shí)際是在不斷的接近，當(dāng)兩者之間剛開始接觸時(shí)，由于動(dòng)、靜摩擦片之間的摩擦力還很小，因此與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的靜摩擦片還無法帶動(dòng)動(dòng)摩擦片旋轉(zhuǎn)，隨著我們的腳的抬起，帶動(dòng)摩擦片更緊的與靜摩擦片接觸，摩擦力也越來越大，最終把動(dòng)摩擦片慢慢地帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來。由于“半聯(lián)動(dòng)”的存在，汽車就可以慢慢的平緩的起步了。[3]

1.2 異響產(chǎn)生機(jī)理

離合器半聯(lián)動(dòng)異響產(chǎn)生機(jī)理：主要為離合系統(tǒng)接合過程中，傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部受迫振動(dòng)，當(dāng)激振頻率接近系統(tǒng)固有頻率從而引起共振現(xiàn)象。[4][5]

激勵(lì)源：離合器結(jié)合過程中，隨著結(jié)合位置變化，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端阻力矩變化，引起發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)。

被激勵(lì)物：變速箱輸入軸總成，離合器從動(dòng)盤，離合器壓盤。

整個(gè)激振的過程參見圖1：

圖1 半聯(lián)動(dòng)異響產(chǎn)生機(jī)理

（1）變速箱輸入軸的彎曲振動(dòng)頻率

離合器從動(dòng)盤與變速箱輸入軸通過花鍵配合連接，在離合器接合過程中，其固有的彎曲振動(dòng)頻率基本保持不變（接合過程中，從動(dòng)盤面壓的變化對(duì)其固有頻率影響輕微）。對(duì)于普通乘用車，此固有頻率大體在250～400Hz，本例中，整車的頻率范圍在300～350Hz，仿真從動(dòng)盤系統(tǒng)的固有頻率在336Hz附近，正好處于危險(xiǎn)頻率帶。

（2）離合器壓盤的振動(dòng)頻率

離合器結(jié)合過程中，由于膜片簧和從動(dòng)盤面壓的剛度隨行程變化是非線性的，這造成在接合過程中，振動(dòng)頻率范圍變化很大。

（3）結(jié)合的過程中激起變速箱輸入軸（或加上從動(dòng)盤系統(tǒng)）共振

在離合器結(jié)合過程中，若離合器的振動(dòng)頻率與變速箱輸入軸的固有頻率出現(xiàn)交疊時(shí)，容易導(dǎo)致共振產(chǎn)生，則會(huì)導(dǎo)致半聯(lián)動(dòng)時(shí)的異響。

2 影響半聯(lián)動(dòng)異響系統(tǒng)特性分析

基于以上原理的分析，我們對(duì)離合器系統(tǒng)進(jìn)行建模和結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。對(duì)離合器這種存在摩擦和振動(dòng)的系統(tǒng)，產(chǎn)生共振和異響的原因可能有以下幾種：

（1）系統(tǒng)安裝或者產(chǎn)品存在不對(duì)中的情況，導(dǎo)致離合器結(jié)合過程異響——模擬對(duì)中度從動(dòng)盤傾斜 1°情況下的系統(tǒng)振動(dòng)情況；

（2）離合器結(jié)合過程中，壓盤和從動(dòng)盤在軸向可以看成單自由度剛度-質(zhì)量系統(tǒng)。在結(jié)合過程中，該系統(tǒng)的頻率隨著結(jié)合力改變，如果該頻率與從動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)模態(tài)比較接近，可能會(huì)引起共振，產(chǎn)生異響——模擬離合器從動(dòng)盤和壓盤在結(jié)合傳扭過程中的頻率曲線；

（3）離合器半聯(lián)動(dòng)過程存在靜摩擦、動(dòng)摩擦的轉(zhuǎn)換，當(dāng)摩擦盤在半聯(lián)動(dòng)時(shí)，如果摩擦系數(shù)曲線產(chǎn)生了“負(fù)斜率”特性可能會(huì)引發(fā)摩擦自激振，使得從動(dòng)盤持續(xù)共振，產(chǎn)生異響。（鑒于目前對(duì)比各廠家的離合器材料的性能情況對(duì)比，目前采用的離合器材料優(yōu)化空間有限，故此次不作為分析的重點(diǎn)。）

下面，我們就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡化建模和有限元分析。

2.1 系統(tǒng)建模

離合器結(jié)合過程，壓盤和從動(dòng)盤受到膜片彈簧的變化的力。這個(gè)過程壓盤和從動(dòng)盤可以看成單自由度的剛度-質(zhì)量系統(tǒng)。如下圖2所示，計(jì)算結(jié)合過程系統(tǒng)的頻率，并與從動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)模態(tài)進(jìn)行比較。[6][7][8][9]

圖2 離合系統(tǒng)示意圖

圖2所示系統(tǒng)的系統(tǒng)振動(dòng)頻率方程可由下式確定：

離合器系統(tǒng)頻率計(jì)算。

2.2 系統(tǒng)有限元分析

針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析，相關(guān)仿真參數(shù)設(shè)定如下表1：

表1 離合器仿真參數(shù)設(shè)定

分析結(jié)果如下圖：

（1）偏置1°離合器的對(duì)比結(jié)果見圖3。

圖3 對(duì)中&偏置離合器受激振動(dòng)模擬

（2）離合器振型情況見下表2。

表2 離合器從動(dòng)盤系統(tǒng)模態(tài)分析

（3）同時(shí)，將整個(gè)簡化系統(tǒng)的半聯(lián)動(dòng)傳扭過程進(jìn)行仿真，得到下圖4結(jié)果：

圖4 改善前系統(tǒng)半聯(lián)動(dòng)過程仿真

從分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

a.偏置離合器系統(tǒng)的激勵(lì)情況是正常情況的10倍；

b.離合系統(tǒng)共振以軸向振動(dòng)為主；

c.離合器模態(tài)偏低，系統(tǒng)接合過程中頻率都有較大比例存在于共振帶附近；

d.在問題區(qū)域（300-350Hz）內(nèi)的從動(dòng)盤和壓盤頻率比較貼近，容易發(fā)生激勵(lì)。

3 改進(jìn)方案及匹配試驗(yàn)

根據(jù)上文的分析情況，確定了2種離合器方案，并進(jìn)行匹配驗(yàn)證[10]，見下表3。

表3 改進(jìn)措施

針對(duì)上述方案，進(jìn)行有限元分析，結(jié)論見下圖5。

從仿真圖中可以明顯看到，增加從動(dòng)片剛度的零件，可以明顯提高系統(tǒng)在結(jié)合過程中的頻率特性，避開了從動(dòng)盤的固有頻率帶。

圖5 改善后半聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)過程仿真

結(jié)合上述方案，制作樣件并進(jìn)行實(shí)車測試，半聯(lián)動(dòng)異響情況消失，至此，問題解決。

4 總結(jié)

（1）建立了發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪—壓盤—從動(dòng)盤—變速箱輸入軸的模型。模型中將飛輪簡化為剛體，離合器簡化為單自由度的剛體-質(zhì)量系統(tǒng)等。在整車半聯(lián)動(dòng)結(jié)合過程的系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下，利用建立的模型，可以求出離合器壓盤、從動(dòng)盤的振動(dòng)情況。

（2）建立了離合器在一定頻率帶范圍內(nèi)的振動(dòng)優(yōu)化模型，利用優(yōu)化的模型，可以優(yōu)化離合器的剛度和模態(tài)，指導(dǎo)零件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（3）對(duì)安裝優(yōu)化前后離合器的汽車，對(duì)其半聯(lián)動(dòng)異響情況進(jìn)行了實(shí)測。結(jié)果表明，安裝優(yōu)化的離合器后，發(fā)動(dòng)機(jī)艙變速器側(cè)的噪聲明顯降低，表明本文建立的優(yōu)化模型和計(jì)算方法，對(duì)改善半聯(lián)動(dòng)異響具有指導(dǎo)意義。

[1] 王夢(mèng)晨.汽車離合器異響的故障診斷分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件;2017年9期.

[2] 朱思捷.離合器傳遞扭矩不均引起變速箱異響的試驗(yàn)研究[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào).2017年2期.

[3] 陳權(quán)瑞,萬里翔,劉雪萊,王波.離合器設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)汽車起步振動(dòng)的影響研究[J].噪聲與振動(dòng)控制.2017年7期.

[4] 施一敏,伊廣德,何東偉.摩擦式離合器接合過程中抖動(dòng)及穩(wěn)定性研究[J].機(jī)電一體化.2013年7期.

[5] 綦有為,陳漫,陳飛.離合器摩擦副實(shí)際接觸面積模型研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2016年6期.

[6] 劉欣,張凱,丁殿磊,劉元杰.膜片彈簧離合器分離特性的分析計(jì)算與仿真[J].研究與開發(fā);2016年4期.

[7] 姜彥,魯統(tǒng)利.從動(dòng)盤波形彈簧片對(duì)干式離合器扭矩傳遞的影響分析[J].傳動(dòng)技術(shù).2013年6期.

[8] 何波,張志剛,石曉輝,袁立華.離合器波形彈簧載荷—變形特性仿真分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2016年3期.

[9] 萬里翔,陳浩,劉雪萊,侯秋豐,于洋,上官文斌.離合器壓盤熱變形與應(yīng)力分析方法及其應(yīng)用木[J].汽車工程.2016年11期.

[10] 孟愛華,王興德;離合器舒適性檢測方法研究[J].機(jī)電工程.2011年5期.