馬虎森，陳曉利

(陜西法士特汽車傳動工程研究院，陜西西安 710119)

0 引言

汽車傳動系統(tǒng)是由發(fā)動機、離合器、變速器、傳動軸、后橋等組成的復雜非線性彈性系統(tǒng)，間隙不可避免，其扭轉自由度振動是影響車輛NVH的重要方面。特別急加/減油門時，驅動扭矩短時間內(nèi)驟升/驟降，間隙的存在使得系統(tǒng)產(chǎn)生很大扭矩沖擊，引起系統(tǒng)低頻扭轉振動，在齒輪嚙合副、花鍵接觸副之間出現(xiàn)撞擊，產(chǎn)生令人不適的噪聲。這種加/減油門帶來的扭轉振動和沖擊的動力學問題歸結為“Clunk”的現(xiàn)象[1-2]。

A ROBERT[3]對車輛加/減油門時Clunk和Shuffle的現(xiàn)象進行相關測試和描述。H SHIOZAKI等[4]采用時域傳遞路徑方法分析了某乘用車加/減油門瞬態(tài)沖擊問題。李文禮[5]建立傳動系動態(tài)模擬試驗臺架對傳動系加減速進行了模擬測試。X H LU等[6]針對加/減油門瞬態(tài)沖擊問題建立簡化集中質量動力學仿真模型進行仿真分析。K PARK[7]介紹一種改善“Clunk”問題的ETC (Electronic Throttle Control)輸入波形控制策略。姜丹娜等[8]基于動力學仿真模型研究了間隙分布對加/減油門對駕駛性的規(guī)律。袁旺等人[9]建立了乘用車傳動系3擋集中參數(shù)扭振模型，研究表明小剛度離合器可以有效改善傳動系的瞬態(tài)性能。

諸多學者通過理論或者實驗對Tip-in/Tip-out瞬態(tài)工況性能進行了研究，但如何快速有效解決加/減油門瞬態(tài)工況下的“Clunk”問題存在很大困惑。首先進行整車加/減油門Clunk問題扭振測試，分析問題現(xiàn)象；進而基于AMESim軟件建立了某客車傳動系系統(tǒng)仿真模型，考慮系統(tǒng)非線性的影響，以3擋為例研究發(fā)動機濾波和間隙對加/減油門“Clunk”現(xiàn)象的影響，并進行實車驗證及測試。對于傳動系匹配和整車NVH性能提升具有重要指導意義。

1 整車Tip-in/Tip-out轉速測試

某客車12 m客車匹配6速手動變速器在整車瞬態(tài)工況主觀評價發(fā)現(xiàn)，傳動系在急減油門時各擋位出現(xiàn)不同程度撞擊聲，尤其是松油門“Clunk”問題，嚴重影響駕駛的平順性和乘坐的舒適性。

1.1 傳感器布置

在發(fā)動機飛輪殼觀察窗口蓋處安裝霍爾轉速傳感器測量發(fā)動機輸出轉速，在變速器大殼(中間軸超速擋齒輪對應位置)安裝霍爾轉速傳感器測量變速器中間軸轉速，在變速器后端法蘭盤安裝激光式轉速傳感器測量后橋輸入端轉速。具體位置如圖1所示。

圖1 轉速傳感器安裝位置

1.2 測試結果分析

圖2為3擋傳動系發(fā)動機飛輪端、變速器一軸端和變速器法蘭端轉速信號(變速器中間軸和變速器法蘭端轉速按速比進行了換算)。

圖2 3擋傳動系各位置轉速時域測試信號

在加/減油門的時候，系統(tǒng)轉速出現(xiàn)幾赫茲的低頻大幅值波動；且在波動過程中變速器一軸端和變速器法蘭端轉速與發(fā)動機轉速存在較大幅值的轉速差。在車內(nèi)主觀感受急加速時對應出現(xiàn)一次撞擊聲，急減速時對應出現(xiàn)2～3次的撞擊聲。

2 傳動系統(tǒng)仿真模型建立

基于AMESim軟件進行建模仿真分析，建模遵循集中參數(shù)建模原則，機械系統(tǒng)建模包括慣量元件、容性元件和阻性元件。仿真建模系統(tǒng)進行了合理的簡化，以達到建模和計算方便的目的。

2.1 傳動系統(tǒng)仿真建模

建立的某客車傳動系統(tǒng)扭振仿真分析模型，如圖3所示。發(fā)動機按給定扭矩map的方式模擬。離合器從動盤按實際測試特性曲線模擬。變速器根據(jù)實際結構在AMESim軟件建立齒輪嚙合模型，考慮齒輪間隙和花鍵間隙。后橋主減和差速器等效為行星輪系。車輪等效為一個轉動慣量。車身質量按經(jīng)驗公式等效為平動轉動慣量。行駛阻力按經(jīng)驗公式給定。

圖3 傳動系扭振仿真分析模型

2.2 主要參數(shù)獲取

(1)發(fā)動機扭矩map：發(fā)動機扭矩map是通過靜態(tài)臺架試驗獲取的，如圖4所示。

圖4 發(fā)動機扭矩map圖

(2)離合器從動盤實測特性曲線：為了更好模擬離合器從動盤對的特性，在性能檢測臺測試獲得了離合器從動盤實測特性曲線，如圖5所示。

圖5 離合器從動盤實測特性曲線

(3)車身等效慣量及阻力：車身質量按經(jīng)驗公式等效為平動轉動慣量，同時需考慮輪胎滾動阻力力矩和空氣阻力等效阻力力矩[9]。

2.3 仿真分析結果

圖6—圖7為某客車傳動系統(tǒng)3擋加/減油門仿真結果。圖6給出了油門開度的發(fā)動機、變速器一軸和后橋輸入端扭矩仿真分析結果，由圖可知在加/減油門過程中系統(tǒng)扭矩存在大幅值波動，由于傳動間隙的存在，在主被動轉換過程中存在較大幅值的扭矩沖擊。圖7對應給出了發(fā)動機輸出、變速器一軸和后橋輸入端轉速(已按速比換算)仿真信號，同樣在加/減油門的時候，系統(tǒng)轉速出現(xiàn)幾赫茲的低頻大幅值波動；且在波動過程中變速器一軸和變速器法蘭端轉速與發(fā)動機轉速存在較大幅值的轉速差，后橋輸入端相對轉速差幅值最大。該轉速仿真分析結果與實驗測試結果趨勢一致，驗證了仿真模型的有效性。

圖6 扭矩仿真結果

圖7 轉速仿真分析結果

3 不同影響因素仿真分析

3.1 不同發(fā)動機濾波時間的仿真分析結果

發(fā)動機濾波時間影響加減油門扭矩上升/下降時間，圖8為仿真不同濾波時間油門開度曲線示意圖。圖9為不同濾波時間變速器一軸扭矩仿真結果，由圖可知隨著濾波時間的增加，加減油門時扭矩波動幅值減小，在扭矩正負變換過程中產(chǎn)生的扭矩沖擊也明顯降低。

圖8 不同濾波時間油門開度曲線

圖9 不同濾波時間變速器一軸扭矩仿真結果

圖10為不同濾波時間變速器一軸轉速仿真結果，由圖可知隨著濾波時間的增加，踩油門/松油門時變速器一軸轉速波動幅值明顯減小，且松油門時轉速差幅值也減小，存在1處較大幅值的轉速差。

圖10 不同濾波時間下的變速器一軸轉速仿真結果

3.2 不同傳動間隙仿真分析結果

為了研究傳動系統(tǒng)齒輪間隙的影響，分別仿真分析變速器嚙合齒輪間隙、后橋主減間隙對傳動系Clunk問題的影響，圖11、12為不同間隙下變速器一軸轉速仿真分析結果，由圖可知隨著齒輪間隙的變化，變速器一軸轉速出現(xiàn)明顯變化。

圖11 不同嚙合齒輪側隙下變速器一軸轉速變化曲線

圖12 不同后橋主減側隙下變速器一軸轉速變化曲線

4 有效方案實車驗證

通過前面仿真分析結果可知，發(fā)動機濾波為改善傳動系統(tǒng)Clunk問題的有效方案，調整傳動間隙幫助不大。故客車進行了發(fā)動機0.25 s和0.5 s濾波，達到預期效果，再次驗證了仿真結果正確性。關于傳動間隙在售后市場嘗試驗證，均無明顯改善效果。

圖13給出了不同發(fā)動機濾波時間變速器一軸和發(fā)動機飛輪端轉速測試結果，可以看出發(fā)動機增加0.25 s和0.5 s濾波，變速器一軸轉速波動和轉速差均明顯降低。0.25 s濾波、0.5 s濾波加油門時轉速波動幅值分別降低約15%和24%；松油門時轉速波動分別降低約35%和73%，對應轉速差降低約40%、74%，且發(fā)動機增加0.25 s濾波還存在一下輕微敲擊，主觀評價可以接受，0.5 s濾波無敲擊。

圖13 不同發(fā)動機濾波時間變速器一軸和發(fā)動機飛輪端轉速測試結果(3擋)

5 結束語

通過整車實驗測試，分析了加/減油門時“Clunk”問題系統(tǒng)轉速的變化，并建立傳動系統(tǒng)AMESim仿真分析模型，結合測試結果驗證了仿真模型的正確性，分析了發(fā)動機濾波時間、齒輪間隙對傳動系統(tǒng)加/減油門Clunk問題的影響，并進行實驗驗證。研究表明，增加發(fā)動機濾波可有效改善或消除加/減油門時“Clunk”問題，改變傳動系間隙對“Clunk”問題的解決幫助不大。