朱天答 張明旭

摘 要：離合器從動(dòng)盤扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)的選取與汽車振動(dòng)和噪聲（NVH）密切相關(guān)。如選取合理，會(huì)使傳動(dòng)系各使用工況運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高整車的操縱性和舒適性。本文從實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線入手，對(duì)怠速異響影響因素研究，通過(guò)仿真及試驗(yàn)研究使離合器的設(shè)計(jì)更加主動(dòng)，以期降低研發(fā)成本、減少市場(chǎng)故障率、提升整車品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：離合器;扭轉(zhuǎn)特性;怠速異響

對(duì)于柴油車型，在整車設(shè)計(jì)階段對(duì)離合器減振參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)主要從怠速工況和驅(qū)動(dòng)工況兩方面考慮，怠速工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻變化導(dǎo)致常嚙合齒輪之間產(chǎn)生敲擊現(xiàn)象，從而產(chǎn)生怠速異響，驅(qū)動(dòng)工況時(shí)當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)的某一固有頻率和激振力矩某些量的頻率重合，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。如果離合器從動(dòng)盤扭轉(zhuǎn)減振器的各級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)進(jìn)行合理選取，就會(huì)消除怠速異響，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。

1 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線

依據(jù)某多用途貨車傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化建立傳動(dòng)系統(tǒng)等效模型，結(jié)合傳動(dòng)系等效模型和動(dòng)力學(xué)方程開(kāi)發(fā)仿真程序，研究扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)扭振的影響，經(jīng)過(guò)仿真分析獲取最優(yōu)扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)，再制定道路實(shí)車試驗(yàn)方案，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證。

依據(jù)怠速異響產(chǎn)生的原理，建立傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型，并依據(jù)簡(jiǎn)化模型和怠速異響理論方程編寫(xiě)仿真程序，之后做相關(guān)試驗(yàn)獲取模型參數(shù)，然后在仿真程序里對(duì)怠速異響影響較大的因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得最優(yōu)的扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)。然后制定怠速異響試驗(yàn)方案，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，之后依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)仿真模型進(jìn)行改進(jìn)完善。技術(shù)路線如圖1所示。

根據(jù)某多用途貨車傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)方程建立扭轉(zhuǎn)振動(dòng)仿真模型，以實(shí)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)為模型輸入信號(hào)，進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)分析，求解各工況各擋位在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)激勵(lì)下的系統(tǒng)響應(yīng)，對(duì)離合器減振器扭矩和扭轉(zhuǎn)角時(shí)域分析結(jié)果進(jìn)行FFT變換得到其扭轉(zhuǎn)角頻譜圖、加速度頻譜圖和扭矩頻譜圖，然后選擇波動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行線性分析，之后再根據(jù)線性分析結(jié)果獲取系統(tǒng)的特征值，最后分析出系統(tǒng)的共振頻率。將理論研究與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，修正參數(shù)并改進(jìn)完善模型。技術(shù)路線如圖2所示。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)怠速特性仿真及試驗(yàn)研究

2.1 怠速異響簡(jiǎn)化模型

柴油車產(chǎn)生怠速異響的原理是怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)存在的波動(dòng)會(huì)通過(guò)離合器傳遞到變速器，從而導(dǎo)致在變速器輸入軸和中間軸的常嚙合齒輪之間產(chǎn)生敲擊現(xiàn)象。簡(jiǎn)化兩自由度非線性當(dāng)量力學(xué)模型如圖3。

在建立的怠速異響等效模型中，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速波動(dòng)率是怠速異響振動(dòng)系統(tǒng)的激勵(lì)輸入。離合器從動(dòng)盤在系統(tǒng)中起衰減振動(dòng)的作用。其參數(shù)選取是否合適，直接影響怠速異響的衰減效果，是重點(diǎn)研究對(duì)象。變速箱是常嚙合齒敲擊是怠速異響產(chǎn)生的聲源。

2.2 怠速異響影響因素研究

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及波動(dòng)率。無(wú)論冷車還是熱車工況，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)率增大，怠速異響有增大趨勢(shì)。若發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)率不變，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，怠速異響會(huì)增加[3]。

（2）減振器怠速級(jí)剛度。怠速級(jí)剛度對(duì)怠速異響的影響跟怠速級(jí)滯后值密切相關(guān)：①如果選擇比較大的滯后值，通常情況下，熱車時(shí)的怠速異響會(huì)加劇;②如果選取比較小的滯后值和剛度值，一般情況下，冷車時(shí)比熱車產(chǎn)生更大的怠速異響;③如果選擇比較小的滯后值，然而此時(shí)剛度比較大，相對(duì)于冷車來(lái)說(shuō)，熱車工況時(shí)的怠速噪音會(huì)變大。

（3）減振器怠速級(jí)滯后值。在扭轉(zhuǎn)剛度不同的情況下，怠速異響會(huì)隨怠速級(jí)滯后值的增大而增大。然而，當(dāng)?shù)∷偌?jí)滯后值過(guò)小時(shí)，怠速異響也會(huì)增強(qiáng)。

（4）變速器油液阻尼力矩。變速箱油液阻尼力矩與怠速異響的關(guān)系受離合器參數(shù)的影響，當(dāng)?shù)∷偌?jí)剛度值和滯后值不同時(shí)，冷熱車時(shí)的變化較大，因此設(shè)計(jì)離合器扭轉(zhuǎn)特性時(shí)，需要綜合考慮冷熱車兩種工況。

（5）變速器常嚙合齒輪間隙。變速器常嚙合齒輪間隙的選取與怠速異響的關(guān)系也受怠速級(jí)剛度和怠速級(jí)滯后值的影響變化，總體來(lái)說(shuō)隨著怠速級(jí)剛度和怠速級(jí)滯后值的變化，怠速異響不會(huì)有明顯的變化。

3 傳動(dòng)系統(tǒng)扭振特性仿真及試驗(yàn)研究

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型

本論文使用的是集中質(zhì)量模型，即將傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)由無(wú)質(zhì)量的彈性軸、無(wú)質(zhì)量的阻尼器以及無(wú)彈性和阻尼的慣性質(zhì)量圓盤組成的當(dāng)量離散系統(tǒng)。當(dāng)?shù)诙?jí)扭轉(zhuǎn)剛度取值介于15～18N·m/°之間，第二級(jí)滯后阻尼力矩取值為35～45N·m之間時(shí)，共振峰處角加速度傳遞率明顯降低，即離合器的減振效果變好。為此設(shè)計(jì)兩套不同扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)的離合器，優(yōu)化之前第二級(jí)滯后阻尼力矩為15N·m，第二級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度取為45N·m/°，優(yōu)化之后第二級(jí)滯后阻尼力矩為35N·m，第二級(jí)扭轉(zhuǎn)剛度取為18N·m/°，再?gòu)恼麄€(gè)測(cè)試轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速峰峰值和角加速度值衰減情況，來(lái)驗(yàn)證兩套離合器的減振效果。

仿真驗(yàn)證結(jié)果如下：

（1）以未經(jīng)濾波處理的飛輪轉(zhuǎn)速信號(hào)作為輸入，仿真驗(yàn)證結(jié)果及結(jié)論。優(yōu)化后的離合器在轉(zhuǎn)速峰峰值衰減率都優(yōu)于優(yōu)化前離合器，同時(shí)優(yōu)化后離合器的角加速度的傳遞率都優(yōu)于優(yōu)化前的離合器。即優(yōu)化之后的離合器衰減效果強(qiáng)于優(yōu)化之前的離合器。

（2）對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行二階次濾波的仿真結(jié)果。優(yōu)化前的離合器在1-3擋角加速度基本未衰減，而優(yōu)化前的離合器在4-6擋轉(zhuǎn)速的峰峰值有一定衰減;優(yōu)化后的離合器1-3擋轉(zhuǎn)速峰峰值衰減量小，基本未衰減，4-6擋轉(zhuǎn)速的峰峰值衰減量較大。優(yōu)化后的離合器明顯好于優(yōu)化前的離合器。

3.2 道路實(shí)車試驗(yàn)

本試驗(yàn)所用的扭振測(cè)試系統(tǒng)由扭振測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)采集裝置兩部分構(gòu)成。扭振測(cè)量裝置由測(cè)速齒盤、速度傳感器和數(shù)據(jù)線三部分構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集裝置即LMS Test.Lab數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。分別在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、變速箱輸入軸、變速箱輸出軸布置測(cè)點(diǎn)。如圖4。

分析結(jié)果如下：

（1）通過(guò)比較在共振轉(zhuǎn)速下，變速箱輸入點(diǎn)的振動(dòng)峰值與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出點(diǎn)振動(dòng)峰值的差值，得知二驅(qū)車滿載、半載和空載三種工況下，優(yōu)化后離合器的振動(dòng)衰減效果明顯優(yōu)于優(yōu)化前的離合器，其中滿載工況在4、5、6擋衰減效果最為明顯，半載工況在3、4、5、6擋衰減效果最為明顯，空載工況在各擋位衰減效果均很明顯。

（2）通過(guò)比較傳動(dòng)系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)所達(dá)到的最大振幅與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出點(diǎn)的振幅差值，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后離合器的振動(dòng)衰減效果明顯優(yōu)于優(yōu)化前的離合器，其中滿載工況在4、5、6擋振幅下降最為明顯，半載工況在3、4、5、6擋振幅下降最為明顯，空載工況在各擋位振幅下降均很明顯。

通過(guò)比較各階次共振發(fā)生的位置，發(fā)現(xiàn)離合器優(yōu)化后，在二驅(qū)車各工況共振轉(zhuǎn)速變化明顯，各擋位共振轉(zhuǎn)速均比優(yōu)化前的離合器明顯降低。

4 結(jié)論

柴油車常常出現(xiàn)怠速異響與傳動(dòng)系統(tǒng)扭振，合理選擇離合器從動(dòng)盤扭轉(zhuǎn)減振器的各級(jí)扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)，就會(huì)消除怠速異響，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。國(guó)內(nèi)離合器設(shè)計(jì)較多地采用“仿制開(kāi)發(fā)+后期整改”的技術(shù)路線，缺少理論指導(dǎo)和方便有效的研究工具。相關(guān)行業(yè)工作者必須深入研究柴油車怠速異響和傳動(dòng)系統(tǒng)扭振這兩個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)到獲得離合器扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)科學(xué)匹配方法、降低匹配成本、提升整車品質(zhì)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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