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        某輕卡選擋過程換擋桿抖動分析研究

        2021-08-31 07:24:58張教超王勇孟娜
        汽車零部件 2021年8期
        關(guān)鍵詞:手感振動優(yōu)化

        張教超,王勇,孟娜

        (陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司,陜西西安 710119)

        0 引言

        換擋桿的振動是汽車產(chǎn)品性能開發(fā)中比較常見的問題之一,其振動的大小直接影響駕駛舒適性[1]。目前,針對換擋桿的研究主要集中在換擋桿的操作舒適性上。范文波等[2]研究了手動變速器換擋桿性能的開發(fā)、優(yōu)化和評價(jià),周凡華、王陽等人[3-4]對換擋品質(zhì)和換擋沖擊進(jìn)行了研究,顏伏伍等[1]對車輛加速過程換擋桿的抖動問題進(jìn)行了研究。上述研究主要集中在乘用車領(lǐng)域,針對商用車怠速選擋過程換擋桿抖動問題未有相關(guān)研究文獻(xiàn)。

        某輕卡在進(jìn)行選換擋評價(jià)時(shí),評價(jià)人員認(rèn)為選擋過程中存在抖動感,選擋手感欠佳,主觀評分較低,未能達(dá)到公司要求。具體表現(xiàn)為車輛怠速時(shí),選擋過程中換擋桿會出現(xiàn)抖動感明顯增強(qiáng)的現(xiàn)象,不選擋或選擋完成無明顯抖動感。通過分析,認(rèn)為抖動感是由于發(fā)動機(jī)的振動激勵通過某條傳遞路徑傳遞到換擋桿上的,導(dǎo)致選擋過程中換擋桿抖動明顯增強(qiáng)。因此,本文作者針對車輛怠速時(shí)選擋過程中換擋桿抖動問題進(jìn)行分析研究。

        1 選擋抖動測試分析

        1.1 測試工況

        整車處于怠速狀態(tài)下,對選擋過程中換擋桿、變速器橫向換擋桿及選擋搖臂進(jìn)行振動加速度測試,其中橫向換擋桿狀態(tài)有原狀態(tài)、配重減輕、去掉配重3種狀態(tài)。

        1.2 傳感器布置

        在換擋桿、橫向換擋桿、選擋搖臂分別布置了振動加速度計(jì),如圖1所示。

        圖1 振動加速度計(jì)布置

        1.3 測試結(jié)果分析

        1.3.1 振動加速度測試數(shù)據(jù)分析

        如圖2所示為原狀態(tài)3個(gè)測點(diǎn)振動加速度時(shí)域信號。數(shù)據(jù)顯示,選擋過程中,換擋桿的振動值會明顯增大,主觀感受為存在明顯的抖動感,同時(shí)橫向換擋桿的振動值也呈現(xiàn)同樣的現(xiàn)象,即選擋過程中會明顯增大;而選擋搖臂的振動值沒有明顯變化。

        圖2 各測點(diǎn)振動加速度

        圖3為原狀態(tài)3個(gè)測點(diǎn)振動加速度Colormap圖。

        圖3 各測點(diǎn)振動加速度Colormap圖

        數(shù)據(jù)顯示,選擋過程中換擋桿振動值主要表現(xiàn)為50 Hz振動值變化,同樣的選擋搖臂以及橫向換擋桿的振動值也主要表現(xiàn)為50 Hz振動值變化。由此可初步假設(shè),在選擋過程中,橫向換擋桿50 Hz振動變化通過選擋搖臂、軟軸傳遞到換擋桿上,導(dǎo)致選擋過程中換擋桿抖動明顯。

        為驗(yàn)證上述假設(shè),增加了去掉和減輕橫向換擋桿配重兩種狀態(tài)的試驗(yàn)測試。圖4及表1所示分別為不同狀態(tài)下?lián)Q擋桿和橫向換擋桿振動加速度值,數(shù)據(jù)顯示去掉或減輕橫向換擋桿配重,選擋過程中換擋桿的振動加速度值可降低50%左右,橫向換擋桿的振動加速度值可降低70%~80%,并且選擋手感明顯改善。從圖5可以看出,減輕配重、去掉配重兩種狀態(tài),換擋桿、橫向換擋桿在50 Hz的振動值變化相比原狀態(tài)大大減小。由此可見,去掉或減輕橫向換擋桿配重能有效降低選擋過程中橫向換擋桿、換擋桿的振動加速度。但從圖4和圖5依然可以看到,去掉或減輕配重后,選擋過程中換擋桿抖動雖然得以降低,但并未消除。

        圖5 不同狀態(tài)各測點(diǎn)振動加速度Colormap圖

        表1 不同狀態(tài)換擋桿、橫向換擋桿振動加速度及選擋手感

        圖4 不同狀態(tài)換擋桿及橫向換擋桿振動加速度

        綜合上述分析可知,原狀態(tài)選擋過程換擋桿抖動主要表現(xiàn)為50 Hz振動加速度變化;此抖動主要受到橫向換擋桿影響,橫向換擋桿50 Hz振動通過選擋搖臂、軟軸傳遞到換擋桿上,導(dǎo)致選擋過程中換擋桿抖動明顯。

        1.3.2 橫向換擋桿局部模態(tài)測試

        為進(jìn)一步分析變速器橫向換擋桿抖動對換擋桿的影響,采用敲擊法[5]對3種狀態(tài)橫向換擋桿進(jìn)行局部模態(tài)測試。如圖6所示為橫向換擋桿上某點(diǎn)的頻響曲線,表2所示為不同狀態(tài)橫向換擋桿模態(tài)測試結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示原狀態(tài)橫向換擋桿在51 Hz存在一階彎曲固有頻率,配重減輕后一階彎曲固有頻率為69 Hz,去掉配重后一階彎曲固有頻率為182 Hz。而該車發(fā)動機(jī)怠速約為750 r/min,發(fā)動機(jī)為4缸機(jī),可計(jì)算得到發(fā)動機(jī)一階點(diǎn)火頻率為25 Hz,其兩倍頻為50 Hz,與原狀態(tài)橫向換擋桿固有頻率51 Hz非常接近,可導(dǎo)致原狀態(tài)橫向換擋桿在怠速時(shí)發(fā)生共振;而配重減輕或去掉后,橫向換擋桿的固有頻率可避開發(fā)動機(jī)激勵頻率,因此不會發(fā)生共振,從而使得振動相比原狀態(tài)大大減小。

        圖6 不同狀態(tài)橫向換擋桿頻響曲線

        表2 不同狀態(tài)橫向換擋桿模態(tài)

        1.3.3 測試分析結(jié)果總結(jié)

        綜合第1.3.1和1.3.2節(jié)測試分析結(jié)果可知:

        (1)原狀態(tài)選擋過程換擋桿抖動主要表現(xiàn)為50 Hz振動加速度變化,此抖動主要受到變速器橫向換擋桿影響;

        (2)變速器橫向換擋桿存在51 Hz彎曲固有頻率,受到發(fā)動機(jī)50 Hz振動激勵產(chǎn)生共振,從而使得橫向換擋桿50 Hz振動變大;

        (3)選擋過程中變速器橫向換擋桿的振動通過選擋搖臂、軟軸傳遞到換擋桿上,導(dǎo)致選擋過程中換擋桿振動明顯增大,使得選擋手感欠佳。

        2 操縱結(jié)構(gòu)優(yōu)化及測試結(jié)果

        2.1 操縱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        如圖7所示為原操縱結(jié)構(gòu),圖8所示為優(yōu)化后的操縱結(jié)構(gòu),主要區(qū)別為原操縱換擋撥頭與橫向換擋桿通過銷子固聯(lián),選擋過程換擋撥頭與橫向換擋桿會一起運(yùn)動,而優(yōu)化后的操縱換擋撥頭通過花鍵與橫向換擋桿連接,選擋過程僅換擋撥頭運(yùn)動,并且由于采用花鍵連接,橫向換擋桿的振動不會傳遞到換擋撥頭,進(jìn)而通過選擋搖臂傳遞到換擋桿。

        圖7 原操縱結(jié)構(gòu)

        圖8 優(yōu)化后操縱結(jié)構(gòu)

        2.2 優(yōu)化后測試結(jié)果

        圖9和圖10所示為操縱優(yōu)化前后換擋桿及橫向換擋桿振動加速度測試結(jié)果,數(shù)據(jù)顯示,操縱優(yōu)化后換擋桿、橫向換擋桿的振動加速度值明顯小于原狀態(tài),分別降低了50%和80%,并且不會出現(xiàn)選擋過程中振動值明顯變大的現(xiàn)象,主觀感受為選擋過程中換擋桿無抖動感,選擋手感較優(yōu)化前明顯改善。

        圖9 優(yōu)化前后換擋桿振動加速度

        圖11所示為各測點(diǎn)振動加速度Colormap圖,數(shù)據(jù)顯示,換擋桿在25 Hz存在振動加速度值的大小變化現(xiàn)象,但值很小,50 Hz無此現(xiàn)象,而原狀態(tài)在50 Hz存在明顯振動值大小變化現(xiàn)象。同樣的,與原狀態(tài)相比,橫向換擋桿在50 Hz處也不存在振動值大小變化的情況。

        圖11 優(yōu)化后各測點(diǎn)振動加速度Colormap圖

        對優(yōu)化后的操縱進(jìn)行局部模態(tài)測試,如圖12所示為橫向換擋桿頻響曲線。

        圖12 優(yōu)化后橫向換擋桿頻響曲線

        結(jié)果顯示,優(yōu)化后橫向換擋桿的第一階固有頻率為83 Hz,而原狀態(tài)為51 Hz。優(yōu)化后橫向換擋桿固有頻率的改變使其不會受發(fā)動機(jī)兩階點(diǎn)火頻率50 Hz激勵產(chǎn)生共振。

        從上述測試結(jié)果分析可知,操縱優(yōu)化后,橫向換擋桿由于固有頻率的改變,其本身的振動加速度在選擋過程中不會明顯增大;并且橫向換擋桿與換擋撥頭由銷子固聯(lián)改為花鍵連接,其振動不會通過換擋撥頭傳遞到選擋搖臂,進(jìn)而傳遞到換擋桿。因此,操縱優(yōu)化后,選擋過程中換擋桿振動值明顯減小,選擋手感明顯改善。

        3 結(jié)論

        文中對某輕卡選擋抖動進(jìn)行了測試及分析研究,得到如下結(jié)論:(1)原狀態(tài)選擋過程擋桿抖動主要表現(xiàn)為50 Hz振動加速度變化,此抖動主要受到橫向換擋桿影響;(2)橫向換擋桿存在51 Hz彎曲固有頻率,受到發(fā)動機(jī)兩階點(diǎn)火頻率50 Hz振動激勵產(chǎn)生共振,從而使得橫向換擋桿50 Hz振動變大;(3)選擋過程中橫向換擋桿的振動通過選擋搖臂、軟軸傳遞到換擋桿上,導(dǎo)致選擋過程中換擋桿振動明顯增大,使得選擋手感欠佳;(4)操縱優(yōu)化后,橫向換擋桿由于固有頻率的改變,其本身的振動加速度在選擋過程中不會明顯增大;并且橫向換擋桿與換擋撥頭由銷子固聯(lián)改為花鍵連接,其振動不會通過換擋撥頭傳遞到選擋搖臂,進(jìn)而傳遞到換擋桿。因此,操縱優(yōu)化使得選擋過程中換擋桿振動值明顯減小,選擋手感明顯改善。

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