柴油車離合器從動盤扭轉(zhuǎn)特性對傳動系統(tǒng)NVH影響研究

朱天答 張明旭

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

關(guān)鍵詞：離合器;扭轉(zhuǎn)特性;怠速異響

對于柴油車型，在整車設(shè)計階段對離合器減振參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計時主要從怠速工況和驅(qū)動工況兩方面考慮，怠速工況時發(fā)動機轉(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)動工況時當傳動系統(tǒng)的某一固有頻率和激振力矩某些量的頻率重合，就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。如果離合器從動盤扭轉(zhuǎn)減振器的各級扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)進行合理選取，就會消除怠速異響，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。

1 實驗技術(shù)路線

依據(jù)某多用途貨車傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，對其傳動系統(tǒng)進行合理簡化建立傳動系統(tǒng)等效模型，結(jié)合傳動系等效模型和動力學(xué)方程開發(fā)仿真程序，研究扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)對傳動系統(tǒng)扭振的影響，經(jīng)過仿真分析獲取最優(yōu)扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)，再制定道路實車試驗方案，結(jié)合實驗結(jié)果與仿真結(jié)果對仿真模型進行驗證。

依據(jù)怠速異響產(chǎn)生的原理，建立傳動系統(tǒng)簡化模型，并依據(jù)簡化模型和怠速異響理論方程編寫仿真程序，之后做相關(guān)試驗獲取模型參數(shù)，然后在仿真程序里對怠速異響影響較大的因素進行優(yōu)化設(shè)計，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方案，對試驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比分析，之后依據(jù)試驗結(jié)果對仿真模型進行改進完善。技術(shù)路線如圖1所示。

根據(jù)某多用途貨車傳動系統(tǒng)特點和動力學(xué)方程建立扭轉(zhuǎn)振動仿真模型，以實測發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動為模型輸入信號，進行強迫振動分析，求解各工況各擋位在發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動激勵下的系統(tǒng)響應(yīng)，對離合器減振器扭矩和扭轉(zhuǎn)角時域分析結(jié)果進行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，然后選擇波動節(jié)點進行線性分析，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。將理論研究與試驗結(jié)果進行對比分析，修正參數(shù)并改進完善模型。技術(shù)路線如圖2所示。

2 傳動系統(tǒng)怠速特性仿真及試驗研究

2.1 怠速異響簡化模型

柴油車產(chǎn)生怠速異響的原理是怠速時發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，飛輪旋轉(zhuǎn)時存在的波動會通過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。簡化兩自由度非線性當量力學(xué)模型如圖3。

在建立的怠速異響等效模型中，發(fā)動機飛輪的轉(zhuǎn)速波動率是怠速異響振動系統(tǒng)的激勵輸入。離合器從動盤在系統(tǒng)中起衰減振動的作用。其參數(shù)選取是否合適，直接影響怠速異響的衰減效果，是重點研究對象。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)動機轉(zhuǎn)速及波動率。無論冷車還是熱車工況，發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)速波動率增大，怠速異響有增大趨勢。若發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)速波動率不變，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增高，怠速異響會增加[3]。

（2）減振器怠速級剛度。怠速級剛度對怠速異響的影響跟怠速級滯后值密切相關(guān)：①如果選擇比較大的滯后值，通常情況下，熱車時的怠速異響會加劇;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，然而此時剛度比較大，相對于冷車來說，熱車工況時的怠速噪音會變大。

（3）減振器怠速級滯后值。在扭轉(zhuǎn)剛度不同的情況下，怠速異響會隨怠速級滯后值的增大而增大。然而，當?shù)∷偌墱笾颠^小時，怠速異響也會增強。

（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?shù)∷偌墑偠戎岛蜏笾挡煌瑫r，冷熱車時的變化較大，因此設(shè)計離合器扭轉(zhuǎn)特性時，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)系也受怠速級剛度和怠速級滯后值的影響變化，總體來說隨著怠速級剛度和怠速級滯后值的變化，怠速異響不會有明顯的變化。

3 傳動系統(tǒng)扭振特性仿真及試驗研究

3.1 傳動系統(tǒng)簡化模型

本論文使用的是集中質(zhì)量模型，即將傳動系統(tǒng)簡化成一個由無質(zhì)量的彈性軸、無質(zhì)量的阻尼器以及無彈性和阻尼的慣性質(zhì)量圓盤組成的當量離散系統(tǒng)。當?shù)诙壟まD(zhuǎn)剛度取值介于15～18N·m/°之間，第二級滯后阻尼力矩取值為35～45N·m之間時，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)化之前第二級滯后阻尼力矩為15N·m，第二級扭轉(zhuǎn)剛度取為45N·m/°，優(yōu)化之后第二級滯后阻尼力矩為35N·m，第二級扭轉(zhuǎn)剛度取為18N·m/°，再從整個測試轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速峰峰值和角加速度值衰減情況，來驗證兩套離合器的減振效果。

仿真驗證結(jié)果如下：

（1）以未經(jīng)濾波處理的飛輪轉(zhuǎn)速信號作為輸入，仿真驗證結(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于優(yōu)化之前的離合器。

（2）對輸入信號進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 道路實車試驗

本試驗所用的扭振測試系統(tǒng)由扭振測量裝置和數(shù)據(jù)采集裝置兩部分構(gòu)成。扭振測量裝置由測速齒盤、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)動機飛輪、變速箱輸入軸、變速箱輸出軸布置測點。如圖4。

分析結(jié)果如下：

（1）通過比較在共振轉(zhuǎn)速下，變速箱輸入點的振動峰值與發(fā)動機輸出點振動峰值的差值，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）通過比較傳動系統(tǒng)各測點所達到的最大振幅與發(fā)動機輸出點的振幅差值，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后離合器的振動衰減效果明顯優(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)怠速異響與傳動系統(tǒng)扭振，合理選擇離合器從動盤扭轉(zhuǎn)減振器的各級扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)，就會消除怠速異響，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。國內(nèi)離合器設(shè)計較多地采用“仿制開發(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系統(tǒng)扭振這兩個常見的問題，進而達到獲得離合器扭轉(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。

參考文獻：

[1]蔣國平，王國林.車輛動力傳動系振動研究述評[J].江蘇大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000，21（03）：22-26.

[2]付魯華，呂興才，張寅豹.內(nèi)燃機曲軸振動研究的內(nèi)容及方法[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2004（05）：6-8.

[3]胡子正，楊小波，邵成.汽車傳動系扭振特征辨識[J].汽車工程，

1992，14（01）：32-38.