離合器波形片特性對機械變速器乘用車起步顫振影響的研究

陳 達 何維廉

（上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

0 前言

隨著對車輛高舒適度日益要求提高，車輛起步行駛中，顫振現(xiàn)象愈加被重視。車輛在起步過程中，當離合器正常結(jié)合時整車出現(xiàn)明顯的顫振，造成較差的駕駛舒適度。整車顫振實測如圖1所示，整車加速度顫動實測如圖2所示。

圖1 問題車輛顫動實測曲線Fig.1 Measurement of the speed vibration on the vehicle

圖2 問題車輛整車加速度曲線圖Fig.2 Measurement of acceleration in the vehicle

圖1中，橫坐標表示時間，單位為秒（s），縱坐標表示轉(zhuǎn)速，單位為rpm，黑色曲線表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線。紅色曲線表示變速箱轉(zhuǎn)速曲線。圖2中，橫坐標表示時間，單位為秒（s），縱坐標表示整車加速度，單位為mm/s2。由圖可知問題車輛變速箱轉(zhuǎn)速波動嚴重，整車加速度振幅達到350mm/s2。主觀感受整車顫振明顯。為了改善車輛駕駛舒適度，必須改善車輛起步顫振現(xiàn)象［1］。

車輛顫振現(xiàn)象主要由離合器傳遞扭矩波動引起，而離合器傳遞扭矩波動的主要因素之一就是從動盤波形片在離合器結(jié)合時不平穩(wěn)［2］，如圖3所示。

圖3 離合器顫振結(jié)構(gòu)簡化圖Fig.3 Structure model for clutch set

經(jīng)實測發(fā)現(xiàn)，問題車輛的離合器波形片特性較差，如圖4。

圖4 問題車輛波形片實測分析Fig.4 Analysis for the cushion segment

圖中，橫坐標表示軸向壓縮量，縱坐標表示壓緊力。曲線1表示問題車輛波形片的實測曲線，曲線2表示在波形片理論設(shè)計中理想的特性曲線。其主要參數(shù)如表1，波形片的理想特性曲線相對平緩，且軸向壓縮量較大，相同的軸向壓縮量下，理想曲線壓緊力較?。?－4］。

表1 問題車輛實測參數(shù)Table1 Parameters for the vehicle

本文主要研究從動盤波形片結(jié)構(gòu)變化對整車顫振的影響。首先，對離合器從動盤進行分析，建立波形片振動模型，然后具體分析波形片結(jié)構(gòu)變化對于車輛顫振的影響，并提出相應(yīng)的改善措施，實測驗證。

1 模型建立

1.1 建立模型

扭矩傳遞是由壓盤壓緊從動盤，通過從動盤摩擦片接觸產(chǎn)生摩擦力，傳遞發(fā)動機扭矩至變速箱及整車。離合器從動盤根據(jù)設(shè)計的不同［5］，主要由摩擦片，波形片，壓縮彈簧，彈簧保持架，蓋板，輪轂，膜片彈簧等組成，如圖5。

圖5 從動盤結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure for disc

在釋放整車離合器踏板時，壓盤對從動盤的壓緊力逐漸增加，波形片由自由狀態(tài)逐漸變成壓緊狀態(tài)，同時波形片傳遞的扭矩相應(yīng)增加。由此，建立波形片振動模型［6－8］，如圖6。

圖6 波形片振動模型Fig.6 Model for cushion segment vibration

2 波形片結(jié)構(gòu)變化分析

2.1 增大波形片短波高度

增大波形片短波高度進行仿真振動模擬［9］。問題車輛的短波高度為0.7mm，由此逐次增加，分別至0.9mm和1.2mm，其仿真曲線如圖7。圖中，藍色曲線表示短波高度為0.9mm的曲線，黑色曲線表示短波高度為1.2mm的曲線。由此，對仿真曲線進行分析，得參數(shù)如表2。

圖7 增加波形片短波高度仿真曲線Fig.7 Simulation with increased short wave height of cushion segment

表2 增加波形片短波高度Table2 Influence for short wave height of cushion segment

由仿真得出，增加波形片短波高度后，軸向壓縮量的變化量較小，曲線斜率有略微增大，0.1mm軸向壓縮量對應(yīng)的壓緊力略微增大。由此可知，增大波形片的短波高度對波形片特性的影響較小。

2.2 增大波形片主波高度和過度半徑

對增加波形片主波高度進行仿真振動模擬［10］。問題車輛的主波高度及過度半徑為1.45mm/0，1.45mm表示主波高度，0表示過度半徑為0。由此逐次增加，分別至1.55mm/0.1mm 和1.65mm/0.2mm，其改進原理如圖8，仿真曲線如圖9。

圖中，紅色曲線表示1.55mm/0.1mm主波高度曲線，綠色曲線表示1.65mm/0.2mm主波高度曲線。由此對仿真曲線進行分析，得參數(shù)如表3。

圖8 增加波形片主波高度和過度半徑原理圖Fig.8

圖9 增加波形片主波高度和過度半徑仿真曲線Fig.9

由仿真得出，增加波形片主波高度和過度半徑后，軸向壓縮量明顯增大，曲線斜率明顯減?。?1］，0.1mm軸向壓縮量對應(yīng)的壓緊力明顯減小。由此可知，增大波形片的主波高度和過度半徑對波形片特性的影響較大。

2.3 增大波形片段寬

對增加波形片段寬進行仿真振動模擬。問題車輛的段寬81mm。由此逐次增加，分別至83mm 86 mm，仿真曲線如圖10。

圖中，黑色曲線表示83mm段寬波形片曲線，棕色曲線表示86mm波形片曲線。由此對仿真曲線進行分析，得參數(shù)如表4。

表3 增加波形片主波高度和過度半徑Table3 Increase main wave height ＆transition radius

圖10 增大波形片段寬仿真曲線Fig.10 Simulation for increasing segment width

表4 增加波形片段寬Table4 Increase segment width

由仿真得出，增加波形片主波高度和過度半徑后，軸向壓縮量幾乎無變化，曲線斜率略有減小，0.1 mm軸向壓縮量對應(yīng)的壓緊力明顯減小。由此可知，增大波形片段寬只對軸向壓緊力有影響。

3 實測

基于上述仿真研究，在同等條件下，對使用增大波形片主波高度的車輛與問題車輛進行實測對標，測得曲線如圖11。

分析實測曲線，可得以下參數(shù)，如表5。

實測顯示，增大波形片主波高度后，軸向壓縮量明顯增大，波形片曲線相對問題車輛明顯平緩［12］，在0.3～0.4mm的軸向壓縮量對應(yīng)的壓緊力降低很多。

由此，在同等條件下，對安裝改進波形片的整車顫振進行實際測量，如圖12、13。

由圖可知，通過增大波形片主波高度后，整車的顫振明顯減小，整車加速度幅度降低至200mm/s2。經(jīng)上述分析得，通過增大波形片的主波高度能夠明顯的改善車輛的顫振現(xiàn)象。

圖11 增大波形片主波高度車輛與問題車輛實測對標Fig.11 Comparison between original and increased main wave height

表5 主波高度增大實測對標

圖12 增大波形片主波高度實測整車顫振曲線Fig.12 Judder measurement on the vehicle with increased main wave height

4 結(jié)論

（1）整車顫振主要產(chǎn)生在起步時，其主要原因之一就是波形片設(shè)計曲線不合理。通過改善波形片結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠改善整車的顫振問題。

圖13 增大波形片主波高度實測整車加速度曲線Fig.13 acceleration measurement on the vehicle with increased main wave height

（2）通過改善波形片的短波高度對波形片的特性幾乎沒有影響。通過增大段寬只對0.3～0.4 mm軸向壓縮力有明顯的改善，所以此措施并不能完全的改善波形片特性。

（3）由仿真分析及實測對標可知，通過增大波形片的主波高度能夠明顯的改善整車的顫振問題。通過理論和實際驗證表明，增大波形片的主波高度措施能夠較容易的實施。

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