某車型起步抖動(dòng)故障的解決分析

陳宏

【摘 要】離合起步抖動(dòng)問(wèn)題為MT車輛中常見(jiàn)的一種故障現(xiàn)象，文章通過(guò)對(duì)某公司在開(kāi)發(fā)車型的起步抖動(dòng)故障車輛進(jìn)行主觀和客觀測(cè)量評(píng)估，分析了潛在的故障原因和應(yīng)對(duì)措施，最后根據(jù)應(yīng)用的可行性確定了變更從動(dòng)盤(pán)的面壓特性曲線作為本案例的優(yōu)化措施。在不影響整車分離儲(chǔ)備行程的前提下，將從動(dòng)盤(pán)總成的波形行程從0.6～0.9 mm變更為0.75～1.05 mm，然后再通過(guò)試制一批樣件進(jìn)行裝車評(píng)估，驗(yàn)證了該更改措施的有效性，為同類型問(wèn)題的解決提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】離合踏板；抖動(dòng)；彈簧；振動(dòng)

【中圖分類號(hào)】U472.42 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）04-0068-04

0 前言

目前，中國(guó)的汽車產(chǎn)銷量逐年攀升，對(duì)全球汽車市場(chǎng)產(chǎn)生了重要的影響。隨著汽車的日益普及，汽車已經(jīng)成為大多數(shù)人日常交通出行的必需品。以往車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性是大家關(guān)注的重點(diǎn)，但近年來(lái)隨著人們環(huán)保意識(shí)與健康意識(shí)的逐步提高，車輛的駕乘舒適性和環(huán)保性也越來(lái)越受到汽車消費(fèi)者的關(guān)注。

在國(guó)內(nèi)，手動(dòng)擋車型保持著較大的市場(chǎng)份額，而車輛起步抖動(dòng)問(wèn)題是手動(dòng)擋車型較為常見(jiàn)的一種故障問(wèn)題，常發(fā)生在車輛1擋或倒擋半離合起步的時(shí)候，嚴(yán)重時(shí)伴隨異響聲和車輛的前后竄動(dòng)，容易使經(jīng)驗(yàn)不足的駕駛員產(chǎn)生誤操作，增加行車的危險(xiǎn)性。同時(shí)，因?yàn)檐囕v起步為常用工況之一，所以需要對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化改善。

1 車輛起步抖動(dòng)故障現(xiàn)象

國(guó)內(nèi)自主品牌某在開(kāi)發(fā)的前置后驅(qū)MPV車型，車型配置為1.5 L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)、5 MT手動(dòng)變速箱，離合操縱機(jī)構(gòu)為液壓式。該車輛在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段發(fā)現(xiàn)存在怠速起步抖動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)車輛起步時(shí)，駕駛員將離合器踏板踩到底后緩慢松開(kāi)踏板，踏板抬至一定高度時(shí)離合器開(kāi)始接合傳扭，繼續(xù)松開(kāi)踏板至某一時(shí)刻時(shí)，車輛開(kāi)始出現(xiàn)較大振幅的低頻抖動(dòng)或因抖動(dòng)伴隨沖擊異響。多數(shù)情況下，抖動(dòng)或異響發(fā)生時(shí)如果鎖定此時(shí)的踏板位置，該故障現(xiàn)象會(huì)一直持續(xù)，而當(dāng)進(jìn)一步松抬離合踏板或配合油門(mén)開(kāi)度加大，抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)減弱或消失。該問(wèn)題直接影響整車主觀評(píng)價(jià)，屬于車輛動(dòng)態(tài)感知質(zhì)量問(wèn)題。

針對(duì)該問(wèn)題，我們隨機(jī)抽取了16臺(tái)試驗(yàn)車輛進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照表1進(jìn)行并記錄評(píng)價(jià)結(jié)果。若樣品評(píng)價(jià)等級(jí)低于8級(jí)，說(shuō)明此性能有待改進(jìn)。16臺(tái)試驗(yàn)車輛主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果見(jiàn)表2，車輛狀態(tài)未達(dá)到等級(jí)8的比例為56.25%，性能狀態(tài)較差，需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 問(wèn)題產(chǎn)生的原因分析

2.1 起步抖動(dòng)原因分析

起步抖動(dòng)的原因主要包括2個(gè)方面：自激勵(lì)振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)[1]。

2.1.1 自激勵(lì)振動(dòng)

在離合器總成的接合過(guò)程中，摩擦片本身的摩擦系數(shù)特性決定著系統(tǒng)是否產(chǎn)生自激勵(lì)振動(dòng)。摩擦片的摩擦系數(shù)特性主要分為3種情況[2]。

（1）摩擦系數(shù)隨著滑磨速度的增大而減小，此時(shí)隨著壓緊載荷的增加和傳扭增大，系統(tǒng)容易引起自激勵(lì)振動(dòng)。該情況下的自激勵(lì)振動(dòng)一般發(fā)生在半離合接合過(guò)程的后半段，變速箱端的轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯且以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為波動(dòng)上限。

（2）摩擦系數(shù)不隨滑磨速度的變化而變化，此時(shí)滑磨過(guò)程將趨于穩(wěn)定而避免自激勵(lì)振動(dòng)的產(chǎn)生。

（3）摩擦系數(shù)隨著滑磨速度的增大而增大，此時(shí)隨著壓緊載荷的增加和傳扭增大，主動(dòng)端和從動(dòng)端的轉(zhuǎn)速將迅速達(dá)到同步而趨于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，自激勵(lì)振動(dòng)不會(huì)發(fā)生。

常見(jiàn)摩擦片的摩擦系數(shù)特性為上文描述的第一種情況，當(dāng)然因?yàn)檎噦鲃?dòng)系存在一定的阻尼，裝配該特性摩擦片的整車也有可能不會(huì)發(fā)生自激勵(lì)振動(dòng)[3]；同時(shí)，隨著摩擦片技術(shù)的發(fā)展，具有第三種情況所描述特性的摩擦片已逐漸得到實(shí)現(xiàn)[4]。

2.1.2 強(qiáng)迫振動(dòng)

離合器區(qū)域中的飛輪、離合器總成及變速箱輸入軸等相關(guān)零部件在制造和裝配的過(guò)程中容易產(chǎn)生軸向的幾何偏差，離合器在接合過(guò)程中受上述部件軸向幾何偏差的影響，將使壓緊載荷產(chǎn)生波動(dòng)而引起所傳遞扭矩的波動(dòng)，但前提條件是需要2個(gè)以上的幾何偏差因素的疊加才會(huì)出現(xiàn)扭矩的波動(dòng)，示意圖對(duì)比見(jiàn)表3。因此，因軸向幾何尺寸偏差引起的扭矩波動(dòng)頻率若與傳動(dòng)系固有頻率接近時(shí)可引起系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的大幅波動(dòng)轉(zhuǎn)換到車輪處變成車身的前后竄動(dòng)引起駕駛舒適性變差。該情況下的變速箱端的轉(zhuǎn)速波動(dòng)多發(fā)生在半離合接合過(guò)程的前半段，且轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍較小。

2.2 振動(dòng)測(cè)試分析

為了確認(rèn)故障現(xiàn)象，我們隨機(jī)抽取一輛故障車輛，利用Rotec數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)測(cè)量抖動(dòng)情況并進(jìn)行分析。Rotec測(cè)試系統(tǒng)包含測(cè)量控制和分析單元、數(shù)據(jù)采集前端、傳感器及軟件系統(tǒng)等，系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)在飛輪位置和變速箱一軸位置布置霍爾式磁感應(yīng)傳感器，對(duì)旋轉(zhuǎn)的齒盤(pán)進(jìn)行信號(hào)采集，從而測(cè)量角速度。圖2中展示了傳感器在實(shí)車上的安裝位置，傳感器布置位置分別對(duì)應(yīng)飛輪齒圈和變速器輸入軸齒輪位置。同時(shí)，需要在座椅導(dǎo)軌上布置加速度傳感器采集數(shù)據(jù)，測(cè)量車身的振動(dòng)情況。

圖3中a圖的測(cè)量數(shù)據(jù)，綠線表示隨時(shí)間變化的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，藍(lán)線表示隨時(shí)間變化的變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)，紅線表示隨時(shí)間變化的車身振動(dòng)加速度。從測(cè)量結(jié)果可以看出，在離合器接合的初始階段發(fā)動(dòng)機(jī)端和變速箱端的轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯加大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的主觀感受是車輛抖動(dòng)振幅加大，而當(dāng)變速箱轉(zhuǎn)速過(guò)了某一轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，其波動(dòng)又逐漸變小直至完成與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的同步。

將圖3中a圖所示的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速箱轉(zhuǎn)速和車身振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)化成頻域數(shù)據(jù)，如圖3中b圖、c圖、d圖所示。圖3的b圖、c圖、d圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間、縱坐標(biāo)表示頻率，b圖中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅度最大位置對(duì)應(yīng)的頻率在26 Hz左右，此時(shí)發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速大約在800 rpm，正好對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的二階振動(dòng)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)為四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，所以二階振動(dòng)強(qiáng)度最大；而c圖、d圖中可以看到變速箱轉(zhuǎn)速波動(dòng)和車身加速度波動(dòng)幅度最大的位置對(duì)應(yīng)頻率為10～15 Hz，參照此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速說(shuō)明車輛起步抖動(dòng)頻率正好對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一階轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，即可以理解為發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈車輛便抖動(dòng)一次。綜合上述客觀測(cè)量數(shù)據(jù)分析，故障的起步抖動(dòng)現(xiàn)象符合離合器區(qū)域相關(guān)零部件軸向幾何尺寸偏差引起的強(qiáng)迫振動(dòng)特征。

3 優(yōu)化措施及方案驗(yàn)證

3.1 優(yōu)化措施

因?yàn)槠鸩蕉秳?dòng)的故障現(xiàn)象在同一階段所造的車輛當(dāng)中故障率較高，且離合器區(qū)域關(guān)聯(lián)零部件的相關(guān)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求，所以可以排除零件本身參數(shù)超差引起的故障原因。在抑制因軸向幾何尺寸偏差引起的離合起步抖動(dòng)問(wèn)題，可以采取如下應(yīng)對(duì)措施。

（1）提高離合器區(qū)域關(guān)聯(lián)零部件相關(guān)尺寸的軸向偏差制造精度。當(dāng)前條件下，公差等級(jí)的提高將產(chǎn)生較高的成本增加，因此應(yīng)用的可能性較小。

（2）增加傳動(dòng)系阻尼，抑制轉(zhuǎn)速波動(dòng)的振幅。隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，為了使傳動(dòng)系傳動(dòng)效率不斷提高而降低阻尼，從而使車輛對(duì)于抖動(dòng)的響應(yīng)變得越來(lái)越敏感，較小的離合器傳扭波動(dòng)都將可能引起較大的整車抖動(dòng)，這與起步抖動(dòng)問(wèn)題的解決相互背離，因此單純通過(guò)增加傳動(dòng)系阻尼的措施來(lái)抑制起步抖動(dòng)問(wèn)題并不可取。

（3）增加離合器從動(dòng)盤(pán)的軸向面壓的行程來(lái)降低其面壓剛度，提高其軸向緩沖能力。在不影響離合器分離接合性能的前提下，適當(dāng)提高從動(dòng)盤(pán)的面壓行程來(lái)降低面壓剛度，可以緩解接合過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)，從而降低整車起步抖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。其原理示意圖如圖4所示。同樣的軸向尺寸偏差條件下，更小的面壓剛度引起的載荷變化更小，其引起的扭矩波動(dòng)也更小。該措施的工程變更量小，成本較低，可應(yīng)用程度高，因此本案例采取該措施作為抑制抖動(dòng)的優(yōu)化方案并進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 方案驗(yàn)證

在滿足車輛離合踏板儲(chǔ)備行程的前提下，將原方案的離合器面壓行程范圍從0.6～0.9 mm變更為0.75～1.05 mm（如圖5所示），同時(shí)制造20件樣件分別進(jìn)行實(shí)車主觀評(píng)價(jià)，驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表4，故障率下降明顯，僅為5%。

此外，抽取一輛裝配新?tīng)顟B(tài)樣件的試驗(yàn)車輛，通過(guò)Rotec系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，分析結(jié)果如圖6所示。從測(cè)量數(shù)據(jù)上看，在離合器接合過(guò)程中，變速箱的轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅度下降明顯，與實(shí)車主觀評(píng)價(jià)結(jié)果吻合，驗(yàn)證了改進(jìn)措施的有效性。

4 總結(jié)

現(xiàn)如今，隨著人們對(duì)車輛認(rèn)識(shí)的提高，對(duì)車輛的性能要求也在不斷提高。車輛起步抖動(dòng)問(wèn)題極大地影響著車上人員的駕乘舒適性，從而影響整車品質(zhì)。本文從起步抖動(dòng)故障現(xiàn)象的主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)入手，分析離合接合過(guò)程中產(chǎn)生抖動(dòng)的潛在原因，主要分為摩擦片性能引起的自激勵(lì)振動(dòng)和離合器區(qū)域零部件軸向幾何尺寸偏差引起的強(qiáng)迫振動(dòng)2種，并經(jīng)過(guò)客觀評(píng)價(jià)的測(cè)量數(shù)據(jù)分析，確定故障的根本原因?yàn)楹笳摺Ｍ瑫r(shí)，針對(duì)該問(wèn)題分析了3種抑制措施和對(duì)應(yīng)的應(yīng)用可行性，最后確定了更改從動(dòng)盤(pán)面壓特性曲線作為優(yōu)化措施，并通過(guò)試制樣件進(jìn)行裝車驗(yàn)證，確認(rèn)了該措施的有效性。

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