離合器扭轉(zhuǎn)特性對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊問(wèn)題的影響

強(qiáng)登科，馬虎森

(陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院 ,陜西西安 710119)

0 引言

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)不可避免地存在傳動(dòng)間隙和系統(tǒng)彈性作用，車輛在加或減油門過(guò)程中，扭矩短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)驟升或驟降現(xiàn)象，間隙的存在會(huì)使得系統(tǒng)產(chǎn)生很大扭矩沖擊，在齒輪嚙合副、花鍵接觸副之間出現(xiàn)撞擊，產(chǎn)生令人不適的金屬撞擊聲。且隨著駕乘人員對(duì)乘坐舒適性要求的提供，對(duì)車輛噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness,NVH)性能表現(xiàn)提出更高的要求。目前，對(duì)于解決大型客車加油門及收油門瞬態(tài)工況的沖擊問(wèn)題具有很大挑戰(zhàn)，需要平衡動(dòng)力性、耐久性、成本及NVH性能等多方面因素，如何經(jīng)濟(jì)有效解決加減油門瞬態(tài)工況下的沖擊問(wèn)題存在很大困惑。某12 m大型客車匹配6速手動(dòng)變速器，用戶反饋在整車瞬態(tài)工況下，傳動(dòng)系統(tǒng)在急加減油門時(shí)各擋位產(chǎn)生不同程度的撞擊聲，尤其是松油門時(shí)出現(xiàn)的沖擊問(wèn)題，極其抱怨。文中基于AMESim軟件建立了某客車3擋傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型，考慮系統(tǒng)時(shí)變剛度和間隙等非線性因素的影響，并結(jié)合實(shí)車測(cè)試對(duì)比，驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)而分析了離合器扭轉(zhuǎn)特性對(duì)加減油門沖擊現(xiàn)象的影響。

1 基于AMESim的傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型建立

基于AMESim建立的某客車傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析模型，如圖1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)按油門—轉(zhuǎn)速—油門開(kāi)度扭矩MAP數(shù)表模擬，根據(jù)圖2油門開(kāi)度控制信號(hào)輸出扭矩。離合器從動(dòng)盤按圖3扭轉(zhuǎn)特性曲線設(shè)定，該離合器為二級(jí)減振，一級(jí)減振為預(yù)減振部分，扭轉(zhuǎn)剛度一般為幾?！っ酌慷?二級(jí)為主減振部分，扭轉(zhuǎn)剛度為幾百?！っ酌慷?。變速器和后橋按結(jié)構(gòu)建立齒輪嚙合模型，并考慮齒輪間隙和花鍵間隙。車輪和車身等效為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)置行駛阻力。

圖1 基于AMESim建立的傳動(dòng)系統(tǒng)仿真分析模型

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)油門開(kāi)度控制信號(hào)

圖3 離合器扭轉(zhuǎn)特性曲線

2 仿真分析結(jié)果

圖4為給定油門開(kāi)度的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸仿真信號(hào)，可以看出在加/減油門過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩存在大幅值波動(dòng)，尤其是在變速器一軸處由于傳動(dòng)間隙的存在，在主被動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在較大幅值的扭矩沖擊。對(duì)應(yīng)圖5中發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸轉(zhuǎn)速仿真信號(hào)，在加減油門的時(shí)候，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)幾赫茲的低頻大幅值波動(dòng)；且在波動(dòng)過(guò)程中變速器一軸端轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速存在較大幅值的轉(zhuǎn)速差，加油門時(shí)出現(xiàn)一處轉(zhuǎn)速差，松油門時(shí)刻出現(xiàn)多處轉(zhuǎn)速差。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸扭矩仿真信號(hào)

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸轉(zhuǎn)速仿真信號(hào)

為了驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，實(shí)車測(cè)試了有預(yù)減振離合器發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪處和變速器一軸處轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸轉(zhuǎn)速測(cè)試信號(hào)如圖6所示，由圖可以看出，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果一致，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。實(shí)車測(cè)試主觀感受加油門時(shí)對(duì)應(yīng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差時(shí)刻出現(xiàn)一次撞擊聲，松油門時(shí)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速差時(shí)刻出現(xiàn)2～3次的撞擊聲。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸轉(zhuǎn)速測(cè)試信號(hào)

3 有無(wú)預(yù)減振離合器影響仿真分析

對(duì)于大型客車變速器匹配離合器，預(yù)減振彈簧部分在5°～8°的范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)剛度一般為幾?！っ?，相對(duì)沖擊時(shí)刻扭矩而言這也是比較大間隙。為驗(yàn)證預(yù)減振的影響，采用不帶預(yù)減振離合器和帶預(yù)減振離合器分別進(jìn)行仿真分析，圖7為無(wú)預(yù)減振離合器扭轉(zhuǎn)特性曲線。

圖7 無(wú)預(yù)減振離合器扭轉(zhuǎn)特性曲線

圖8為有無(wú)預(yù)減振離合器工作角度仿真信號(hào)。仿真分析顯示，有預(yù)減振離合器在加減油門工況下，工作角度會(huì)正反向切換，切換時(shí)刻存在明顯突變;無(wú)預(yù)減振離合器則無(wú)明顯變動(dòng)，在波動(dòng)過(guò)程中平緩變化。圖9為有無(wú)預(yù)減振變速器一軸轉(zhuǎn)速仿真信號(hào)。通過(guò)對(duì)比可以看出，無(wú)預(yù)減振離合器在加油門和松油門時(shí)刻變速器一軸轉(zhuǎn)速變化平緩，在波動(dòng)轉(zhuǎn)換瞬間轉(zhuǎn)速差明顯降低。相比于有預(yù)減振離合器，無(wú)預(yù)減振離合器在加油門和松油門時(shí)刻轉(zhuǎn)速差約有50%以上的降低。

圖8 有無(wú)預(yù)減振離合器工作角度仿真信號(hào)

圖9 有無(wú)預(yù)減振變速器一軸轉(zhuǎn)速仿真信號(hào)

4 無(wú)預(yù)減振離合器實(shí)車效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證無(wú)預(yù)減振離合器對(duì)加減油門沖擊問(wèn)題的影響，在實(shí)車更換無(wú)預(yù)減振離合器進(jìn)行實(shí)車測(cè)試和主觀感受。圖10為有無(wú)預(yù)減振離合器發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸轉(zhuǎn)速測(cè)試信號(hào)。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，無(wú)預(yù)減振離合器在加油門時(shí)刻和松油門時(shí)刻轉(zhuǎn)速差約有45%以上的降低，實(shí)車主觀感受加/減油門時(shí)金屬撞擊聲降低且從清脆變化為沉悶，相比原車匹配有預(yù)減振離合器有較明顯的改善，同時(shí)也再次驗(yàn)證了仿真模型的正確性。

圖10 有無(wú)預(yù)減振離合器發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器一軸轉(zhuǎn)速測(cè)試信號(hào)

5 結(jié)語(yǔ)

文中通過(guò)建立某客車3擋傳動(dòng)系系統(tǒng)AMESim仿真模型，并將仿真分析結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相互對(duì)比，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性和有效性。同時(shí)證明離合器扭轉(zhuǎn)特性會(huì)對(duì)加減油門沖擊問(wèn)題產(chǎn)生一定影響，對(duì)于沖擊問(wèn)題，雖然離合器預(yù)減振剛度小，但相對(duì)而言也是主要的間隙。因此，從系統(tǒng)匹配角度，盡可能降低傳動(dòng)系統(tǒng)間隙，從而降低加減油門時(shí)刻的瞬態(tài)沖擊響應(yīng)。同時(shí)，對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)匹配問(wèn)題，結(jié)合測(cè)試和仿真，可以更便捷、更有效地分析問(wèn)題機(jī)制并制定相應(yīng)的解決方案，進(jìn)一步指導(dǎo)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配和整車NVH問(wèn)題及性能的改進(jìn)提升。