離合器扭轉特性對傳動系統(tǒng)沖擊問題的影響

強登科，馬虎森

(陜西法士特汽車傳動工程研究院 ,陜西西安 710119)

0 引言

汽車傳動系統(tǒng)不可避免地存在傳動間隙和系統(tǒng)彈性作用，車輛在加或減油門過程中，扭矩短時間內(nèi)會出現(xiàn)驟升或驟降現(xiàn)象，間隙的存在會使得系統(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。且隨著駕乘人員對乘坐舒適性要求的提供，對車輛噪聲、振動與聲振粗糙度(noise、vibration、harshness,NVH)性能表現(xiàn)提出更高的要求。目前，對于解決大型客車加油門及收油門瞬態(tài)工況的沖擊問題具有很大挑戰(zhàn)，需要平衡動力性、耐久性、成本及NVH性能等多方面因素，如何經(jīng)濟有效解決加減油門瞬態(tài)工況下的沖擊問題存在很大困惑。某12 m大型客車匹配6速手動變速器，用戶反饋在整車瞬態(tài)工況下，傳動系統(tǒng)在急加減油門時各擋位產(chǎn)生不同程度的撞擊聲，尤其是松油門時出現(xiàn)的沖擊問題，極其抱怨。文中基于AMESim軟件建立了某客車3擋傳動系統(tǒng)仿真模型，考慮系統(tǒng)時變剛度和間隙等非線性因素的影響，并結合實車測試對比，驗證仿真模型的準確性，進而分析了離合器扭轉特性對加減油門沖擊現(xiàn)象的影響。

1 基于AMESim的傳動系統(tǒng)仿真模型建立

基于AMESim建立的某客車傳動系統(tǒng)仿真分析模型，如圖1所示。發(fā)動機按油門—轉速—油門開度扭矩MAP數(shù)表模擬，根據(jù)圖2油門開度控制信號輸出扭矩。離合器從動盤按圖3扭轉特性曲線設定，該離合器為二級減振，一級減振為預減振部分，扭轉剛度一般為幾?！っ酌慷?二級為主減振部分，扭轉剛度為幾百?！っ酌慷?。變速器和后橋按結構建立齒輪嚙合模型，并考慮齒輪間隙和花鍵間隙。車輪和車身等效為一個轉動慣量，根據(jù)經(jīng)驗公式設置行駛阻力。

圖1 基于AMESim建立的傳動系統(tǒng)仿真分析模型

圖2 發(fā)動機油門開度控制信號

圖3 離合器扭轉特性曲線

2 仿真分析結果

圖4為給定油門開度的發(fā)動機和變速器一軸仿真信號，可以看出在加/減油門過程中傳動系統(tǒng)扭矩存在大幅值波動，尤其是在變速器一軸處由于傳動間隙的存在，在主被動轉換過程中存在較大幅值的扭矩沖擊。對應圖5中發(fā)動機和變速器一軸轉速仿真信號，在加減油門的時候，系統(tǒng)轉速出現(xiàn)幾赫茲的低頻大幅值波動；且在波動過程中變速器一軸端轉速與發(fā)動機轉速存在較大幅值的轉速差，加油門時出現(xiàn)一處轉速差，松油門時刻出現(xiàn)多處轉速差。

圖4 發(fā)動機和變速器一軸扭矩仿真信號

圖5 發(fā)動機和變速器一軸轉速仿真信號

為了驗證仿真模型的準確性，實車測試了有預減振離合器發(fā)動機飛輪處和變速器一軸處轉速。發(fā)動機和變速器一軸轉速測試信號如圖6所示，由圖可以看出，試驗測試結果與仿真結果一致，驗證了仿真模型的準確性。實車測試主觀感受加油門時對應出現(xiàn)轉速差時刻出現(xiàn)一次撞擊聲，松油門時對應轉速差時刻出現(xiàn)2～3次的撞擊聲。

圖6 發(fā)動機和變速器一軸轉速測試信號

3 有無預減振離合器影響仿真分析

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

圖7 無預減振離合器扭轉特性曲線

圖8為有無預減振離合器工作角度仿真信號。仿真分析顯示，有預減振離合器在加減油門工況下，工作角度會正反向切換，切換時刻存在明顯突變;無預減振離合器則無明顯變動，在波動過程中平緩變化。圖9為有無預減振變速器一軸轉速仿真信號。通過對比可以看出，無預減振離合器在加油門和松油門時刻變速器一軸轉速變化平緩，在波動轉換瞬間轉速差明顯降低。相比于有預減振離合器，無預減振離合器在加油門和松油門時刻轉速差約有50%以上的降低。

圖8 有無預減振離合器工作角度仿真信號

圖9 有無預減振變速器一軸轉速仿真信號

4 無預減振離合器實車效果驗證

為了驗證無預減振離合器對加減油門沖擊問題的影響，在實車更換無預減振離合器進行實車測試和主觀感受。圖10為有無預減振離合器發(fā)動機和變速器一軸轉速測試信號。測試數(shù)據(jù)顯示，無預減振離合器在加油門時刻和松油門時刻轉速差約有45%以上的降低，實車主觀感受加/減油門時金屬撞擊聲降低且從清脆變化為沉悶，相比原車匹配有預減振離合器有較明顯的改善，同時也再次驗證了仿真模型的正確性。

圖10 有無預減振離合器發(fā)動機和變速器一軸轉速測試信號

5 結語

文中通過建立某客車3擋傳動系系統(tǒng)AMESim仿真模型，并將仿真分析結果與試驗測試結果進行相互對比，驗證了仿真模型的準確性和有效性。同時證明離合器扭轉特性會對加減油門沖擊問題產(chǎn)生一定影響，對于沖擊問題，雖然離合器預減振剛度小，但相對而言也是主要的間隙。因此，從系統(tǒng)匹配角度，盡可能降低傳動系統(tǒng)間隙，從而降低加減油門時刻的瞬態(tài)沖擊響應。同時，對于傳動系統(tǒng)匹配問題，結合測試和仿真，可以更便捷、更有效地分析問題機制并制定相應的解決方案，進一步指導傳動系統(tǒng)匹配和整車NVH問題及性能的改進提升。