某MPV車型起步顫振分析與控制研究

周 林，張 宇，顏伏伍，潘云偉

（1.東風小康汽車有限公司，重慶 402247；2.重慶電子工程職業學院 汽車工程學院，重慶 401331）

0 引言

車輛起步顫振嚴重影響駕乘人員的乘坐舒適性，是車輛NVH性能重要關注點之一。車輛起步顫振產生原因很多，諸如制造精度、安裝誤差、零部件破損失效、操作保養不當等[1]。上述因素機理比較簡單，也易消除。然而，離合器波形片結構形式[2～5]，波形片軸向剛度和從動盤扭轉剛度[6]，主動盤和從動盤摩擦系數[7,8]等因素往往引發離合器自激勵從而導致車輛起步顫振。這類問題因其發生頻率高、機理復雜從而成為當前研究的熱點。

本文針對某MPV車型起步顫振問題，從整車層面展開原因分析研究，并對離合器結構進行調校，以期為類似車型起步顫振問題提供流程性參考和調校措施借鑒。

1 起步顫振問題呈現

某MPV車型1擋起步正常抬離合踏板過程中，駕乘人員主觀感受到車身出現明顯整車抖動。為獲取該車型起步振動狀態客觀數據，便于原因識別和調校優化，在駕駛員座椅導軌上布置加速度傳感器。獲取車輛起步顫振時駕駛員座椅導軌處振動信號如圖1所示。

由圖1可知，車輛起步正常抬起離合踏板過程中，在27s時車輛出現明顯振動，振動峰值對應頻率為12.0Hz，振動峰值為X向0.04g，Y向0.03g，Z向0.04g。該級別車型駕駛員座椅導軌振動峰值通常為0.02g。因此，該車型起步振動遠大于同類車型水平，同時舒適性讓駕乘人員難以接受，必須采取措施加以控制。

圖1 車輛起步座椅振動數據

2 起步顫振原因查找

2.1 傳動系統ODS分析

通過在車輛傳動系統布置加速度傳感器，便于對整車起步顫振傳遞路徑進行總體把控。

針對本車型起步顫振問題，加速度傳感器布置如圖2所示。將上述傳感器位置連成一體，形成傳動系統顫振傳遞路徑分析圖，在1擋起步工況下，試驗測得傳動系統ODS工作變形圖如圖3所示。

由圖3可知，在1擋起步工況下發動機懸置、離合器殼體和變速器殼體振動突顯，而傳動軸、后橋以及鋼板彈簧與車身接附點振動較小。初步明確起步顫振問題點在于動力總成振動劇烈，從而引起車身振動明顯。

圖2 底盤結構件加速度傳感器布置示意圖

圖3 底盤結構ODS工作變形圖

2.2 起步顫振振源分析

為了進一步研究動力總成異常振動對整車起步顫振的影響，開展動力總成扭振測試，其中飛輪測點和變速器測點布置位置如圖4所示。當1擋起步時，扭振測試結果如圖5所示。

圖4 扭振測試測點布置示意圖

圖5 扭振測試結果

由圖5可見，1擋起步抬離合過程中，離合器測點扭轉波動量明顯突增。從頻譜圖可知扭轉頻率為12.5Hz，與起步時駕駛員座椅導軌振動峰值頻率12.0Hz吻合。從而進一步明確了起步顫振問題點在于離合器接合過程中轉速波動過大所致。因此，欲改善起步顫振問題，需要減小離合器接合過程中轉速波動。

3 起步顫振調校措施

3.1 離合器接合過程力學分析

首先建立傳動系統動力學模型，如圖6所示。

圖6 傳動系統動力學力學模型

當離合器主、從軸同步之前，離合器處于滑摩階段，其動力學方程為[9]：

式中：J1為離合器主動軸慣量，包括發動機曲軸、飛輪、離合器壓盤，J2為離合器從動軸慣量，包括離合器摩擦片、齒輪、傳動軸， J3為車輪、整車的等效轉動慣量。θ1、θ2、θ3分別為J1、J2、J3的角位移。k1為軸的扭轉剛度，c1為J3的等效扭轉阻尼。Me為發動機輸出扭矩，Mr為阻力矩，Mc為離合器滑摩扭矩。

其中，離合器滑摩扭矩計算公式為[10]：

式中：Ns為摩擦副組數，Rm為平均摩擦半徑，μ為摩擦系數，P為壓緊力，sign為符號算子。

3.2 調校措施及效果驗證

由式(1)可知，當離合器主動軸慣量和發動機輸出扭矩確定時，欲減小離合器主動盤和從動盤接觸時的轉速波動，則應增大離合器滑摩扭矩。根據式(2)及工程可行性，增大離合器滑摩扭矩措施有：

1）增大離合器摩擦半徑。這在工程中便于實施，即增大離合器直徑便可。

2）增大離合器摩擦片摩擦系數。由于摩擦系數與轉速差、溫度等因素有關[11,12]，在實際工程中難以控制。

3）可以通過控制離合器分離指端跳、壓盤傾斜量等措施使離合器壓緊力更平順。

針對本車型起步顫振問題，考慮工程化可行性，提出改進方案如表1所示，車輛起步時座椅導軌處振動性能如表2所示。

表1 改進方案

表2 性能驗證

由表1、表2可知，三種改進方案均使車輛起步顫振問題得到良好改善。其中，方案一表明離合器直徑增加10mm有利于減小座椅導軌起步抖動，且工程化實施方便。方案二表明將壓盤傾斜量減小一個數量級，亦可解決該車型起步顫抖問題，但對工藝精度要求較高。方案三表明同時控制分離指端跳和壓盤傾斜量制造精度亦可達到滿意的效果，而且工藝實施可行。因此，選取方案一和方案三作為本車型起步顫振調校措施。

4 結論

1）通過傳動系統ODS分析和動力總成扭轉測試獲知，由于車輛起步時離合器接合過程中轉速波動較大導致某MPV車型起步顫振。

2）根據離合器接合過程力學模型，結合制造工藝可行性，提出加大離合器接觸面直徑和同時控制分離指端跳、壓盤傾斜量制造精度兩個調校措施，有效地改善了某MPV車型起步顫振。

3）本文的研究工作可為類似車型起步顫振調校提供思路參考和方案借鑒。