一种新型三级刚度离合器扭转减振器的开发及应用

徐旭初，方伟荣，葛凤龙，陈 祥，王 菁，周含露

(1.上海汽车股份有限公司技术中心，上海 201804;2.上海萨克斯动力总成部件系统有限公司，上海 201708)

前言

随着汽车工业的迅速发展，人们对汽车的舒适性和振动噪声控制的要求不断提高，各大汽车厂商越来越关注变速器敲齿噪声。此时，具有更好减振效果的双质量飞轮应运而生。与传统的二级从动盘扭转减振器相比，双质量飞轮使减振弹簧前后的惯量重新分配，变速器输入轴端的惯量增加，并且减振弹簧布置在飞轮外侧，弹簧的空间增大，因而可使用刚度较小的弹簧。这些都使双质量飞轮具有更好的隔离扭振作用［1－2］。但是，伴随着更好的性能，双质量飞轮的成本却比传统的二级从动盘减振器高很多。为更好地平衡成本与性能之间的矛盾，本文中提出了一种结构简单的三级刚度从动盘减振器。整车测试结果表明，与传统的二级刚度从动盘减振器相比，这种减振器在小转矩工况下具有更好的隔振效果。同时，只须在传统二级刚度从动盘减振器上做简单的更改即可实现，在提高性能的同时，成本得到了很好的控制。因此，在一些NVH要求相对较低的低成本整车项目中，这种减振器是个较好的选择。

1 新型从动盘扭转减振器介绍

图1为常用的二级刚度从动盘减振器的性能曲线。由图可见，该减振器有预减振和主减振两个工作区域。预减振主要满足怠速等极小转矩的工况，主减振主要满足加速等较大转矩工况。但对小转矩的工况，如爬行、冷车怠速等，一般使减振器工作在预减振区域。然而，并不是在所有情况下，预减振区域都可以满足小转矩工况的要求，须为从动盘减振器引进新的针对小转矩工况的工作区域［3］。

图2为三级刚度从动盘扭转减振器性能曲线，在预减振和主减振之间，增加一个过渡区域，当负载为小转矩时，从动盘减振器工作在此区域，可得到较好的减振效果。常见的三级刚度减振器，如LUK、Valeo的大转角减振器，如图3所示，把第二级减振弹簧集成在预减振模块中，虽然可使结构更加紧凑，但对加工精度要求较高，且第二级刚度的调整角度和转矩容量有限。同常用的二级刚度减振器相比，结构差别较大，成本也较高。

本文中在常用的二级刚度从动盘扭转减振器基础上，通过增加额外的二级套板，构成三级刚度减振器，且新增的小转矩减振弹簧安装在主减振区域，周向空间较大，弹簧刚度的可调范围较大［4－5］，如图4所示。由于此减振器沿用原二级刚度从动盘减振器的预减振模块、主减振模块，所以，成本得到了很好的控制。

2 从动盘扭转减振器选型

2.1 车辆相关信息

通过对某研发车型的理论计算和整车扭振测试，选定合适的从动盘减振器参数完成传动系统的匹配。相关车型参数见表1。

表1 某车型相关整车参数

2.2 初选二级刚度从动盘扭转减振器

2.2.1 预减振

在怠速工况下，从动盘一般工作在预减振区域，其转矩容量由变速器拖曳转矩决定，在热车条件下，变速器拖曳转矩在1～1.5N·m左右。预减振刚度C1为

式中:TD为车辆空挡怠速工况下变速器的拖曳转矩，取1.5N·m;β1为预减振工况下弹簧的极限转角，由于结构所限，一般不超过8°。

从减振角度出发，在满足转矩容量的前提下，弹簧刚度越小越有利于扭振隔离。由式(1)可得，预减振刚度须不小于0.19N·m/(°)。初定刚度C1为0.26N·m/(°)，另由预减振结构决定预减振阻尼矩为0～0.5N·m。

2.2.2 主减振

主减振刚度由发动机最大转矩决定，一般主减振的转矩容量选取最大发动机转矩的1.3倍，故

式中:Temax为发动机输出的最大转矩，为135N·m;β2为主减振弹簧的转角，一般在15°左右。

由式(2)可得，主减振刚度为11.7N·m/(°)。初选预减振刚度C2为13N·m/(°)，主减振阻尼矩为8～12N·m。图5为初选二级刚度从动盘扭转减振器的性能曲线。

通过整车的主观评估发现，在爬行等小转矩的工况下，变速器的敲齿噪声较大。进一步通过整车扭振测试数据可以看出，在爬行工况下，飞轮与变速器输入轴相对转角波动较大，最高可达5°，角加速度的波动也较大，如图6所示。

在爬行工况下，发动机输出转矩主要用于克服车轮与路面之间的滚动阻力，即

式中:M为车辆总质量，取1 723kg;η为地面对车轮的滚动阻力系数，取0.018;r为车轮滚动半径，取0.307m。计算可得，1挡所需发动机输出转矩为6.67N·m，2挡为11.3N·m。远大于从动盘预减振的转矩容量。而由于主减振刚度为13N·m/(°)，这些转矩又不足以压缩主减振弹簧稳定工作，因此，可得出在爬行工况下，从动盘工作在一个不稳定的区间内，在预减振区域和主减振区域往复摆动，造成变速器输入轴与输出轴无序地敲击，这是导致较大变速器敲齿噪声的根本原因。此时，二级刚度从动盘减振器已无法解决此问题，因此引入三级刚度从动盘减振器，通过小转矩减振区域，消除爬行等小转矩工况的变速器敲齿噪声。

2.3 从动盘减振器调试

小转矩减振区域的弹簧刚度选择:

式中:T'f为2挡爬行工况下发动机输出转矩，已通过上述计算得11.3N·m;T1为从动盘减振器预减振的转矩容量;β为小转矩减振区域的转角，取5°。由式(4)计算可得，C2为1.86N·m/(°)。取小转矩减振弹簧刚度C2为2N·m/(°)，阻尼矩为3N·m。经过重新匹配，得到新三级刚度从动盘扭转减振器，性能曲线如图7所示。

图8为采用三级刚度从动盘扭转减振器后，1挡爬行工况整车扭振测试数据。可以看出，减振器改进后，发动机飞轮与变速器输入轴相对转角波动、角加速度的波动都明显降低，变速器敲齿噪声得到很大的改善。

2.4 改善冷车怠速工况

此三级刚度从动盘减振器对于其他小转矩工况也有良好的隔振作用，如冷车怠速工况。由于冷车状态的变速器拖曳转矩远大于热车状态下的变速器拖曳转矩。根据测得角加速度、变速器的转动惯量，可以估算出该变速器拖曳转矩为2.48N·m，远大于热车状态的1.2N·m。在冷车怠速工况下，由于拖曳转矩超过了预减振的转矩容量，所以从动盘在预减振机构与主减振机构之间往复摆动，使得变速器发出较大的敲齿噪声。

图9为冷车状态下，整车怠速工况扭振测试数据。其中，变速器输入轴角加速度/发动机角加速度为1325.29/1260.23=1.05，可知，从动盘无法对发动机的输出扭振进行衰减。进一步对测得的输出转速曲线进行阶次分析，如图10所示。可以看出，在1阶的振动中，变速器输入轴的转速波动比发动机的转速波动大很多，这是因为从动盘在预减振区域和主减振区域往复摆动，由此还会产生较大的变速器敲齿噪声。

应用三级刚度从动盘扭转减振器后，冷车怠速时变速器的敲齿噪声得到很大改善。由图11分析得，变速器输入轴角加速度/发动机角加速度比为504.57/1383.01=0.36，从动盘对发动机的扭转振动有明显的衰减。对测得的输出曲线进行阶次分析，如图12所示。可以看出，改进后1阶振动已经消除，同时2阶的扭转振动也有明显的衰减。

3 结论

通过整车扭振测试，充分说明该新型三级刚度从动盘扭转减振器可有效隔离发动机输出的扭转振动，相比二级刚度从动盘减振器，此减振器可更好地隔离小转矩工况的扭振，降低变速器的敲齿噪声。并且，此减振器在设计时保留了二级刚度减振器的预减振机构、主减振机构，使其结构简单，实现起来更加方便，成本得到了很好的控制。因此，此三级刚度从动盘扭转减振器具有很好的实用价值。

［1］ Alexander Fidlin，Roland Seebacher．DMF Simulation Techniques［M］．8th LUK Symposium，2006:56－66．

［2］ Hartmut Bach，Wolfgang．Simulation of Various Operating Conditions of Powertrains with a Dual Mass Flywheel［J］．Drive System Technique，2008(3):48 －56．

［3］ 梁小立，鲁统利．汽车离合器从动盘减振等级的选择与调试［J］．传动技术，2009，23(1):21 －24，28．

［4］ 上海萨克斯动力总成部件系统有限公司．新型的离合器从动盘减振装置:中国，CN 101769357 A［P］．2010 －07－07．

［5］ 上海萨克斯动力总成部件系统有限公司．新型的离合器从动盘可增转角减振装置:中国，CN101788032 A［P］．2010－07－28．