某轻型汽车离合系统隔振技术的探讨和研究

凡则宏，杨允辉，任思义，张雷博

（安徽江淮汽车股份有限公司 商用车研究院，安徽 合肥 230601）

某轻型汽车离合系统隔振技术的探讨和研究

凡则宏，杨允辉，任思义，张雷博

（安徽江淮汽车股份有限公司 商用车研究院，安徽 合肥 230601）

汽车离合系统作为一类与操控者接触频率较高的元件，其舒适性是一项不可或缺的品质指标[1]。本文以某轻型客车为例，对踏板振动进行测试，并对测试的特性图、频谱以及振动产生的机理进行分析，确定了系统产生振动的原因和解决方案。基于试验数据的对比分析发现，采用螺旋管+限流阀+动态隔振器的方式可有效解决振动问题，以此来大幅提高离合系统的舒适性。最后，还通过实车测试探究了隔振结构对离合系统的影响。

离合系统；振动；隔振器；限流阀；频谱图

CLC NO.:U463.211Document Code:A A rticle ID: 1671-7988(2014)06-40-04

发展现状

离合踏板振动指数作为离合系统重要的商品性评价标准之一，正被越来越多的客户重视，严重时直接引起顾客抱怨。目前轻型客车离合管路一般都不设置隔振器或者为单一隔振器，降振的效果不理想。本文作者通过平时的工作积累，以某轻型客车为例，分析管路压力波动产生机理，通过螺旋管+限流阀+动态膜片隔振器的方式对液压波动频率和振幅进行改变，从而减小踏板振动，提高踏板舒适性。这些方法和结论可为后续开发新产品提供改进依据。

1、液压波动产生机理分析

液压式离合系统工作原理：驾驶员踩下踏板，推动主缸向前移动，管路液体产生压强传递到分缸，分缸推杆向前推动拨叉，最终使分离轴承前移，膜片受力后，离合器开始分离。

1.1 传感器的布置

根据其工作原理，在踏板和飞轮处安装测试传感器，测量飞轮的对离合产生的振动以及管路液压波动反馈到踏板的振动。传感器布置图如下：

1.2 测试工况

（1）怠速工况

（2）发动机转速由怠速提高到5000r/min

（备注：均为空挡、拉起驻车制动，车辆在测试过程中无运动）

1.3 测试结果

按照上诉方法，收集数据如下：

从图中可得出，踏板振动在自由行程12mm的范围内最为剧烈，振动加速度可达2.51m/s2，一般认为可接受的范围在

测试结果分析：

(1)离合管路液压波动主要在发动机转速1700r/min—3300r/min范围内产生，液压波动频率在80Hz-480Hz，波动加速度最高可达2.59m/s2。

(2)初步可得出管路产生液压的主要机理为：发动机曲轴工作时产生轴向窜动，同时曲轴弯曲导致飞轮摆动，两者共同作用在分离轴承上，引起管路内液体产生一个激励频率与飞轮相同的液体波动脉冲，脉冲以管路、主缸为介质，最终引起离合踏板振动。

2、离合系统管路隔离发动机振动的优化方案

虽然管路中产生液压波动主要原因为曲轴轴向窜动和曲轴弯曲的共同作用，但是，对于任何一款发动机来说，轴向窜动和弯曲是不可避免的。 从根源出发，优化曲轴窜动，就目前的技术和制造工艺来看，不可能在短时间内有明显提高，而且成本较高。

对此，为解决该车型问题，本次提出在一个离合系统中同时采用螺旋管+限流阀+动态隔振器组合隔离振动的方法，对系统波动脉冲进行衰减，从而减小踏板的振动。

2.1 管路的设计与优化

液压管路中的液体振动不仅影响工作质量，使元件的寿命降低，而且会产生噪声，污染环境，甚至损坏元件与密封。管路内的振动往往来源于压力和流量的波动，当系统封闭时，流动的液压油在受到分缸的脉动流量作用下，冲击封闭管路，当管子的长度适合时，将整个系统发生谐振，导致管内液体脉动能量大幅提高，这在液压系统中要尽力避免[2]。

在此之前通过测试已判定出，管路振动由曲轴的窜动和弯曲引起，最终反馈到踏板上。在低振幅的情况下，只需要对离合器高压油管直径和长度做简单的调整，改变系统固有频率，就能达到满意的隔振效果[3]。

轻型客车贯用管路为双层铜焊钢管4.76×0.71 YB/T 4164，多为直线折弯形式。据此，管路优化方案为将直线管路设改为螺旋管（该轻客车型为8圈右旋），从而改变系统的刚度，避开发动机低转速振动区域。2.2 系统增加隔振器的设计与优化

虽然系统管路中增加了螺旋管，但螺旋管仅起到减小液体冲击波振幅的作用，振动的频率范围没有改变，隔离发动机的振动激励依然没有解决。为确保有效的衰减振动频率，特采用了静态隔振器+膜片动态隔振器组合的方案。

2.2.1 隔振器工作原理

2.2.1 .1 限流阀

工作原理：当管路液体产生强烈冲击时，限流阀的孔截面不变，单位时间的截面流量一定，可以阻滞低频率（≤150Hz）的冲击波，从而达到隔振的效果。

工作特性：a.适用于低频率液体脉冲；

b.由于截面积一定，增大了踏板力的迟滞性。

2.2.1 .2 动态隔振器

工作原理：隔振器中设置有一块的膜片，膜片的刚度可以调整，一般通过调整厚度来控制刚度。当冲击波产生时，液体压力瞬间增大，膜片会产生自动根据压力值产生可恢复性变形，消除冲击波。由于膜片对压力敏感，可消除100Hz—500Hz频率的冲击。

工作特性：a.适用于100Hz—500Hz频率液体脉冲；

b.膜片的刚度可调，能自动适应液体波动；

c.系统最终方案的确定。

2.3 最终确定的优化方案

根据初期振动产生的机理，以及每个隔振部件的工作特性，不难得出最终方案：采用螺旋管+限流阀+动态隔振器，可以有效降低振幅，同时还可以去除不同振动频率范围的振动。基本原理图如下。

3、离合隔振系统试验测试

在熟悉掌握了该车型离合隔振系统构造和主要部件后，为了确认隔振效果，特对离合系统进行振动测试。主要考查加装隔振装置后，对系统振动方面的改善效果。

3.1 测试项目

（1）踏板振动频谱和曲线图，考查隔振效果以及改善情况

（2）离合踏板特性曲线，考查隔振装置对系统的影响3.2 测试工况

（1）怠速工况 ；

（2）发动机转速由怠速提高到5000r/min。

（备注：均为空挡、拉起驻车制动，车辆在测试过程中无运动）

3.3 测试结果

按照上述步骤，测试结果如下

3.3.1 振动频谱和曲线

由图9和图10可以看出，经加装隔振装置后优化后的系统，振动频率和振幅都得到不同程度的改善，其中振幅表现为最明显，在踏板全行程运动过程中，振幅由原来的20.6 m/s2降低至3.0 m/s2，振动区域由踏板50mm—100mm转移到100mm—160mm之间，说明隔振装置对降低振幅和改善振动频率起到了良好作用，远优于初始状态，相对于初始状态85%的振动得到改善。

3.3.2 离合特性曲线对比图

比较优化方案和初始方案的分析结果，可以看到优化之后，踏板踩下时，踏板力有所增加，踏板回位时踏板力有所减小，分离点、结合点位移发生相应变化，表明隔振装置对系统起到一定阻滞作用，但影响不大。从表1数据中可看出，相对初始方案踏板力差值范围始终在2N—8N，后备行程由51.0mm降低至45.0mm（ΔS=6mm），处于设计误差范围内。通过比较，表明隔振器能改变系统的踏板力、分离以及结合行程，但阻滞效果可以忽略，系统特性与初始状态基本一致。

4、结论

（1）管路液压波动主要由曲轴轴向窜动和弯曲导致，踏板作为终端将振动反馈给驾驶员。

（2）通过在管路系统中增加隔振结构，有效的解决了轻型客车离合系统存在液体压力波动的现状，相对于初始状态85%的振动得到改善，并且具备量产水平。

（3）探究了隔振结构对离合系统的影响，事实证明，隔振结构对系统有一定的阻滞作用，但阻滞效果可以忽略，系统特性与初始状态基本一致。

[1] 刘明周，胡金鑫，扈静等．基于动作元的汽车离舍器操纵舒适性的优化[J]．汽车工程，2011，33(1)：1．

[2] 张祝新，赵丁选，张雅琴．液压管路的谐振问题研究[D]．长春：长春工程学院机械工程系，2006．

[3] 郭梦梦，赵福全，杨安志等．离合踏板振动分析与优化[J]．农业装备与车辆工程，2012，50(7)：45-50．

A light vehicle clutch system vibration isolation technology to exp lore and study

Fan Zehong, Yang Yunhui, Ren Siyi, Zhang Leibo
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Commercial Vehicle Research Institute, Anhui Hefei 230601)

Automotive clutch systems as a class and manipulators exposure to high-frequency components, the com fort is an integral part of quality indicators [1]. In this paper, a light passenger cars, for example, the pedal vibration test, the mechanism of the characteristic diagram of the test, spectrum and vibration generated analysis to determine system vibration and solutions. Based on the comparison of the experimental data analysis, the spiral + limiting valve + dynamic vibration isolator way can effectively solve the vibration problem, in order to substantially increase the com fort of the clutch system. Finally, through real tests to explore the impact of vibration isolation structure of the clutch system.

clutch systems; vibration;vibration isolator; lim iting valve;spectrum

U463.211

A

1671-7988(2014)06-40-04

凡则宏，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。