某MPV车型起步颤振分析与控制研究

周 林，张 宇，颜伏伍，潘云伟

（1.东风小康汽车有限公司，重庆 402247；2.重庆电子工程职业学院 汽车工程学院，重庆 401331）

0 引言

车辆起步颤振严重影响驾乘人员的乘坐舒适性，是车辆NVH性能重要关注点之一。车辆起步颤振产生原因很多，诸如制造精度、安装误差、零部件破损失效、操作保养不当等[1]。上述因素机理比较简单，也易消除。然而，离合器波形片结构形式[2～5]，波形片轴向刚度和从动盘扭转刚度[6]，主动盘和从动盘摩擦系数[7,8]等因素往往引发离合器自激励从而导致车辆起步颤振。这类问题因其发生频率高、机理复杂从而成为当前研究的热点。

本文针对某MPV车型起步颤振问题，从整车层面展开原因分析研究，并对离合器结构进行调校，以期为类似车型起步颤振问题提供流程性参考和调校措施借鉴。

1 起步颤振问题呈现

某MPV车型1挡起步正常抬离合踏板过程中，驾乘人员主观感受到车身出现明显整车抖动。为获取该车型起步振动状态客观数据，便于原因识别和调校优化，在驾驶员座椅导轨上布置加速度传感器。获取车辆起步颤振时驾驶员座椅导轨处振动信号如图1所示。

由图1可知，车辆起步正常抬起离合踏板过程中，在27s时车辆出现明显振动，振动峰值对应频率为12.0Hz，振动峰值为X向0.04g，Y向0.03g，Z向0.04g。该级别车型驾驶员座椅导轨振动峰值通常为0.02g。因此，该车型起步振动远大于同类车型水平，同时舒适性让驾乘人员难以接受，必须采取措施加以控制。

图1 车辆起步座椅振动数据

2 起步颤振原因查找

2.1 传动系统ODS分析

通过在车辆传动系统布置加速度传感器，便于对整车起步颤振传递路径进行总体把控。

针对本车型起步颤振问题，加速度传感器布置如图2所示。将上述传感器位置连成一体，形成传动系统颤振传递路径分析图，在1挡起步工况下，试验测得传动系统ODS工作变形图如图3所示。

由图3可知，在1挡起步工况下发动机悬置、离合器壳体和变速器壳体振动突显，而传动轴、后桥以及钢板弹簧与车身接附点振动较小。初步明确起步颤振问题点在于动力总成振动剧烈，从而引起车身振动明显。

图2 底盘结构件加速度传感器布置示意图

图3 底盘结构ODS工作变形图

2.2 起步颤振振源分析

为了进一步研究动力总成异常振动对整车起步颤振的影响，开展动力总成扭振测试，其中飞轮测点和变速器测点布置位置如图4所示。当1挡起步时，扭振测试结果如图5所示。

图4 扭振测试测点布置示意图

图5 扭振测试结果

由图5可见，1挡起步抬离合过程中，离合器测点扭转波动量明显突增。从频谱图可知扭转频率为12.5Hz，与起步时驾驶员座椅导轨振动峰值频率12.0Hz吻合。从而进一步明确了起步颤振问题点在于离合器接合过程中转速波动过大所致。因此，欲改善起步颤振问题，需要减小离合器接合过程中转速波动。

3 起步颤振调校措施

3.1 离合器接合过程力学分析

首先建立传动系统动力学模型，如图6所示。

图6 传动系统动力学力学模型

当离合器主、从轴同步之前，离合器处于滑摩阶段，其动力学方程为[9]：

式中：J1为离合器主动轴惯量，包括发动机曲轴、飞轮、离合器压盘，J2为离合器从动轴惯量，包括离合器摩擦片、齿轮、传动轴， J3为车轮、整车的等效转动惯量。θ1、θ2、θ3分别为J1、J2、J3的角位移。k1为轴的扭转刚度，c1为J3的等效扭转阻尼。Me为发动机输出扭矩，Mr为阻力矩，Mc为离合器滑摩扭矩。

其中，离合器滑摩扭矩计算公式为[10]：

式中：Ns为摩擦副组数，Rm为平均摩擦半径，μ为摩擦系数，P为压紧力，sign为符号算子。

3.2 调校措施及效果验证

由式(1)可知，当离合器主动轴惯量和发动机输出扭矩确定时，欲减小离合器主动盘和从动盘接触时的转速波动，则应增大离合器滑摩扭矩。根据式(2)及工程可行性，增大离合器滑摩扭矩措施有：

1）增大离合器摩擦半径。这在工程中便于实施，即增大离合器直径便可。

2）增大离合器摩擦片摩擦系数。由于摩擦系数与转速差、温度等因素有关[11,12]，在实际工程中难以控制。

3）可以通过控制离合器分离指端跳、压盘倾斜量等措施使离合器压紧力更平顺。

针对本车型起步颤振问题，考虑工程化可行性，提出改进方案如表1所示，车辆起步时座椅导轨处振动性能如表2所示。

表1 改进方案

表2 性能验证

由表1、表2可知，三种改进方案均使车辆起步颤振问题得到良好改善。其中，方案一表明离合器直径增加10mm有利于减小座椅导轨起步抖动，且工程化实施方便。方案二表明将压盘倾斜量减小一个数量级，亦可解决该车型起步颤抖问题，但对工艺精度要求较高。方案三表明同时控制分离指端跳和压盘倾斜量制造精度亦可达到满意的效果，而且工艺实施可行。因此，选取方案一和方案三作为本车型起步颤振调校措施。

4 结论

1）通过传动系统ODS分析和动力总成扭转测试获知，由于车辆起步时离合器接合过程中转速波动较大导致某MPV车型起步颤振。

2）根据离合器接合过程力学模型，结合制造工艺可行性，提出加大离合器接触面直径和同时控制分离指端跳、压盘倾斜量制造精度两个调校措施，有效地改善了某MPV车型起步颤振。

3）本文的研究工作可为类似车型起步颤振调校提供思路参考和方案借鉴。