某轻型越野车离合器系统专项性能试验开发与验证

吴海涛

摘  要：针对某轻型越野车离合器踏板力沉重的问题，对离合器分离力进行优化。结合用户使用场景，从零部件、系统、整车多层级考虑，制定离合器系统专项性能试验方案，并进行实车验证，结果表明优化方案可降低踏板力，离合器系统满足设计要求。

关键词：离合器踏板力;专项性能试验方案

中图分类号：U467.1     文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2020）06-0084-04

Abstract： In order to solve the problem of heavy clutch pedal force of a light off-road vehicle， the clutch release force is optimized. Combined with the user's usage scenarios， considering the multi-level considerations of parts， systems and vehicles， a special performance test plan for the clutch system was developed and verified by the actual vehicle. The results show that the optimized plan can reduce the pedal force and the clutch system meets the design requirements.

Key Words： Clutch Pedal Force; Special Performance Test Plan

前言

离合器作为MT车型必备的重要总成，在行驶过程中，驾驶员根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机和变速箱分离和结合，以切断或传递发动机向传动系统输入的动力。离合器系统的基本要求：结合平稳、分离迅速而彻底;调节和维修方便;良好的耐磨性和足够的散热能力;操作方便省力。

本文根据某轻型越野车在开发过程中出现的离合器踏板沉重问题所进行的设计优化，从零部件、系统、整车三方面制定离合器系统性能试验方案，建立试验方法并进行验证，提前识别风险。也为后续MT车型离合器系统验证提供依据。

1    设计方案优化

某轻型越野车在试验中发现离合器踏板力沉重，应对方案如下：

（1）增加离合器踏板行程

根据离合器设计规范中的人机工程要求，踏板最大行程应<150mm，目前离合器最大行程140mm，行程只能增加10mm，考虑到零部件制造公差，踏板行程无法增加。

（2）降低離合器分离功

离合器分离功=离合器最大分离力×分离行程。降低分离功的方法：①选择优质离合器产品可降低离合器分离功;②采用直径大的离合器总成，可降低分离功。

（3）增大助力器

离合器助力器缸径由3英寸增加至4.5英寸可使踏板力满足要求，但经过总布置校核后，环境件会产生干涉，需要进行适应性的更改。

综合上述方案，同时考虑成本和周期，在分离行程不变的情况下，采用降低离合器分离力来降低踏板力。

具体措施如下：膜片弹簧厚度由3.05mm降为2.95mm，离合器盖及压盘总成的压紧力由8200N调整为7500N，后备系数由1.44降低为1.32，分离行程不变，理论上计算的踏板力为120N。优化前后的离合器性能参数对比见表1：

由于后备系数降低，离合器传递最大扭矩的可靠程度就会降低，因此需要通过专项试验来验证优化方案是否满足使用要求。

2    试验验证策划

对于离合器的使用，用户大部分使用场景如下：

市区工况：正常车辆起步、换挡行驶;

山区工况：山区驾驶时各种坡道时的行驶、坡道停车时起步;

高速工况：较高车速下车辆的持续行驶;

越野工况：一般在四驱状态下穿越地形复杂的区域，需要大油门起步和加速;

高原工况：高海拔地区由于动力性能下降，需要大油门起步或爬坡;

误使用工况：使用高档位、高转速起步后行驶;

验证方案基于用户的使用场景，结合产品开发流程，从零部件、系统、整车三方面进行设计。同时根据离合器设计方案的变更点、风险点，在零部件试验中增加测试项目，制定专项系统验证方案，对系统的性能和可靠性进行全面的考核。整车级的验证一般在道路耐久试验中进行验证，本文就不赘述。

2.1   零部件试验

离合器零部件试验项目参考QC/T 25《汽车干摩擦式离合器总成技术条件》及 QC/T 27《汽车干摩擦式离合器总成台架试验方法》，因设计优化后离合器后备系数降低，增加了最大扭矩热衰退试验。离合器零部件试验项目见表2：

2.2   系统试验

在零部件试验满足设计要求的前提下，系统试验从主观和客观来开展，在试验场内通过不同类型的试验项目加速验证。系统试验试验项目见表3：

2.2.1 离合器主观评价

离合器主观评价共分为12项评价操作，分别评价在不同油门开度或车速下离合器系统的表现，含踏板行程、结合行程、踏板力等项，按照10分制对各项进行打分，12项评价操作全部完成后进行综合评分。

2.2.2 平路原地起步试验

平路原地起步试验分为1挡原地起步试验和2挡原地起步试验。平路1挡进行20次起步为1组循环，进行50组循环，共计1000次;平路2挡进行20次起步为1组循环，进行25组循环，共计500次。

2.2.3 爬坡试验

爬坡试验分为20%坡道爬坡试验和40%坡道爬坡试验，20%坡道爬坡试验在180秒内进行3次爬坡试验为1组循环，进行200组循环，共计600次，40%坡道爬坡试验在180秒内进行2次爬坡试验为1组循环，进行150组循环，共计300次。

2.2.4 误操作试验

离合器误操作試验分为1挡误操作试验和2挡误操作试验。

1挡误操作试验：发动机转速达到3000rpm时起步，快速抬起离合器踏板，发动机不熄火行驶和发动机转速达到2000～2500rpm时离合器处于半联动状态行驶为1组循环，进行500组循环。

2挡误操作试验：发动机转速达到3000～3500 rpm时离合器处于半联动状态行驶为1组循环，进行250组循环。

3    试验结果及分析

3.1   零部件试验在供应商处开展，共进行9项试验，试验结果均满足要求。

3.2   系统试验在通州试验场进行，选取3个样品，分别在长直线性能路、16%/20%/40%标准坡、试验场一般道路上开展。

离合器主观评价结果：对12项评价操作后，离合器系统的各项评价分数均不低于6.5分，说明离合器系统的表现用户抱怨程度低，可以接受。离合器主观评价结果见图1：

平路原地起步试验结果：平路原地起步试验结束后对整车进行评价，整车行驶中离合器无打滑现象。试验前后加速性能变化率小于5%。试验前后加速性能试验结果见表4：

爬坡试验结果：爬坡试验结束后对整车进行评价，整车行驶中离合器无打滑现象。

误操作试验结果：误操作试验结束后对整车进行评价，整车行驶中离合器无打滑现象。对离合器进行拆解检查，检查结果：压盘总成无破损，各铆接出无松动，从动盘总成无破损、裂纹。拆解检查图片见表5：

试验前后对离合器踏板力进行测量，结果表明，试验前离合器踏板力峰值为122N，试验后踏板力峰值为125N，变化率为2.46%，变化不大。

3.3   优化后的离合器搭载整车道路耐久试验、三高地区试验验证后，均未出现问题。

4    结论

验证结果表明，在降低离合器分离力后，离合器总成满足设计要求，踏板力有一定改善。

从零部件、系统、整车多层级考虑，通过建立离合器系统专项性能试验方法，丰富试验验证手段，提前识别风险，降低开发成本。

参考文献：

[1]徐石安. 汽车离合器，北京：清华大学出版社，2005.8.

[2]韦小燕. 一种降低离合器踏板力的方法，汽车科技，2017.

[3]赵志永. 某微型轿车离合踏板力的改善，河南：第十一届河南省汽车工程科技学术研讨会， 2014.

[4]QC/T 25-2014《汽车干摩擦式离合器总成技术条件》.

[5]QC/T 27-2014《汽车干摩擦式离合器总成台架试验方法》.