離合器從動盤性能對汽車起步抖動的影響研究

上官文斌 孫濤 鄭若元 謝劍云 王善南

摘要： 建立了摩擦離合器接合過程中傳動系統動力學特性分析的模型。建模中，考慮到離合器接合過程中存在的粘滑現象，對離合器黏著和滑動狀態下的摩擦力矩進行分析，得到了離合器接合過程中的摩擦力矩的計算模型。在進行模型的計算分析時，引入了Karnopp摩擦模型，實現了黏著和滑移狀態下，動力學方程的一致性。在已知發動機轉速時，計算分析了離合器過程中從動盤的角速度的與摩擦系數隨接合面相對滑移變化的關系。研究了離合器從動盤總成的扭轉剛度和波形片的軸向剛度對起步抖動的影響。針對兩款車存在的起步抖動問題，根據理論計算的結果，對這兩款車的離合器從動盤扭轉剛度和波形片軸向剛度進行了優化，試驗結果表明：利用優化的離合器從動盤的性能參數，兩款車的起步抖動問題有了較大的改善。關鍵詞： 離合器； 起步抖動； 扭轉特性； 軸向彈性； 抖動實驗

中圖分類號： U463.211； U462.3+2文獻標志碼： A文章編號：1004-4523（2016）03-0488-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2016.03.015

引言

汽車離合器由主動部分、從動部分，壓緊與分離機構等組成，其中主動部分與發動機的轉速的輸出端（飛輪）連接，從動部分與變速器的輸入軸相連，壓緊與分離機構是使離合器的主動部分與從動部分結合或分離的裝置。離合器的從動部分包括從動盤、摩擦片等。主動部分與從動部分之間靠摩擦片的摩擦傳遞動力。汽車在起步的過程中，隨著離合器的逐步接合會產生一種低頻的抖動現象，其表現為車身的前后振動。這是離合器在滑磨階段，由于摩擦產生的自激振動，或者由于離合器的輸入輸出軸安裝誤差、或離合器摩擦面端面跳動大等引起的強迫振動[1]。這種摩擦振動嚴重影響了汽車的舒適性。

Christopher， Centea， Roger等對離合器接合過程中的自激振動進行了研究[24]，其中Christopher等[2]基于一摩擦振動試驗臺的模型，建立了2自由度的扭振模型，通過理論與試驗分析，認為摩擦系數與相對滑動速度的負梯度關系是導致系統自激振動的最大原因；Centea等[3]建立了8自由度的扭振模型，計算分析了摩擦系數與相對速度的關系、離合器接合速率對離合器抖動的影響。Roger[4]通過摩擦材料摩擦系數的試驗，得到了幾組摩擦特性不同的離合器樣件，在整車上試驗，測試結果表明具有負梯度特性的摩擦材料會使離合器在接合中產生較大的抖動。Albers，Sawanobori等[1，5]還對離合器接合過程中的強迫振動進行了研究，其中Albers[1]研究表明，強迫振動主要是離合器接合過程中壓緊力波動引起的，而壓緊力波動的原因是離合器中輸入輸出軸安裝不對中；Sawanobori等[5]則建立了壓緊力波動對離合器接合抖動影響的試驗臺，建立了該試驗臺的數學模型，通過計算和試驗論述離合器輸入、輸出軸安裝不對中時，對起步抖動的影響。上述研究工作主要是針對離合器接合抖動的機理展開，從機理角度不難找到抑制汽車起步抖動的方法：改善摩擦片摩擦性能、提高離合器零部件制造安裝精度。然而受摩擦材料發展以及成本的限制，此種改善方法效果十分有限。國內研究中，上海交通大學的陳俐、張建武[67]等人研究了離合器接合過程中的抖動機理、雙離合器自動變速器在結合過程中動態特性的控制等。陳俐等[6]將摩擦系數與相對滑移速度的關系視為線性函數，分析了離合器結合過程中的抖動，提出了抑制抖動的壓力控制方法。張建武等[7]建立了離合器摩擦系數與接觸壓力、溫度和相對滑移速度的關系的模型，研究了雙離合器結合過程中的最優控制。此外，重慶大學的胡明輝等[8]建立了2自由度模型，利用其他文獻上發表的摩擦系數與溫度的關系，研究了摩擦系數對機械變速器起步的影響。

基于調整離合器從動盤的性能參數，以降低離合器的滑磨過程中的自激振動，本文研究了離合器從動盤的扭轉剛度和軸向剛度對汽車起步抖動的影響。首先建立了離合器接合過程中，離合器及其傳動系統動力學模型，模型中考慮了離合器從動盤的摩擦系數與接合面相對速度的變化關系，建立離合器在黏滑狀態下的摩擦力矩的計算模型。基于建立的模型，分析了離合器從動盤扭轉剛度以及離合器從動盤波形片軸向剛度對起步抖動的影響。針對兩輛乘用車存在的起步抖動問題，根據理論計算的結果，對這兩輛車的離合器從動盤扭轉剛度和軸向剛度進行了優化。裝車后的試驗表明，離合器參數調整后，兩輛車的起步抖動問題有了很大的改善，說明本文建立的模型和分析方法，可以用來計算與分析離合器從動盤結構性能參數對整車抖動特性的影響。

5小結

（1） 建立了離合器接合過程汽車傳動系統動態特性分析的的四自由度模型，模型中考慮到了干摩擦離合器在接合過程中的黏滑特性，數值計算中引入了Karnopp摩擦模型，利用龍格庫塔法對建立的模型進行求解，得到了離合器接合過程中主、從動盤角速度振動情況。

（2） 基于建立的離合器接合過程的傳動系模型，分析了從動盤扭轉剛度和波形片軸向剛度對起步抖動的影響。從計算結果可知：離合器從動盤扭轉剛度的適當增大，可以降低離合器接合過程中的振動，波形片軸向剛度的適當減小，也可以很好地改善汽車起步抖動。

（3） 針對A、B兩輛車存在的起步抖動問題，根據文中理論分析結果，將A車離合器從動盤扭轉剛度加大，將B車的波形片軸向剛度調小，通過測試結果對比發現離合器參數調整后A、B車的起步抖動有了很大的改善，說明文中關于起步抖動的理論計算對解決工程實際問題具有指導意義。

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