某車型起步抖動故障的解決分析

陳宏

【摘 要】離合起步抖動問題為MT車輛中常見的一種故障現象，文章通過對某公司在開發車型的起步抖動故障車輛進行主觀和客觀測量評估，分析了潛在的故障原因和應對措施，最后根據應用的可行性確定了變更從動盤的面壓特性曲線作為本案例的優化措施。在不影響整車分離儲備行程的前提下，將從動盤總成的波形行程從0.6～0.9 mm變更為0.75～1.05 mm，然后再通過試制一批樣件進行裝車評估，驗證了該更改措施的有效性，為同類型問題的解決提供借鑒。

【關鍵詞】離合踏板；抖動；彈簧；振動

【中圖分類號】U472.42 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）04-0068-04

0 前言

目前，中國的汽車產銷量逐年攀升，對全球汽車市場產生了重要的影響。隨著汽車的日益普及，汽車已經成為大多數人日常交通出行的必需品。以往車輛的動力性和經濟性是大家關注的重點，但近年來隨著人們環保意識與健康意識的逐步提高，車輛的駕乘舒適性和環保性也越來越受到汽車消費者的關注。

在國內，手動擋車型保持著較大的市場份額，而車輛起步抖動問題是手動擋車型較為常見的一種故障問題，常發生在車輛1擋或倒擋半離合起步的時候，嚴重時伴隨異響聲和車輛的前后竄動，容易使經驗不足的駕駛員產生誤操作，增加行車的危險性。同時，因為車輛起步為常用工況之一，所以需要對該問題進行優化改善。

1 車輛起步抖動故障現象

國內自主品牌某在開發的前置后驅MPV車型，車型配置為1.5 L自然吸氣發動機、5 MT手動變速箱，離合操縱機構為液壓式。該車輛在設計驗證階段發現存在怠速起步抖動現象。當車輛起步時，駕駛員將離合器踏板踩到底后緩慢松開踏板，踏板抬至一定高度時離合器開始接合傳扭，繼續松開踏板至某一時刻時，車輛開始出現較大振幅的低頻抖動或因抖動伴隨沖擊異響。多數情況下，抖動或異響發生時如果鎖定此時的踏板位置，該故障現象會一直持續，而當進一步松抬離合踏板或配合油門開度加大，抖動現象會減弱或消失。該問題直接影響整車主觀評價，屬于車輛動態感知質量問題。

針對該問題，我們隨機抽取了16臺試驗車輛進行主觀評價，評價標準按照表1進行并記錄評價結果。若樣品評價等級低于8級，說明此性能有待改進。16臺試驗車輛主觀評價的結果見表2，車輛狀態未達到等級8的比例為56.25%，性能狀態較差，需要進行優化改進。

2 問題產生的原因分析

2.1 起步抖動原因分析

起步抖動的原因主要包括2個方面：自激勵振動和強迫振動[1]。

2.1.1 自激勵振動

在離合器總成的接合過程中，摩擦片本身的摩擦系數特性決定著系統是否產生自激勵振動。摩擦片的摩擦系數特性主要分為3種情況[2]。

（1）摩擦系數隨著滑磨速度的增大而減小，此時隨著壓緊載荷的增加和傳扭增大，系統容易引起自激勵振動。該情況下的自激勵振動一般發生在半離合接合過程的后半段，變速箱端的轉速波動明顯且以發動機轉速為波動上限。

（2）摩擦系數不隨滑磨速度的變化而變化，此時滑磨過程將趨于穩定而避免自激勵振動的產生。

（3）摩擦系數隨著滑磨速度的增大而增大，此時隨著壓緊載荷的增加和傳扭增大，主動端和從動端的轉速將迅速達到同步而趨于穩定的平衡狀態，自激勵振動不會發生。

常見摩擦片的摩擦系數特性為上文描述的第一種情況，當然因為整車傳動系存在一定的阻尼，裝配該特性摩擦片的整車也有可能不會發生自激勵振動[3]；同時，隨著摩擦片技術的發展，具有第三種情況所描述特性的摩擦片已逐漸得到實現[4]。

2.1.2 強迫振動

離合器區域中的飛輪、離合器總成及變速箱輸入軸等相關零部件在制造和裝配的過程中容易產生軸向的幾何偏差，離合器在接合過程中受上述部件軸向幾何偏差的影響，將使壓緊載荷產生波動而引起所傳遞扭矩的波動，但前提條件是需要2個以上的幾何偏差因素的疊加才會出現扭矩的波動，示意圖對比見表3。因此，因軸向幾何尺寸偏差引起的扭矩波動頻率若與傳動系固有頻率接近時可引起系統的扭轉共振，扭轉振動的大幅波動轉換到車輪處變成車身的前后竄動引起駕駛舒適性變差。該情況下的變速箱端的轉速波動多發生在半離合接合過程的前半段，且轉速波動范圍較小。

2.2 振動測試分析

為了確認故障現象，我們隨機抽取一輛故障車輛，利用Rotec數據采集分析系統測量抖動情況并進行分析。Rotec測試系統包含測量控制和分析單元、數據采集前端、傳感器及軟件系統等，系統硬件組成如圖1所示。數據采集系統通過在飛輪位置和變速箱一軸位置布置霍爾式磁感應傳感器，對旋轉的齒盤進行信號采集，從而測量角速度。圖2中展示了傳感器在實車上的安裝位置，傳感器布置位置分別對應飛輪齒圈和變速器輸入軸齒輪位置。同時，需要在座椅導軌上布置加速度傳感器采集數據，測量車身的振動情況。

圖3中a圖的測量數據，綠線表示隨時間變化的發動機轉速波動，藍線表示隨時間變化的變速箱輸入軸轉速波動，紅線表示隨時間變化的車身振動加速度。從測量結果可以看出，在離合器接合的初始階段發動機端和變速箱端的轉速波動明顯加大，此時對應的主觀感受是車輛抖動振幅加大，而當變速箱轉速過了某一轉速范圍時，其波動又逐漸變小直至完成與發動機轉速的同步。

將圖3中a圖所示的發動機轉速、變速箱轉速和車身振動加速度數據經過傅里葉變換轉化成頻域數據，如圖3中b圖、c圖、d圖所示。圖3的b圖、c圖、d圖中橫坐標表示時間、縱坐標表示頻率，b圖中發動機轉速波動幅度最大位置對應的頻率在26 Hz左右，此時發動轉速大約在800 rpm，正好對應發動機轉速的二階振動，因為發動機為四缸發動機，所以二階振動強度最大；而c圖、d圖中可以看到變速箱轉速波動和車身加速度波動幅度最大的位置對應頻率為10～15 Hz，參照此時發動機轉速說明車輛起步抖動頻率正好對應發動機一階轉動頻率，即可以理解為發動機每轉一圈車輛便抖動一次。綜合上述客觀測量數據分析，故障的起步抖動現象符合離合器區域相關零部件軸向幾何尺寸偏差引起的強迫振動特征。

3 優化措施及方案驗證

3.1 優化措施

因為起步抖動的故障現象在同一階段所造的車輛當中故障率較高，且離合器區域關聯零部件的相關參數均滿足設計要求，所以可以排除零件本身參數超差引起的故障原因。在抑制因軸向幾何尺寸偏差引起的離合起步抖動問題，可以采取如下應對措施。

（1）提高離合器區域關聯零部件相關尺寸的軸向偏差制造精度。當前條件下，公差等級的提高將產生較高的成本增加，因此應用的可能性較小。

（2）增加傳動系阻尼，抑制轉速波動的振幅。隨著現代汽車技術的發展，為了使傳動系傳動效率不斷提高而降低阻尼，從而使車輛對于抖動的響應變得越來越敏感，較小的離合器傳扭波動都將可能引起較大的整車抖動，這與起步抖動問題的解決相互背離，因此單純通過增加傳動系阻尼的措施來抑制起步抖動問題并不可取。

（3）增加離合器從動盤的軸向面壓的行程來降低其面壓剛度，提高其軸向緩沖能力。在不影響離合器分離接合性能的前提下，適當提高從動盤的面壓行程來降低面壓剛度，可以緩解接合過程中產生的扭矩波動，從而降低整車起步抖動的風險。其原理示意圖如圖4所示。同樣的軸向尺寸偏差條件下，更小的面壓剛度引起的載荷變化更小，其引起的扭矩波動也更小。該措施的工程變更量小，成本較低，可應用程度高，因此本案例采取該措施作為抑制抖動的優化方案并進行驗證。

3.2 方案驗證

在滿足車輛離合踏板儲備行程的前提下，將原方案的離合器面壓行程范圍從0.6～0.9 mm變更為0.75～1.05 mm（如圖5所示），同時制造20件樣件分別進行實車主觀評價，驗證結果見表4，故障率下降明顯，僅為5%。

此外，抽取一輛裝配新狀態樣件的試驗車輛，通過Rotec系統進行數據采集和分析，分析結果如圖6所示。從測量數據上看，在離合器接合過程中，變速箱的轉速波動幅度下降明顯，與實車主觀評價結果吻合，驗證了改進措施的有效性。

4 總結

現如今，隨著人們對車輛認識的提高，對車輛的性能要求也在不斷提高。車輛起步抖動問題極大地影響著車上人員的駕乘舒適性，從而影響整車品質。本文從起步抖動故障現象的主觀評價和客觀評價入手，分析離合接合過程中產生抖動的潛在原因，主要分為摩擦片性能引起的自激勵振動和離合器區域零部件軸向幾何尺寸偏差引起的強迫振動2種，并經過客觀評價的測量數據分析，確定故障的根本原因為后者。同時，針對該問題分析了3種抑制措施和對應的應用可行性，最后確定了更改從動盤面壓特性曲線作為優化措施，并通過試制樣件進行裝車驗證，確認了該措施的有效性。

參 考 文 獻

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