某轎車離合器不平整度引起的爬行抖動研究

劉文軍 陳曉梅 畢金亮 王明正 宋福強

摘 要：某轎車采用雙離合變速器，在起步爬行工況存在明顯的整車抖動現象，并且導致變速器異響。本文通過試驗分析手段發現整車抖動頻率與發動機轉速、輸入軸轉速以及轉速差相關，結合離合器顫振的發生機理和發生條件，得出離合器執行過程中壓力變化引起的顫振是整車爬行抖動的主要原因，離合器壓力變化主要與本身結構參數—離合器不平整度（MGF）相關，通過整車試驗方法和主觀評價方法分析不同的離合器MGF值對整車抖動的影響，從而獲得最優MGF值，有效解決該車抖動問題。

關鍵詞：爬行抖動;壓力變化;不平整度

中圖分類號：U461.4? ? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2020）01-0018-04

The Study on Creeping Judder Caused by Clutch Unevenness

LIU Wen-jun1，2， CHEN Xiao-mei1，2， BI Jin-liang1，2， WANG Ming-zheng1，2， SONG Fu-qiang1，2

（ 1.China FAW Group Co.， Ltd， changchun 130013 China; 2.State Key Laboratory of Comprehensive Technology on Automobile Vibration and Noise & Safety Control. changchun? 130011， China ）

Abstract：An obvious judder phenomenon happens when the vehicle with dual clutch transmission is creeping， which leads to abnormal noise of the transmission. By means of test analysis，it is found that the frequency of vehicle judder is related to engine speed， input shaft speed and speed difference. According to the mechanism and conditions of clutch judder，it is concluded that the main cause of vehicle creeping judder is the clutch pressure change which mainly related to body structure parameters - clutch unevenness （MGF）. The influence of different clutch MGF values on vehicle judder is analyzed by vehicle test method and subjective evaluation method. The optimal MGF value is obtained and the vehicle judder problem is effectively solved.

Keywords：Creeping Judder; Pressure Change; Unevenness

引言

隨著汽車產業的快速發展，汽車消費者對車輛乘坐舒適性的要求也在逐步提高，NVH作為汽車最直接體現駕乘感受的性能，逐漸被客戶和主機廠所重視，本文重點介紹國內某自主雙離合變速器在起步爬行過程，由于離合器接合過程中存在顫振，該顫振經過動力傳動系統傳遞到車身，使得車輛在前后方向存在明顯的低頻抖動，這種抖動會給車內駕乘人員造成一種非常不適的振顫感覺，同時伴隨有變速器敲擊噪聲。針對這種抖動現象，本文從離合器顫振產生機理、顫振影響因素等幾方面進行分析，通過離合器不平整度參數MGF值匹配優化，有效地解決了整車爬行抖動問題。

1? ? 離合器顫振機理分析

離合器滑摩時產生的周期性變化的扭振稱之為離合器顫振，離合器顫振整體上可以分為兩類[1]：

（1）離合器摩擦系數負斜率導致的自激顫振;

（2）離合器各部件形位偏差引起主從動盤間壓緊力周期性波動從而導致的顫振。

1.1? ?自激顫振

自激顫振是振動中常見的一種非線性振動現象，如果系統中存在負阻尼，其振動幅值會不斷的增大。離合器摩擦系統的負阻尼是由離合器主、從動盤間的摩擦系數變化引起的[2]。

當摩擦系數的斜率為負時容易引發顫振，斜率越大，顫振發生的可能性越大，顫振強度也越大。摩擦系數為正斜率為所需要的摩擦特性，但是摩擦特性也會產生反向的突變，例如油、油脂、水、蒸汽、潮氣等進入摩擦結合面，此時就有可能造成摩擦系數突變產生負斜率，從而引發顫振問題。影響摩擦特性的主要因素有：潤滑油、溫度、壓力等[3][4]。

1.2? 壓力波動導致的強迫振動

離合器的偏差及曲軸的軸向振動會造成夾緊力的波動而導致摩擦扭矩的周期性變化。利用經典皮帶-滑塊系統建立如圖1所示的強迫振動分析模型[5]。該模型中滑塊受到垂直向下的周期性正壓力為F（t）。

為了分析周期性外界激勵引發的強迫振動，可將圖1模型轉化為振動微分方程，如公式（1）所示：

（1）

式中滑塊質量為m，彈簧剛度為k，阻尼器阻尼為c，滑塊與皮帶間摩擦系數為μ，周期性的正壓力為F（t）。

由于制造工藝、安裝精度等問題產生的形位偏差導致離合器主、從動盤間壓緊力F（t）周期性波動，進而會引發摩擦力矩周期性的波動，最終導致離合器強迫振動，并經過各種傳遞路徑產生車輛前后方向的抖動。

這種壓力變化引起的顫振主要分為3類[6]：

（1）發動機轉速相關的顫振，主要由曲軸軸向振動或者膜片彈簧非垂直和分離系統傾斜;

（2）速差相關的顫振，主要由壓盤軸向偏差、摩擦片偏差和曲軸與輸入軸角度差引起的;

（3）變速器輸入軸轉速相關的顫振。

2? ? 爬行抖動試驗研究

本文通過試驗的手段分析離合器顫振產生機理以及主客觀結合手段驗證優化措施的效果。

2.1? ?問題確認

匹配某自主濕式雙離合變速器轎車一、二擋起步爬行工況下，整車前后方向存在明顯的抖動現象，在爬坡或者踩制動帶負荷工況，抖動現象更明顯，主觀評價不可接受，問題出現工況的變速器油溫高于50℃，離合器壓力在半結合點附近，且具有一定的概率性，問題車占比10%。

測試整車爬行抖動工況車內座椅導軌振動以及發動機扭振（離合器主動盤）、變速器輸入軸（離合器從動盤）的扭振進行處理分析，結果見圖2、圖3、圖4。

結果分析：座椅導軌存在車輛前后方向（X方向）為主的抖動，振動頻率為11Hz，該頻率與離合器顫振頻率一致，由此判斷整車爬行抖動是由離合器顫振引起的。此時，對應發動機轉速為830r/min，變速器輸入軸轉速為170 r/min，兩者速差為660 r/min，速差的一階頻率約為11Hz（660/60=11），該頻率與離合器顫振頻率相吻合，由此推斷該爬行抖動為第二種與速差相關的離合器顫振引起，即離合器各部件形位偏差引起的主從動盤間壓緊力周期性波動從而導致的顫振。

2.2? ?原因分析

2.2.1 臺架檢測結果

對有顫振和無顫振的離合器進行臺架試驗檢測，離合器傳遞基準扭矩為15Nm，測試特定轉速差下的扭矩波動量MGF值，檢測結果見表1：

上述證明：有顫振問題離合器MGF值偏大，主要分布在0.6～1.0，而無顫振問題離合器MGF值較小，主要分布在0.4以內。

2.2.2 整車測試結果

選取不平整度參數分別為0.2和1.0的兩套離合器裝車驗證，試驗結果見圖5、圖6、圖7。

上述證明：離合器不平整度MGF值對爬行抖動影響非常大，MGF為1.0時，變速箱輸入軸轉速波動和車內振動明顯大于MGF為0.2，通過臺架檢測結果和整車驗證結果確認離合器不平整度參數MGF偏大是造成離合器顫振的主要原因。

2.3? ?優化措施

2.3.1 控制離合器不平整度MGF值

由于離合器不平整度MGF會嚴重影響廢品率，需要在0.2和1.0之間選擇合適的MGF值來解決離合器顫振問題，由于試驗資源有限，其它MGF值（0.4、0.6、0.8）的測試使用主觀評價來代替，通過主觀評價選擇合適的不平整度MGF值，選取6名經驗豐富的NVH評價工程師對裝配不同MGF值的離合器顫振情況進行評價，依據表2進行主觀評價打分，然后對評價結果進行綜合處理，結果見表3所示：

依據上述評價結果，7.0分屬于一般水平，滿足絕大多數客戶對整車抖動的要求，所以選擇MGF為0.4。

作為臨界值，即離合器不平整度參數MGF值控制在0.4以內，同時可保證離合器的廢品率較低，滿足工程化要求。

3? ? 結論

（1）本文依托工程實際案例，結合理論研究和整車試驗分析確定離合器顫振是引起起步爬行抖動問題的主要原因。

（2）通過臺架試驗和整車驗證確認離合器不平整度參數MGF值偏大是離合器顫振的主要原因。

（3）通過主觀評價和客觀測試分析，離合器不平整度參數MGF值控制在0.4以內，可以有效地改善整車爬行抖動問題，同時可保證離合器的廢品率較低，滿足工程化要求。

參考文獻：

[1]楊立昆，離合器結合過程摩擦顫振特性研究 [D]. 北京理工大學，2016：20-25.

[2]沈周行，離合器自激振動的起步顫振作用機理分析 [J]. 北京汽車，2012：27-30.

[3]Carlton G. Slough， Hiroko Ohtani， Mark P. Everson and Donald J. Melotik，The Effect of Friction Modifiers on the Low-Speed Friction Characteristics of Automatic Transmission Fluids Observed with Scanning Force Microscopy[J]，SAE TECHNICALPAPER SERIES，1998：1-5.

[4]Hiroko Ohtani，Khaled Zreik，Edgar Steigerwald，Martin Knaffel，Robert Neumann. Shudder and Frictional Characteristics Evaluation of Dual Clutch Transmission Fluids[J]，SAE International，2014：3-5.

[5]朱鵬，乘用車起步抖動仿真分析與評價研究 [D]. 西南交通大學，2015：5-10.