手動變速器換擋過程縱向沖擊問題研究

李建鵬 林潤生 凡則宏

摘要：某款自主研發(fā)的匹配6MT手動變速器的國六SUV車型，在1擋加速過程中，松油門快踩離合器時，車輛產(chǎn)生明顯的縱向沖擊現(xiàn)象，且發(fā)生頻率較高，嚴(yán)重影響了乘客地主觀感受和乘車舒適性。通過對故障車輛進(jìn)行實車診斷測試，對縱向沖擊現(xiàn)象分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機扭矩突變是導(dǎo)致整車產(chǎn)生縱向沖擊的原因，最終通過優(yōu)化發(fā)動機EMS標(biāo)定策略的方法解決了該問題，以較低的成本達(dá)到了改善整合NVH性能的目的。

關(guān)鍵詞：手動變速器;換擋過程;縱向沖擊;EMS標(biāo)定

中圖分類號：U461.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2020）02-0032-04

李建鵬

畢業(yè)于北京理工大學(xué)，碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)就職與廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，任責(zé)任工程師，主要從事傳動系統(tǒng)NVH性能開發(fā)工作。

前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，消費者對車輛的動力性、經(jīng)濟性、駕駛性和舒適性的要求越來越高。車輛的NVH（Noise、Vibration、Harshness）性能是衡量整車駕駛舒適性的重要指標(biāo)，車輛售后投訴的質(zhì)量問題中大部分都與NVH相關(guān)。所以，提升整車的NVH性能無疑是提升用戶駕駛體驗的關(guān)鍵項。

整車換擋沖擊問題是消費者最容易感知和抱怨的NVH問題之一。本文針對某款手動變速器存在的換擋沖擊問題，通過對故障整車抱怨工況的NVH性能測試，對問題進(jìn)行機理分析，通過對發(fā)動機EMS標(biāo)定策略的優(yōu)化，改善了換擋過程中產(chǎn)生的沖擊振動問題，提高了整車的品質(zhì)。

1問題背景

搭載手動變速器的某款國六SUV車型上市后收到部分用戶反饋，車輛在1擋踩油門加速過程中丟油門后，快踩離合器時，整車產(chǎn)生明顯的縱向沖擊現(xiàn)象，且發(fā)生頻率較高，用戶對此問題抱怨很大，要求車企快速解決。

2傳動系和整車動力學(xué)模型

故障車輛為前置前驅(qū)汽車，其動力傳動系統(tǒng)的工作原理非常復(fù)雜，它包含發(fā)動機的動態(tài)扭矩特性、雙質(zhì)量飛輪的減振特性、離合器的扭矩傳遞特性、差速器的差動作用及輪胎與地面的附著作用等。要建立一個十分精確地模型具有一定的難度，在保證盡可能真實地反應(yīng)手動變速器換擋過程的前提下，對模型進(jìn)行一定的簡化，簡化后的系統(tǒng)模型如圖2所示。

整車的縱向沖擊特性評價一般有兩種途徑：根據(jù)駕駛員的操縱感覺進(jìn)行主觀評價;根據(jù)汽車動力學(xué)響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行客觀評價。僅靠主觀評價費時費力，且需要進(jìn)行大量的實車試驗，并存在不夠準(zhǔn)確和評價者的個體差異等問題。

為了評價整車縱向沖擊，行業(yè)內(nèi)提出了沖擊度的概念。沖擊度是指汽車縱向加速度相對時間的變化率，是與換擋的主觀評價方法相對應(yīng)的，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

4整車縱向沖擊試驗分析

整車縱向沖擊試驗是對針對故障車輛，運用三軸加速度傳感器測量車輛的垂向、縱向和橫向的加速度。同時，通過CAN總線監(jiān)控發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機扭矩、油門踏板、離合器位置、離合器開關(guān)信號和車速等參數(shù)。

圖3是故障車輛在抱怨工況，產(chǎn)生較強縱向沖擊時，整車縱向沖擊度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機扭矩等的變化情況。可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生縱向沖擊時，各個參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。

根據(jù)EMS標(biāo)定策略，1擋加速收油后，發(fā)動機開始緩慢降扭，快踩離合器至離合器位置為8.6%時，離合器頂開關(guān)觸發(fā)，EMS判斷離合器完全分離，使發(fā)動機產(chǎn)牛71Nm/s的扭矩下降率響應(yīng)，隨后整車產(chǎn)生明顯的縱向沖擊，沖擊度最大為23.05g/s。

如圖4離合器行程圖可知，離合器頂開關(guān)信號觸發(fā)時，離合器的實際行程只有20mm，離合器未完全分離。而離合器的實際分離點為離合器行程110mm，對應(yīng)離合器位置傳感器60%。所以，初步判斷為發(fā)動機扭矩突變的觸發(fā)信號錯誤，使得整車產(chǎn)生明顯的縱向沖擊現(xiàn)象。為了驗證此判斷，斷開離合器位置信號（如圖5所示），從而抱怨工況，踩離合器過程中離合器頂開關(guān)和離合器底開關(guān)未被觸發(fā)，發(fā)動機EMS接受不到觸發(fā)信號后，只按松油門后的緩慢降扭的策略降低發(fā)動機扭矩，客觀測試和主觀評價此時整車的縱向沖擊表現(xiàn)。測試結(jié)果如圖6所示。

離合器位置傳感器斷開后，抱怨工況，松油門后，快踩離合器過程中，發(fā)動機扭矩緩慢下降，未發(fā)生明顯驟變響應(yīng)，此時整車的縱向沖擊度為15g/s，主觀評價可接受。當(dāng)離合器完全分離后，發(fā)動機扭矩較小，此時發(fā)動機扭矩下降率為3 5Nm/s，但未產(chǎn)生整車縱向沖擊。由此可知，當(dāng)離合器完全分離之前，發(fā)動機扭矩變化率是導(dǎo)致整車縱向沖擊的原因。

5方案確定和結(jié)果驗證

根據(jù)上述分析結(jié)果，對發(fā)動機的EMS標(biāo)定策略中的扭矩下降率進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后結(jié)果見表2所示，優(yōu)化前后方案對比如圖7所示：

按EMS優(yōu)化策略對故障車輛的發(fā)動機標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，主觀評價，抱怨工況，整車縱向沖擊可接受。客觀測試結(jié)果如圖8所示，優(yōu)化后，整車縱向沖擊度為17.7g/s。對市場抱怨的車輛更新為新方案的EMS數(shù)據(jù)，客戶反饋，整車縱向沖擊問題可接受。

6總結(jié)

本文針對故障車輛抱怨的換擋沖擊問題，建立了整車縱向動力學(xué)模型，并確定沖擊度作為評價指標(biāo)。通過對故障車輛進(jìn)行了現(xiàn)場實車故障診斷，發(fā)現(xiàn)踩離合換擋過程中，發(fā)動機扭矩突變是導(dǎo)致整車縱向沖擊的主要原因。并通過EMS標(biāo)定策略的優(yōu)化，使得此問題得到明顯改善，提高車輛的品質(zhì)感和舒適性。