車輛起步抖動影響因素仿真研究*

羅森僑，朱 鵬，冷鴻彬

（1.四川城市職業學院汽車工程系，四川 成都 610000；2.成都市簡陽空天產業功能區管委會，四川 成都 641400）

汽車在起步時，盡管緩抬離合器踏板、輕踩油門踏板或不踩油門踏板，此時離合器處于黏滑階段，汽車并不能平穩起步前進，而是在前進的過程中整車有前后方向的振動[1]。車外人員能夠觀察到汽車輪胎的抖動，抖動從方向盤、車廂地板和座椅等途徑傳遞到駕乘人員身體，使駕乘人員感受到不適的震顫感覺，同時可能伴隨有噪聲。離合器接合時仍會出現全車振動，使車輛不能平穩起步。汽車起步抖動不但會降低駕乘人員乘坐舒適性，而且會加速相關零部件的老化和疲勞破壞，縮短零部件的使用壽命[2]。同時，起步抖動增加了缺乏經驗的駕駛員誤操作的可能，影響到汽車行駛安全性。因此，起步抖動應該及時予以排除。綜上，起步抖動客觀上主要表現為汽車前后方向的振動；主觀上主要表現為駕乘人員的一種不適的震顫感，并可能伴隨有噪聲的產生。

1 起步抖動評價指標

根據工程經驗，車輛起步抖動主要表現為起步時車身的縱向振動[3]。因此，可根據座椅導軌處縱向振動加速度指標對起步抖動程度（起步抖動沖擊度和起步抖動持續度）進行評價[3]。

車身縱向振動加速度指標——N2-idx（N2-index）。該指標意為在車輛起步過程中，整個離合器接合時間段內瞬時加速度值大于N2-idx指標的數據點數不超過結合時間內總數據點數的2%（例如，離合器接合時間為3 s，采樣頻率為500 Hz，則3 s內大于N2-idx的數據點數不超過30個），這樣做的好處在于可以避免由于試驗過程中瞬時峰值過大帶來的干擾。該指標可用于評價車輛起步抖動的沖擊程度。

2 影響因素貢獻度分析

影響車輛起步抖動的子系統有發動機、飛輪、離合器、變速器、傳動軸、主減速器、驅動半軸、車輪和懸架等，并且每個子系統對于起步抖動的影響還可繼續往下細分，最終可分至車輛結構的動力學特性，亦為影響車輛起步抖動的根源。鑒于影響車輛起步抖動的因素眾多，且不同因素對起步抖動的貢獻度不同，因此需要對影響因素進行“篩選”，此處所述的“篩選”即為影響貢獻度分析?；诖耍蓪囕v起步抖動的產生機理進行揭示，同時在工程實際中對減輕車輛起步抖動提供參考。

根據江淮M4車型參數一檔起步進行起步抖動仿真分析，結果如圖1所示。針對江淮M4車型進行起步抖動N2-idx指標影響因素貢獻度分析，結果如圖2所示，圖中豎直紅線為影響因素貢獻度5%標尺。

圖1 江淮M4車型一檔起步抖動仿真分析結果

由圖2可知，離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻相對最大，離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri貢獻次之。即離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F、離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri取值越大，起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標越大[4]。另外，驅動半軸扭轉剛度k6、驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標降低貢獻相對最大，即驅動半軸扭轉剛度k6、驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7取值越大，起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標越小。故減小離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F、離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri取值，同時增大驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7、驅動半軸扭轉剛度k6取值可在一定程度上降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標，即可降低車輛起步過程中抖動沖擊度。

圖2 江淮M4一檔起步抖動影響因素貢獻度分析結果

3 影響因素

由圖2可知，對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻度大于5%的影響因素有離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F、離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri；對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標降低貢獻度大于5%的影響因素有驅動半軸扭轉剛度k6、驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7。其他影響因素對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升或降低貢獻度均遠小于5%。所以，本研究對于起步抖動影響因素僅分析對車身縱向振動加速度N2-idx指標貢獻度大于5%的影響因素。

3.1 離合器摩擦片靜摩擦系數μ0

由圖1仿真分析結果可知，車身縱向振動加速度N2-idx指標為1.185 1 m/s2，離合器摩擦片靜摩擦系數μ0對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻度最大。故減小離合器摩擦片靜摩擦系數μ0取值可大幅降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標。因此，對離合器摩擦片靜摩擦系數μ0取值進行調整：取值由0.226減小至0.222，調整離合器摩擦片靜摩擦系數μ0取值后仿真結果如圖3所示，車身縱向振動加速度N2-idx指標已降為1.058 5 m/s2。

圖3 調整μ0取值后仿真分析結果

3.2 離合器壓盤壓緊力幅值F

由圖1仿真分析結果可知，車身縱向振動加速度N2-idx指標為1.185 1 m/s2，離合器壓盤壓緊力幅值F對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻度第二大。故減小離合器壓盤壓緊力幅值F取值亦可較大幅度降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標。因此，對離合器壓盤壓緊力幅值F取值進行調整：取值由700 N減小至690 N，調整離合器壓盤壓緊力幅值F取值后仿真結果如圖4所示，車身縱向振動加速度N2-idx指標已降為1.081 2 m/s2。

圖4 調整F取值后仿真分析結果

3.3 離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri

由圖1仿真分析結果可知，車身縱向振動加速度N2-idx指標為1.185 1 m/s2，離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻度較大。故減小離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri取值亦可在一定程度上降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標。因此，對離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri取值進行調整：Ro由0.22 m減小至0.218 m；Ri由0.15 m減小至0.149 m；調整離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri取值后仿真結果如圖5所示，車身縱向振動加速度N2-idx指標已降為1.126 2 m/s2。由此可看出同時單獨微調對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻度較大的影響因素取值，貢獻度越大的因素對于車身縱向振動加速度N2-idx指標的改善程度就越大，說明車輛起步抖動影響因素貢獻度分析是切實可行的。

圖5 調整Ro、Ri取值后仿真分析結果

3.4 驅動半軸扭轉剛度k6

由圖1仿真分析結果可知，車身縱向振動加速度N2-idx指標為1.185 1 m/s2，驅動半軸扭轉剛度k6對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標降低貢獻度最大。故增大驅動半軸扭轉剛度k6取值可較大程度上降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標。因此，對驅動半軸扭轉剛度k6取值進行調整：由13 850 Nm/rad增大至18 850 Nm/rad；；調整驅動半軸扭轉剛度k6取值后仿真結果如圖6所示，車身縱向振動加速度N2-idx指標已降為1.064 6 m/s2。

圖6 調整k6取值后仿真分析結果

3.5 驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7

由圖1仿真分析結果可知，車身縱向振動加速度N2-idx指標為1.185 1 m/s2，驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標降低貢獻度較大。故增大驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7取值可在一定程度上降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標。因此，對驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7取值進行調整：由25 kg·m2增大至30 kg·m2；調整驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7取值后仿真結果如圖7所示，車身縱向振動加速度N2-idx指標已降為1.092 m/s2。

圖7 調整J7取值后仿真分析結果

3.6 影響因素綜合分析

由圖1仿真分析結果可知，車身縱向振動加速度N2-idx指標為1.185 1 m/s2。離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標提升貢獻相對最大，離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri貢獻次之。另外，驅動半軸扭轉剛度k6、驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7對于起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標降低貢獻相對最大。故減小離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F、離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri取值，同時增大驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7、驅動半軸扭轉剛度k6取值可大大降低起步抖動過程中車身縱向振動加速度N2-idx指標，即可大大降低車輛起步過程中抖動沖擊度。因此，同時對上述6個參數進行如下調整：

1）離合器摩擦片靜摩擦系數μ0由0.226減小至0.222；

2）離合器壓盤壓緊力F由700 N減小至690 N；

3）離合器摩擦片外徑Ro由0.220 m減小至0.218 m；

4）離合器摩擦片內徑Ri由0.150 m減小至0.149 m；

5）驅動半軸扭轉剛度k6由13 850 Nm/rad增大至18 850 Nm/rad；

6）驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7由25 kg·m2增大至30 kg·m2。

同時調整上述6個參數取值后仿真結果如圖8所示，車身縱向振動加速度N2-idx指標已大幅降低至0.724 3 m/s2。表明由影響因素貢獻度分析結果所指導的參數調整方案是切實有效的。

圖8 同時調整6個參數取值后仿真分析結果

4 總結

本研究通過影響因素貢獻度分析可知，離合器摩擦片靜摩擦系數μ0、離合器壓盤壓緊力幅值F、離合器摩擦片外徑Ro、內徑Ri、驅動半軸扭轉剛度k6、驅動半軸、差速器及簧下質量等效轉動慣量J7對起步抖動的影響相對最大，而這些因素中部分參數對離合器摩擦力影響較大，從而可能引發系統的強迫振動。最后，根據影響因素貢獻度分析結果對相應參數取值作出調整，從而達到手動檔汽車起步抖動的整改目的。