离合器从动盘性能对汽车起步抖动的影响研究

2023.02.22

上官文斌孙涛郑若元谢剑云王善南

摘要：建立了摩擦离合器接合过程中传动系统动力学特性分析的模型。建模中，考虑到离合器接合过程中存在的粘滑现象，对离合器黏着和滑动状态下的摩擦力矩进行分析，得到了离合器接合过程中的摩擦力矩的计算模型。在进行模型的计算分析时，引入了Karnopp摩擦模型，实现了黏着和滑移状态下，动力学方程的一致性。在已知发动机转速时，计算分析了离合器过程中从动盘的角速度的与摩擦系数随接合面相对滑移变化的关系。研究了离合器从动盘总成的扭转刚度和波形片的轴向刚度对起步抖动的影响。针对两款车存在的起步抖动问题，根据理论计算的结果，对这两款车的离合器从动盘扭转刚度和波形片轴向刚度进行了优化，试验结果表明：利用优化的离合器从动盘的性能参数，两款车的起步抖动问题有了较大的改善。关键词：离合器；起步抖动；扭转特性；轴向弹性；抖动实验

中图分类号： U463.211； U462.3+2文献标志码： A文章编号：1004-4523（2016）03-0488-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2016.03.015

引言

汽车离合器由主动部分、从动部分，压紧与分离机构等组成，其中主动部分与发动机的转速的输出端（飞轮）连接，从动部分与变速器的输入轴相连，压紧与分离机构是使离合器的主动部分与从动部分结合或分离的装置。离合器的从动部分包括从动盘、摩擦片等。主动部分与从动部分之间靠摩擦片的摩擦传递动力。汽车在起步的过程中，随着离合器的逐步接合会产生一种低频的抖动现象，其表现为车身的前后振动。这是离合器在滑磨阶段，由于摩擦产生的自激振动，或者由于离合器的输入输出轴安装误差、或离合器摩擦面端面跳动大等引起的强迫振动[1]。这种摩擦振动严重影响了汽车的舒适性。

Christopher， Centea， Roger等对离合器接合过程中的自激振动进行了研究[24]，其中Christopher等[2]基于一摩擦振动试验台的模型，建立了2自由度的扭振模型，通过理论与试验分析，认为摩擦系数与相对滑动速度的负梯度关系是导致系统自激振动的最大原因；Centea等[3]建立了8自由度的扭振模型，计算分析了摩擦系数与相对速度的关系、离合器接合速率对离合器抖动的影响。Roger[4]通过摩擦材料摩擦系数的试验，得到了几组摩擦特性不同的离合器样件，在整车上试验，测试结果表明具有负梯度特性的摩擦材料会使离合器在接合中产生较大的抖动。Albers，Sawanobori等[1，5]还对离合器接合过程中的强迫振动进行了研究，其中Albers[1]研究表明，强迫振动主要是离合器接合过程中压紧力波动引起的，而压紧力波动的原因是离合器中输入输出轴安装不对中；Sawanobori等[5]则建立了压紧力波动对离合器接合抖动影响的试验台，建立了该试验台的数学模型，通过计算和试验论述离合器输入、输出轴安装不对中时，对起步抖动的影响。上述研究工作主要是针对离合器接合抖动的机理展开，从机理角度不难找到抑制汽车起步抖动的方法：改善摩擦片摩擦性能、提高离合器零部件制造安装精度。然而受摩擦材料发展以及成本的限制，此种改善方法效果十分有限。国内研究中，上海交通大学的陈俐、张建武[67]等人研究了离合器接合过程中的抖动机理、双离合器自动变速器在结合过程中动态特性的控制等。陈俐等[6]将摩擦系数与相对滑移速度的关系视为线性函数，分析了离合器结合过程中的抖动，提出了抑制抖动的压力控制方法。张建武等[7]建立了离合器摩擦系数与接触压力、温度和相对滑移速度的关系的模型，研究了双离合器结合过程中的最优控制。此外，重庆大学的胡明辉等[8]建立了2自由度模型，利用其他文献上发表的摩擦系数与温度的关系，研究了摩擦系数对机械变速器起步的影响。

基于调整离合器从动盘的性能参数，以降低离合器的滑磨过程中的自激振动，本文研究了离合器从动盘的扭转刚度和轴向刚度对汽车起步抖动的影响。首先建立了离合器接合过程中，离合器及其传动系统动力学模型，模型中考虑了离合器从动盘的摩擦系数与接合面相对速度的变化关系，建立离合器在黏滑状态下的摩擦力矩的计算模型。基于建立的模型，分析了离合器从动盘扭转刚度以及离合器从动盘波形片轴向刚度对起步抖动的影响。针对两辆乘用车存在的起步抖动问题，根据理论计算的结果，对这两辆车的离合器从动盘扭转刚度和轴向刚度进行了优化。装车后的试验表明，离合器参数调整后，两辆车的起步抖动问题有了很大的改善，说明本文建立的模型和分析方法，可以用来计算与分析离合器从动盘结构性能参数对整车抖动特性的影响。

5小结

（1）建立了离合器接合过程汽车传动系统动态特性分析的的四自由度模型，模型中考虑到了干摩擦离合器在接合过程中的黏滑特性，数值计算中引入了Karnopp摩擦模型，利用龙格库塔法对建立的模型进行求解，得到了离合器接合过程中主、从动盘角速度振动情况。

（2）基于建立的离合器接合过程的传动系模型，分析了从动盘扭转刚度和波形片轴向刚度对起步抖动的影响。从计算结果可知：离合器从动盘扭转刚度的适当增大，可以降低离合器接合过程中的振动，波形片轴向刚度的适当减小，也可以很好地改善汽车起步抖动。

（3）针对A、B两辆车存在的起步抖动问题，根据文中理论分析结果，将A车离合器从动盘扭转刚度加大，将B车的波形片轴向刚度调小，通过测试结果对比发现离合器参数调整后A、B车的起步抖动有了很大的改善，说明文中关于起步抖动的理论计算对解决工程实际问题具有指导意义。

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