整车NVH（离合器）分析与解决

Page 1 整车NVH（离合器）与解决 江苏大学离合器行业协会讲座江苏大学离合器行业协会讲座江苏大学离合器行业协会讲座江苏大学离合器行业协会讲座 2011�3�27 Page 2 主要内容主要内容主要内容主要内容 �离合器从动盘减振器概述 �整车NVH工况与减振器特性 � 起步震颤模式分析 � NVH 测试简介 � 离合器减振技术发展 Page 3 原理简图 带轴套板的花键轴套 盖板 减振弹簧 Page 4 阻尼原理简图 带轴套板的花键轴套 盖板和限位铆钉 碟形弹簧阻尼片 x 磨损 x 磨损 弹 簧 力 弹簧行程 碟形弹簧的特性 Page 5 扭矩 / 转角 阻尼怠速阻尼 反向反向反向反向 正向正向正向正向 角度 扭矩扭矩扭矩扭矩 循环运动 0o 发动机扭矩波动 变速箱扭矩波动0 Nm 1,2 x Mmax Mmax 0,5...1 x Mmax Page 6 多级主减振特性 正向正向正向正向1级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼反向反向反向反向1级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼 反向反向反向反向2级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼 正向正向正向正向2级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼级主减振阻尼 转角l 扭 矩 Page 7 3° 6° 扭 矩 转角 多级预减振特性 2级预减振阻尼的滞后级预减振阻尼的滞后级预减振阻尼的滞后级预减振阻尼的滞后 2级预减振阻尼级预减振阻尼级预减振阻尼级预减振阻尼 1级预减振阻尼级预减振阻尼级预减振阻尼级预减振阻尼 15° Page 8 主要内容主要内容主要内容主要内容 �离合器从动盘减振器概述 �整车NVH工况与减振器特性 � 起步震颤模式分析 � NVH 测试简介 � 离合器减振技术发展 Page 9 在新车研发阶段，整个传动系的各个部件：发动机，变速 器、主减速器等均独立根据给定要求。而整个传动系的评 判只能在相对靠后的阶段才能进行，但此时对各个部件已经不 能进行重大的改动。 因此，离合器在整个传动系中，扮演了一个减小振动， 降低噪声的重要角色。 我的作用大 Page 10 振动的来源振动的来源振动的来源振动的来源 引起传动系扭振的主要激励源是发动机输出扭矩的不均衡。这 种不均衡来自以下两方面： 汽缸内气体压力的变化 曲轴连杆机构惯性力的变化 具体而言，在发动机激励下，四缸机的二阶固有频率、六缸机 的三阶固有频率可引起系统共振，这是造成变速器噪声和车内噪 声的主要原因。 Page 11 发动机转矩与曲轴转角的关系曲线发动机转矩与曲轴转角的关系曲线发动机转矩与曲轴转角的关系曲线发动机转矩与曲轴转角的关系曲线 某四冲程发动机在一个工作周期内上述两种不均衡力所造 成的不平衡力矩及其合成转矩的变化曲线。 Page 12 离合器的减振作用离合器的减振作用离合器的减振作用离合器的减振作用 �降低发动机曲轴与传动系结合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振 固有频率。 �增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振振幅，有效地耗散振动能量 �控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变 速器怠速噪声和主减速器等的扭振和噪声 �缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，以及改善离合器的结 合平顺性。 Page 13 各种工况下扭转减振器的减振作用各种工况下扭转减振器的减振作用各种工况下扭转减振器的减振作用各种工况下扭转减振器的减振作用 由于扭转减振器是整个传动系中最重要的减振、降噪的机 构，因此必须适当的选择扭转减振器的重要参数如：弹簧 刚度、阻尼、最大扭转角度等才能够有效的降低传动系的 振动、噪声。 而在不同的工况下，对扭转减振器有不同的参数要求。这 些参数相互制约，因此需要综合考虑，合理选择相关参 数。 下面分驱动、反驱、滑行、怠速、分离/结合等五 种工况，对扭转减振器的相对应的减振作用进行阐述。 Page 14 怠速工况怠速工况怠速工况怠速工况 IDLING 怠速工况指汽车停止不动，离合器处于结合状态，发动机在 无负荷下运转，变速器处于空挡运转。此时，发动机旋转不 均匀度较大，从而引发变速器啮合齿轮间的撞击噪声。即怠 速噪声 怠速工况下，变速器的阻力力矩对怠速噪声有着显著影 响。而变速器的润滑油的黏滞作用以及旋转零件的摩擦作 用共同形成阻力力矩。可见润滑油的黏性和油温对怠速噪 声均有影响。 Page 15 为减小怠速噪声，离合器一般独立设置一预减振级结构。其 刚度较小，其先于刚度较大主减振弹簧作用。从而有效的降 低怠速噪声 同时，合理的阻尼也必不可少。研究和经验证明，预减振 的阻尼过大、过小均增大噪声。 Page 16 驱动工况驱动工况驱动工况驱动工况 DRIVE 驱动工况中，车辆在发动机驱动下正常行驶过程。此时，大 多数发动机的转速范围为1000～2000rpm 该工况是扭转减振器的主要工况。主减振级的工作阶段。 为了有效的减小传动系的固有频率，主减振级需要较小的 扭转刚度，较大的旋转角度。但受制于离合器的空间尺寸， 其不可能获得很大的转角，一般最大取12°°°°～～～～15151515°°°°。 减振器所能传递的最大扭矩通常需取1.1～1.4倍的发动机最 大扭矩。这样，扭转刚度也不能太小。为了更好地解决这些 矛盾，扭转减振器通常采用4组大小双弹簧组合共同作用。 通常减振弹簧难以实现完全避开共振的目的，因此需要阻尼 来降低共振峰值，从而降低变速器噪声。此时，通常通过试 验师的主观判断来决定扭转刚度和阻尼的最大组合。 Page 17 反驱工况反驱工况反驱工况反驱工况 COAST 反驱工况中，车辆在外力作用下行驶。此时减振弹簧的工作 方向与驱动工况相反。 其承扭能力通常显著小于驱动承扭能力，如果发生齿轮噪声， 可以减小扭转刚度。 此外，可选用独立于驱动工况阻尼机构的独立阻尼机构 Page 18 滑行工况滑行工况滑行工况滑行工况 FLOAT 滑行工况中，车辆在很小的发动机扭矩作用下行驶。通常此 扭矩值为发动机最大扭矩的10％～20％。 Page 19 分离分离分离分离/结合工况结合工况结合工况结合工况 LOAD REVERSAL 分离/结合工况中， 动力总成分总成部件本身以及相互之间的间隙在分离结合(冲击）过 程中会产生"Clonk"噪音.（如变速箱的齿轮之间）.这种间隙是造成 此 "Clonk" 噪音的振源。 Page 20 主要内容主要内容主要内容主要内容 �离合器从动盘减振器概述 �整车NVH工况与减振器特性 � 起步震颤模式分析 � NVH 测试简介 � 离合器减振技术发展 page21 起步振颤的表现形式起步振颤的表现形式起步振颤的表现形式起步振颤的表现形式 • 客观上表现为汽车前后方向的振动 • 主观上又表现为驾乘人员的一种不适的振颤的感觉，并可能伴有噪音 4、驾乘人员的主观感觉 3、车辆的纵向振动 1、接合时传动系的扭振 2、车轮的扭转振动 page22 自激振颤模拟模型分析自激振颤模拟模型分析自激振颤模拟模型分析自激振颤模拟模型分析 F=F0 K C n x 最大静摩擦力=F0 μ静； 滑磨时的摩擦力=F0 μ(v)； 当μ(v)= μ静，物体相对静止; 当μ(v)> μ静，物体运动到 新平衡点后，保持静止; 当μ(v)< μ静，物体发生振荡。 静摩擦系数静摩擦系数静摩擦系数静摩擦系数？？？？ 滑动摩擦系数滑动摩擦系数滑动摩擦系数滑动摩擦系数？？？？ page23 自激振颤模拟模型分析自激振颤模拟模型分析自激振颤模拟模型分析自激振颤模拟模型分析 μ’=dμ/dΔv 减振状态 中性状态 自激状态 摩 擦 系 数 μ 滑磨速度△v 滑动摩擦系数滑动摩擦系数滑动摩擦系数滑动摩擦系数 随滑磨速度而变化随滑磨速度而变化随滑磨速度而变化随滑磨速度而变化 page24 强迫振颤模拟模型分析强迫振颤模拟模型分析强迫振颤模拟模型分析强迫振颤模拟模型分析 F=Fsin(wt) K C n x 滑磨时的摩擦力=Fsin(wt)μ(v) 外部激励外部激励外部激励外部激励导致强迫振颤导致强迫振颤导致强迫振颤导致强迫振颤 page25 汽车传动系扭振系统汽车传动系扭振系统汽车传动系扭振系统汽车传动系扭振系统6质量模型质量模型质量模型质量模型 发动机发动机发动机发动机离合器离合器离合器离合器（（（（主主主主、、、、从动从动从动从动））））变速箱变速箱变速箱变速箱 驱动轮驱动轮驱动轮驱动轮 车身车身车身车身 驾驶员驾驶员驾驶员驾驶员 减振器减振器减振器减振器 传动部件传动部件传动部件传动部件 驱动轴驱动轴驱动轴驱动轴、、、、轮胎轮胎轮胎轮胎 座椅座椅座椅座椅主动部分主动部分主动部分主动部分 从动部分从动部分从动部分从动部分 影响因素影响因素影响因素影响因素影响因素影响因素影响因素影响因素 page26 汽车起步振颤当量模型汽车起步振颤当量模型汽车起步振颤当量模型汽车起步振颤当量模型 Je Te ωe εe ωn εn Tc Jn Kn,Cn page27 转 角 200 150 100 50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3.0 3.5 4.0 时间 y Y0 y=y0e"nt 自激振颤自激振颤自激振颤自激振颤(运动方程解的图示运动方程解的图示运动方程解的图示运动方程解的图示) page28 起步振颤的起步振颤的起步振颤的起步振颤的机理机理机理机理 �自激振颤：摩擦系数随滑磨速度的增加而增加，此系统振 幅会衰减；摩擦系数随滑磨速度的增加而减小，此系统振幅 逐渐增强，此时振动加剧 �强迫振颤：当激励频率和传动系统固有频率相等时，动力 放大系数β有最大值。如果此时系统阻尼Cn较小，β会很 大，系统将发生强烈的共振 page29 影响起步振颤的因素影响起步振颤的因素影响起步振颤的因素影响起步振颤的因素 汽车传动扭振系统 系统研究系统研究系统研究系统研究 曲 轴 的 轴 向 振 动 离 合 器 的 分 离 系 统 离合器离合器离合器离合器 （（（（摩擦片摩擦片摩擦片摩擦片、、、、阻尼减振系统阻尼减振系统阻尼减振系统阻尼减振系统）））） 传 动 系 到 车 身 的 全 部 元 件 （ 轮 胎 、 车 轮 、 悬 架 等 ） 的 系 统 特 性 汽 车 座 椅 特 性 page30 起步振颤的系统原因起步振颤的系统原因起步振颤的系统原因起步振颤的系统原因 自激振颤 强迫振颤 摩 擦 材 料 的 摩 擦 系 数 具 有 负 的 梯 度 特 性 摩 擦 面 上 沾 有 水 或 油 污 分 离 系 统 的 几 何 偏 差 或 损 坏 离 合 器 的 几 何 尺 寸 偏 差 或 离 合 器 损 坏 发 动 机 的 的 运 转 不 平 稳 ， 特 别 时 怠 速 不 稳 定 传 动 系 的 几 何 偏 差 或 损 坏 page31 离合器起步振颤试验ৄ架⼎ᛣ೒离合器起步振颤试验ৄ架⼎ᛣ೒离合器起步振颤试验ৄ架⼎ᛣ೒离合器起步振颤试验ৄ架⼎ᛣ೒ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 —⬉动机；2—转速、压㋻力、温度传感器；3— 试验工件；4—固定ᬃ架；5—阻尼器；6—ࡃ阻尼 器；7—角加速度传感器；8—固定ᬃ架；9—扭振 杆；10—力矩⌟量Ҿ page32 尺寸误差尺寸误差尺寸误差尺寸误差、、、、压紧力变化及扭矩波动压紧力变化及扭矩波动压紧力变化及扭矩波动压紧力变化及扭矩波动 خ工实在太Ꮒ 尺寸、压㋻力、扭矩相关㘨 page33 起步振颤与波形片特性起步振颤与波形片特性起步振颤与波形片特性起步振颤与波形片特性 时间时间时间时间 开 ྟ 扭 矩 开 ྟ 扭 矩 开 ྟ 扭 矩 开 ྟ 扭 矩 无波形片无波形片无波形片无波形片 带波形片带波形片带波形片带波形片 page34 结束语 • 起步振颤的根本原因：离合器滑磨转矩周期性的变化 � 汽车起步振颤的㉏型：磨擦系数引起的自激振颤和由零件أᏂ和轴向振 动引起的强迫振颤。 � 改进᥾ᮑ…. � 起步振动不ҙ受离合器和ᅗ的᪡作系统的影响，也受发动机、传动系和 传动轴、悬架和车身的影响。必需考虑影响汽车起步振颤ᬣ感性的所有 传递元件。总之，只有将整车作为一个系统，从整车ऍ䜡的角度考虑， 才有可能发现更好的解决起步振颤的方⊩。 Page 35 主要内容主要内容主要内容主要内容 �离合器从动盘减振器概述 �整车NVH工况与减振器特性 � 起步震颤模式分析 � NVH 测试简介 � 离合器减振技术发展 Page 36 道路试验能力道路试验能力道路试验能力道路试验能力 � 专业试车员对整车动力总成进 行主观 � 运用车载设备，针对整车突出 问进行客观检测、分析 � 设计初期阶段作为工程人员的 设计顾问 � 通过道路测试表现对离合器设 计提出改进建议 道路试验能力概述道路试验能力概述道路试验能力概述道路试验能力概述 Page 37 道路试验能力道路试验能力道路试验能力道路试验能力 � 对离合器消振效果进行评价 � 对TC传扭效果进行评价 � 对AT换档策略进行评价 � 对分离系统进行评价 � 对动力和行驶噪音进行评价 � 对变速箱表现进行评价 � 对发动机标定提出建议 � 对整车提出其他改进建议 动力总成主观评价动力总成主观评价动力总成主观评价动力总成主观评价 Page 38 道路试验能力道路试验能力道路试验能力道路试验能力 � 踏板力-位移特性测量 � 踏板舒适度评价 踏板特性测试简介踏板特性测试简介踏板特性测试简介踏板特性测试简介 Page 39 道路试验能力道路试验能力道路试验能力道路试验能力 �运用专业软件分析系统扭振，评估离合 器减震和传扭表现 � 对离合器改进提供精确数据指导 振动分析测试振动分析测试振动分析测试振动分析测试 Page 40 道路试验能力道路试验能力道路试验能力道路试验能力 � 踏板抖动分析 � 变速箱I轴偏心测量 � 离合器分离彻底性测试 � 实车滑摩功测量 � 双质量飞轮扭振测试 � GPS卫星辅助测试 � 各种破坏性实车试验 � …… 其他测试举例其他测试举例其他测试举例其他测试举例 Page 41 主要内容主要内容主要内容主要内容 �离合器从动盘减振器概述 �整车NVH工况与减振器特性 � 起步震颤模式分析 � NVH 测试简介 � 离合器减振技术发展 Page 42 䇶䇶ʽ