凡則宏，楊允輝，任思義，張雷博

（安徽江淮汽車股份有限公司 商用車研究院，安徽 合肥 230601）

某輕型汽車離合系統(tǒng)隔振技術(shù)的探討和研究

凡則宏，楊允輝，任思義，張雷博

（安徽江淮汽車股份有限公司 商用車研究院，安徽 合肥 230601）

汽車離合系統(tǒng)作為一類與操控者接觸頻率較高的元件，其舒適性是一項(xiàng)不可或缺的品質(zhì)指標(biāo)[1]。本文以某輕型客車為例，對(duì)踏板振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試的特性圖、頻譜以及振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，確定了系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的原因和解決方案?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用螺旋管+限流閥+動(dòng)態(tài)隔振器的方式可有效解決振動(dòng)問題，以此來(lái)大幅提高離合系統(tǒng)的舒適性。最后，還通過(guò)實(shí)車測(cè)試探究了隔振結(jié)構(gòu)對(duì)離合系統(tǒng)的影響。

離合系統(tǒng)；振動(dòng)；隔振器；限流閥；頻譜圖

CLC NO.:U463.211Document Code:A A rticle ID: 1671-7988(2014)06-40-04

發(fā)展現(xiàn)狀

離合踏板振動(dòng)指數(shù)作為離合系統(tǒng)重要的商品性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，正被越來(lái)越多的客戶重視，嚴(yán)重時(shí)直接引起顧客抱怨。目前輕型客車離合管路一般都不設(shè)置隔振器或者為單一隔振器，降振的效果不理想。本文作者通過(guò)平時(shí)的工作積累，以某輕型客車為例，分析管路壓力波動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，通過(guò)螺旋管+限流閥+動(dòng)態(tài)膜片隔振器的方式對(duì)液壓波動(dòng)頻率和振幅進(jìn)行改變，從而減小踏板振動(dòng)，提高踏板舒適性。這些方法和結(jié)論可為后續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品提供改進(jìn)依據(jù)。

1、液壓波動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理分析

液壓式離合系統(tǒng)工作原理：駕駛員踩下踏板，推動(dòng)主缸向前移動(dòng)，管路液體產(chǎn)生壓強(qiáng)傳遞到分缸，分缸推桿向前推動(dòng)撥叉，最終使分離軸承前移，膜片受力后，離合器開始分離。

1.1 傳感器的布置

根據(jù)其工作原理，在踏板和飛輪處安裝測(cè)試傳感器，測(cè)量飛輪的對(duì)離合產(chǎn)生的振動(dòng)以及管路液壓波動(dòng)反饋到踏板的振動(dòng)。傳感器布置圖如下：

1.2 測(cè)試工況

（1）怠速工況

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由怠速提高到5000r/min

（備注：均為空擋、拉起駐車制動(dòng)，車輛在測(cè)試過(guò)程中無(wú)運(yùn)動(dòng)）

1.3 測(cè)試結(jié)果

按照上訴方法，收集數(shù)據(jù)如下：

從圖中可得出，踏板振動(dòng)在自由行程12mm的范圍內(nèi)最為劇烈，振動(dòng)加速度可達(dá)2.51m/s2，一般認(rèn)為可接受的范圍在

測(cè)試結(jié)果分析：

(1)離合管路液壓波動(dòng)主要在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1700r/min—3300r/min范圍內(nèi)產(chǎn)生，液壓波動(dòng)頻率在80Hz-480Hz，波動(dòng)加速度最高可達(dá)2.59m/s2。

(2)初步可得出管路產(chǎn)生液壓的主要機(jī)理為：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸工作時(shí)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，同時(shí)曲軸彎曲導(dǎo)致飛輪擺動(dòng)，兩者共同作用在分離軸承上，引起管路內(nèi)液體產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)頻率與飛輪相同的液體波動(dòng)脈沖，脈沖以管路、主缸為介質(zhì)，最終引起離合踏板振動(dòng)。

2、離合系統(tǒng)管路隔離發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的優(yōu)化方案

雖然管路中產(chǎn)生液壓波動(dòng)主要原因?yàn)榍S軸向竄動(dòng)和曲軸彎曲的共同作用，但是，對(duì)于任何一款發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，軸向竄動(dòng)和彎曲是不可避免的。 從根源出發(fā)，優(yōu)化曲軸竄動(dòng)，就目前的技術(shù)和制造工藝來(lái)看，不可能在短時(shí)間內(nèi)有明顯提高，而且成本較高。

對(duì)此，為解決該車型問題，本次提出在一個(gè)離合系統(tǒng)中同時(shí)采用螺旋管+限流閥+動(dòng)態(tài)隔振器組合隔離振動(dòng)的方法，對(duì)系統(tǒng)波動(dòng)脈沖進(jìn)行衰減，從而減小踏板的振動(dòng)。

2.1 管路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

液壓管路中的液體振動(dòng)不僅影響工作質(zhì)量，使元件的壽命降低，而且會(huì)產(chǎn)生噪聲，污染環(huán)境，甚至損壞元件與密封。管路內(nèi)的振動(dòng)往往來(lái)源于壓力和流量的波動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)封閉時(shí)，流動(dòng)的液壓油在受到分缸的脈動(dòng)流量作用下，沖擊封閉管路，當(dāng)管子的長(zhǎng)度適合時(shí)，將整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生諧振，導(dǎo)致管內(nèi)液體脈動(dòng)能量大幅提高，這在液壓系統(tǒng)中要盡力避免[2]。

在此之前通過(guò)測(cè)試已判定出，管路振動(dòng)由曲軸的竄動(dòng)和彎曲引起，最終反饋到踏板上。在低振幅的情況下，只需要對(duì)離合器高壓油管直徑和長(zhǎng)度做簡(jiǎn)單的調(diào)整，改變系統(tǒng)固有頻率，就能達(dá)到滿意的隔振效果[3]。

輕型客車貫用管路為雙層銅焊鋼管4.76×0.71 YB/T 4164，多為直線折彎形式。據(jù)此，管路優(yōu)化方案為將直線管路設(shè)改為螺旋管（該輕客車型為8圈右旋），從而改變系統(tǒng)的剛度，避開發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速振動(dòng)區(qū)域。2.2 系統(tǒng)增加隔振器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

雖然系統(tǒng)管路中增加了螺旋管，但螺旋管僅起到減小液體沖擊波振幅的作用，振動(dòng)的頻率范圍沒有改變，隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)依然沒有解決。為確保有效的衰減振動(dòng)頻率，特采用了靜態(tài)隔振器+膜片動(dòng)態(tài)隔振器組合的方案。

2.2.1 隔振器工作原理

2.2.1 .1 限流閥

工作原理：當(dāng)管路液體產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊時(shí)，限流閥的孔截面不變，單位時(shí)間的截面流量一定，可以阻滯低頻率（≤150Hz）的沖擊波，從而達(dá)到隔振的效果。

工作特性：a.適用于低頻率液體脈沖；

b.由于截面積一定，增大了踏板力的遲滯性。

2.2.1 .2 動(dòng)態(tài)隔振器

工作原理：隔振器中設(shè)置有一塊的膜片，膜片的剛度可以調(diào)整，一般通過(guò)調(diào)整厚度來(lái)控制剛度。當(dāng)沖擊波產(chǎn)生時(shí)，液體壓力瞬間增大，膜片會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)根據(jù)壓力值產(chǎn)生可恢復(fù)性變形，消除沖擊波。由于膜片對(duì)壓力敏感，可消除100Hz—500Hz頻率的沖擊。

工作特性：a.適用于100Hz—500Hz頻率液體脈沖；

b.膜片的剛度可調(diào)，能自動(dòng)適應(yīng)液體波動(dòng)；

c.系統(tǒng)最終方案的確定。

2.3 最終確定的優(yōu)化方案

根據(jù)初期振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，以及每個(gè)隔振部件的工作特性，不難得出最終方案：采用螺旋管+限流閥+動(dòng)態(tài)隔振器，可以有效降低振幅，同時(shí)還可以去除不同振動(dòng)頻率范圍的振動(dòng)。基本原理圖如下。

3、離合隔振系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試

在熟悉掌握了該車型離合隔振系統(tǒng)構(gòu)造和主要部件后，為了確認(rèn)隔振效果，特對(duì)離合系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。主要考查加裝隔振裝置后，對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)方面的改善效果。

3.1 測(cè)試項(xiàng)目

（1）踏板振動(dòng)頻譜和曲線圖，考查隔振效果以及改善情況

（2）離合踏板特性曲線，考查隔振裝置對(duì)系統(tǒng)的影響3.2 測(cè)試工況

（1）怠速工況 ；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由怠速提高到5000r/min。

（備注：均為空擋、拉起駐車制動(dòng)，車輛在測(cè)試過(guò)程中無(wú)運(yùn)動(dòng)）

3.3 測(cè)試結(jié)果

按照上述步驟，測(cè)試結(jié)果如下

3.3.1 振動(dòng)頻譜和曲線

由圖9和圖10可以看出，經(jīng)加裝隔振裝置后優(yōu)化后的系統(tǒng)，振動(dòng)頻率和振幅都得到不同程度的改善，其中振幅表現(xiàn)為最明顯，在踏板全行程運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，振幅由原來(lái)的20.6 m/s2降低至3.0 m/s2，振動(dòng)區(qū)域由踏板50mm—100mm轉(zhuǎn)移到100mm—160mm之間，說(shuō)明隔振裝置對(duì)降低振幅和改善振動(dòng)頻率起到了良好作用，遠(yuǎn)優(yōu)于初始狀態(tài)，相對(duì)于初始狀態(tài)85%的振動(dòng)得到改善。

3.3.2 離合特性曲線對(duì)比圖

比較優(yōu)化方案和初始方案的分析結(jié)果，可以看到優(yōu)化之后，踏板踩下時(shí)，踏板力有所增加，踏板回位時(shí)踏板力有所減小，分離點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)位移發(fā)生相應(yīng)變化，表明隔振裝置對(duì)系統(tǒng)起到一定阻滯作用，但影響不大。從表1數(shù)據(jù)中可看出，相對(duì)初始方案踏板力差值范圍始終在2N—8N，后備行程由51.0mm降低至45.0mm（ΔS=6mm），處于設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi)。通過(guò)比較，表明隔振器能改變系統(tǒng)的踏板力、分離以及結(jié)合行程，但阻滯效果可以忽略，系統(tǒng)特性與初始狀態(tài)基本一致。

4、結(jié)論

（1）管路液壓波動(dòng)主要由曲軸軸向竄動(dòng)和彎曲導(dǎo)致，踏板作為終端將振動(dòng)反饋給駕駛員。

（2）通過(guò)在管路系統(tǒng)中增加隔振結(jié)構(gòu)，有效的解決了輕型客車離合系統(tǒng)存在液體壓力波動(dòng)的現(xiàn)狀，相對(duì)于初始狀態(tài)85%的振動(dòng)得到改善，并且具備量產(chǎn)水平。

（3）探究了隔振結(jié)構(gòu)對(duì)離合系統(tǒng)的影響，事實(shí)證明，隔振結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)有一定的阻滯作用，但阻滯效果可以忽略，系統(tǒng)特性與初始狀態(tài)基本一致。

[1] 劉明周，胡金鑫，扈靜等．基于動(dòng)作元的汽車離舍器操縱舒適性的優(yōu)化[J]．汽車工程，2011，33(1)：1．

[2] 張祝新，趙丁選，張雅琴．液壓管路的諧振問題研究[D]．長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工程學(xué)院機(jī)械工程系，2006．

[3] 郭夢(mèng)夢(mèng)，趙福全，楊安志等．離合踏板振動(dòng)分析與優(yōu)化[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2012，50(7)：45-50．

A light vehicle clutch system vibration isolation technology to exp lore and study

Fan Zehong, Yang Yunhui, Ren Siyi, Zhang Leibo
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Commercial Vehicle Research Institute, Anhui Hefei 230601)

Automotive clutch systems as a class and manipulators exposure to high-frequency components, the com fort is an integral part of quality indicators [1]. In this paper, a light passenger cars, for example, the pedal vibration test, the mechanism of the characteristic diagram of the test, spectrum and vibration generated analysis to determine system vibration and solutions. Based on the comparison of the experimental data analysis, the spiral + limiting valve + dynamic vibration isolator way can effectively solve the vibration problem, in order to substantially increase the com fort of the clutch system. Finally, through real tests to explore the impact of vibration isolation structure of the clutch system.

clutch systems; vibration;vibration isolator; lim iting valve;spectrum

U463.211

A

1671-7988(2014)06-40-04

凡則宏，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。