王健，楊思，田子龍，陳寒霜，任超

（廣州汽車集團股份有限公司廣汽研究院，廣東 廣州510640）

伴隨汽車市場消費升級，汽車用戶的選擇標(biāo)準(zhǔn)由動力性和經(jīng)濟性逐漸向舒適性擴展和轉(zhuǎn)移。由于汽車研發(fā)水平不斷提升，整車動力及油耗差異逐年縮小，駕駛性和舒適性成為汽車市場的新型戰(zhàn)場，原地換擋沖擊作為駕駛常用工況，極易被感知，因此降低原地換擋沖擊顯得十分重要。國內(nèi)外學(xué)者對整車舒適性研究逐年增多，主要包括怠速、勻速和加速幾種工況，研究對象涉及座椅、車身、懸置等零部件。馬佳等人［1］和Ning D 等人［2］分別從座椅舒適性評價指標(biāo)和座椅主動隔振不同角度對座椅NVH（noise-vibration-harshness）性能進行了研究；梁善飛等人［3-5］分別從仿真和試驗角度對整車怠速穩(wěn)態(tài)工況噪聲和振動性能優(yōu)化進行了研究，提升了整車怠速穩(wěn)態(tài)振動噪聲水平；劉志恩等人［6-8］分別從進氣噪聲設(shè)計和傳遞路徑等角度對整車加速和勻速工況NVH 性能開展了相關(guān)優(yōu)化研究工作。整車怠速舒適性控制研究主要集中在怠速穩(wěn)態(tài)工況領(lǐng)域，大多為解決怠速發(fā)動機振動導(dǎo)致的問題，而對于怠速擋位切換導(dǎo)致的沖擊振動尚未進行研究。由于振動頻率4～16 Hz 為人體振動敏感頻段［9］，原地換擋沖擊響應(yīng)為8～10 Hz，因此該工況很容易被用戶感知，整車原地換擋沖擊優(yōu)化對整車怠速舒適性提升具有重要意義。

文中從整車原地換擋沖擊源頭入手，對整車換擋沖擊機理進行分析，綜合發(fā)動機扭矩、變速器渦輪轉(zhuǎn)速和座椅導(dǎo)軌振動等信號數(shù)據(jù)，對沖擊產(chǎn)生原因進行解析，進而確定原地換擋沖擊優(yōu)化方向和改善方案，通過座椅導(dǎo)軌沖擊客觀數(shù)據(jù)和主觀評價得分對改善效果進行評價，最終提出整車原地換擋抖動控制方法，通過動力總成EMS（engine management system）和TCU（transmission control unit）標(biāo)定、換擋執(zhí)行機構(gòu)標(biāo)定和懸置優(yōu)化設(shè)計，大幅降低整車怠速原地換擋沖擊，優(yōu)化后換擋沖擊幅值降低57%，主觀評價得分提升1.8分，為降低整車怠速換擋抖動提供了經(jīng)驗和指導(dǎo)。

1 試驗設(shè)備及機理分析

1.1 試驗設(shè)備

整車怠速原地換擋抖動測試數(shù)據(jù)主要包括發(fā)動機扭矩、渦輪轉(zhuǎn)速以及座椅導(dǎo)軌振動，所需儀器為振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（LMS SCM205）、三向振動加速度計（B&K 4524B）和測試筆記本電腦（DELL）等。座椅導(dǎo)軌測點如圖1所示。

圖1 座椅導(dǎo)軌測點示意圖

1.2 機理分析

AT（automatic transmission）車型在原地不同擋位切換過程中存在扭矩突變，整車產(chǎn)生沖擊振動，座椅振動和發(fā)動機扭矩測試結(jié)果見圖2。

圖2 原地怠速換擋沖擊表現(xiàn)

基于用戶使用情景對主觀評價和測試方法進行工況劃分，將客戶籠統(tǒng)、模糊的評價轉(zhuǎn)化為明確的工況和評價項目。將原地怠速換擋沖擊問題細化為P-RP-DN-RN-DR-D 不同工況，每個工況又分為進擋和出擋以及AC/ON 和AC/OFF，組合起來共計20種工況，如圖3所示。根據(jù)不同工況分別進行針對性評價和測試，選取不同工況中換擋沖擊最大值作為主客觀最終評價結(jié)果。

原地怠速換擋整車抖動機理如圖4所示，可從激勵源和傳遞路徑2個方面進行分析，從源頭和路徑2個方面進行優(yōu)化設(shè)計。

圖3 主客觀評價方法

圖4 原地怠速換擋整車抖動機理分析

1）激勵源 乘用車車型變速器主要分為MT、DDCT/WDCT、AT 變速箱3 個大類，從變速箱工作原理分析可知，MT 變速器原地換擋過程由于離合器未結(jié)合，發(fā)動機和變速器動力傳輸斷開，擋位切換過程無沖擊來源；DDCT/WDCT 變速器由于雙離合變速器在原地換擋過程中存在預(yù)掛擋功能，也不存在沖擊來源；只有AT 變速器由于液力變矩器的存在，在原地擋位切換過程中動力總成存在扭矩突變，成為換擋沖擊的激勵來源。部分AT 變速器由于不同擋位切換過程均通過電磁閥控制油壓驅(qū)動，可通過調(diào)節(jié)電磁閥來控制油壓的建立和釋放速率，降低換擋沖擊，成本較高；部分AT變速器為降低成本采用機械閥替代部分電磁閥控制，油壓的建立和釋放速率控制難度增大。

2）傳遞路徑 通過測試原地怠速換擋過程中座椅導(dǎo)軌振動信號，對振動信號進行時頻分析，發(fā)現(xiàn)沖擊響應(yīng)主要為2～3 Hz的懸架模態(tài)響應(yīng)和9 Hz附近的動力總成剛體模態(tài)響應(yīng)，通過對比不同車振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同車原地換擋過程中2～3 Hz 的懸架模態(tài)響應(yīng)均存在，并且彈簧減振器參數(shù)與路振性能強相關(guān)，可調(diào)空間很小，換擋沖擊表現(xiàn)較好的車在9 Hz 附近的動力總成剛體模態(tài)響應(yīng)較小，因此可以通過優(yōu)化動力總成懸置剛度來降低動總剛體模態(tài)響應(yīng)，從而改善原地換擋沖擊感。

3）優(yōu)化方向 從激勵源和傳遞路徑2個方面進行優(yōu)化，激勵源可通過TCU 標(biāo)定對變速器油壓建立和釋放速率進行優(yōu)化控制；延長換擋執(zhí)行器（線控換擋）換擋執(zhí)行時間，減緩油壓建立和釋放速率；EMS 優(yōu)化換擋擋過程扭矩補償，減緩換擋過程扭矩上升和減低速率。路徑可通過動力總成懸置剛度值優(yōu)化，降低換擋沖擊動力總成剛體模態(tài)響應(yīng)，進而降低換擋沖擊感。后續(xù)以R-N換擋過程為例進行優(yōu)化改善。

圖5 降低原地怠速換擋整車抖動總體路線

4）總體路線 如圖5 所示，原地怠速換擋抖動控制主要從激勵源和傳遞路徑2 個方面入手。通過控制變速器油壓釋放速率、換擋執(zhí)行器動作時間和換擋過程扭矩補償來實現(xiàn)換擋激勵源的控制，通過動力總成懸置剛度合理優(yōu)化設(shè)計來優(yōu)化傳遞路徑，最后通過實車測試驗證優(yōu)化效果。

2 優(yōu)化設(shè)計及評價結(jié)果

2.1 激勵源控制

1）TCU 優(yōu)化油壓釋放速率 通過AT 變速器TCU 標(biāo)定優(yōu)化后，出R 擋過程油壓釋放速率變緩，從圖6a 可看出，R-N 擋切換過程渦輪轉(zhuǎn)速上升速率顯著降低，從而動力總成扭矩突變得到顯著改善，優(yōu)化前后換擋沖擊座椅導(dǎo)軌振動對比結(jié)果見圖6b，沖擊幅值降低38%。

2）延長線控換擋R-N 執(zhí)行時間 通過修改換擋執(zhí)行器（線控換擋）軟件中換擋執(zhí)行時間，將RN 擋換擋執(zhí)行時間從250 ms 延長到350 ms 后，使機械閥開啟速率和油壓釋放速率變緩，優(yōu)化前后座椅換擋沖擊振動數(shù)據(jù)對比如圖7所示，換擋沖擊振動幅值降低15%。

圖8 EMS優(yōu)化前后發(fā)動機扭矩變化和換擋振動

3）EMS 優(yōu)化R-N 擋扭矩補償控制策略 發(fā)動機扭矩補償策略優(yōu)化前后換擋過程發(fā)動機扭矩變化趨勢對比如圖8a 所示，通過調(diào)整EMS 標(biāo)定數(shù)據(jù)實現(xiàn)2 處優(yōu)化：出擋過程進行扭矩補償；扭矩下降到底之前增加扭矩平滑過渡。通過EMS標(biāo)定數(shù)據(jù)優(yōu)化對R-N 出擋過程實現(xiàn)扭矩補償策略，防止出擋過程扭矩衰減過快，且在換擋結(jié)束時通過扭矩平滑處理降低動總回位沖擊，優(yōu)化前后座椅換擋沖擊數(shù)據(jù)對比如圖8b 所示，EMS 標(biāo)定優(yōu)化后換擋沖擊振動幅值減低36%。

2.2 路徑控制

通過懸置改進設(shè)計來進行路徑優(yōu)化。采用ADAMS仿真軟件對動力總成—懸置系統(tǒng)單位扭矩激勵下動總振動響應(yīng)進行計算，仿真模型見圖9，通過分析不同懸置剛度參數(shù)下的動總振動響應(yīng)，確定懸置剛度對換擋沖擊響應(yīng)的影響和懸置剛度改進方向。懸置X向剛度增大，Z向剛度減小，可降低動力總成換擋沖擊響應(yīng)。根據(jù)動力總線—懸置仿真結(jié)果，后拉桿懸置X向剛度由200 N·mm-1提高到230 N·mm-1，左右懸置Z向剛度由170 N·mm-1提高到210 N·mm-1。裝車后，實車進行測試，優(yōu)化前后座椅換擋沖擊振動數(shù)據(jù)對比如圖10 所示，懸置改進后換擋沖擊振動幅值降低了26%。

圖9 ADAMS懸置沖擊仿真

圖10 懸置優(yōu)化前后換擋振動

2.3 綜合方案優(yōu)化效果

將降低變速器油壓釋放速率、換擋過程發(fā)動機扭矩補償、延長換擋執(zhí)行時間和懸置改進的綜合疊加方案在實車進行優(yōu)化效果確認，優(yōu)化前后座椅換擋沖擊振動數(shù)據(jù)對比如圖11 所示，綜合方案實施后座椅導(dǎo)軌沖擊振動幅值由最初1.54 mm 減小至0.66 mm，幅值降低57%，不同優(yōu)化方案貢獻度分析結(jié)果如圖12 所示，降低變速器油壓釋放速率方案和換擋過程發(fā)動機扭矩補償方案對換擋沖擊改善效果相當(dāng)，可降低40%左右；懸置改進方案和延長換擋執(zhí)行時間方案分別可降低約30%和20%。

圖11 綜合方案優(yōu)化前后換擋振動

圖12 不同方案貢獻度分析

2.4 改進方案主觀評價結(jié)果

為驗證客觀測試數(shù)據(jù)和用戶體驗改善的一致性，組織進行了整車原地怠速換擋舒適性評價工作，對R-N擋位切換過程中換擋沖擊感進行評價，主觀評價人員主要由行業(yè)專家和NVH性能工程師構(gòu)成，總共7人，去除最低和最高分后，對剩余中間5組評分進行統(tǒng)計，改善前后車輛主觀評價打分結(jié)果如表1 所示，改善前評價得分5.5 分，改善后為7.3分，提升1.8分。

表1 改善效果主觀評價結(jié)果

3 結(jié)論

通過整車原地換擋振動測試試驗，發(fā)現(xiàn)原地怠速換擋整車抖動由動力總成扭矩突變導(dǎo)致，明確了原地怠速換擋整車抖動機理；根據(jù)機理分析結(jié)果，從激勵源控制和傳遞路徑控制2 個方向開展了整車原地換擋抖動控制優(yōu)化，確定了換擋沖擊優(yōu)化開發(fā)流程；通過激勵源和傳遞路徑優(yōu)化設(shè)計，座椅導(dǎo)軌換擋沖擊幅值降低了57%，主觀評價得分提升1.8分，整車原地怠速換擋沖擊降低顯著，整車怠速舒適性大幅提升。