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载货汽车传动系统扭转共振问题
2019-09-14 18:15:47· 来源：EDC电驱未来 作者：杨允辉
在载货汽车长期运行过程中传动系统异响问题较为突出，其中长轴距中表现更为突出。某辆载货汽车以40至60km/h车速通过5挡进行加速，在传动轴中存在较为明显的异响
在载货汽车长期运行过程中传动系统异响问题较为突出，其中长轴距中表现更为突出。某辆载货汽车以40至60km/h车速通过5挡进行加速，在传动轴中存在较为明显的异响。主要是轴管传输金属敲击声响，从试验中能看出，传动系统中扭转共振问题较为常见。
1 现场分析
对异常传出位置进行判定，主要是从变速箱后第一节传动轴中发生异常声响，对换挡加速转速进行分析。结合故障发生具体现象，相关技术人员要选取故障排除措施，但是此类故障未能全面消除。技术人员要对传动轴动平衡进行分析，对动齿轮间隙进行探查，及时更换加强版传动轴，相同车型传动轴之间能相互交换，选取相应材料对传统轴进行包裹，在传动轴中要添加相应的填充材料。针对故障采取排除控制措施之后，要对传动系统采取专项测试检验，对噪声信号、转速变动波动信号等进行分析。通过试验初步判定产生异响主要问题是传统系统扭转共振。
图1 发动机和变速器输出轴转速波动曲线
2 理论分析
2.1 计算参数
以此载货汽车传动系统为例，通过AMESim软件能建立相应的系统模型。在传动系统模型中，主要是刚柔混合模型，对传统系统各个部件进行简化，能组成为不同刚体。其中半轴以及传动轴是柔性体，整车传动质量等效是当量转动惯量。
2.2 计算工况
当前对传动系统进行有效匹配能对共振问题进行有效控制，对过去传动系统模态进行全面优化，能对扭转共振进行控制，降低各项影响。结合问题发生具体现象，可以在5挡基础上进行优化计算，将不同变量都设为1，确定相对取值范围。
图2 传动系统扭振计算模型
图3 发动机外特性曲线
对表1相关数据分析可知，当前为了保障传动系统扭转振动固有频率能有效控制，可以应用调节离合器扭转减震器刚度措施。还能应用扩大动盘惯量、变速器输出轴总成惯量，对左右半轴基本刚度进行控制。在离合器基本扭转减震器刚度保持不变状态下，可以结合变量趋势对灵敏度进行分析，获取系统基本频率。将低离合器扭转减振器刚度进行适度控制，能获取系统基本固化频率。此外，还要对传动系统重要部件进行调节，能对低离合扭转减振器刚度进行控制。但是将系统重要部件进行改造对传动系统会产生较大影响，燃油经济性也会发生影响。所以当前对传动系统扭转振动固有频率进行控制可以应用通过降低离合器减振器刚度值来实现。
2.3 离合器基本定义
传动系统是由多个弹性轴以及集中质量体构成的扭转振动系统，自身存在相应的固有频率，在长期行驶过程中会产生激励频率，此频率与扭转振动频率能相互吻合之后将会使得系统产生共振问题。离合器扭转减振重要作用就是对传统系统以及发动机中的共振频率进行转移，将载货汽车传动系统中产生的齿轮噪声进行控制，全面降低怠速阶段噪声与扭振问题，对多种工况中冲击荷载进行有效缓合。
表1 灵敏度分析结果
汽车原有的离合器扭转减振器选取的是单级线性减振器，不能高效应对发动机不同阶段的运行条件要求，将会导致传动系统发生共振问题。要对不同离合器产品应用性能进行对比，对原有的减震器进行全面优化。通过不同级别刚度能全面适应车辆不同运行工况基本要求，将原有的一级减振转为三级减振。第一级传动系统基本固有频率最低，能消除不同档位变速器齿轮冲击过程中产生的噪声。第二级角刚度正好，发动机常用工况适宜。最后第三级是大扭矩减振级，能在负荷变化较为明显的阶段应用，对传统系统瞬时动荷载进行控制。在传统系统优化设计过程中，相关人员要从不同角度对扭转减振器刚度提出更多要求。
表2 离合器扭转减振器刚度要求
3 改进方案
当前要对基本结构、应用性能、成本要素等进行分析，使得离合器能全面适应传动能力各项要求，要对扭转减振器基本结构进行全面优化，可以应用不同级别以及广角减振器，通过优化之后的离合器相关性能如表3所示。
要对怠速工况中传动系统模态进行全面分析，能获取系统基本模态频率，各项数据如表4所示。当前怠速工况中模态频率的发动机转速要低于怠速中的转速，所以减振器基本怠速级匹配较为合理。
表3 优化之后离合器性能参数
对变速器各个档位扭转模态要进行深入分析，整合分析离合器第二级刚度，能有效获取不同档位传动系统模态频率分布情况，各项数据如表5所示，其中五档振型所对应的发动机基本转速要达到798r/min。系统在第二阶段模态主要是扭转模态，通过检测能获知，其共振转速范围主要是在750至1000r/min之间，能进行应用。与原有的减振器方案相比较与实践可知，最新设计的方案离合器扭转刚度设计更趋于规范性。当前相关技术人员要结合各个档位扭转模态变化实际情况，对各项变化问题进行分析，在离合器第三级刚度中录入相应刚度，能得到不同档位中各个模态频率变化与分布情况。
表4 怠速级模态分析
表5 大扭矩减振级模态频率
从发动机外特性曲线中能获取相关信息，在保持稳定加速以及长时期匀速行驶，发动机基本输出扭矩不会超出规定范围值，所以对后续冲击工况能起到重要的保护作用。总而言之，将离合器进行全面优化设计之后，对传动系统扭转振动进行分析，在全新的离合器方案中能有效降低传动系统基本共振频率，怠速模态以及主减振模态处于相应运行状态中，全新的扭转减振性能设计更加科学化。最后要对之前存在传动系统异响的样车进行改造，然后添加相应离合器，对不同工况进行试验，对比不同测量时期传动轴噪声基本变化情况，整合变化趋势以及相关数据。在汽车5挡加速工况中，当传动轴产生异常声响问题之后，对离合器进行改进，能促使传动轴的噪声逐步降低，整辆车经过一段时间运行无任何异响问题。
4 结语
综合上述，载货汽车在长期运行过程中传动系统会发生不同异常问题，当前要对故障车辆具体故障位置进行分析。拟定相关试验对传动系统扭转共振问题进行分析，计算相关参数值。制定对应的改进措施，对转速系统整体模态深入分析，对变速器不同档位变化情况进行探究，使得离合器扭转刚度设计更加规范，相关人员要对刚度进行记录，对不同模态频率变化情况进行分析。对传动系统异响问题进行优化，采取具体应对试验，整合噪声变化情况，使得各项问题能有效解决。
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