手动变速器换挡过程纵向冲击问题研究

李建鹏 林润生 凡则宏

摘要：某款自主研发的匹配6MT手动变速器的国六SUV车型，在1挡加速过程中，松油门快踩离合器时，车辆产生明显的纵向冲击现象，且发生频率较高，严重影响了乘客地主观感受和乘车舒适性。通过对故障车辆进行实车诊断测试，对纵向冲击现象分析，发现发动机扭矩突变是导致整车产生纵向冲击的原因，最终通过优化发动机EMS标定策略的方法解决了该问题，以较低的成本达到了改善整合NVH性能的目的。

关键词：手动变速器;换挡过程;纵向冲击;EMS标定

中图分类号：U461.91 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）02-0032-04

李建鹏

毕业于北京理工大学，硕士研究生学历，现就职与广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，任责任工程师，主要从事传动系统NVH性能开发工作。

前言

随着汽车产业的蓬勃发展，消费者对车辆的动力性、经济性、驾驶性和舒适性的要求越来越高。车辆的NVH（Noise、Vibration、Harshness）性能是衡量整车驾驶舒适性的重要指标，车辆售后投诉的质量问题中大部分都与NVH相关。所以，提升整车的NVH性能无疑是提升用户驾驶体验的关键项。

整车换挡冲击问题是消费者最容易感知和抱怨的NVH问题之一。本文针对某款手动变速器存在的换挡冲击问题，通过对故障整车抱怨工况的NVH性能测试，对问题进行机理分析，通过对发动机EMS标定策略的优化，改善了换挡过程中产生的冲击振动问题，提高了整车的品质。

1问题背景

搭载手动变速器的某款国六SUV车型上市后收到部分用户反馈，车辆在1挡踩油门加速过程中丢油门后，快踩离合器时，整车产生明显的纵向冲击现象，且发生频率较高，用户对此问题抱怨很大，要求车企快速解决。

2传动系和整车动力学模型

故障车辆为前置前驱汽车，其动力传动系统的工作原理非常复杂，它包含发动机的动态扭矩特性、双质量飞轮的减振特性、离合器的扭矩传递特性、差速器的差动作用及轮胎与地面的附着作用等。要建立一个十分精确地模型具有一定的难度，在保证尽可能真实地反应手动变速器换挡过程的前提下，对模型进行一定的简化，简化后的系统模型如图2所示。

整车的纵向冲击特性评价一般有两种途径：根据驾驶员的操纵感觉进行主观评价;根据汽车动力学响应参数进行客观评价。仅靠主观评价费时费力，且需要进行大量的实车试验，并存在不够准确和评价者的个体差异等问题。

为了评价整车纵向冲击，行业内提出了冲击度的概念。冲击度是指汽车纵向加速度相对时间的变化率，是与换挡的主观评价方法相对应的，其数学表达式为：

4整车纵向冲击试验分析

整车纵向冲击试验是对针对故障车辆，运用三轴加速度传感器测量车辆的垂向、纵向和横向的加速度。同时，通过CAN总线监控发动机转速、发动机扭矩、油门踏板、离合器位置、离合器开关信号和车速等参数。

图3是故障车辆在抱怨工况，产生较强纵向冲击时，整车纵向冲击度、发动机转速、发动机扭矩等的变化情况。可以发现，发生纵向冲击时，各个参数是相互关联的。

根据EMS标定策略，1擋加速收油后，发动机开始缓慢降扭，快踩离合器至离合器位置为8.6%时，离合器顶开关触发，EMS判断离合器完全分离，使发动机产牛71Nm/s的扭矩下降率响应，随后整车产生明显的纵向冲击，冲击度最大为23.05g/s。

如图4离合器行程图可知，离合器顶开关信号触发时，离合器的实际行程只有20mm，离合器未完全分离。而离合器的实际分离点为离合器行程110mm，对应离合器位置传感器60%。所以，初步判断为发动机扭矩突变的触发信号错误，使得整车产生明显的纵向冲击现象。为了验证此判断，断开离合器位置信号（如图5所示），从而抱怨工况，踩离合器过程中离合器顶开关和离合器底开关未被触发，发动机EMS接受不到触发信号后，只按松油门后的缓慢降扭的策略降低发动机扭矩，客观测试和主观评价此时整车的纵向冲击表现。测试结果如图6所示。

离合器位置传感器断开后，抱怨工况，松油门后，快踩离合器过程中，发动机扭矩缓慢下降，未发生明显骤变响应，此时整车的纵向冲击度为15g/s，主观评价可接受。当离合器完全分离后，发动机扭矩较小，此时发动机扭矩下降率为3 5Nm/s，但未产生整车纵向冲击。由此可知，当离合器完全分离之前，发动机扭矩变化率是导致整车纵向冲击的原因。

5方案确定和结果验证

根据上述分析结果，对发动机的EMS标定策略中的扭矩下降率进行优化，优化后结果见表2所示，优化前后方案对比如图7所示：

按EMS优化策略对故障车辆的发动机标定数据进行调整，主观评价，抱怨工况，整车纵向冲击可接受。客观测试结果如图8所示，优化后，整车纵向冲击度为17.7g/s。对市场抱怨的车辆更新为新方案的EMS数据，客户反馈，整车纵向冲击问题可接受。

6总结

本文针对故障车辆抱怨的换挡冲击问题，建立了整车纵向动力学模型，并确定冲击度作为评价指标。通过对故障车辆进行了现场实车故障诊断，发现踩离合换挡过程中，发动机扭矩突变是导致整车纵向冲击的主要原因。并通过EMS标定策略的优化，使得此问题得到明显改善，提高车辆的品质感和舒适性。