某客车传动系加/减油门Clunk问题分析与解决

马虎森，陈晓利

(陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安 710119)

0 引言

汽车传动系统是由发动机、离合器、变速器、传动轴、后桥等组成的复杂非线性弹性系统，间隙不可避免，其扭转自由度振动是影响车辆NVH的重要方面。特别急加/减油门时，驱动扭矩短时间内骤升/骤降，间隙的存在使得系统产生很大扭矩冲击，引起系统低频扭转振动，在齿轮啮合副、花键接触副之间出现撞击，产生令人不适的噪声。这种加/减油门带来的扭转振动和冲击的动力学问题归结为“Clunk”的现象[1-2]。

A ROBERT[3]对车辆加/减油门时Clunk和Shuffle的现象进行相关测试和描述。H SHIOZAKI等[4]采用时域传递路径方法分析了某乘用车加/减油门瞬态冲击问题。李文礼[5]建立传动系动态模拟试验台架对传动系加减速进行了模拟测试。X H LU等[6]针对加/减油门瞬态冲击问题建立简化集中质量动力学仿真模型进行仿真分析。K PARK[7]介绍一种改善“Clunk”问题的ETC (Electronic Throttle Control)输入波形控制策略。姜丹娜等[8]基于动力学仿真模型研究了间隙分布对加/减油门对驾驶性的规律。袁旺等人[9]建立了乘用车传动系3挡集中参数扭振模型，研究表明小刚度离合器可以有效改善传动系的瞬态性能。

诸多学者通过理论或者实验对Tip-in/Tip-out瞬态工况性能进行了研究，但如何快速有效解决加/减油门瞬态工况下的“Clunk”问题存在很大困惑。首先进行整车加/减油门Clunk问题扭振测试，分析问题现象；进而基于AMESim软件建立了某客车传动系系统仿真模型，考虑系统非线性的影响，以3挡为例研究发动机滤波和间隙对加/减油门“Clunk”现象的影响，并进行实车验证及测试。对于传动系匹配和整车NVH性能提升具有重要指导意义。

1 整车Tip-in/Tip-out转速测试

某客车12 m客车匹配6速手动变速器在整车瞬态工况主观评价发现，传动系在急减油门时各挡位出现不同程度撞击声，尤其是松油门“Clunk”问题，严重影响驾驶的平顺性和乘坐的舒适性。

1.1 传感器布置

在发动机飞轮壳观察窗口盖处安装霍尔转速传感器测量发动机输出转速，在变速器大壳(中间轴超速挡齿轮对应位置)安装霍尔转速传感器测量变速器中间轴转速，在变速器后端法兰盘安装激光式转速传感器测量后桥输入端转速。具体位置如图1所示。

图1 转速传感器安装位置

1.2 测试结果分析

图2为3挡传动系发动机飞轮端、变速器一轴端和变速器法兰端转速信号(变速器中间轴和变速器法兰端转速按速比进行了换算)。

图2 3挡传动系各位置转速时域测试信号

在加/减油门的时候，系统转速出现几赫兹的低频大幅值波动；且在波动过程中变速器一轴端和变速器法兰端转速与发动机转速存在较大幅值的转速差。在车内主观感受急加速时对应出现一次撞击声，急减速时对应出现2～3次的撞击声。

2 传动系统仿真模型建立

基于AMESim软件进行建模仿真分析，建模遵循集中参数建模原则，机械系统建模包括惯量元件、容性元件和阻性元件。仿真建模系统进行了合理的简化，以达到建模和计算方便的目的。

2.1 传动系统仿真建模

建立的某客车传动系统扭振仿真分析模型，如图3所示。发动机按给定扭矩map的方式模拟。离合器从动盘按实际测试特性曲线模拟。变速器根据实际结构在AMESim软件建立齿轮啮合模型，考虑齿轮间隙和花键间隙。后桥主减和差速器等效为行星轮系。车轮等效为一个转动惯量。车身质量按经验公式等效为平动转动惯量。行驶阻力按经验公式给定。

图3 传动系扭振仿真分析模型

2.2 主要参数获取

(1)发动机扭矩map：发动机扭矩map是通过静态台架试验获取的，如图4所示。

图4 发动机扭矩map图

(2)离合器从动盘实测特性曲线：为了更好模拟离合器从动盘对的特性，在性能检测台测试获得了离合器从动盘实测特性曲线，如图5所示。

图5 离合器从动盘实测特性曲线

(3)车身等效惯量及阻力：车身质量按经验公式等效为平动转动惯量，同时需考虑轮胎滚动阻力力矩和空气阻力等效阻力力矩[9]。

2.3 仿真分析结果

图6—图7为某客车传动系统3挡加/减油门仿真结果。图6给出了油门开度的发动机、变速器一轴和后桥输入端扭矩仿真分析结果，由图可知在加/减油门过程中系统扭矩存在大幅值波动，由于传动间隙的存在，在主被动转换过程中存在较大幅值的扭矩冲击。图7对应给出了发动机输出、变速器一轴和后桥输入端转速(已按速比换算)仿真信号，同样在加/减油门的时候，系统转速出现几赫兹的低频大幅值波动；且在波动过程中变速器一轴和变速器法兰端转速与发动机转速存在较大幅值的转速差，后桥输入端相对转速差幅值最大。该转速仿真分析结果与实验测试结果趋势一致，验证了仿真模型的有效性。

图6 扭矩仿真结果

图7 转速仿真分析结果

3 不同影响因素仿真分析

3.1 不同发动机滤波时间的仿真分析结果

发动机滤波时间影响加减油门扭矩上升/下降时间，图8为仿真不同滤波时间油门开度曲线示意图。图9为不同滤波时间变速器一轴扭矩仿真结果，由图可知随着滤波时间的增加，加减油门时扭矩波动幅值减小，在扭矩正负变换过程中产生的扭矩冲击也明显降低。

图8 不同滤波时间油门开度曲线

图9 不同滤波时间变速器一轴扭矩仿真结果

图10为不同滤波时间变速器一轴转速仿真结果，由图可知随着滤波时间的增加，踩油门/松油门时变速器一轴转速波动幅值明显减小，且松油门时转速差幅值也减小，存在1处较大幅值的转速差。

图10 不同滤波时间下的变速器一轴转速仿真结果

3.2 不同传动间隙仿真分析结果

为了研究传动系统齿轮间隙的影响，分别仿真分析变速器啮合齿轮间隙、后桥主减间隙对传动系Clunk问题的影响，图11、12为不同间隙下变速器一轴转速仿真分析结果，由图可知随着齿轮间隙的变化，变速器一轴转速出现明显变化。

图11 不同啮合齿轮侧隙下变速器一轴转速变化曲线

图12 不同后桥主减侧隙下变速器一轴转速变化曲线

4 有效方案实车验证

通过前面仿真分析结果可知，发动机滤波为改善传动系统Clunk问题的有效方案，调整传动间隙帮助不大。故客车进行了发动机0.25 s和0.5 s滤波，达到预期效果，再次验证了仿真结果正确性。关于传动间隙在售后市场尝试验证，均无明显改善效果。

图13给出了不同发动机滤波时间变速器一轴和发动机飞轮端转速测试结果，可以看出发动机增加0.25 s和0.5 s滤波，变速器一轴转速波动和转速差均明显降低。0.25 s滤波、0.5 s滤波加油门时转速波动幅值分别降低约15%和24%；松油门时转速波动分别降低约35%和73%，对应转速差降低约40%、74%，且发动机增加0.25 s滤波还存在一下轻微敲击，主观评价可以接受，0.5 s滤波无敲击。

图13 不同发动机滤波时间变速器一轴和发动机飞轮端转速测试结果(3挡)

5 结束语

通过整车实验测试，分析了加/减油门时“Clunk”问题系统转速的变化，并建立传动系统AMESim仿真分析模型，结合测试结果验证了仿真模型的正确性，分析了发动机滤波时间、齿轮间隙对传动系统加/减油门Clunk问题的影响，并进行实验验证。研究表明，增加发动机滤波可有效改善或消除加/减油门时“Clunk”问题，改变传动系间隙对“Clunk”问题的解决帮助不大。