车辆起步抖动影响因素仿真研究*

罗森侨，朱 鹏，冷鸿彬

（1.四川城市职业学院汽车工程系，四川 成都 610000；2.成都市简阳空天产业功能区管委会，四川 成都 641400）

汽车在起步时，尽管缓抬离合器踏板、轻踩油门踏板或不踩油门踏板，此时离合器处于黏滑阶段，汽车并不能平稳起步前进，而是在前进的过程中整车有前后方向的振动[1]。车外人员能够观察到汽车轮胎的抖动，抖动从方向盘、车厢地板和座椅等途径传递到驾乘人员身体，使驾乘人员感受到不适的震颤感觉，同时可能伴随有噪声。离合器接合时仍会出现全车振动，使车辆不能平稳起步。汽车起步抖动不但会降低驾乘人员乘坐舒适性，而且会加速相关零部件的老化和疲劳破坏，缩短零部件的使用寿命[2]。同时，起步抖动增加了缺乏经验的驾驶员误操作的可能，影响到汽车行驶安全性。因此，起步抖动应该及时予以排除。综上，起步抖动客观上主要表现为汽车前后方向的振动；主观上主要表现为驾乘人员的一种不适的震颤感，并可能伴随有噪声的产生。

1 起步抖动评价指标

根据工程经验，车辆起步抖动主要表现为起步时车身的纵向振动[3]。因此，可根据座椅导轨处纵向振动加速度指标对起步抖动程度（起步抖动冲击度和起步抖动持续度）进行评价[3]。

车身纵向振动加速度指标——N2-idx（N2-index）。该指标意为在车辆起步过程中，整个离合器接合时间段内瞬时加速度值大于N2-idx指标的数据点数不超过结合时间内总数据点数的2%（例如，离合器接合时间为3 s，采样频率为500 Hz，则3 s内大于N2-idx的数据点数不超过30个），这样做的好处在于可以避免由于试验过程中瞬时峰值过大带来的干扰。该指标可用于评价车辆起步抖动的冲击程度。

2 影响因素贡献度分析

影响车辆起步抖动的子系统有发动机、飞轮、离合器、变速器、传动轴、主减速器、驱动半轴、车轮和悬架等，并且每个子系统对于起步抖动的影响还可继续往下细分，最终可分至车辆结构的动力学特性，亦为影响车辆起步抖动的根源。鉴于影响车辆起步抖动的因素众多，且不同因素对起步抖动的贡献度不同，因此需要对影响因素进行“筛选”，此处所述的“筛选”即为影响贡献度分析。基于此，可对车辆起步抖动的产生机理进行揭示，同时在工程实际中对减轻车辆起步抖动提供参考。

根据江淮M4车型参数一档起步进行起步抖动仿真分析，结果如图1所示。针对江淮M4车型进行起步抖动N2-idx指标影响因素贡献度分析，结果如图2所示，图中竖直红线为影响因素贡献度5%标尺。

图1 江淮M4车型一档起步抖动仿真分析结果

由图2可知，离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献相对最大，离合器摩擦片外径Ro、内径Ri贡献次之。即离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F、离合器摩擦片外径Ro、内径Ri取值越大，起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标越大[4]。另外，驱动半轴扭转刚度k6、驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标降低贡献相对最大，即驱动半轴扭转刚度k6、驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7取值越大，起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标越小。故减小离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F、离合器摩擦片外径Ro、内径Ri取值，同时增大驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7、驱动半轴扭转刚度k6取值可在一定程度上降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标，即可降低车辆起步过程中抖动冲击度。

图2 江淮M4一档起步抖动影响因素贡献度分析结果

3 影响因素

由图2可知，对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献度大于5%的影响因素有离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F、离合器摩擦片外径Ro、内径Ri；对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标降低贡献度大于5%的影响因素有驱动半轴扭转刚度k6、驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7。其他影响因素对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升或降低贡献度均远小于5%。所以，本研究对于起步抖动影响因素仅分析对车身纵向振动加速度N2-idx指标贡献度大于5%的影响因素。

3.1 离合器摩擦片静摩擦系数μ0

由图1仿真分析结果可知，车身纵向振动加速度N2-idx指标为1.185 1 m/s2，离合器摩擦片静摩擦系数μ0对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献度最大。故减小离合器摩擦片静摩擦系数μ0取值可大幅降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标。因此，对离合器摩擦片静摩擦系数μ0取值进行调整：取值由0.226减小至0.222，调整离合器摩擦片静摩擦系数μ0取值后仿真结果如图3所示，车身纵向振动加速度N2-idx指标已降为1.058 5 m/s2。

图3 调整μ0取值后仿真分析结果

3.2 离合器压盘压紧力幅值F

由图1仿真分析结果可知，车身纵向振动加速度N2-idx指标为1.185 1 m/s2，离合器压盘压紧力幅值F对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献度第二大。故减小离合器压盘压紧力幅值F取值亦可较大幅度降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标。因此，对离合器压盘压紧力幅值F取值进行调整：取值由700 N减小至690 N，调整离合器压盘压紧力幅值F取值后仿真结果如图4所示，车身纵向振动加速度N2-idx指标已降为1.081 2 m/s2。

图4 调整F取值后仿真分析结果

3.3 离合器摩擦片外径Ro、内径Ri

由图1仿真分析结果可知，车身纵向振动加速度N2-idx指标为1.185 1 m/s2，离合器摩擦片外径Ro、内径Ri对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献度较大。故减小离合器摩擦片外径Ro、内径Ri取值亦可在一定程度上降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标。因此，对离合器摩擦片外径Ro、内径Ri取值进行调整：Ro由0.22 m减小至0.218 m；Ri由0.15 m减小至0.149 m；调整离合器摩擦片外径Ro、内径Ri取值后仿真结果如图5所示，车身纵向振动加速度N2-idx指标已降为1.126 2 m/s2。由此可看出同时单独微调对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献度较大的影响因素取值，贡献度越大的因素对于车身纵向振动加速度N2-idx指标的改善程度就越大，说明车辆起步抖动影响因素贡献度分析是切实可行的。

图5 调整Ro、Ri取值后仿真分析结果

3.4 驱动半轴扭转刚度k6

由图1仿真分析结果可知，车身纵向振动加速度N2-idx指标为1.185 1 m/s2，驱动半轴扭转刚度k6对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标降低贡献度最大。故增大驱动半轴扭转刚度k6取值可较大程度上降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标。因此，对驱动半轴扭转刚度k6取值进行调整：由13 850 Nm/rad增大至18 850 Nm/rad；；调整驱动半轴扭转刚度k6取值后仿真结果如图6所示，车身纵向振动加速度N2-idx指标已降为1.064 6 m/s2。

图6 调整k6取值后仿真分析结果

3.5 驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7

由图1仿真分析结果可知，车身纵向振动加速度N2-idx指标为1.185 1 m/s2，驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标降低贡献度较大。故增大驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7取值可在一定程度上降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标。因此，对驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7取值进行调整：由25 kg·m2增大至30 kg·m2；调整驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7取值后仿真结果如图7所示，车身纵向振动加速度N2-idx指标已降为1.092 m/s2。

图7 调整J7取值后仿真分析结果

3.6 影响因素综合分析

由图1仿真分析结果可知，车身纵向振动加速度N2-idx指标为1.185 1 m/s2。离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标提升贡献相对最大，离合器摩擦片外径Ro、内径Ri贡献次之。另外，驱动半轴扭转刚度k6、驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7对于起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标降低贡献相对最大。故减小离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F、离合器摩擦片外径Ro、内径Ri取值，同时增大驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7、驱动半轴扭转刚度k6取值可大大降低起步抖动过程中车身纵向振动加速度N2-idx指标，即可大大降低车辆起步过程中抖动冲击度。因此，同时对上述6个参数进行如下调整：

1）离合器摩擦片静摩擦系数μ0由0.226减小至0.222；

2）离合器压盘压紧力F由700 N减小至690 N；

3）离合器摩擦片外径Ro由0.220 m减小至0.218 m；

4）离合器摩擦片内径Ri由0.150 m减小至0.149 m；

5）驱动半轴扭转刚度k6由13 850 Nm/rad增大至18 850 Nm/rad；

6）驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7由25 kg·m2增大至30 kg·m2。

同时调整上述6个参数取值后仿真结果如图8所示，车身纵向振动加速度N2-idx指标已大幅降低至0.724 3 m/s2。表明由影响因素贡献度分析结果所指导的参数调整方案是切实有效的。

图8 同时调整6个参数取值后仿真分析结果

4 总结

本研究通过影响因素贡献度分析可知，离合器摩擦片静摩擦系数μ0、离合器压盘压紧力幅值F、离合器摩擦片外径Ro、内径Ri、驱动半轴扭转刚度k6、驱动半轴、差速器及簧下质量等效转动惯量J7对起步抖动的影响相对最大，而这些因素中部分参数对离合器摩擦力影响较大，从而可能引发系统的强迫振动。最后，根据影响因素贡献度分析结果对相应参数取值作出调整，从而达到手动档汽车起步抖动的整改目的。