某輕型汽車離合系統隔振技術的探討和研究

凡則宏，楊允輝，任思義，張雷博

（安徽江淮汽車股份有限公司 商用車研究院，安徽 合肥 230601）

某輕型汽車離合系統隔振技術的探討和研究

凡則宏，楊允輝，任思義，張雷博

（安徽江淮汽車股份有限公司 商用車研究院，安徽 合肥 230601）

汽車離合系統作為一類與操控者接觸頻率較高的元件，其舒適性是一項不可或缺的品質指標[1]。本文以某輕型客車為例，對踏板振動進行測試，并對測試的特性圖、頻譜以及振動產生的機理進行分析，確定了系統產生振動的原因和解決方案?；谠囼灁祿膶Ρ确治霭l現，采用螺旋管+限流閥+動態隔振器的方式可有效解決振動問題，以此來大幅提高離合系統的舒適性。最后，還通過實車測試探究了隔振結構對離合系統的影響。

離合系統；振動；隔振器；限流閥；頻譜圖

CLC NO.:U463.211Document Code:A A rticle ID: 1671-7988(2014)06-40-04

發展現狀

離合踏板振動指數作為離合系統重要的商品性評價標準之一，正被越來越多的客戶重視，嚴重時直接引起顧客抱怨。目前輕型客車離合管路一般都不設置隔振器或者為單一隔振器，降振的效果不理想。本文作者通過平時的工作積累，以某輕型客車為例，分析管路壓力波動產生機理，通過螺旋管+限流閥+動態膜片隔振器的方式對液壓波動頻率和振幅進行改變，從而減小踏板振動，提高踏板舒適性。這些方法和結論可為后續開發新產品提供改進依據。

1、液壓波動產生機理分析

液壓式離合系統工作原理：駕駛員踩下踏板，推動主缸向前移動，管路液體產生壓強傳遞到分缸，分缸推桿向前推動撥叉，最終使分離軸承前移，膜片受力后，離合器開始分離。

1.1 傳感器的布置

根據其工作原理，在踏板和飛輪處安裝測試傳感器，測量飛輪的對離合產生的振動以及管路液壓波動反饋到踏板的振動。傳感器布置圖如下：

1.2 測試工況

（1）怠速工況

（2）發動機轉速由怠速提高到5000r/min

（備注：均為空擋、拉起駐車制動，車輛在測試過程中無運動）

1.3 測試結果

按照上訴方法，收集數據如下：

從圖中可得出，踏板振動在自由行程12mm的范圍內最為劇烈，振動加速度可達2.51m/s2，一般認為可接受的范圍在

測試結果分析：

(1)離合管路液壓波動主要在發動機轉速1700r/min—3300r/min范圍內產生，液壓波動頻率在80Hz-480Hz，波動加速度最高可達2.59m/s2。

(2)初步可得出管路產生液壓的主要機理為：發動機曲軸工作時產生軸向竄動，同時曲軸彎曲導致飛輪擺動，兩者共同作用在分離軸承上，引起管路內液體產生一個激勵頻率與飛輪相同的液體波動脈沖，脈沖以管路、主缸為介質，最終引起離合踏板振動。

2、離合系統管路隔離發動機振動的優化方案

雖然管路中產生液壓波動主要原因為曲軸軸向竄動和曲軸彎曲的共同作用，但是，對于任何一款發動機來說，軸向竄動和彎曲是不可避免的。 從根源出發，優化曲軸竄動，就目前的技術和制造工藝來看，不可能在短時間內有明顯提高，而且成本較高。

對此，為解決該車型問題，本次提出在一個離合系統中同時采用螺旋管+限流閥+動態隔振器組合隔離振動的方法，對系統波動脈沖進行衰減，從而減小踏板的振動。

2.1 管路的設計與優化

液壓管路中的液體振動不僅影響工作質量，使元件的壽命降低，而且會產生噪聲，污染環境，甚至損壞元件與密封。管路內的振動往往來源于壓力和流量的波動，當系統封閉時，流動的液壓油在受到分缸的脈動流量作用下，沖擊封閉管路，當管子的長度適合時，將整個系統發生諧振，導致管內液體脈動能量大幅提高，這在液壓系統中要盡力避免[2]。

在此之前通過測試已判定出，管路振動由曲軸的竄動和彎曲引起，最終反饋到踏板上。在低振幅的情況下，只需要對離合器高壓油管直徑和長度做簡單的調整，改變系統固有頻率，就能達到滿意的隔振效果[3]。

輕型客車貫用管路為雙層銅焊鋼管4.76×0.71 YB/T 4164，多為直線折彎形式。據此，管路優化方案為將直線管路設改為螺旋管（該輕客車型為8圈右旋），從而改變系統的剛度，避開發動機低轉速振動區域。2.2 系統增加隔振器的設計與優化

雖然系統管路中增加了螺旋管，但螺旋管僅起到減小液體沖擊波振幅的作用，振動的頻率范圍沒有改變，隔離發動機的振動激勵依然沒有解決。為確保有效的衰減振動頻率，特采用了靜態隔振器+膜片動態隔振器組合的方案。

2.2.1 隔振器工作原理

2.2.1 .1 限流閥

工作原理：當管路液體產生強烈沖擊時，限流閥的孔截面不變，單位時間的截面流量一定，可以阻滯低頻率（≤150Hz）的沖擊波，從而達到隔振的效果。

工作特性：a.適用于低頻率液體脈沖；

b.由于截面積一定，增大了踏板力的遲滯性。

2.2.1 .2 動態隔振器

工作原理：隔振器中設置有一塊的膜片，膜片的剛度可以調整，一般通過調整厚度來控制剛度。當沖擊波產生時，液體壓力瞬間增大，膜片會產生自動根據壓力值產生可恢復性變形，消除沖擊波。由于膜片對壓力敏感，可消除100Hz—500Hz頻率的沖擊。

工作特性：a.適用于100Hz—500Hz頻率液體脈沖；

b.膜片的剛度可調，能自動適應液體波動；

c.系統最終方案的確定。

2.3 最終確定的優化方案

根據初期振動產生的機理，以及每個隔振部件的工作特性，不難得出最終方案：采用螺旋管+限流閥+動態隔振器，可以有效降低振幅，同時還可以去除不同振動頻率范圍的振動?；驹韴D如下。

3、離合隔振系統試驗測試

在熟悉掌握了該車型離合隔振系統構造和主要部件后，為了確認隔振效果，特對離合系統進行振動測試。主要考查加裝隔振裝置后，對系統振動方面的改善效果。

3.1 測試項目

（1）踏板振動頻譜和曲線圖，考查隔振效果以及改善情況

（2）離合踏板特性曲線，考查隔振裝置對系統的影響3.2 測試工況

（1）怠速工況 ；

（2）發動機轉速由怠速提高到5000r/min。

（備注：均為空擋、拉起駐車制動，車輛在測試過程中無運動）

3.3 測試結果

按照上述步驟，測試結果如下

3.3.1 振動頻譜和曲線

由圖9和圖10可以看出，經加裝隔振裝置后優化后的系統，振動頻率和振幅都得到不同程度的改善，其中振幅表現為最明顯，在踏板全行程運動過程中，振幅由原來的20.6 m/s2降低至3.0 m/s2，振動區域由踏板50mm—100mm轉移到100mm—160mm之間，說明隔振裝置對降低振幅和改善振動頻率起到了良好作用，遠優于初始狀態，相對于初始狀態85%的振動得到改善。

3.3.2 離合特性曲線對比圖

比較優化方案和初始方案的分析結果，可以看到優化之后，踏板踩下時，踏板力有所增加，踏板回位時踏板力有所減小，分離點、結合點位移發生相應變化，表明隔振裝置對系統起到一定阻滯作用，但影響不大。從表1數據中可看出，相對初始方案踏板力差值范圍始終在2N—8N，后備行程由51.0mm降低至45.0mm（ΔS=6mm），處于設計誤差范圍內。通過比較，表明隔振器能改變系統的踏板力、分離以及結合行程，但阻滯效果可以忽略，系統特性與初始狀態基本一致。

4、結論

（1）管路液壓波動主要由曲軸軸向竄動和彎曲導致，踏板作為終端將振動反饋給駕駛員。

（2）通過在管路系統中增加隔振結構，有效的解決了輕型客車離合系統存在液體壓力波動的現狀，相對于初始狀態85%的振動得到改善，并且具備量產水平。

（3）探究了隔振結構對離合系統的影響，事實證明，隔振結構對系統有一定的阻滯作用，但阻滯效果可以忽略，系統特性與初始狀態基本一致。

[1] 劉明周，胡金鑫，扈靜等．基于動作元的汽車離舍器操縱舒適性的優化[J]．汽車工程，2011，33(1)：1．

[2] 張祝新，趙丁選，張雅琴．液壓管路的諧振問題研究[D]．長春：長春工程學院機械工程系，2006．

[3] 郭夢夢，趙福全，楊安志等．離合踏板振動分析與優化[J]．農業裝備與車輛工程，2012，50(7)：45-50．

A light vehicle clutch system vibration isolation technology to exp lore and study

Fan Zehong, Yang Yunhui, Ren Siyi, Zhang Leibo
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Commercial Vehicle Research Institute, Anhui Hefei 230601)

Automotive clutch systems as a class and manipulators exposure to high-frequency components, the com fort is an integral part of quality indicators [1]. In this paper, a light passenger cars, for example, the pedal vibration test, the mechanism of the characteristic diagram of the test, spectrum and vibration generated analysis to determine system vibration and solutions. Based on the comparison of the experimental data analysis, the spiral + limiting valve + dynamic vibration isolator way can effectively solve the vibration problem, in order to substantially increase the com fort of the clutch system. Finally, through real tests to explore the impact of vibration isolation structure of the clutch system.

clutch systems; vibration;vibration isolator; lim iting valve;spectrum

U463.211

A

1671-7988(2014)06-40-04

凡則宏，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。