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離合器接合過程的Judder問題診斷（一）

2022-02-23 20:58:24·  來源：NVH老槍  
　
距離上一篇《源—路徑—響應(yīng)系列工程診斷案例分享》系列文章已經(jīng)過去了一段時(shí)間，今天筆者繼續(xù)我們這一專題，給大家?guī)硪黄P(guān)于輕型卡車離合器在接合過程中產(chǎn)生
距離上一篇《源—路徑—響應(yīng)系列工程診斷案例分享》系列文章已經(jīng)過去了一段時(shí)間，今天筆者繼續(xù)我們這一專題，給大家?guī)硪黄P(guān)于輕型卡車離合器在接合過程中產(chǎn)生Judder問題的相關(guān)診斷介紹。同樣希望對大家有所啟發(fā)。由于內(nèi)容較多，分三期為各位看官呈現(xiàn)。
激勵(lì)源的鎖定
1. 問題現(xiàn)象描述
本案例中為某輕型卡車（手動(dòng)變速箱，縱置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，后驅(qū)非獨(dú)立懸架），主觀評價(jià)反饋部分車輛在一檔起步過程中離合器未完全鎖止?fàn)顟B(tài)下存在嚴(yán)重的整車抖動(dòng)問題（整車X方向）——即Judder現(xiàn)象，離合器鎖止后整車抖動(dòng)問題消失。首先通過該現(xiàn)象描述可以判斷該問題與產(chǎn)品一致性管控存在關(guān)聯(lián)，因?yàn)椴⒎侨寇囕v的共性問題。
故首先我們對問題車輛的問題工況進(jìn)行基礎(chǔ)試驗(yàn)測試，通過對比目標(biāo)點(diǎn)、參考點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定激勵(lì)源及相關(guān)傳遞路徑。車內(nèi)以座椅導(dǎo)軌振動(dòng)作為目標(biāo)點(diǎn)。由于在離合器接合過程中，飛輪端轉(zhuǎn)速、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速、變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速、甚至后橋輸入軸轉(zhuǎn)速的采集，對問題研究存在重要意義，故對相應(yīng)點(diǎn)位進(jìn)行高精度扭振測試，即獲取相關(guān)轉(zhuǎn)速的DC值與AC值。相應(yīng)測試方法如圖 1所示：
圖1 傳動(dòng)系重要點(diǎn)位的扭振測試
基礎(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果如圖 2所示：
圖2 問題工況基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)
Pink=座椅導(dǎo)軌X方向振動(dòng)；
Blue=變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速；
Green=變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速；
Red=飛輪端轉(zhuǎn)速
車輛起步過程中，根據(jù)Judder現(xiàn)象的特點(diǎn)可分為四個(gè)階段，下面對四個(gè)階段分別進(jìn)行相關(guān)描述：
階段1：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為750rpm，變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速很低導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量差，離合器開始接合，處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)。該階段內(nèi)Judder現(xiàn)象最為明顯。
階段2：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm，變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速持續(xù)升高證明離合器仍處于未完全接合狀態(tài)，Judder現(xiàn)象較階段1略有減小。
階段3：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為850rpm，變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速仍持續(xù)升高故離合器依舊未完全接合，但Judder現(xiàn)象逐漸好轉(zhuǎn)。
階段4：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速表明離合器已經(jīng)完全接合，處于鎖止?fàn)顟B(tài)，Judder現(xiàn)象徹底消失。
2. 激勵(lì)源的鎖定
根據(jù)上述對基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)域分析我們可以發(fā)現(xiàn)，Judder問題現(xiàn)象的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接相關(guān)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升Judder現(xiàn)象呈現(xiàn)下降趨勢。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，在傳遞路徑中一定存在某一子系統(tǒng)或多個(gè)子系統(tǒng)模態(tài)與激勵(lì)頻率耦合從而造成系統(tǒng)共振引起整車抖動(dòng)現(xiàn)象。為了更好地研究激勵(lì)頻率，我們對基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)頻域分析。分析結(jié)果如圖 3所示：
圖3 座椅導(dǎo)軌X方向振動(dòng)Color Map
對座椅導(dǎo)軌X方向振動(dòng)進(jìn)行頻域分析，獲取其ColorMap圖，通過分析發(fā)現(xiàn)圖中區(qū)域①與Judder現(xiàn)象的時(shí)域特征相吻合，該區(qū)域內(nèi)對應(yīng)的頻率為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的1階頻率，然而作為四缸燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，其主激勵(lì)階次為2階（區(qū)域②）。所以可以清晰的判定該案例中的Judder問題是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階激勵(lì)所造成。
為了研究這一問題，首先我們可以針對該問題，創(chuàng)建“源—傳遞路徑—響應(yīng)”模型（如所圖 4所示），以更清晰地理解該問題產(chǎn)生的機(jī)理。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階激勵(lì)首先會(huì)造成傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩波動(dòng)，而后通過后懸架耦合為平動(dòng)方向的振動(dòng)，最后通過車架傳至車身，造成整車X方向振動(dòng)表現(xiàn)。
圖4 傳遞路徑分析思路
通常情況下，Judder現(xiàn)象是由于系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)阻尼特性而引起的自激振動(dòng)。然而本案例中明顯是基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階激勵(lì)的振動(dòng)問題，所以排除自激振動(dòng)的可能。
那么對應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階的激勵(lì)是如何產(chǎn)生的呢？實(shí)際上，在離合器接合過程中（滑動(dòng)摩擦狀態(tài)），基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的1階激勵(lì)就意味著飛輪每旋轉(zhuǎn)一圈便產(chǎn)生一次激勵(lì)，再結(jié)合文章開篇所提到的產(chǎn)品一致性問題，我們不難判斷該一階激勵(lì)是由于動(dòng)力總成在裝配過程中飛輪側(cè)與離合器側(cè)不對中問題所造成的。
具體情況如圖 5所示。動(dòng)力總成在裝配過程中，若飛輪側(cè)與離合器側(cè)存在較明顯的偏心，或?qū)χ薪嵌绕?，均?huì)在離合器接合摩擦過程中，造成對應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階的扭矩波動(dòng)，進(jìn)而傳遞至變速箱輸入軸，造成下游的傳動(dòng)系統(tǒng)扭矩波動(dòng)。
圖5 裝配誤差造成的基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的1階激勵(lì)
在發(fā)動(dòng)機(jī)1階激勵(lì)來源的分析過程中，之所以未考慮曲軸動(dòng)平衡問題，其原因在于：如果是曲軸存在較為明顯的動(dòng)不平衡，其所產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)1階激勵(lì)，在離合器接合后將仍會(huì)存在，而不會(huì)消失。
3. 小結(jié)：
1. 基于問題工況數(shù)據(jù)分析，在離合器接合過程中整車Judder現(xiàn)象明顯，主要為發(fā)動(dòng)機(jī)1階激勵(lì)；
2. 根據(jù)對產(chǎn)品一致性管控，加工工藝的理解，判定該問題的根源來自于動(dòng)力總成的裝配誤差；
3. 對應(yīng)問題工況，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，整車振動(dòng)量級呈現(xiàn)下降趨勢，因此可以判斷存在系統(tǒng)共振問題。
下面需要對離合器接合過程中傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)，車架及車身模態(tài)進(jìn)行分析，系統(tǒng)地進(jìn)行傳遞路徑分析。相關(guān)內(nèi)容將在之后兩篇文章中為大家呈現(xiàn)，敬請期待。
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