CN104100654A - 基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的方法与装置 - Google Patents

Abstract

基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的方法，该方法通过控制离合器主从动盘接合始点处轴向压缩特性，有效减少汽车起步时离合器主从动盘之间摩擦扭矩值的波动，从而有效减轻汽车起步抖振现象。包括以下步骤：计算汽车道路阻力矩；计算起步时从动盘轴向压缩力；增大汽车起步时刻从动盘轴向压缩量，兼顾接合滑磨功与整体轴向压缩量。本发明提出新的解决思路与方法，能够有效减轻汽车起步抖振状况，而且方法适应性好、成本低。本发明还提供一种基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的装置。

Description

基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的方法与装置

技术领域

本发明涉及汽车离合器，具体是一种基于从动盘轴向压缩特性的减轻汽车起步抖振的方法与装置。

背景技术

汽车在起步和换档过程中，离合器有时会产生抖振现象。离合器抖振主要原因是摩擦系数负梯度引起的。由于主从动盘摩擦系数的负梯度作用，离合器给传动系统导入一个负阻尼环节，成为自激振动能量起源，导致从动盘自激振动，离合器接合抖振。

现有的减轻汽车起步抖振的方法有两种思路，一种是采用新型摩擦材料，提高摩擦系数的负梯度值，从而使得引入系统的阻尼值增大，增加系统稳定性；其具体方法是在从动盘上应用新型摩擦片。该方法成本较高。另一种是减少或调整膜片弹簧的工作压紧力，从而减少离合器主从动盘传递的摩擦扭矩值及其可能的波动；其具体方法是采用新型膜片弹簧。该方法使得正常工作时离合器扭矩容量降低、易出现打滑故障。

发明内容

为了克服已有技术的缺陷，有效减轻汽车起步抖振状况，本发明提供一种基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的方法。

与现有两种方法不同之处在于，该方法通过优化离合器从动盘轴向压缩特性，改善离合器主从动盘接合特性，有效减少汽车起步过程离合器摩擦扭矩值的波动，从而有效减轻汽车起步抖振现象。具体方法是采用具有新轴向压缩特性的离合器从动盘。该方法能够有效降低离合器起步过程中的摩擦扭矩值波动，有效降低汽车起步抖振状况，而且成本低。

具体地，本发明的技术方案为：

基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的方法是增大汽车起步时刻的从动盘轴向压缩量至δ。

所述δ的确定包括下述步骤：

第一步：建立起步过程汽车动力学数值仿真模型；

第二步：根据车型参数，计算起步阻力矩； 

第三步：计算起步时刻主、从动盘轴向压紧力；

第四步：结合从动盘整体轴向压缩量，计算得δ。

本发明在第一步，首先根据动力学理论以及汽车构造，建立动力学微分方程组，在离合器主、从动盘滑磨阶段，其方程组为：

在离合器主、从动盘角速度相等阶段，其方程组为：

其中T_e为发动机输出力矩；J_e为发动机旋转部分及离合器主动部分的总转动惯量；W_e、W_n为离合器主、从动盘角速度；T_c为离合器传递的力矩；T_n为道路阻力矩；J_n为简化到离合器从动盘的当量转动惯量；

然后根据上述动力学微分方程组，建立汽车发动机、离合器、变速箱以及车身等构成的汽车动力学数值仿真模型。

在第二步，起步时道路阻力矩计算采用下式：

其中T_n为道路阻力矩，m_a为汽车总质量，r_r为车轮滚动半径，i_g、i_v分别为变速器起步档与主减速器传动比，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，i为坡度阻力系数。

也可以采用其他有效公式来计算T_n的值。

在第三步，起步时刻离合器从动盘轴向压紧力计算采用下式：

其中，F_b为摩擦面上的工作压紧力，T_n为道路阻力矩，μ为摩擦副材料的滑动摩擦系数，R_c为摩擦力作用半径，Z为摩擦片数目。

在第四步，若有多个能满足从动盘输出轴转速无波动要求的值，则选择起步时刻从动盘滑磨功最小的那个值。

在第四步的过程中，逐渐增大汽车起步时刻（离合器输出轴转速大于零）所对应的轴向压缩量，分别代入前述第一步建立的动力学仿真模型，计算导致的从动盘输出轴速度波动情况。根据从动盘输出轴速度波动越小、汽车抖振越小的原理，确定从动盘输出轴转速无波动下的压缩量。若有多个起步时刻轴向压缩量值能满足抖振要求，由于滑磨功越大会导致离合器温升越高，所以选择起步时刻从动盘滑磨功最小的轴向压缩量值。

本发明还提供一种基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的装置。

基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的装置，采用具有前述所述轴向压缩特性的离合器从动盘。

所述的离合器从动盘包括摩擦片，在两个摩擦片之间设置波形片，波形片的两侧端部与摩擦片的间隙量为δ的100%~110%。

波形片的两侧端部与摩擦片的间隙，包括波形片的一侧端部与上摩擦片的间隙，和波形片的另一侧端部与下摩擦片的间隙。

波形片采用整体式，由8小片组成，每小片波形片具有2个波形，通过波形片平行平面上的安装孔与两侧摩擦片进行安装固定。

应用于其他不同车型（离合器压盘、膜片弹簧）时，波形片具体结构尺寸参数可具体而定。

与前述的现有两种方法不同之处在于，本发明的方法通过优化离合器从动盘轴向压缩特性，改善离合器主从动盘接合特性，有效减少汽车起步过程离合器摩擦扭矩值的波动，从而有效减轻汽车起步抖振现象。

本发明采用具有新轴向压缩特性的离合器从动盘，通过采用提高汽车起步时刻（即离合器输出轴转速大于零）的离合器从动盘轴向压缩量，降低离合器主从动盘摩擦扭矩值变化率，进而减小汽车起步抖振。

本发明采用新的设计思路，与现有控制方法相比，具有的明显优势在于：仅需要改进从动盘波形片结构，其他部件不变动，从而控制简单、成本低。

附图说明

图1为本发明的方法流程。

图2为汽车动力学数值仿真模型。

图3为汽车起步过程中控制前发动机与离合器转速、扭矩曲线。控制前汽车起步时刻离合器从动盘轴向压缩量为0.2mm。1为控制前发动机转速，2为控制前离合器从动盘转速，3为控制前发动机扭矩，4为控制前离合器摩擦扭矩。

图4为汽车起步过程中控制后发动机与离合器转速、扭矩曲线。控制后汽车起步时刻离合器从动盘轴向压缩量为0.28mm。5为控制后发动机转速，6为控制后离合器从动盘转速，7为控制后发动机扭矩，8为控制后离合器摩擦扭矩。

图5为波形片装配示意图。

图6为图5中N的局部放大图。

图7为波形片结构示意图。

图8为图7的俯视图。

图9为实测的控制前-后从动盘轴向压缩特性曲线。其中，控制前汽车起步时刻离合器从动盘轴向压缩量为0.2mm，控制后汽车起步时刻离合器从动盘轴向压缩量为0.28mm；9为控制前从动盘轴向压缩特性曲线，10为控制后从动盘轴向压缩特性曲线。

具体实施方式

为了使本发明的思路、创作特征、工作流程、使用方法、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

方法的流程见图1。

方法包括如下步骤：

第一步：建立起步过程汽车动力学数值仿真模型。

首先根据动力学理论以及汽车构造，建立动力学微分方程组，在离合器主、从动盘滑磨阶段，其方程组为：

在离合器主、从动盘角速度相等阶段，其方程组为：

其中T_e为发动机输出力矩；J_e为发动机旋转部分及离合器主动部分的总转动惯量；W_e、W_n为离合器主、从动盘角速度；T_c为离合器传递的力矩；T_n为道路阻力矩；J_n为简化到离合器从动盘的当量转动惯量；

然后根据上述动力学微分方程组，建立汽车发动机、离合器、变速箱以及车身等构成的汽车动力学数值仿真模型。见附图2。

第二步：根据车型参数，计算起步道路阻力矩。该车型中m_a=1400Kg，车轮滚动半径r_r=0.31595m，起步i_g=3.308，后桥i_v=4.471，坡度阻力系数i=0.08，滚动阻力系数f=0。采用下式计算起步时道路阻力矩：

计算得到阻力矩T_n为23.52N.m。

第三步：起步时刻主从动盘轴向压紧力计算。采用下式：

代入车型参数，摩擦力作用半径R_c为82.5mm，摩擦副滑动摩擦系数μ为0.35，摩擦片数目Z为2。道路阻力矩Tn为第二步计算值23.52N.m。

计算得到起步时刻从动盘轴向压紧力F_b为406N。

第四步：起步时刻从动盘轴向压缩量δ计算。该实例中，从动盘整体轴向压缩量限定为0.8mm（对应轴向压紧力4310N），与上述第二步中起步时刻轴向压紧力（Fb=406N）对应的从动盘轴向压缩量依次设定为0.2mm以及0.28mm（为简化篇幅，这里仅取两个起步时刻轴向压缩量，进行数值分析与比较。）。则确定上述第二步中的起步时刻轴向压紧力（F_b=406N）对应的从动盘轴向压缩量为0.2mm以及0.28mm。比较结果表明（见附图3、4），当起步时刻从动盘轴向压缩量为0.28mm时，离合器转速波动明显减小，同时滑磨功增加较少。故确定起步时刻从动盘轴向压缩量δ为0.28mm。

第五步：设计波形片结构，满足第四步中确定的从动盘轴向压缩量要求。从动盘波形片结构见附图7、8。

波形片采用整体式，由8小片组成。每小片波形片具有2个波形，通过波形片平行平面上的2个安装孔与两侧摩擦片由螺栓D和E连接，波形片在安装状态下其两侧端部与摩擦片不接触，如附图5、6，两侧端间隙量0.3mm（为δ的107.143%）。在接合过程中，波形片C与摩擦片A、B接触状态改变使得轴向弹性改变。在接合初期，波形片仅在中间部分与摩擦片进行接触，此时波形片刚度小，轴向弹性大；在接合中后期，波形片的两端部分与摩擦片逐渐接触，此时波形片刚度逐渐增大，轴向弹性减小。

实测的控制前后从动盘轴向压缩特性曲线如附图9。

将上述的离合器从动盘进行装车，验证证实汽车起步时的抖振情况得到明显减轻。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (10)

1.基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的方法，其特征在于：增大汽车起步时刻的从动盘轴向压缩量至δ。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：δ的确定包括下述步骤：

第一步：建立起步过程汽车动力学数值仿真模型；

第二步：根据车型参数，计算起步阻力矩； 

第三步：计算起步时刻主、从动盘轴向压紧力；

第四步：结合从动盘整体轴向压缩量，计算得δ。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在第一步，根据动力学理论以及汽车构造，建立动力学微分方程组，在离合器主、从动盘滑磨阶段，其方程组为：

在离合器主、从动盘角速度相等阶段，其方程组为：

其中T_e为发动机输出力矩；J_e为发动机旋转部分及离合器主动部分的总转动惯量；W_e、W_n为离合器主、从动盘角速度；T_c为离合器传递的力矩；T_n为道路阻力矩；J_n为简化到离合器从动盘的当量转动惯量；

根据上述动力学微分方程组，建立汽车发动机、离合器、变速箱以及车身等构成的汽车动力学数值仿真模型。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在第二步，起步时道路阻力矩计算采用下式：

其中T_n为道路阻力矩，m_a为汽车总质量，r_r车轮滚动半径，i_g、i_v分别为变速器起步档与主减速器传动比，g重力加速度，f滚动阻力系数，i坡度阻力系数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在第三步，起步时刻离合器从动盘轴向压紧力计算采用下式：

其中，F_b为摩擦面上的工作压紧力，T_n为道路阻力矩，μ为摩擦副材料的滑动摩擦系数，R_c为摩擦力作用半径，Z为摩擦片数目。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在第四步，若有多个能满足从动盘输出轴转速无波动要求的值，则选择起步时刻从动盘滑磨功最小的那个值。

7.基于从动盘轴向压缩特性减轻汽车起步抖振的装置，采用具有权利要求1所述轴向压缩特性的离合器从动盘。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述的离合器从动盘包括摩擦片，在两个摩擦片之间设置波形片，波形片的两侧端部与摩擦片的间隙量为δ的100%~110%。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：波形片的两侧端部与摩擦片的间隙，包括波形片的一侧端部与上摩擦片的间隙，和波形片的另一侧端部与上摩擦片的间隙。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于：波形片采用整体式，由8小片组成，每小片波形片具有2个波形，通过波形片平行平面上的安装孔与两侧摩擦片进行安装固定。