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離合器接合過(guò)程的Judder問(wèn)題診斷（二）

2022-02-24 18:40:59·  來(lái)源：NVH老槍  
　
在上一篇文章中我們已經(jīng)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析確定了離合器接合過(guò)程中產(chǎn)生Judder問(wèn)題的激勵(lì)源為發(fā)動(dòng)機(jī)1階激勵(lì)，結(jié)合對(duì)產(chǎn)品一致性管控及加工工藝的理解，判定該激
在上一篇文章中我們已經(jīng)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析確定了離合器接合過(guò)程中產(chǎn)生Judder問(wèn)題的激勵(lì)源為發(fā)動(dòng)機(jī)1階激勵(lì)，結(jié)合對(duì)產(chǎn)品一致性管控及加工工藝的理解，判定該激勵(lì)的根源來(lái)自于動(dòng)力總成的裝配誤差。本篇文章將繼續(xù)該問(wèn)題的診斷與分析，對(duì)傳遞路徑中的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。
——3#老槍
傳遞路徑分析——傳動(dòng)系統(tǒng)
1. 基于1D模型的傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)分析
在離合器接合過(guò)程中，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖 1所示：

圖1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
通過(guò)上圖我們可以清晰的看出：
  1. 在離合器未開(kāi)始接合時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)中不包含飛輪（發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)）的慣量；
  2. 而離合器開(kāi)始接合時(shí)即開(kāi)始出現(xiàn)Judder現(xiàn)象，此時(shí)飛輪與離合器摩擦盤之間處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，飛輪慣量并未完全引入傳動(dòng)系統(tǒng)；
  3. 只有當(dāng)離合器完全鎖止?fàn)顟B(tài)下，飛輪側(cè)慣量才完全引入傳動(dòng)系統(tǒng)中。
因此，我們需要先分析傳動(dòng)系統(tǒng)在兩種狀態(tài)的模態(tài)特性：1）當(dāng)離合器斷開(kāi)時(shí)，以變速箱輸入軸（包含離合器摩擦盤慣量）為開(kāi)端的傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)；2）離合器完全接合后，以發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪為開(kāi)端的傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)。進(jìn)而，根據(jù)以上分析結(jié)果，去探究離合器接合過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)是否發(fā)生變化。
由于離合器斷開(kāi)時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有扭矩輸入，無(wú)法通過(guò)扭振工況試驗(yàn)去獲取系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率，所以我們根據(jù)系統(tǒng)的拓?fù)潢P(guān)系，創(chuàng)建出簡(jiǎn)易的1D系統(tǒng)模型，嘗試基于CAE分析手段，確定在離合器斷開(kāi)及完全接合兩種狀態(tài)下的傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)特性。所建立的1D模型如圖2所示。

圖2 傳動(dòng)系統(tǒng)1D仿真模型
基于1D系統(tǒng)仿真模型，對(duì)離合器未接合（飛輪慣量未引入，禁用離合器環(huán)節(jié)）及離合器完全接合（飛輪慣量完全引入）兩種狀態(tài)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)模態(tài)分析，主要查看第一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率，結(jié)果如下：
傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)
第一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率
離合器未接合狀態(tài)
12.5Hz
離合器完全接合狀態(tài)
2.9Hz
從中我們可以發(fā)現(xiàn)：在離合器未接合狀態(tài)下，傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率為12.5Hz，正好對(duì)應(yīng)Judder問(wèn)題工況的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速750rpm（即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階激勵(lì)頻率），因此造成了傳動(dòng)系統(tǒng)的共振問(wèn)題。
但是，我們還需要考慮：在離合器接合的過(guò)程中（開(kāi)始接合到完全鎖止?fàn)顟B(tài)之前），傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率是否發(fā)生變化。這個(gè)問(wèn)題我們必須要分析清楚，因?yàn)槿绻诮雍线^(guò)程中扭轉(zhuǎn)固有頻率發(fā)生變化，就意味著系統(tǒng)共振現(xiàn)象在結(jié)合過(guò)程中應(yīng)逐漸減弱，而實(shí)際上在整個(gè)結(jié)合過(guò)程中故障現(xiàn)象都比較明顯，那么就需要繼續(xù)排查是否在整個(gè)傳遞路徑中還存在其他子系統(tǒng)的問(wèn)題。
2. 離合器接合過(guò)程中的傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)
為了明確這個(gè)問(wèn)題，我們利用試驗(yàn)與仿真分析相互驗(yàn)證的方式進(jìn)行分析。首先創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)模型，目的是研究接合過(guò)程中的系統(tǒng)模態(tài)的變化情況。波動(dòng)扭矩輸入由DC值+AC值構(gòu)成的，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的激勵(lì)扭矩，其中DC值為10Nm，AC值為20Hz帶寬的偽隨機(jī)信號(hào)；離合器下游直接用一個(gè)大慣量代替，以省略復(fù)雜的下游傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；分析工況為：在0~5s的時(shí)間段內(nèi)，離合器處于開(kāi)合狀態(tài)，從5s開(kāi)始，離合器進(jìn)入滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，開(kāi)始接合。具體模型如圖3所示：

圖3 離合器接合狀態(tài)簡(jiǎn)易研究模型
根據(jù)上述模型進(jìn)行仿真分析，其分析結(jié)果如圖 4所示：
圖4 基于簡(jiǎn)易1D模型的仿真分析結(jié)果
仿真分析結(jié)果總結(jié)如下：
1. 在起始的5s時(shí)間段內(nèi)，離合器處于打開(kāi)狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)上升趨勢(shì)主要是波動(dòng)扭矩作用的結(jié)果，由于輸入扭矩較小，所以短時(shí)間內(nèi)并未使其轉(zhuǎn)速達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速，但不影響分析結(jié)果，該簡(jiǎn)易模型重點(diǎn)在于研究離合器接合前后的傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)變化。（由于模型創(chuàng)建過(guò)程中旋轉(zhuǎn)方向的定義，紅色曲線值為負(fù)，）；
2. 中間的3.8s時(shí)間段內(nèi)，離合器處于逐漸接合狀態(tài)，該過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)（綠色曲線）的角加速度波動(dòng)形式為清晰的12Hz振動(dòng)，所以在離合器逐漸接合過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)并未發(fā)生變化，即與斷開(kāi)狀態(tài)一致。
3. 當(dāng)離合器完全接合后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變速箱轉(zhuǎn)速相等，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)在完全接合的剎那（8.8s時(shí)刻）突然發(fā)生變化，呈現(xiàn)為清晰的5Hz振動(dòng)情況。
所以：基于以上的分析結(jié)果我們認(rèn)為在離合器接合過(guò)程中，傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)未發(fā)生變化與其開(kāi)啟時(shí)模態(tài)頻率保持一致，當(dāng)完全接合的剎那整個(gè)系統(tǒng)由于突然引入飛輪側(cè)慣量及離合器彈簧環(huán)節(jié)，其模態(tài)頻率突然發(fā)生變化。
接下來(lái)我們需要對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看看是否能夠得到與仿真分析相同的結(jié)論。大家應(yīng)該還記得下圖：基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中的座椅X方向振動(dòng)的ColorMap。之前我們通過(guò)分析高亮區(qū)域①及區(qū)域②，明確了Judder問(wèn)題的主要頻率?，F(xiàn)在我們需要關(guān)注高亮區(qū)域③和高亮區(qū)域④。其中區(qū)域③所呈現(xiàn)出的逐漸變頻的特性，是否反映的是傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率的變化呢？其與區(qū)域④又是否存在關(guān)聯(lián)呢？
圖5 座椅導(dǎo)軌X方向振動(dòng)ColorMap
為了研究清楚上述問(wèn)題，我們需要對(duì)該ColorMap進(jìn)行簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)處理及輔助線的添加。具體思路為：由于區(qū)域③呈現(xiàn)變頻特性，同時(shí)頻率逐漸減小，而在離合接合過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速差同樣呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。所以更改瀑布圖Z方向坐標(biāo)軸，將時(shí)間歷程轉(zhuǎn)變?yōu)轱w輪端轉(zhuǎn)速與變數(shù)箱輸入軸轉(zhuǎn)速之差并添加1階階次線并做階次切片處理，如圖6左圖所示（由于變速箱輸入軸信號(hào)不好，故利用變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速乘以1檔傳動(dòng)比進(jìn)行代替，但變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速在離合器完全接合后存在突變異常，故接合后的轉(zhuǎn)速不可信）；將該階次切片拖入右圖，查看輔助線趨勢(shì)（圖中黑色曲線）可以發(fā)現(xiàn)黑色階次輔助線與區(qū)域③高亮線重合證明該振動(dòng)頻率變化為飛輪端與變速箱輸入軸相對(duì)轉(zhuǎn)速的1階響應(yīng)，并非扭振模態(tài)變化趨勢(shì)。與區(qū)域④高亮區(qū)域未連接關(guān)聯(lián)。
圖6 基于座椅導(dǎo)軌X方向振動(dòng)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果
那如何理解區(qū)域③為飛輪端與變速箱輸入軸相對(duì)轉(zhuǎn)速的1階響應(yīng)呢？通過(guò)觀察圖5可以發(fā)現(xiàn)：以發(fā)動(dòng)機(jī)一階激勵(lì)響應(yīng)為中心頻率，圖中還存在與區(qū)域③對(duì)稱的邊頻響應(yīng)，整體呈現(xiàn)“V”型特征。該特征與典型的信號(hào)調(diào)制問(wèn)題特征相符。所以區(qū)域③實(shí)際上是變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1階振動(dòng)產(chǎn)生調(diào)制，過(guò)程之初變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速趨近于零（即調(diào)制頻率趨近于0Hz），隨著離合器的接合，變數(shù)箱輸入軸轉(zhuǎn)速逐漸升高，調(diào)制頻率也隨之升高呈現(xiàn)相對(duì)于中心頻率的邊頻逐漸增大的特征（以發(fā)動(dòng)機(jī)1階響應(yīng)為中心頻率，呈現(xiàn)“V”型特征）。
又因?yàn)閷?duì)于縱置發(fā)動(dòng)機(jī)、后驅(qū)非獨(dú)立懸架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，后橋鼻端振動(dòng)情況與傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)高度相關(guān)。因此為了更為直觀驗(yàn)證我們的結(jié)論，可以基于同樣的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)后橋鼻端振動(dòng)進(jìn)行分析。其分析結(jié)果如圖7所示：
圖7 后橋鼻端振動(dòng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果
同樣將左圖中飛輪與變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速差的1階切片拖入右圖，觀察輔助線趨勢(shì)：階次輔助線（黑色）與區(qū)域③高亮線重合，證明該區(qū)域振動(dòng)頻率變化的確對(duì)應(yīng)飛輪與變速箱輸入軸相對(duì)轉(zhuǎn)速的1階成分，即變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1階激勵(lì)產(chǎn)生調(diào)制所引起的振動(dòng)響應(yīng)，而并非是扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率的變化；在離合器完成接合后，后橋鼻端振動(dòng)同樣出現(xiàn)3Hz左右高亮振動(dòng)，對(duì)應(yīng)離合器1檔完全接合后的扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率。同樣說(shuō)明：扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率在離合器的接合過(guò)程中未發(fā)生明顯變化，而當(dāng)離合器鎖止后立即產(chǎn)生突變。
3. 小結(jié)：
通過(guò)1D簡(jiǎn)易仿真模型分析與試驗(yàn)結(jié)果的相互驗(yàn)證，我們得到如下結(jié)論：
1. 離合器開(kāi)啟狀態(tài)下，傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率為12.5Hz，離合器完全接合后，該頻率由于飛輪端慣量的引入立即下降至約3Hz左右；
2. 離合器接合過(guò)程中（即Judder現(xiàn)象的問(wèn)題工況中），傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率并未發(fā)生變化；而在離合器完全鎖止的剎那，系統(tǒng)模態(tài)頻率產(chǎn)生突變，由12.5Hz突然下降至3Hz；
3. 傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)模態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1階激勵(lì)頻率發(fā)生耦合，引起整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，通過(guò)后懸架系統(tǒng)耦合產(chǎn)成車身的X方向的異常振動(dòng)。
經(jīng)過(guò)上述分析，已經(jīng)鎖定了問(wèn)題產(chǎn)生的根源。下面，我們還需進(jìn)一步排查車架、車身等其他傳遞路徑環(huán)節(jié)，看是否存在其他放大的現(xiàn)象。相關(guān)內(nèi)容將在之后第三篇文章中繼續(xù)為大家呈現(xiàn)，敬請(qǐng)期待。
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