过渡转矩变动

第一节 过渡转矩变动

从怠速状态过渡到车辆起步前进状态时,发动机的输出转矩增加,在转矩反力的作用下,动力总成振动幅度加大,并通过悬置系统向车身传递。此时发动机转矩增加幅度如果过大,乘员会有车身向前窜动的感觉。从根本上来说,转矩增加的部分,激起了动力总成的旋转振动、驱动系统的扭转振动,这些振动的振幅和发动机转矩的增加速度,或者转矩增加幅度有关。因此,使用手动变速器的汽车,高档位比低档位更容易发生振动。

这种车辆加速时的冲击,采用发动机横置的FF(前置前驱)车更易于发生。这是由于动力总成在转矩反力的作用下,因差速器齿轮的减速比较大而使传递的力很大,在这个力的作用下,被激励起来的动力总成的刚体模态,以及驱动轴的扭转模态,都呈现低频的特性。

搭载大转矩柴油机的货车,和搭载汽油机的乘用车相比,发动机的旋转速度以及转矩的增加率都低。因此,加速时产生的转矩反力反而比乘用车小,再者驱动系统的1阶扭转模态比较高,车身的惯性质量也比乘用车大,所以,同乘用车相比,货车起步时的车身冲击振动反而要低。

另一方面,从作为传递系统的发动机悬置来加以说明。动力总成的过渡振动向车身的传递,不仅仅受悬置的刚度影响,还和大位移时悬置表现出来的非线性刚度有很大的关系。力的传递,是由于弹性体的位移而引起的,车辆前进时,相当于动力总成受到一定位移的激励,悬置刚度越大,所传递的振动就越大。另外,传递到悬置的冲击激励能量,一旦被悬置作为变形能储藏起来,为了保持非线性,弹性位移的最大值就会受到限制,如图6-1所示。

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图6-1 悬置的非线性设计

发动机悬置的非线性刚度对过渡振动的传递特性的影响,可以使用简易的模型进行讨论。从讨论的结果可以知道,相对于静刚度的大小,动力总成在产生位移的时候,悬置刚度的变化是最大的,如图6-2所示。

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图6-2 发动机悬置的非线性和振动传递特性

从以上分析可知,为了抑制过渡振动的传递,极力减少悬置的非线性是有利的,而这一点却又对怠速振动不利。对于这一对立的矛盾点,在设计的时候需要详细讨论,以寻找最佳的平衡点。

另外,对于搭载大型发动机的货车来说,由于悬置承受的重量大,还要考虑悬置的使用耐久性。一般来说,货车的悬置多采用重心支持方式,每个悬置的承重功能和防振功能是必须保证的,因此要保证静刚度高、非线性少的特性。因此,限于发动机悬置设计时的诸多制约条件,为了降低怠速振动和加速时的冲击,需要注意以下各项:

●各个悬置的连接线,尽可能通过动力总成重心,或者平行于惯性主轴。

●设定各个悬置的分担载荷,保证动力总成的重量在小位移范围内的弹性支持。

●设定悬置的倾斜角,保证悬置的上下力和剪切力的适当分布。

●确认动力总成的主要振动模式,即绕曲轴中心线的旋转,在保证承担重量的同时,调整悬置的倾斜角以及剪切方向的刚度,力图使旋转方向的静刚度系数低。