雙質量飛輪在微車扭振治理中的應用

李洪亮，黃元毅，鄧江華，何森東，王 東

（1.中國汽車技術研究中心汽車工程研究院，天津 300300；2.上汽通用五菱股份有限公司技術開發中心，廣西柳州 545007；3.西南交通大學振動噪聲研究所，四川成都 610031）

汽車的噪聲（Noise）、振動（Vibration）及不舒適性（Harshness）簡稱為NVH。隨著汽車工業的發展，汽車的NVH已經成為當前研究的熱點，其中，動力傳動系扭振是造成汽車NVH問題的重要因素之一［1－2］。按照治理目標，治理措施分為對振動源的治理、對振動傳遞路徑的治理以及對噪聲和振動接收對象的保護。雙質量飛輪就是在動力傳動系扭振傳遞路徑中進行有效減振的措施之一。通過調整雙質量飛輪內部的扭轉剛度及主、次飛輪的轉動慣量，改變了整個動力傳動系的扭振固有特性，避免了共振的產生，具有良好的減振性能［3－6］。

針對某發動機前置后驅的微車由動力傳動系扭振引致的低速車內噪聲和振動問題，本研究擬建立該車動力傳動系的扭振當量計算模型，分析雙質量飛輪的關鍵參數對其減振效果的影響，實現雙質量飛輪的匹配設計，并對雙質量飛輪的減振效果進行驗證。

1 問題描述

由于某發動機前置后驅微車的動力傳動系在發動機低轉速時（轉速1 000～1 500rpm）扭振劇烈，引起車內較大的噪聲和振動（車內噪聲與振動測試結果如圖1所示），嚴重影響了車內人員的乘坐舒適性。

圖1 車內振動和噪聲測試結果Fig.1 Test results of vehicle interior noise ＆vibration

對其動力傳動系進行扭振測試（如圖2所示）后發現，該車在發動機低轉速時，動力傳動系扭振非常劇烈，且在1 500rpm附近存在峰值。

從圖1，2中可以看出，該車動力傳動系在發動機低轉速時扭振較大，并造成了嚴重的車內噪聲和振動問題，必須對其進行治理。而雙質量飛輪是治理軸系扭振最有效的措施之一，因此，本研究擬采用雙質量飛輪對其扭振進行治理，以期取得較好的減振效果，解決該車低速噪聲和振動問題，提升整車NVH性能。

2 關鍵參數對減振效果的影響

2.1 扭振當量模型的建立

圖2 動力傳動系扭振測試Fig.2 Test results of torsional vibration

汽車動力傳動系是一個復雜的多體系統。在分析汽車傳動系統的扭轉振動時，將其實際結構轉換成一個由有剛度無轉動慣量的軸段以及有轉動慣量無剛度的慣量盤構成的多自由度系統，即實際傳動系的扭振當量系統［7－8］。

根據該發動機前置后驅微車的動力傳動系（如圖3所示）及其使用的雙質量飛輪的初始參數，建立該車動力傳動系在安裝雙質量飛輪時的扭振當量計算模型。通過該模型，計算獲取動力傳動系的扭振模態信息以及在發動機激勵下動力傳動系的扭振響應。

圖3 動力傳動系扭振當量模型結構示意Fig.3 Drivetrain equivalent torsion model

2.2 初級慣量對動力傳動系扭振響應的影響

應用動力傳動系扭振當量計算模型，針對雙質量飛輪的初級慣量（也稱主飛輪慣量）、次級慣量以及扭轉剛度對系統扭振響應的影響進行仿真分析。

保持雙質量飛輪次級慣量和扭轉剛度不變，初級慣量對動力傳動系扭振的影響如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著雙質量飛輪初級慣量的增加，傳動軸輸出端的扭振角位移幅值減小，其減振效果變好，因此，在條件允許的情況下，應適當增加雙質量飛輪的初級慣量。

圖4 初級慣量對動力傳動系扭振的影響Fig.4 The impact of primary inertia

2.3 次級慣量對動力傳動系扭振響應的影響

保持雙質量飛輪的初級慣量和扭振剛度不變，次級慣量對動力傳動系扭振的影響如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著次級慣量的增加，傳動軸輸出端的扭振角位移幅值總體減小，但在1 100rpm的峰值處增加。因此，在滿足減振要求的前提下，可適當降低次級慣量，以減小峰值處的幅值，使動力傳動系扭振在整個轉速范圍內的變化較為均勻、平緩，以提升整車的NVH性能。

圖5 次級慣量對動力傳動系扭振的影響Fig.5 The impact of secondary inertia

2.4 扭轉剛度對動力傳動系扭振響應的影響

保持雙質量飛輪初級和次級慣量不變，扭轉剛度對動力傳動系扭振的影響如圖6所示。從圖6中可以看出，雙質量飛輪扭轉剛度越低，其減振作用越為明顯。因此，在滿足動力傳動系扭矩傳遞的條件下，應適當減小雙質量飛輪的扭振剛度，以提升其減振效果。

圖6 扭轉剛度對動力傳動系扭振的影響Fig.6 The impact of the torsional rigidity

3 雙質量飛輪的減振效果分析

3.1 扭振當量模型的計算對比分析

結合工程應用環境，對雙質量飛輪的關鍵參數進行調整。將關鍵參數代入當量模型中進行扭振自由振動和強迫振動計算，將計算結果與原車狀態進行對比。

根據雙質量飛輪的結構特點，相比傳動的離合器，其扭轉剛度能更低［9］，扭振模態頻率計算結果見表1。從表1中可以看出，安裝雙質量飛輪后，動力傳動系的扭振模態頻率都降低了，特別是第5階扭振模態頻率，降低了約18Hz。

表1 扭振模態頻率計算結果Table 1 The simulation results of torsion model

雙質量飛輪對動力傳動系減振作用非常明顯。在發動機激勵下，動力傳動系在傳動軸輸出端的扭振響應如圖7所示。從圖7中可以看出，安裝雙質量飛輪后，在整個低轉速范圍內，動力傳動系的扭振幅值都明顯降低。

3.2 車內噪聲與振動測試對比分析

根據雙質量飛輪設計參數進行試制、安裝，并對雙質量飛輪安裝前、后車內的噪聲和振動進行測試對比，如圖8所示。

圖7 扭振角位移幅值對比Fig.7 The comparison of torsional vibration angular displacement

從圖8中可以看出，安裝雙質量飛輪后，該車在發動機低轉速區間（轉速為1 000～1 500rpm附近）車內噪聲與振動得到了明顯改善，噪聲最大降低可達10dB；而且與原車狀態相比，安裝雙質量飛輪后，車內噪聲和振動隨轉速變化相對平緩，有極大地提升了整車NVH性能。

圖8 車內噪聲和振動測試對比Fig.8 Test results of vehicle interior noise ＆vibration comparison

4 結論

1）基于動力傳動系扭振當量計算模型，分析了雙質量飛輪初級慣量、次級慣量及扭轉剛度對雙質量飛輪減振效果的影響，為雙質量飛輪的工程設計應用提供了參考。

2）提出了應用雙質量飛輪進行軸系扭振治理的方法，通過雙質量飛輪的設計、分析及應用，對該發動機前置后驅的微車中動力傳動系的扭振進行了治理，提升了整車NVH性能。并對雙質量飛輪的試制和實車的效果進行了驗證。

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