車輛動力系統扭振分析與測試

李 連

（重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122）

車輛動力系統扭振分析與測試

李 連

（重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122）

文章對某前置后驅型微車的動力傳動系的扭轉振動特性進行研究。首先根據車輛傳動系統的結構特點，利用多體動力學理論對該車傳動系統各部件進行等效轉化，利用Excite Designer軟件建立傳動系扭轉振動的多體動力學模型，計算分析在不同離合器扭轉剛度下的傳動系扭振特性和變速箱輸入端轉速波動情況。最后通過測量裝配不同扭轉剛度離合器時車輛噪聲振動，對模型計算結果進行了輔助驗證。研究表明，離合器扭轉剛度的變化對車輛傳動系的扭振影響很大，低扭轉剛度的離合器能有效抑制因發動機轉速波動引起的傳動系統的扭振，并對車輛的NVH性能提升有一定的貢獻。

動力傳動系；扭轉振動；離合器

CLC NO.:U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-130-03

前言

對于前置后驅車型，動力傳動系統一般由發動機、離合器、變速器、傳動軸、主減速器、半軸等組成，各部件的轉動慣量和扭轉剛度分布很不均勻，是一個復雜的多自由度扭振系統，由傳動系統的扭振引起的車內轟鳴聲問題是整車NVH中常見的問題之一。在汽車工程設計中，對汽車動力傳動系統的扭轉振動及噪聲的控制于整車設計有著重大意義。

1、問題描述

本文針對某款前置后驅式微車的NVH性能進行了分析，車輛在低速過程(1000rpm～1500rpm)轟鳴聲較大。轟鳴噪聲產生的原因初步判斷為：傳動系統的寬頻扭振在傳遞過程中，激起了后懸架的模態，振動被放大后，通過傳動軸中間支撐及后橋/懸掛等傳遞至車身，與車身板件固有頻率和聲腔模態耦合，激起車內低速轟鳴聲。本文針對該款前置后驅式客貨兩用微車，對其傳動系統扭振進行分析，目的在于提高車輛乘坐穩定舒適性。

2、仿真分析

本文應用AVL EXCITE Designer對傳動系進行建模計算分析，所研究的模型如圖1所示。

圖1 整車扭振模型

原車傳動系中離合器為三級扭轉剛度，第一級扭轉剛度很小，用于車輛怠速工況；第二級扭轉剛度為6.7Nm/°，傳遞60%的發動機最大扭矩，為發動機部分負荷，用于車輛正常行駛工況；第三級扭轉剛度為36.5Nm/°，傳遞136%的發動機最大扭矩，為發動機全負荷，用于車輛載荷急劇變化階段或急加速工況。

四、五擋位扭振系統的固有頻率如表1所示，由表可知不同擋位系統固有頻率不同；隨著檔位升高，扭振系統第一階固有頻率和第三階依次增大，但第一階固有頻率均低于10Hz，第三階固有頻率均高于200Hz。發動機常用轉速為800—3000r/min，激勵扭矩的第二階激勵頻率范圍為26.7—100Hz，結合表1可知主要是扭振系統第二階固有頻率落在此激勵范圍，由頻率分布知不同檔位不同發動機工況扭振系統均存在共振的情況。

表1 傳動系固有頻率分布表

由圖2可知，第四擋在全負荷下主共振點對應的危險轉速為1800r/min左右，次共振點對應的危險轉速為920r/min左右，扭振激勵的頻率f2=59.3Hz、f4=57.9Hz，即第二階扭振激勵和第四階扭振激勵分別與扭振系統第二階固有頻率（61.1Hz）形成共振。主共振點對應的角速度波動幅值大于次共振點對應的角速度波動幅值，這說明第二階扭振激勵的能量大于第四階扭振激勵的能量。隨著轉速的增加各擋位的角速度波動幅值依次減小，在共振區角速度波動幅值迅速增大，即共振對傳動系統的危害很大，嚴重影響整車舒適性。

圖2 四檔時的傳動軸輸入端角速度波動幅值

3、試驗分析

針對車輛轟鳴聲問題，對車輛進行了主觀評價和傳動軸扭振測試。主觀評價結果顯示，低速過程中在1100rpm附近（1050～1200rpm）存在較強烈轟鳴噪聲；低速過程中在1650rpm附近（1500～1700rpm）存在明顯轟鳴噪聲；低速過程中在2300rpm附近存在轟鳴噪聲。對四檔全油門工況下傳動軸扭振數據分析，結果顯示，傳動軸2階扭振在1100rpm附近峰值明顯，該扭振峰值與車內1100rpm轟鳴關聯較大。

圖3 四檔時的傳動軸扭振測試

4、噪聲優化

根據理論分析，改變離合器中扭轉減振彈簧的扭轉剛度，研究不同扭轉剛度對扭振系統固有特性和振動響應的影響。扭振系統第二階固有頻率分布如表2所示，由表可知不同扭轉剛度時系統固有頻率不同，扭振系統只有第二階固有頻率落在26.7-100Hz（對應發動機轉速800-3000r/min）。

表2 傳動系第二階固有頻率分布表

圖4 第四擋變速器輸入端角速度波動幅值

圖5 第五擋變速器輸入端角速度波動幅值

圖6 不同扭振剛度時傳動軸二階扭振圖

圖7 不同扭轉剛度四檔車輛司機右耳側噪聲值

為驗證仿真分析中，改變離合器剛度對整車性能改善效果，選用不同剛度的離合器進行裝車，試驗測得不同離合器扭轉剛度下的車輛傳動軸扭振數據和車內噪聲數據。綜合比較兩種離合器扭轉剛度下的實驗數據，由圖6和圖7可知，扭轉剛度較大的離合器在危險轉速范圍內，傳動軸扭振波動幅值和車輛司機右耳側的噪聲都更大一些，由此可看出，降低離合器剛度可以有效降低車輛傳動系扭振和車內噪聲水平。

5、結論

本文針對某款客貨兩用微車，利用Excite軟件建立了汽車動力傳動系四檔和五檔的多自由度扭振模型，并計算得出傳動系的固有頻率，結合發動機的扭振激勵特性，對傳動系進行共振分析，并對傳動系進行強迫振動分析。通過改變離合器扭轉剛度參數，分析了離合器對傳動系的扭振影響。得出結論，離合器扭轉剛度對傳動系的扭振影響較大。通過整車NVH試驗，對裝配不同扭轉剛度離合器的試驗車輛進行測試，分析比較了司機右耳側噪聲值和傳動軸的扭振情況，輔助驗證了模型分析結果的可靠性。在適當的范圍內，通過減小離合器扭轉剛度可以有效控制轉速在900-3000r/min時的扭轉波動。

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Vehicle powertrain torsional vibration analysis and testing

Li Lian
( Chongqing vehicle test research institute co., LTD, Chongqing 401122 )

In this paper, it is studied for torsional vibration characteristics of a kind of rear-drive vehicle's powertrain. Firstly, according to the structural characteristics of the vehicle drive system, equivalent transformations of the various components of the vehicle drive system is established through the multi-body dynamics model. Then, the torsional vibration characteristics are analyzed with clutches in driveline with different torsional stiffnesses. At last, NVH tests are carried out to verify the analysis results. The study shows that the clutch torsional stiffness is of important influence on vehicle vibration and noise in a way that low torsional stiffness clutch can effectively isolate the transmission of torsional vibration caused by engine and it would make contribution to the vehicle NVH performance.

Powertrain; Torsional vibration; Clutch

U467.2

A

1671-7988 (2017)08-130-03

李連，就職于重慶車輛檢測研究院有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.044