基于雙質量飛輪的動態扭轉特性的建模仿真與試驗驗證研究

張貴輝 黃其柏 王洪彬

摘 要：雙質量飛輪需要根據不同的使用工況在不同的轉速下運轉，而在不同的轉速下雙質量飛輪的扭轉特性也不相同，為了進一步優化雙質量飛輪的動態扭轉特性，提升雙質量飛輪基于整車的NVH特性，本文建立了雙質量飛輪在不同轉速下的動態仿真模型并進行了仿真分析，通過設計制造的臺架試驗設備，進行了樣件的試驗驗證，驗證了仿真建模分析的準確性，為后續的雙質量飛輪動態扭轉特性優化提供了基礎數據，結果表明，雙質量飛輪所處的轉速越高，動態性能越差，轉速越低動態性能越優。

關鍵詞：雙質量飛輪;動態扭轉特性;仿真分析; NVH; Amesim

0 引言

雙質量飛輪自上個世紀80年代首次在寶馬車上批量裝配以來，已在整車上發展使用了近40年，相對于離合器從動盤減振器，雙質量飛輪通過減小扭轉剛度，增大初次級飛輪的慣量，極大的衰減了發動機的輸出扭振，為整車的NVH特性的提升做出了巨大貢獻，但隨著整車動力傳動系統技術的發展和人們對整車舒適性的要求的不斷提高，對雙質量飛輪的性能也提出了新的要求，雙質量飛輪動態扭轉特性的好壞直接影響著雙質量飛輪對整車振動衰減效果的優劣，現有的生產研究企業基本只對雙質量飛輪的靜態扭振特性進行分析與驗證，缺少對雙質量飛輪的動態扭轉特性的研究，本文在雙質量飛輪靜態扭振特性的基礎上，利用Amesim軟件進行仿真建模，通過對仿真建模分析和試驗驗證的研究進一步優化雙質量飛輪的動態扭轉特性。

1 雙質量飛輪結構和基本原理

長弧形彈簧雙質量飛輪是當今整車上應用最廣泛，性能最優的一種雙質量飛輪結構，此結構由LUK公司在上個世紀80年代發明創造，一般由初級飛輪、彈簧減振系統、次級飛輪組成，此種結構的雙質量飛輪的特點主要為在初次級飛輪中間的環形油腔內置有長弧形彈簧減振系統，長弧形彈簧減振系統可以在初次級飛輪組成的環型油腔內進行扭轉滑動，用于傳遞扭矩，環形油腔內充滿阻尼脂，用來減少彈簧與其他零件的摩擦，最大限度進行減振隔振。

由于弧形彈簧在運轉過程中，與初級飛輪存在摩擦，同時隨著轉速的升高，弧形彈簧所受的摩擦力由于離心力的增大而逐漸增大，摩擦力的增大相當于增加了雙質量飛輪的彈簧扭轉剛度，導致雙質量飛輪的減振性能變差，故雙質量飛輪的動態扭轉特性是隨發動機轉速的變化而變化的，所以雙質量飛輪在設計初期要考慮雙質量飛輪的動態扭轉特性，因此研究雙質量飛輪的動態扭轉特性至關重要。

2 雙質量飛輪的動態扭振特性測試

本文的目的是要利用Amesim軟件建立雙質量飛輪的動態扭轉特性仿真模型，并驗證模型精度，為下一步的基于整車的NVH仿真奠定基礎，為了保證雙質量飛輪的動態扭轉特性仿真模型和分析結果的精度，需要通過實際樣件的測試進一步驗證和優化仿真模型結果，故課題組根據測試要求和標準，與非標設備廠家共同對動態扭轉測試設備進行了設計制造并進行動態扭轉測試，以此為標準驗證仿真模型和分析結果的精度。

2.1 雙質量飛輪動態扭轉特性測試設備

雙質量飛輪的動態扭轉特性試驗機主要包括兩個動力源，動力源1主要為施加轉速，動力源2用于施加負載產生扭矩，同時附有轉速傳感器和扭矩傳感器，雙質量飛輪樣件置于兩個動力源中間，在設備運轉時可以同時調整不同的轉速和扭矩滿足測試要求，設備原理圖如下：

2.2 雙質量飛輪動態扭轉特性測試

利用雙質量飛輪動態扭轉特性測試臺分別對某雙質量飛輪進行了動態扭轉測試，測試轉速分別設置為1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm得到的測試結果如下：

3 雙質量飛輪的動態扭轉特性建模仿真

動態扭轉特性的仿真分析是在靜態扭振特性的基礎上增加轉速，保證可以在不同的轉速下仿真雙質量飛輪的動態扭振特性，基于以上要求，仿真模型如下：

通過批處理，分別仿真出雙質量飛輪在不同轉速下的動態扭轉特性，同時與測試曲線進行了擬合對比，對比曲線如下：

通過仿真后的分析曲線與實測的曲線對比可以看出，仿真結果與數據基本一致，達到了仿真精度的要求，同時可以看出隨著轉速的升高，雙質量飛輪的摩擦滯后隨之增大，相當于增加了彈簧剛度，會導致雙質量飛輪的整車扭振衰減能力下降。

4 結束語

對長弧形彈簧雙質量飛輪的靜態扭轉特性和動態扭轉特性進行了仿真建模及分析，并通過實際樣件的動態扭轉性能測試與仿真結果的對比，驗證了仿真建模的精度。

仿真分析分別分析了雙質量飛輪在1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm下的動態仿真曲線，讀取了雙質量飛輪初次級飛輪的相對角度與扭矩的波動曲線，通過結果分析可以看出，隨著轉速的升高，雙質量飛輪的滯后阻尼力矩越大，同時彈簧工作瞬間的阻力矩越大。由于雙質量飛輪基于整車的NVH特性會隨著摩擦滯后阻尼力矩的變大而變差，也就是隨著轉速的升高而變差，所以本文研究提供的雙質量飛輪扭轉特性仿真模型和試驗驗證方案，為進一步分析優化雙質量飛輪的整車NVH特性提供了理論基礎和測試手段。

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