雙質量飛輪對汽車傳動系扭振的影響

摘要：為研究雙質量飛輪（dual mass flywheel，DMF）對整車傳動系扭振的影響，基于DMF 理論搭建了仿真模型，并通過試驗臺架測試了DMF 在不同振幅工況下的扭轉剛度特性。通過不同工況下遲滯曲線仿真和試驗對比，驗證了DMF 仿真模型的精度。基于準確的DMF 模型，搭建了傳動系扭振仿真模型，并通過整車狀態怠速和3 擋節氣門全開工況的仿真和試驗轉速波動對標，驗證了傳動系扭振模型的精度。通過DMF 設計參數的靈敏度分析，研究了傳動系扭振開發和DMF 設計的匹配。結果顯示，DMF 能衰減70%～90% 的發動機燃燒主階次轉速波動幅值，極大降低扭振問題發生的風險。

關鍵詞：雙質量飛輪；扭轉特性；轉速波動

中圖分類號：TB532 文獻標志碼：A 文章編號：1000-582X（2024）07-053-10

汽車傳動系是整車振動和噪聲的主要激勵源之一，傳動系設計不合理會引起扭振問題，從而導致整車產生加速抖動、轟鳴、變速器敲擊等問題，降低整車NVH 性能。為了適應汽車市場變化和提高產品競爭力，各車企大量使用雙質量飛輪來解決扭振問題。雙質量飛輪（dual mass flywheel，DMF）是一種保證發動機正常運轉并大幅降低傳動系扭振的元件，主次級飛輪之間通過2 段長弧形彈簧或多段短弧形彈性相連，彈性元件的低剛度設計可以大幅衰減發動機的扭振；同時扭轉剛度可以進行多段設計，以滿足不同的駕駛工況，降低傳動系扭振問題發生的風險。

DMF 的扭轉特性受旋轉速度和激勵扭振的影響，是一種典型的非線性系統[1]。為研究DMF 的扭轉特性，Galvagno 等[2]提出了一種DMF 頻域特性臺架測試方法，通過在測試時進行電機的動態扭矩補償，大幅提升不同頻率和幅值下的激勵扭矩穩定性，使試驗結果更穩定。張志軍等[3]建立了雙質量飛輪轉矩特性數學力學模型，獲得了與試驗吻合的轉矩特性曲線，驗證了考慮摩擦的仿真分析模型，更真實地反映雙質量飛輪的轉矩特性。

DMF 的隔振性能，需要與傳動系合理匹配才能更好地發揮作用[4-5]。宋大鳳等[6]建立傳動系統集中質量模型，分析其固有特性和激振響應特性，然后對離合器剛度、阻尼等主要參數進行靈敏性分析，探討DMF 對扭振的影響。宋立權等[7]建立了由發動機、雙質量飛輪、變速器和差速器等子單元組成的傳動系扭振模型，通過靈敏度分析揭示了各單元動力學參數對系統固有特性的影響，對系統受迫振動進行仿真分析和試驗驗證。陳龍等[8]研究了雙質量飛輪在各個工況下對傳動系扭振的衰減效果，穩態工況下雙質量飛輪扭振衰減幅度約50%，非穩態工況下扭振衰減幅度約80%。曾禮平等[9]建立雙質量飛輪傳動系扭振模型和系統非線性振動微分方程，采用平均法推導系統非線性頻率特性近似解析解，分析輸入激勵和雙質量飛輪參數對系統非線性特性的影響。

現有研究鮮有對DMF 的準確建模及各參數對傳動系扭振的影響和匹配設計的完整介紹。因此，文中介紹了一種DMF 和傳動系扭振的仿真分析方法，通過臺架和整車試驗的設計進行仿真模型的校準，在此基礎上進行了不同參數對傳動系扭振的影響分析，為DMF 的設計和匹配提供理論依據。