双质量飞轮在微车扭振治理中的应用

李洪亮，黄元毅，邓江华，何森东，王 东

（1.中国汽车技术研究中心汽车工程研究院，天津 300300；2.上汽通用五菱股份有限公司技术开发中心，广西柳州 545007；3.西南交通大学振动噪声研究所，四川成都 610031）

汽车的噪声（Noise）、振动（Vibration）及不舒适性（Harshness）简称为NVH。随着汽车工业的发展，汽车的NVH已经成为当前研究的热点，其中，动力传动系扭振是造成汽车NVH问题的重要因素之一［1－2］。按照治理目标，治理措施分为对振动源的治理、对振动传递路径的治理以及对噪声和振动接收对象的保护。双质量飞轮就是在动力传动系扭振传递路径中进行有效减振的措施之一。通过调整双质量飞轮内部的扭转刚度及主、次飞轮的转动惯量，改变了整个动力传动系的扭振固有特性，避免了共振的产生，具有良好的减振性能［3－6］。

针对某发动机前置后驱的微车由动力传动系扭振引致的低速车内噪声和振动问题，本研究拟建立该车动力传动系的扭振当量计算模型，分析双质量飞轮的关键参数对其减振效果的影响，实现双质量飞轮的匹配设计，并对双质量飞轮的减振效果进行验证。

1 问题描述

由于某发动机前置后驱微车的动力传动系在发动机低转速时（转速1 000～1 500rpm）扭振剧烈，引起车内较大的噪声和振动（车内噪声与振动测试结果如图1所示），严重影响了车内人员的乘坐舒适性。

图1 车内振动和噪声测试结果Fig.1 Test results of vehicle interior noise ＆vibration

对其动力传动系进行扭振测试（如图2所示）后发现，该车在发动机低转速时，动力传动系扭振非常剧烈，且在1 500rpm附近存在峰值。

从图1，2中可以看出，该车动力传动系在发动机低转速时扭振较大，并造成了严重的车内噪声和振动问题，必须对其进行治理。而双质量飞轮是治理轴系扭振最有效的措施之一，因此，本研究拟采用双质量飞轮对其扭振进行治理，以期取得较好的减振效果，解决该车低速噪声和振动问题，提升整车NVH性能。

2 关键参数对减振效果的影响

2.1 扭振当量模型的建立

图2 动力传动系扭振测试Fig.2 Test results of torsional vibration

汽车动力传动系是一个复杂的多体系统。在分析汽车传动系统的扭转振动时，将其实际结构转换成一个由有刚度无转动惯量的轴段以及有转动惯量无刚度的惯量盘构成的多自由度系统，即实际传动系的扭振当量系统［7－8］。

根据该发动机前置后驱微车的动力传动系（如图3所示）及其使用的双质量飞轮的初始参数，建立该车动力传动系在安装双质量飞轮时的扭振当量计算模型。通过该模型，计算获取动力传动系的扭振模态信息以及在发动机激励下动力传动系的扭振响应。

图3 动力传动系扭振当量模型结构示意Fig.3 Drivetrain equivalent torsion model

2.2 初级惯量对动力传动系扭振响应的影响

应用动力传动系扭振当量计算模型，针对双质量飞轮的初级惯量（也称主飞轮惯量）、次级惯量以及扭转刚度对系统扭振响应的影响进行仿真分析。

保持双质量飞轮次级惯量和扭转刚度不变，初级惯量对动力传动系扭振的影响如图4所示。从图4中可以看出，随着双质量飞轮初级惯量的增加，传动轴输出端的扭振角位移幅值减小，其减振效果变好，因此，在条件允许的情况下，应适当增加双质量飞轮的初级惯量。

图4 初级惯量对动力传动系扭振的影响Fig.4 The impact of primary inertia

2.3 次级惯量对动力传动系扭振响应的影响

保持双质量飞轮的初级惯量和扭振刚度不变，次级惯量对动力传动系扭振的影响如图5所示。从图5中可以看出，随着次级惯量的增加，传动轴输出端的扭振角位移幅值总体减小，但在1 100rpm的峰值处增加。因此，在满足减振要求的前提下，可适当降低次级惯量，以减小峰值处的幅值，使动力传动系扭振在整个转速范围内的变化较为均匀、平缓，以提升整车的NVH性能。

图5 次级惯量对动力传动系扭振的影响Fig.5 The impact of secondary inertia

2.4 扭转刚度对动力传动系扭振响应的影响

保持双质量飞轮初级和次级惯量不变，扭转刚度对动力传动系扭振的影响如图6所示。从图6中可以看出，双质量飞轮扭转刚度越低，其减振作用越为明显。因此，在满足动力传动系扭矩传递的条件下，应适当减小双质量飞轮的扭振刚度，以提升其减振效果。

图6 扭转刚度对动力传动系扭振的影响Fig.6 The impact of the torsional rigidity

3 双质量飞轮的减振效果分析

3.1 扭振当量模型的计算对比分析

结合工程应用环境，对双质量飞轮的关键参数进行调整。将关键参数代入当量模型中进行扭振自由振动和强迫振动计算，将计算结果与原车状态进行对比。

根据双质量飞轮的结构特点，相比传动的离合器，其扭转刚度能更低［9］，扭振模态频率计算结果见表1。从表1中可以看出，安装双质量飞轮后，动力传动系的扭振模态频率都降低了，特别是第5阶扭振模态频率，降低了约18Hz。

表1 扭振模态频率计算结果Table 1 The simulation results of torsion model

双质量飞轮对动力传动系减振作用非常明显。在发动机激励下，动力传动系在传动轴输出端的扭振响应如图7所示。从图7中可以看出，安装双质量飞轮后，在整个低转速范围内，动力传动系的扭振幅值都明显降低。

3.2 车内噪声与振动测试对比分析

根据双质量飞轮设计参数进行试制、安装，并对双质量飞轮安装前、后车内的噪声和振动进行测试对比，如图8所示。

图7 扭振角位移幅值对比Fig.7 The comparison of torsional vibration angular displacement

从图8中可以看出，安装双质量飞轮后，该车在发动机低转速区间（转速为1 000～1 500rpm附近）车内噪声与振动得到了明显改善，噪声最大降低可达10dB；而且与原车状态相比，安装双质量飞轮后，车内噪声和振动随转速变化相对平缓，有极大地提升了整车NVH性能。

图8 车内噪声和振动测试对比Fig.8 Test results of vehicle interior noise ＆vibration comparison

4 结论

1）基于动力传动系扭振当量计算模型，分析了双质量飞轮初级惯量、次级惯量及扭转刚度对双质量飞轮减振效果的影响，为双质量飞轮的工程设计应用提供了参考。

2）提出了应用双质量飞轮进行轴系扭振治理的方法，通过双质量飞轮的设计、分析及应用，对该发动机前置后驱的微车中动力传动系的扭振进行了治理，提升了整车NVH性能。并对双质量飞轮的试制和实车的效果进行了验证。

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