基于双质量飞轮的动态扭转特性的建模仿真与试验验证研究

张贵辉 黄其柏 王洪彬

摘 要：双质量飞轮需要根据不同的使用工况在不同的转速下运转，而在不同的转速下双质量飞轮的扭转特性也不相同，为了进一步优化双质量飞轮的动态扭转特性，提升双质量飞轮基于整车的NVH特性，本文建立了双质量飞轮在不同转速下的动态仿真模型并进行了仿真分析，通过设计制造的台架试验设备，进行了样件的试验验证，验证了仿真建模分析的准确性，为后续的双质量飞轮动态扭转特性优化提供了基础数据，结果表明，双质量飞轮所处的转速越高，动态性能越差，转速越低动态性能越优。

关键词：双质量飞轮;动态扭转特性;仿真分析; NVH; Amesim

0 引言

双质量飞轮自上个世纪80年代首次在宝马车上批量装配以来，已在整车上发展使用了近40年，相对于离合器从动盘减振器，双质量飞轮通过减小扭转刚度，增大初次级飞轮的惯量，极大的衰减了发动机的输出扭振，为整车的NVH特性的提升做出了巨大贡献，但随着整车动力传动系统技术的发展和人们对整车舒适性的要求的不断提高，对双质量飞轮的性能也提出了新的要求，双质量飞輪动态扭转特性的好坏直接影响着双质量飞轮对整车振动衰减效果的优劣，现有的生产研究企业基本只对双质量飞轮的静态扭振特性进行分析与验证，缺少对双质量飞轮的动态扭转特性的研究，本文在双质量飞轮静态扭振特性的基础上，利用Amesim软件进行仿真建模，通过对仿真建模分析和试验验证的研究进一步优化双质量飞轮的动态扭转特性。

1 双质量飞轮结构和基本原理

长弧形弹簧双质量飞轮是当今整车上应用最广泛，性能最优的一种双质量飞轮结构，此结构由LUK公司在上个世纪80年代发明创造，一般由初级飞轮、弹簧减振系统、次级飞轮组成，此种结构的双质量飞轮的特点主要为在初次级飞轮中间的环形油腔内置有长弧形弹簧减振系统，长弧形弹簧减振系统可以在初次级飞轮组成的环型油腔内进行扭转滑动，用于传递扭矩，环形油腔内充满阻尼脂，用来减少弹簧与其他零件的摩擦，最大限度进行减振隔振。

由于弧形弹簧在运转过程中，与初级飞轮存在摩擦，同时随着转速的升高，弧形弹簧所受的摩擦力由于离心力的增大而逐渐增大，摩擦力的增大相当于增加了双质量飞轮的弹簧扭转刚度，导致双质量飞轮的减振性能变差，故双质量飞轮的动态扭转特性是随发动机转速的变化而变化的，所以双质量飞轮在设计初期要考虑双质量飞轮的动态扭转特性，因此研究双质量飞轮的动态扭转特性至关重要。

2 双质量飞轮的动态扭振特性测试

本文的目的是要利用Amesim软件建立双质量飞轮的动态扭转特性仿真模型，并验证模型精度，为下一步的基于整车的NVH仿真奠定基础，为了保证双质量飞轮的动态扭转特性仿真模型和分析结果的精度，需要通过实际样件的测试进一步验证和优化仿真模型结果，故课题组根据测试要求和标准，与非标设备厂家共同对动态扭转测试设备进行了设计制造并进行动态扭转测试，以此为标准验证仿真模型和分析结果的精度。

2.1 双质量飞轮动态扭转特性测试设备

双质量飞轮的动态扭转特性试验机主要包括两个动力源，动力源1主要为施加转速，动力源2用于施加负载产生扭矩，同时附有转速传感器和扭矩传感器，双质量飞轮样件置于两个动力源中间，在设备运转时可以同时调整不同的转速和扭矩满足测试要求，设备原理图如下：

2.2 双质量飞轮动态扭转特性测试

利用双质量飞轮动态扭转特性测试台分别对某双质量飞轮进行了动态扭转测试，测试转速分别设置为1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm得到的测试结果如下：

3 双质量飞轮的动态扭转特性建模仿真

动态扭转特性的仿真分析是在静态扭振特性的基础上增加转速，保证可以在不同的转速下仿真双质量飞轮的动态扭振特性，基于以上要求，仿真模型如下：

通过批处理，分别仿真出双质量飞轮在不同转速下的动态扭转特性，同时与测试曲线进行了拟合对比，对比曲线如下：

通过仿真后的分析曲线与实测的曲线对比可以看出，仿真结果与数据基本一致，达到了仿真精度的要求，同时可以看出随着转速的升高，双质量飞轮的摩擦滞后随之增大，相当于增加了弹簧刚度，会导致双质量飞轮的整车扭振衰减能力下降。

4 结束语

对长弧形弹簧双质量飞轮的静态扭转特性和动态扭转特性进行了仿真建模及分析，并通过实际样件的动态扭转性能测试与仿真结果的对比，验证了仿真建模的精度。

仿真分析分别分析了双质量飞轮在1000rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm下的动态仿真曲线，读取了双质量飞轮初次级飞轮的相对角度与扭矩的波动曲线，通过结果分析可以看出，随着转速的升高，双质量飞轮的滞后阻尼力矩越大，同时弹簧工作瞬间的阻力矩越大。由于双质量飞轮基于整车的NVH特性会随着摩擦滞后阻尼力矩的变大而变差，也就是随着转速的升高而变差，所以本文研究提供的双质量飞轮扭转特性仿真模型和试验验证方案，为进一步分析优化双质量飞轮的整车NVH特性提供了理论基础和测试手段。

参考文献：

[1]喻凡.汽车系统动力学[M].北京，机械工业出版社，2005：130-139.

[2]王祺.内燃机轴系扭转振动[M].大连：大连理工大学出版社，1991：17-18.

[3]徐世彦.汽车动力传动系双质量飞轮式扭振减振器的研究[D].长春：吉林大学，2007.

[4]刘圣田，吕振华，邵成等.双质量飞轮式扭振减振器[J].汽车技术，1997（01）：5-10.

[5]张准，汪凤泉.振动分析[M].东南大学出版社，1998.