李 連
(重慶車輛檢測研究院有限公司,重慶 401122)
車輛動力系統(tǒng)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(qū)型微車的動力傳動系的扭轉(zhuǎn)振動特性進(jìn)行研究。首先根據(jù)車輛傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用多體動力學(xué)理論對該車傳動系統(tǒng)各部件進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化,利用Excite Designer軟件建立傳動系扭轉(zhuǎn)振動的多體動力學(xué)模型,計(jì)算分析在不同離合器扭轉(zhuǎn)剛度下的傳動系扭振特性和變速箱輸入端轉(zhuǎn)速波動情況。最后通過測量裝配不同扭轉(zhuǎn)剛度離合器時(shí)車輛噪聲振動,對模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了輔助驗(yàn)證。研究表明,離合器扭轉(zhuǎn)剛度的變化對車輛傳動系的扭振影響很大,低扭轉(zhuǎn)剛度的離合器能有效抑制因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動引起的傳動系統(tǒng)的扭振,并對車輛的NVH性能提升有一定的貢獻(xiàn)。
動力傳動系;扭轉(zhuǎn)振動;離合器
CLC NO.:U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-130-03
對于前置后驅(qū)車型,動力傳動系統(tǒng)一般由發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、傳動軸、主減速器、半軸等組成,各部件的轉(zhuǎn)動慣量和扭轉(zhuǎn)剛度分布很不均勻,是一個復(fù)雜的多自由度扭振系統(tǒng),由傳動系統(tǒng)的扭振引起的車內(nèi)轟鳴聲問題是整車NVH中常見的問題之一。在汽車工程設(shè)計(jì)中,對汽車動力傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動及噪聲的控制于整車設(shè)計(jì)有著重大意義。
本文針對某款前置后驅(qū)式微車的NVH性能進(jìn)行了分析,車輛在低速過程(1000rpm~1500rpm)轟鳴聲較大。轟鳴噪聲產(chǎn)生的原因初步判斷為:傳動系統(tǒng)的寬頻扭振在傳遞過程中,激起了后懸架的模態(tài),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(tài)耦合,激起車內(nèi)低速轟鳴聲。本文針對該款前置后驅(qū)式客貨兩用微車,對其傳動系統(tǒng)扭振進(jìn)行分析,目的在于提高車輛乘坐穩(wěn)定舒適性。
本文應(yīng)用AVL EXCITE Designer對傳動系進(jìn)行建模計(jì)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(zhuǎn)剛度,第一級扭轉(zhuǎn)剛度很小,用于車輛怠速工況;第二級扭轉(zhuǎn)剛度為6.7Nm/°,傳遞60%的發(fā)動機(jī)最大扭矩,為發(fā)動機(jī)部分負(fù)荷,用于車輛正常行駛工況;第三級扭轉(zhuǎn)剛度為36.5Nm/°,傳遞136%的發(fā)動機(jī)最大扭矩,為發(fā)動機(jī)全負(fù)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(tǒng)的固有頻率如表1所示,由表可知不同擋位系統(tǒng)固有頻率不同;隨著檔位升高,扭振系統(tǒng)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(fā)動機(jī)常用轉(zhuǎn)速為800—3000r/min,激勵扭矩的第二階激勵頻率范圍為26.7—100Hz,結(jié)合表1可知主要是扭振系統(tǒng)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(fā)動機(jī)工況扭振系統(tǒng)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(fù)荷下主共振點(diǎn)對應(yīng)的危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速為1800r/min左右,次共振點(diǎn)對應(yīng)的危險(xiǎn)轉(zhuǎn)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(tǒng)第二階固有頻率(61.1Hz)形成共振。主共振點(diǎn)對應(yīng)的角速度波動幅值大于次共振點(diǎn)對應(yīng)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(zhuǎn)速的增加各擋位的角速度波動幅值依次減小,在共振區(qū)角速度波動幅值迅速增大,即共振對傳動系統(tǒng)的危害很大,嚴(yán)重影響整車舒適性。
圖2 四檔時(shí)的傳動軸輸入端角速度波動幅值
針對車輛轟鳴聲問題,對車輛進(jìn)行了主觀評價(jià)和傳動軸扭振測試。主觀評價(jià)結(jié)果顯示,低速過程中在1100rpm附近(1050~1200rpm)存在較強(qiáng)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(shù)據(jù)分析,結(jié)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(nèi)1100rpm轟鳴關(guān)聯(lián)較大。
圖3 四檔時(shí)的傳動軸扭振測試
根據(jù)理論分析,改變離合器中扭轉(zhuǎn)減振彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度,研究不同扭轉(zhuǎn)剛度對扭振系統(tǒng)固有特性和振動響應(yīng)的影響。扭振系統(tǒng)第二階固有頻率分布如表2所示,由表可知不同扭轉(zhuǎn)剛度時(shí)系統(tǒng)固有頻率不同,扭振系統(tǒng)只有第二階固有頻率落在26.7-100Hz(對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)傳動軸二階扭振圖
圖7 不同扭轉(zhuǎn)剛度四檔車輛司機(jī)右耳側(cè)噪聲值
為驗(yàn)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(jìn)行裝車,試驗(yàn)測得不同離合器扭轉(zhuǎn)剛度下的車輛傳動軸扭振數(shù)據(jù)和車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)。綜合比較兩種離合器扭轉(zhuǎn)剛度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),由圖6和圖7可知,扭轉(zhuǎn)剛度較大的離合器在危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),傳動軸扭振波動幅值和車輛司機(jī)右耳側(cè)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(nèi)噪聲水平。
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(jì)算得出傳動系的固有頻率,結(jié)合發(fā)動機(jī)的扭振激勵特性,對傳動系進(jìn)行共振分析,并對傳動系進(jìn)行強(qiáng)迫振動分析。通過改變離合器扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù),分析了離合器對傳動系的扭振影響。得出結(jié)論,離合器扭轉(zhuǎn)剛度對傳動系的扭振影響較大。通過整車NVH試驗(yàn),對裝配不同扭轉(zhuǎn)剛度離合器的試驗(yàn)車輛進(jìn)行測試,分析比較了司機(jī)右耳側(cè)噪聲值和傳動軸的扭振情況,輔助驗(yàn)證了模型分析結(jié)果的可靠性。在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),通過減小離合器扭轉(zhuǎn)剛度可以有效控制轉(zhuǎn)速在900-3000r/min時(shí)的扭轉(zhuǎn)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