某雙質(zhì)量飛輪異響研究

馬亞壇

安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 安徽省合肥市 230001

1 引言

隨著乘用車的日益普及，消費(fèi)者對(duì)乘用車的質(zhì)量和NVH品質(zhì)要求也在不斷提高。乘用車動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、傳遞動(dòng)力的穩(wěn)定性直接決定了整車NVH性能的優(yōu)越。雙質(zhì)量飛輪是當(dāng)前汽車上隔振減振效果最好的裝置。 雙質(zhì)量飛輪可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)到變速箱的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。雙質(zhì)量飛輪設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響整車NVH，進(jìn)而影響使乘客主觀感受。

本文中就討論了某款車型匹配雙質(zhì)量飛輪存在的異響故障，并通過(guò)仿真分析和設(shè)計(jì)分析，找到了造成雙質(zhì)量飛輪異響的設(shè)計(jì)因素，并根據(jù)設(shè)計(jì)因素進(jìn)行了一一確認(rèn)，最終指定雙質(zhì)量飛輪優(yōu)化方案，解決雙質(zhì)量飛輪異響問(wèn)題。

2 雙質(zhì)量飛輪異響描述

根據(jù)市場(chǎng)反饋，某款匹配雙質(zhì)量飛輪的車型在市場(chǎng)上存在異響故障，故障模式為車輛在空擋、怠速工況下，開(kāi)啟負(fù)載（開(kāi)燈、開(kāi)車窗加熱、開(kāi)空調(diào)）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱結(jié)合處傳出明顯的“噠噠”異響。

3 雙質(zhì)量飛輪原理及分析

雙質(zhì)量飛輪在怠速和行駛工況下第二質(zhì)量與彈簧的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式見(jiàn)圖1。其中怠速工況下，第二質(zhì)量在兩個(gè)彈簧間左右擺動(dòng)，理論上不與彈簧接觸，實(shí)際由于制造誤差，第二質(zhì)量在擺動(dòng)中不停撞擊彈簧，從而產(chǎn)生“噠噠”撞擊音。正常情況下聲音很小，會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)掩蓋。

雙質(zhì)量飛輪的關(guān)鍵性能參數(shù)中影響怠速異響的原因主要有基礎(chǔ)阻尼F1和自由角度兩個(gè)參數(shù)。F1阻尼力矩值在一定范圍內(nèi)可以使次級(jí)飛輪的轉(zhuǎn)速波動(dòng)隨著基礎(chǔ)阻尼力矩值的增大而減?。蛔杂赊D(zhuǎn)角過(guò)小，會(huì)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻振動(dòng)導(dǎo)致傳力板敲擊彈簧系統(tǒng)，產(chǎn)生敲擊噪音。所以需要間隙轉(zhuǎn)角和基礎(chǔ)阻尼的綜合作用，保證在怠速不同負(fù)載的工況下滿足雙質(zhì)量飛輪沒(méi)有敲擊噪音。

4 雙質(zhì)量飛輪原因分析及驗(yàn)證

通過(guò)仿真分析（圖2），1500rpm以上飛輪轉(zhuǎn)速波動(dòng)＜0.1，分析結(jié)果滿足要求。但是1200rpm以下第二質(zhì)量盤轉(zhuǎn)速波動(dòng)大于第一質(zhì)量盤，結(jié)合異響故障，認(rèn)為基礎(chǔ)阻尼不當(dāng)可能造成第二質(zhì)量轉(zhuǎn)速波動(dòng)太大。

異響車型在整車測(cè)試中，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)（圖3），發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)載開(kāi)啟時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大60%。分析認(rèn)為正是這個(gè)增大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)致使雙質(zhì)量飛輪第二質(zhì)量轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大。

根據(jù)雙質(zhì)量飛輪原理和以上分析確認(rèn)的因素，初步判斷為為雙質(zhì)量飛輪基礎(chǔ)阻尼設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成第二質(zhì)量盤在怠速開(kāi)負(fù)載工況下，轉(zhuǎn)速波動(dòng)增大，從而造成第二質(zhì)量盤對(duì)彈簧的敲擊力度增大，產(chǎn)生敲擊異響。另外自由轉(zhuǎn)角也可能是對(duì)其異響產(chǎn)生的一部分原因。因此定制不同阻尼的雙質(zhì)量飛輪和不同轉(zhuǎn)角的雙質(zhì)量飛輪進(jìn)行裝車測(cè)試（圖4 測(cè)試臺(tái)架），對(duì)基礎(chǔ)阻尼因素進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

根據(jù)分析方案，先對(duì)F1阻尼進(jìn)行驗(yàn)證，制作了的四種不同阻尼的雙質(zhì)量飛輪進(jìn)行裝車驗(yàn)證，并進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)（表1 不同阻尼驗(yàn)證結(jié)果）。隨著基礎(chǔ)阻尼的增大，雙質(zhì)量飛輪異響有了明顯改善。當(dāng)F1阻尼為1.3Nm時(shí)，只要開(kāi)燈增加少量負(fù)載，異響就會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)F1阻尼增大到3Nm時(shí)，開(kāi)燈已不再出現(xiàn)異響；當(dāng)F1阻尼增加到7Nm時(shí)，即使所有負(fù)載打開(kāi)，異響也不會(huì)再出現(xiàn)。

雙質(zhì)量飛輪通過(guò)提升基礎(chǔ)阻尼，在怠速工況下，開(kāi)啟負(fù)載時(shí)異響有了明顯的改善，但是雙質(zhì)量飛輪阻尼又能無(wú)限制增大，阻尼太大又會(huì)造成其他方面的異響（由于篇幅限制，本文不作詳細(xì)介紹），而雙質(zhì)量飛輪制造工藝的限制，又無(wú)法很好的將基礎(chǔ)阻尼控制在很小的范圍內(nèi)，因此只是改進(jìn)阻尼無(wú)法滿足產(chǎn)品需求。

表1 不同阻尼驗(yàn)證結(jié)果

表2 不同轉(zhuǎn)角驗(yàn)證結(jié)果

在上面試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，又制作了4種不同自由轉(zhuǎn)角的雙質(zhì)量飛輪進(jìn)行裝車驗(yàn)證。通過(guò)下表2驗(yàn)證結(jié)果和表1驗(yàn)證結(jié)果對(duì)比，隨著轉(zhuǎn)角增大，異響程度也有了進(jìn)一步的改善。

經(jīng)過(guò)多項(xiàng)試驗(yàn)，根據(jù)不同試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果，結(jié)合雙質(zhì)量飛輪制造質(zhì)量現(xiàn)狀，在雙質(zhì)量飛輪原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，調(diào)整雙質(zhì)量飛輪阻尼參數(shù)由0-10Nm提升為5Nm-10Nm；調(diào)整雙質(zhì)量飛輪自由轉(zhuǎn)角由6°提升為10°。

按新方案修改圖紙，并小批量試制后，挑選出自由轉(zhuǎn)角和F1阻尼偏下限的零件進(jìn)行再次裝車驗(yàn)證，通過(guò)采集到的音頻數(shù)據(jù)（圖5）可以看出，量產(chǎn)狀態(tài)飛輪異響完全消除，雙質(zhì)量飛輪新的參數(shù)設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求和車輛NVH要求。

5 結(jié)語(yǔ)

為解決車輛在怠速開(kāi)空調(diào)等負(fù)載情況下的雙質(zhì)量飛輪異響問(wèn)題，本文利用CAE仿真分析和NVH測(cè)試設(shè)備，對(duì)多種方案進(jìn)行驗(yàn)證，找到可產(chǎn)生怠速異響的根本因素：阻尼的增大，可以有效抑制轉(zhuǎn)速波動(dòng)，在此基礎(chǔ)上增大轉(zhuǎn)角進(jìn)一步消弱了第二質(zhì)量對(duì)彈簧的撞擊，從而有效的降低了撞擊產(chǎn)生的“噠噠”異響。