扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)系振動(dòng)的一種主要形式，影響著車輛的NVH 性能。傳動(dòng)軸、后橋的扭振是導(dǎo)致車輛共振的重要因素之一。傳動(dòng)軸增加扭轉(zhuǎn)吸振器（TVD) 可以改善動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，有利于提升車輛的NVH 性能。

橡膠阻尼式扭轉(zhuǎn)減振器廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的減振，常見的發(fā)動(dòng)機(jī)減振帶輪就是橡膠阻尼式扭轉(zhuǎn)減振器，它由輪轂、橡膠和外環(huán)組成，主要是衰減發(fā)動(dòng)機(jī)輪系的扭轉(zhuǎn)振幅。

扭轉(zhuǎn)吸振器（TVD）是一個(gè)類似橡膠阻尼式扭轉(zhuǎn)減振器的慣量盤，它裝配在傳動(dòng)軸上但并不傳遞轉(zhuǎn)矩，而是用來衰減連接軸系的扭振。傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)吸振器結(jié)構(gòu)及其實(shí)物裝車情況如圖1 所示。

扭轉(zhuǎn)吸振器的工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸裝置及后橋等，扭轉(zhuǎn)吸振器裝配在后橋與傳動(dòng)軸之間，通過扭轉(zhuǎn)吸振器衰減傳動(dòng)系統(tǒng)扭振，從而減小車輛的振動(dòng)噪聲。

1. 帶扭轉(zhuǎn)吸振器傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

橡膠阻尼式扭轉(zhuǎn)吸振器的固有頻率是其最重要的性能參數(shù)，其固有頻率與橡膠圈扭轉(zhuǎn)剛度、外環(huán)慣量、阻尼等有關(guān)，其固有頻率求解可用Kelvin-Voigt 動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析計(jì)算。

2. 帶扭轉(zhuǎn)吸振器的動(dòng)力學(xué)模型與振動(dòng)微分方程

車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振研究包括自由振動(dòng)分析和強(qiáng)迫振動(dòng)分析兩大類，通過無阻尼自由振動(dòng)確定系統(tǒng)特征頻率及其振型，通過強(qiáng)迫振動(dòng)分析確定動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的受激傳遞響應(yīng)。

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)力學(xué)建模通常用集中參數(shù)法，即根據(jù)簡(jiǎn)化前后系統(tǒng)動(dòng)能和勢(shì)能保持不變的原則，將實(shí)際汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為無彈性的慣性盤和無質(zhì)量的彈性軸組成的帶分支當(dāng)量軸系統(tǒng),按照上述方法建立的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)帶TVD 強(qiáng)迫振動(dòng)模型如圖2 所示。

強(qiáng)迫振動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)振動(dòng)微分方程如下：

扭轉(zhuǎn)吸振器的整車建模分析

本文利用Imagine.Lab AMESim 軟件對(duì)整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模，以某車型的直接檔（四檔）1 500 r/min 左右動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振問題為例，分析TVD 特性對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振的影響。

1. 自由振動(dòng)模態(tài)分析

四檔動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)分析結(jié)果見表1。

通過分析，增加扭轉(zhuǎn)吸振器后動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)增加了50 Hz 左右的模態(tài)，根據(jù)Kelvin-Voigt 力學(xué)方程得知其為扭轉(zhuǎn)吸振器的固有頻率。

2. 強(qiáng)迫振動(dòng)分析

本文按照集中參數(shù)建模方法對(duì)車輛增加扭轉(zhuǎn)吸振器進(jìn)行分析，以發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、變速器輸入軸、傳動(dòng)軸的2 階角加速度作為研究對(duì)象，分析TVD的外環(huán)慣量、扭轉(zhuǎn)剛度特性對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振影響。由于橡膠阻尼很小且受生產(chǎn)一致性、環(huán)境因素影響很大，不對(duì)其特性進(jìn)行分析說明。

（1）扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)扭振影響

TVD 外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變，三種TVD 扭轉(zhuǎn)剛度及其固有頻率

參數(shù)見表2。不同TVD 扭轉(zhuǎn)剛度的變速器輸入軸、傳動(dòng)軸2 階角加速度分析如圖3 所示。

分析數(shù)據(jù)總結(jié)如下：

1）變速器輸入軸、傳動(dòng)軸在1 500 r/min 左右存在峰值扭振特征。

2）設(shè)計(jì)值扭轉(zhuǎn)剛度（固有頻率50 Hz）對(duì)1 500 r/min 左右扭振有很好的改善，而該轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的2 階扭振為50 Hz（2 階為主階次），增加扭轉(zhuǎn)剛度（固有頻率為75 Hz） 的TVD 在2 250 r/min 有比較好的扭振衰減效果（對(duì)應(yīng)2 階扭振為75 Hz）。

3） 增加TVD 以及TVD 的扭轉(zhuǎn)剛度變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端輸出扭振影響不大。

4） 上述分析表明， 增加TVD 可以很好地改善對(duì)應(yīng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振特性頻率的扭振問題，也可以理解TVD 可以吸收其固有頻率對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)系統(tǒng)扭振。

（2）外環(huán)慣量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)扭振影響

TVD 扭轉(zhuǎn)剛度不變， 三種TVD 外環(huán)慣量及其固有頻率特性參數(shù)見表3。

不同TVD 外環(huán)慣量變速器輸入軸、傳動(dòng)軸2 階角加速度分析結(jié)果如圖4 所示。分析數(shù)據(jù)總結(jié)如下：

1）TVD 的外環(huán)慣量變化對(duì)變速器輸入軸、傳動(dòng)軸扭振與其扭轉(zhuǎn)剛度變化有相似特點(diǎn)。

2）TVD 的外環(huán)慣量值對(duì)其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振衰減有很大影響，增加外環(huán)慣量可進(jìn)一步改善吸收扭振效果。

3） 增加TVD 以及TVD 的外環(huán)慣量變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端輸出扭振影響不大。

4）上述分析表明，TVD 外環(huán)慣量增加可以進(jìn)一步改善其固有頻率對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)系統(tǒng)扭振，但外環(huán)慣量增加太多對(duì)生產(chǎn)和裝配動(dòng)平衡、橡膠耐久提出很高要求。扭轉(zhuǎn)吸振器的整車裝車驗(yàn)證針對(duì)上述分析，選擇50 Hz左右的吸振器進(jìn)行裝車驗(yàn)證，其具體參數(shù)見表4。

裝車后，測(cè)試后排右側(cè)座椅外耳噪聲、主減輸入軸處差速器殼體振動(dòng)，確認(rèn)方案改善效果。

后排右側(cè)座椅外耳噪聲、主減輸入軸處差速器殼體振動(dòng)測(cè)試結(jié)果如圖5 所示。上述數(shù)據(jù)表明，增加50 Hz 扭轉(zhuǎn)吸振器可有效改善1 500 r/min 左右整車噪聲、振動(dòng)問題。

結(jié)論

本文對(duì)扭轉(zhuǎn)吸振器結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行說明，分析了增加扭轉(zhuǎn)吸振器對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的自由模態(tài)影響。通過建立動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析扭轉(zhuǎn)吸振器的扭轉(zhuǎn)剛度、外環(huán)慣量對(duì)扭振的影響并做了總結(jié)，最后通過驗(yàn)證確認(rèn)扭轉(zhuǎn)吸振器特性對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)扭振改善效果。

作者：呂孟理 溫敏 邵文彬

作者單位：安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司