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摘 要：某前置后驱车型在1900～2050rpm转速、三挡全油门加速工况下出现车内轰鸣声问题，本研究通过实测与整车扭振仿真确定该NVH问题由传动系扭振引起，并通过重新匹配设计飞轮参数解决了该NVH问题。经实测验证，车内噪声由69.2dB下降到59.8dB，车内轰鸣声主观感受改善明显。
关键词：扭振 前置后驱 轰鸣声 传动系统
Analysis and Optimization of Torsional Vibration in the Transmission System of Front-rear Drive Vehicle
Ji Hao Wei Jinguang Wei Baolu Fu Lin Li Xiaoshan
Abstract：A front-end rear-wheel-drive model has a roaring sound problem in the 1900-2050rpm speed and three-gear full-throttle acceleration. This study determined that the NVH problem was caused by the torsional vibration of the drive train through actual measurement and vehicle torsional vibration simulation. And the NVH problem was solved by re-matching the design flywheel parameters. It is verified by actual measurement that the noise inside the car has dropped from 69.2 dB to 59.8 dB， and the subjective feeling of the roar inside the car has been significantly improved.
Key words：torsional vibration， front-rear drive， roar， transmission system
1 前言
目前市面上微型车以前置后驱布置为主，由于爬坡性能优越深受客户喜爱。微车传动系统是由多自由度的非线性扭转振动系统组成[1，2]，主要包括了发动机、离合器、变速器、传动轴、后桥、半轴等零部件系统。随发动机点火爆震引起传动系统各级部件转速加速度波动，当外界激励与传动系统频率重合就会产生共振问题[3]。振动通过各个传动系统安装支座传到车身，引起车厢抖动及轰鸣[4]。王东[5]研究了由减速器齿轮耦合噪声产生的机理，从激励源控制的角度出发，降低了车内扭振轰鸣声。黄丰云[6]等通过考虑万向节不等速及后桥齿轮啮合刚度，搭建了传动系统扭振数学模型，为扭振系统的研究提供了理论依据。
本文为解决某后驱微车在研发过程中出现的三挡全油门加速工况下车内严重轰鸣声NVH问题，通过Polytec-RLV-5500激光扭振测试仪、LMS SCADAS Mobile数采等设备采集数据，利用LMS Virtual.Lab搭建整车传动系统仿真模型，并通过测试数据验证仿真模型的准确性，为降低车内轰鸣声提供了有效的解决方案。
2 传动系统扭振仿真模型
2.1 扭振整车仿真模型搭建
利用LMS Virtual.Lab搭建出现轰鸣声问题车的整车仿真模型，如图1所示，其中车身、发动机缸体、变速箱缸体等零部件为了展示效果进行了隐藏。
本仿真模型通过发动机缸压驱动曲轴，经由离合器、变速箱、传动轴、独立主减、半轴、车轮、悬挂的各安装支架传递到车身。模型中使用了发动机各缸压功率谱、电机启动力矩、发动机阻力矩、离合器接触力矩、轮胎滑移力矩，以及各零部件质量、惯量、惯性矩，整车质心、刚度等数据。该问题车使用的单质量飞轮广义第一飞轮惯量为0.1659kg.m2、广义第二飞轮惯量为0.0068kg.m2、阻尼为15N.m/rad/s。使用的弹簧减振特性见图2的（1）图所示。
2.2 扭振仿真模型验证
本研究通过Polytec-RLV-5500激光扭振测试仪对该微车的飞轮端和变速箱输入端进行了角加速度测试，发现飞轮端发动机2阶角加速在1900～2050rpm转速出现峰值，与LMS SCADAS Mobile数采在车内前排座椅所采集的声音2阶噪声极值出现的转速一致，锁定车内轰鸣声由传动系统的扭振引起。本研究的扭振仿真模型通过三挡全油门加速工况下的发动机缸压驱动，在第一飞轮的输入端和变速器的输入端布置角加速度传感器，提取仿真模型发动机转速与角加速度的波动曲线如图3所示。飞轮端和变速箱输入端2阶角加速度波动的仿真与测试重合度较好，变化趋势一致，仿真模型可用于该微车传动系统扭振问题的研究。
3 扭振降噪方案及验证
3.1 扭振降噪方案
通过测试与仿真确认车内轰鸣声为传动系统扭振引起，业内解决扭振引起的车内轰鸣声措施：1、尽量减小角加速度波动，即控制激励源;2、尽量减小传到车身的振动加速度或力，即消減传递路径上的振动[7]。本研究针对1900～2050rpm附近引起的扭振轰鸣问题，采取使用双质量飞轮（TVD）控制激励源的角加速度波动。
根据扭振仿真模型，新匹配设计的飞轮基本参数见表1，调整了广义第一、二飞轮的惯量比。扭转减振弹簧特性曲线见图2（2）所示，采用两级分段扭转刚度特性，抑制更宽频率的振动。
扭振仿真模型中提取飞轮端和变速箱输入端2阶角加速度波动曲线如图4所示。使用双质量飞轮（TVD）在1900～2050rpm转速飞轮端的角加速度较原设计方案降低104rad/s2，变速箱输入端角加速度较原设计方案降低287rad/s2，仿真验证改善效果明显。 3.2 扭振降噪效果验证
将新匹配的双质量飞轮（TVD）更换到原车上，在前排驾驶员同一位置進行了噪声测试，结果如图5所示。对比2阶噪声测试结果，在1900～2050rpm转速段，前排的峰值噪声由69.2dB下降到了59.8dB，降低了9.4dB，降噪效果明显。在三挡全油门加速工况下变速箱输入端的瀑布图如图6所示，单质量飞轮车型瀑布图见图6左图，存在由发动机引起的2阶激励，采用新匹配的双质量飞轮（TVD）由发动机引起的2阶激励明显降低（见右图）。同时在1900～2050rpm转速段的车内轰鸣声主观感受上也改善明显。
4 结论
1）本文通过Polytec-RLV-5500激光扭振测试仪、LMS SCADAS Mobile数采等设备采集数据，分析确认该研究车型的车内轰鸣声由传动系统扭振引起;
2）利用LMS Virtual.Lab搭建扭振整车仿真模型，通过三挡全油门加速工况下的发动机缸压驱动，对整车传动系统进行了扭振仿真，对比仿真与试验结果验证了模型的有效性;
3）本研究通过仿真模型匹配新设计的双质量飞轮参数，通过将单质量飞轮更换为双质量飞轮（TVD）解决车内轰鸣声问题，通过实车测试，验证了仿真模型提出的参数的有效性，车内噪声降噪明显，解决了由传动系扭振引起的车内轰鸣声问题。
资助项目：广西创新驱动发展专项项目（2018AA18027）资助。
参考文献：
[1]吕振华，冯振东，程维娜，梁恩忠.汽车传动系扭振噪声的发生机理及控制方法述评[J].汽车技术，1993（2）：1-4.
[2]Michelotti A C，Ferreiar A L F，Berto L F.Analysis of the Dynamic Behavior of the FEAD System Using Numerical Methodology[J].SAE Paper.2016
[3]郑光泽，王池，郝涛.双质量飞轮对动力传动系统NVH性能的影响分析[J].重庆理工大学学报（自然科学）.2018，32（5）：57-61.
[4]曾礼平，陈齐平，袁星星灯等.汽车三级分段变刚度双质量飞轮非线性振动研究[J].中国机械工程.2018，29（20）：2453-2459.
[5]王东，闫兵，王东亮等.汽车传动系扭振引起的车内轰鸣声控制方法[J].噪声与振动控制.2015，02：73-76.
[6]黄丰云，宋鹏程.汽车传动系扭振数学模型的建立及验证[J].机械设计与制造.2020，6：43-47.
[7]杨树军，王怀昭，张明旭，王鹏等.某多用途货车传动系扭振试验分析与优化[J].噪声与振动控制.2021，14（1）：113-116.
关键词：扭振 前置后驱 轰鸣声 传动系统
Analysis and Optimization of Torsional Vibration in the Transmission System of Front-rear Drive Vehicle
Ji Hao Wei Jinguang Wei Baolu Fu Lin Li Xiaoshan
Abstract：A front-end rear-wheel-drive model has a roaring sound problem in the 1900-2050rpm speed and three-gear full-throttle acceleration. This study determined that the NVH problem was caused by the torsional vibration of the drive train through actual measurement and vehicle torsional vibration simulation. And the NVH problem was solved by re-matching the design flywheel parameters. It is verified by actual measurement that the noise inside the car has dropped from 69.2 dB to 59.8 dB， and the subjective feeling of the roar inside the car has been significantly improved.
Key words：torsional vibration， front-rear drive， roar， transmission system
1 前言
目前市面上微型车以前置后驱布置为主，由于爬坡性能优越深受客户喜爱。微车传动系统是由多自由度的非线性扭转振动系统组成[1，2]，主要包括了发动机、离合器、变速器、传动轴、后桥、半轴等零部件系统。随发动机点火爆震引起传动系统各级部件转速加速度波动，当外界激励与传动系统频率重合就会产生共振问题[3]。振动通过各个传动系统安装支座传到车身，引起车厢抖动及轰鸣[4]。王东[5]研究了由减速器齿轮耦合噪声产生的机理，从激励源控制的角度出发，降低了车内扭振轰鸣声。黄丰云[6]等通过考虑万向节不等速及后桥齿轮啮合刚度，搭建了传动系统扭振数学模型，为扭振系统的研究提供了理论依据。
本文为解决某后驱微车在研发过程中出现的三挡全油门加速工况下车内严重轰鸣声NVH问题，通过Polytec-RLV-5500激光扭振测试仪、LMS SCADAS Mobile数采等设备采集数据，利用LMS Virtual.Lab搭建整车传动系统仿真模型，并通过测试数据验证仿真模型的准确性，为降低车内轰鸣声提供了有效的解决方案。
2 传动系统扭振仿真模型
2.1 扭振整车仿真模型搭建
利用LMS Virtual.Lab搭建出现轰鸣声问题车的整车仿真模型，如图1所示，其中车身、发动机缸体、变速箱缸体等零部件为了展示效果进行了隐藏。
本仿真模型通过发动机缸压驱动曲轴，经由离合器、变速箱、传动轴、独立主减、半轴、车轮、悬挂的各安装支架传递到车身。模型中使用了发动机各缸压功率谱、电机启动力矩、发动机阻力矩、离合器接触力矩、轮胎滑移力矩，以及各零部件质量、惯量、惯性矩，整车质心、刚度等数据。该问题车使用的单质量飞轮广义第一飞轮惯量为0.1659kg.m2、广义第二飞轮惯量为0.0068kg.m2、阻尼为15N.m/rad/s。使用的弹簧减振特性见图2的（1）图所示。
2.2 扭振仿真模型验证
本研究通过Polytec-RLV-5500激光扭振测试仪对该微车的飞轮端和变速箱输入端进行了角加速度测试，发现飞轮端发动机2阶角加速在1900～2050rpm转速出现峰值，与LMS SCADAS Mobile数采在车内前排座椅所采集的声音2阶噪声极值出现的转速一致，锁定车内轰鸣声由传动系统的扭振引起。本研究的扭振仿真模型通过三挡全油门加速工况下的发动机缸压驱动，在第一飞轮的输入端和变速器的输入端布置角加速度传感器，提取仿真模型发动机转速与角加速度的波动曲线如图3所示。飞轮端和变速箱输入端2阶角加速度波动的仿真与测试重合度较好，变化趋势一致，仿真模型可用于该微车传动系统扭振问题的研究。
3 扭振降噪方案及验证
3.1 扭振降噪方案
通过测试与仿真确认车内轰鸣声为传动系统扭振引起，业内解决扭振引起的车内轰鸣声措施：1、尽量减小角加速度波动，即控制激励源;2、尽量减小传到车身的振动加速度或力，即消減传递路径上的振动[7]。本研究针对1900～2050rpm附近引起的扭振轰鸣问题，采取使用双质量飞轮（TVD）控制激励源的角加速度波动。
根据扭振仿真模型，新匹配设计的飞轮基本参数见表1，调整了广义第一、二飞轮的惯量比。扭转减振弹簧特性曲线见图2（2）所示，采用两级分段扭转刚度特性，抑制更宽频率的振动。
扭振仿真模型中提取飞轮端和变速箱输入端2阶角加速度波动曲线如图4所示。使用双质量飞轮（TVD）在1900～2050rpm转速飞轮端的角加速度较原设计方案降低104rad/s2，变速箱输入端角加速度较原设计方案降低287rad/s2，仿真验证改善效果明显。 3.2 扭振降噪效果验证
将新匹配的双质量飞轮（TVD）更换到原车上，在前排驾驶员同一位置進行了噪声测试，结果如图5所示。对比2阶噪声测试结果，在1900～2050rpm转速段，前排的峰值噪声由69.2dB下降到了59.8dB，降低了9.4dB，降噪效果明显。在三挡全油门加速工况下变速箱输入端的瀑布图如图6所示，单质量飞轮车型瀑布图见图6左图，存在由发动机引起的2阶激励，采用新匹配的双质量飞轮（TVD）由发动机引起的2阶激励明显降低（见右图）。同时在1900～2050rpm转速段的车内轰鸣声主观感受上也改善明显。
4 结论
1）本文通过Polytec-RLV-5500激光扭振测试仪、LMS SCADAS Mobile数采等设备采集数据，分析确认该研究车型的车内轰鸣声由传动系统扭振引起;
2）利用LMS Virtual.Lab搭建扭振整车仿真模型，通过三挡全油门加速工况下的发动机缸压驱动，对整车传动系统进行了扭振仿真，对比仿真与试验结果验证了模型的有效性;
3）本研究通过仿真模型匹配新设计的双质量飞轮参数，通过将单质量飞轮更换为双质量飞轮（TVD）解决车内轰鸣声问题，通过实车测试，验证了仿真模型提出的参数的有效性，车内噪声降噪明显，解决了由传动系扭振引起的车内轰鸣声问题。
资助项目：广西创新驱动发展专项项目（2018AA18027）资助。
参考文献：
[1]吕振华，冯振东，程维娜，梁恩忠.汽车传动系扭振噪声的发生机理及控制方法述评[J].汽车技术，1993（2）：1-4.
[2]Michelotti A C，Ferreiar A L F，Berto L F.Analysis of the Dynamic Behavior of the FEAD System Using Numerical Methodology[J].SAE Paper.2016
[3]郑光泽，王池，郝涛.双质量飞轮对动力传动系统NVH性能的影响分析[J].重庆理工大学学报（自然科学）.2018，32（5）：57-61.
[4]曾礼平，陈齐平，袁星星灯等.汽车三级分段变刚度双质量飞轮非线性振动研究[J].中国机械工程.2018，29（20）：2453-2459.
[5]王东，闫兵，王东亮等.汽车传动系扭振引起的车内轰鸣声控制方法[J].噪声与振动控制.2015，02：73-76.
[6]黄丰云，宋鹏程.汽车传动系扭振数学模型的建立及验证[J].机械设计与制造.2020，6：43-47.
[7]杨树军，王怀昭，张明旭，王鹏等.某多用途货车传动系扭振试验分析与优化[J].噪声与振动控制.2021，14（1）：113-116.