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#汽车#混动车辆传动系统扭振设计及验证


来源 |EDC电驱未来
混动车辆传动系统由一系列具有弹性和转动惯量的传动轴、齿轮和离合器等组成 ， 传动系统的扭转共振现象往往对正常工作造成威胁 ， 即发动机的工作频率落在传动系统的固有频率附近或与其相重合 。 通过对扭振模型中刚度、阻尼、激励等参数的研究 ， 采取有效的减振隔振等手段 ， 以提高车辆动力传动系统的性能和寿命 。 下面以某款在开发中的混合动力乘用车动力传动系统为分析对象 ， 研究扭振参数的匹配设计、仿真与试验方法 。
1 混合动力系统介绍
图1为某混合动力乘用车的传动系统结构图 ， 该车辆主要行驶工况包含驻车发电、纯电驱动、串联行驶、并联行驶、发动机驱动、行车发电和制动能量回收等 。 低速起步时驱动电机驱动车辆行驶 ， 当动力电池容量降低到某值后车辆进入串联行驶模式启动发动机 ， 此时发动机发电 ， 发电机将电能充入动力电池内或直接驱动电机 ， 变速箱内部离合器断开 ， 驱动电机驱动车辆 。 当车速上升到某值或急加速时 ， 车辆进入并联行驶 ， 此时变速箱内部离合器接合 ， 发动机和驱动电机动力耦合同时驱动车辆 。 当车速较高（＞120km/h）或高速巡航时发动机多余的动力可以用来发电 ， 当车辆滑行或制动时驱动电机可当做发电机使用 ， 回收制动能量 。 另外驻车时启动发动机也可通过发电机对动力电池充电 。 本文主要研究该混动车辆传动系统限扭减振器的参数匹配 ， 以及当发动机运转时限扭减振器对车辆传动系统扭转振动及变速箱NVH性能的影响 。
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图1 某款混合动力乘用车传动系统结构
2 限扭减振器介绍
图2为限扭减振器（Torque Limiter Damper）在传动系统中的安装结构图 ， 其利用碟形弹簧、摩擦片、花键毂等来传递发动机扭矩 ， 当扭矩过载时依靠摩擦面之间打滑来防止传动系统过载损坏 ， 同时内部安装有弧形弹簧扭转减振器 ， 可以将发动机飞轮端较大的扭转振动角加速度衰减为变速箱输入轴处较小角加速度 ， 保护变速箱内部轴齿在扭转冲击时不受损坏 ， 以及防止变速箱内部空转齿轮产生敲齿声等传动系统NVH问题 ， 其内部设置阻尼盘结构可衰减发动机的扭转振动并转化成热能耗散掉 ， 其与普通手动挡离合器的区别在于不需要换挡时可以分离的功能 。
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图2 限扭减振器安装结构图
图3为限扭减振器的剖面图 ， 图4为限扭减振器的爆炸图 ， 包括发动机飞轮侧压盘1 ， 变速箱侧压盘5以及将两个压盘固定在一起的铆钉6 。 在飞轮侧压盘1和变速箱侧压盘5之间依次装夹有碟形弹簧2、压盘片3以及从动盘总成4 。 从动盘总成4中包含第一摩擦片、波形片和第二摩擦片 ， 与传统手动挡车型离合器相似 ， 可通过摩擦面之间的摩擦传递发动机扭矩 ， 当扭矩超过传递极限时 ， 通过摩擦面打滑实现极限扭矩的限制以保护变速箱 。 另外 ， 从动盘总成中还包含有预减振和主减振机构 ， 总共可形成3级减振刚度 ， 保证发动机在怠速运转以及正常行驶等各工况时 ， 均能起到降低传动系统扭转振动的效果 ， 提升车辆动力总成NVH性能 。
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图3 限扭减振器剖面结构图
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图4 限扭减振器子零件爆炸图
3 限扭减振器关键参数设计
该混合动力乘用车整备质量1725kg ， 满载质量2125kg ， 传动系统发动机、驱动电机和发电机的相关设计输入参数如表1 。 发动机的最大输出扭矩为196Nm ， 限扭减振器通过螺栓与刚性单质量飞轮连接 ， 基于传动系统传扭安全性考虑需乘以1.25倍的安全系数 ， 因此限扭减振器的最大传递扭矩Tmax=196Nm×1.25=245Nm ， 根据弧形弹簧的制造工


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