CN110502763A - 用于降低传动系扭振的匹配设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于降低传动系扭振的匹配设计方法。该方法包括以下步骤：a) 确定传动系扭振的开发目标；b) 在考虑燃油经济性的情况下，增大变速箱速比；c) 计算点火阶次下的变速器输出端转速波动；计算满足传动系扭振开发目标要求的发动机扭矩限值及对应的锁止离合器最小滑摩转速；d) 评估与所述发动机扭矩限值相应的动力性；e) 基于输入轴耐久需求，判断要求液力变矩器锁止离合器强制打开的发动机转速区间；f) 在考虑燃油经济性和驾驶舒适性的情况下，对以下中的一个或多个进行优化：液力变矩器锁止离合器打滑控制策略、换挡策略和发动机扭矩控制策略。根据本发明的方法能够在整车开发初期对整车传动系统扭振情况进行系统评估和合理匹配。

Description

用于降低传动系扭振的匹配设计方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体而言，涉及一种用于降低传动系扭振的匹配设计方法。

背景技术

传动系扭振在车辆NVH中较为常见，如变速箱敲击、车辆抖动、瞬态载荷冲击声、离合器颤振等等，问题产生机理复杂且解决难度较大，同时MT，AT，DCT等不同类型变速箱体现出不同的传动系NVH问题。

发动机是依靠活塞曲柄连杆机构将燃料化学能转化为机械能的机器装置，其对外输出有效扭矩Tm的大小由动态扭矩Ti曲线包围面积决定。Tm与Ti的关系可由公式1）得出。

1）

同时，对于曲柄连杆机构这个惯量系统（惯量I）来说，Ti的波动就意味着转速wi的波动，二者的关系可用公式2）表示：

2）

由此可知，动态扭矩Ti越大，转速波动w越大。

传动系扭振与较多因素相关，比如发动机转速波动、传动系惯量、减振器隔振率、变速器速比、发动机扭矩、液力变矩器锁止离合器滑摩转速、变速器换挡策略等等，影响因素间相互作用，从低成本开发和平衡振动噪声、燃油经济性、驾驶性、动力性、耐久性能等整车多方面性能角度，较难把握正确的匹配设计方法。

发明内容

本发明提出一种用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其能够在整车开发初期对整车传动系统扭振情况进行系统评估和合理匹配。

根据本发明一个方面提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，所述方法包括以下步骤：

a) 通过车内振动噪声指标和整车响应的扭振传递函数，确定传动系扭振的开发目标；

b) 在考虑燃油经济性的情况下，增大变速箱速比；

c) 计算在不同的变速器输入轴转速、发动机扭矩和液力变矩器锁止离合器打滑速度情况下的点火阶次下的变速器输出端转速波动；在考虑液力变矩器锁止离合器的滑摩功和保证输入轴耐久性能的情况下，计算满足传动系扭振开发目标要求的发动机扭矩限值及对应的锁止离合器最小滑摩转速；

d) 评估与所述发动机扭矩限值相应的动力性，如果不能满足动力性需求，则增大发动机旋转往复系和传动系的转动惯量以及优化液力变矩器扭转减振器的隔振率；

e) 计算传动系固有模态，结合传动系的频率和振型、变速器输入轴耐久需求以及最大发动机扭矩限值下变速器输出端转速波动情况，判断要求液力变矩器锁止离合器强制打开的发动机转速区间；

f) 在考虑燃油经济性和驾驶舒适性的情况下，对以下中的一个或多个进行优化：液力变矩器锁止离合器打滑控制策略、换挡策略和发动机扭矩控制策略。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，通过车内振动噪声指标和整车响应的扭振传递函数，设定点火阶次下的变速器输出端转速波动作为传动系扭振的开发目标。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，在步骤c)中，所述点火阶次下的变速器输出端转速波动通过传动系扭振分析模型来计算，所述传动系扭振分析模型需考虑以下参数中的一个或多个：发动机不同稳态扭矩/转速下的动态扭矩波动、发动机旋转往复系转动惯量、传动系的转动惯量、液力变矩器锁止离合器控制逻辑、传动系扭转刚度和相应阻尼以及变速箱速比。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，所述传动系的转动惯量包括液力变矩器、变速器、半轴和车轮的转动惯量。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，所述传动系扭转刚度包括液力变矩器减振弹簧刚度、变速器当量刚度、半轴刚度以及轮胎刚度。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，在步骤f)中，对液力变矩器锁止离合器打滑控制策略进行优化包括：在抱怨转速区间（不符合变速箱输入轴耐久性设定目标或不符合车内振动噪声设定目标的转速区间）打开离合器和/或加大离合器滑摩程度。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，在步骤f)中，对换挡策略进行优化包括：提高换挡点。

根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，在步骤f)中，对发动机扭矩控制策略进行优化包括：降低抱怨转速区间的发动机扭矩。

本发明的有益效果包括：该方法能够对于匹配发动机旋转往复系转和传动系统转动惯量、液力变矩器减振弹簧刚度、变速器主减速比选择、变速器换挡及液力变矩器锁止离合器控制策略和发动机扭矩控制策略等提供合理依据。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的用于降低传动系扭振的匹配设计方法的流程；

图2显示了发动机及变速器输出端转速波动曲线；

图3显示了加惯量前后发动机扭矩限制曲线；

图4显示了变速器换挡控制策略。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

根据本发明的一实施方式结合图1示出，一种用于降低装备液力机械自动变速器的车辆传动系扭振的匹配设计方法从平衡振动噪声、燃油经济性、驾驶性、动力性、耐久性能等整车多方面性能的角度切入，包括如下步骤：

步骤一：通过车内振动噪声指标和整车响应的扭振传递函数，确定传动系扭振的开发目标（例如设定具体的传动系扭振的扭振值），如选取点火阶次下的变速器输出端转速波动作为匹配开发指标。

步骤二：综合考虑燃油经济性，适当增大变速箱速比，以保证在相同车速/挡位下提高发动机转速，以降低变速器输出端转速波动；并且可以选择在维持轮边扭矩相同条件下，进一步降低发动机输出扭矩，降低变速器输出端转速波动。

步骤三：通过数学公式或商业软件（例如LMS/Amesim，AVL/Power Unit，Mathworks/MATLAB等）建立整车传动系统扭振分析模型，模型需考虑发动机不同稳态扭矩/转速下的动态扭矩波动、发动机旋转往复系转动惯量、传动系（液力变矩器/变速器/半轴/车轮）的转动惯量、液力变矩器锁止离合器控制逻辑、传动系各部件扭转刚度（液力变矩器减振弹簧刚度、变速器当量刚度、半轴及轮胎刚度等）及相应阻尼、变速箱速比等，计算不同变速器输入轴转速/发动机扭矩/液力变矩器锁止离合器打滑速度的点火阶次下的变速器输出端转速波动。在液力变矩器锁止离合器的滑摩功和保证变速器输入轴耐久性能的最大扭矩限制范围内，计算在初始传动系硬件状态下满足传动系扭振的开发目标要求的发动机扭矩限值及对应的锁止离合器最小滑摩转速，并评估与发动机扭矩限值相应的动力性。

步骤四：如发现不能满足动力性需求，则需增大发动机旋转往复系、液力变矩器等传动部件转动惯量以及优化液力变矩器扭转减振器的隔振率，基于更新的传动系硬件状态，以得到同时满足传动系扭振要求和动力性要求的发动机扭矩限值和对应的锁止离合器最小滑摩转速。

步骤五：计算整车传动系固有模态，结合传动系频率/振型、变速器输入轴耐久需求以及最大发动机限扭值下变速器输出端转速波动情况，初步判断要求液力变矩器锁止离合器强制打开对应的发动机转速区间。

步骤六：考虑整车燃油经济性和驾驶舒适性，针对传动系扭振指标对液力变矩器锁止离合器打滑控制策略（抱怨转速区间打开离合器或适当加大离合器滑摩程度）/换挡策略（适当提高换挡点）进行优化和发动机扭矩控制（适当降低抱怨转速区间发动机扭矩）策略进行优化。

根据本发明的方法针对发动机转速与扭矩波动，以满足整车振动噪音开发为主要目标，并综合评估燃油经济性、驾驶性、动力性等整车其他性能，从变速器主减速比、发动机扭矩控制、发动机旋转往复系统及传动系转动惯量、液力变扭器减振弹簧设计、变速器换挡及液力变扭器锁止离合器控制策略等五个方面展开整车传动系统匹配设计。根据本发明的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，可以帮助整车开发初期对整车传动系统扭振情况进行系统评估和合理匹配，避免后期不必要的工程更改。

根据本发明的一实施方式，采用用于降低传动系扭振的匹配设计方法的一个示例如下：

步骤一：通过车内振动噪声指标和整车响应的扭振传递函数，确定传动系扭振开发目标。

步骤二：将主减速比提高10%，4/5/6挡位预计的最低发动机转速将提高10%，变速器输出端转速波动改善20%以上。图2为5挡发动机扭矩150Nm下发动机及变速器输出端转速波动随转速变化的曲线，其中横坐标表示发动机转速，纵坐标表示转速波动，实线为发动机的转速波动曲线，虚线为变速器输出端的转速波动曲线。从发动机从1250转至1400转的变化曲线可以看出，相同扭矩下，提高发动机转速，可以降低对应的变速器输出端转速波动，图2可以解释如上的结论。

步骤三：基于主减速比及初始传动系参数（惯量/刚度/阻尼）条件下，计算发动机限制扭矩及对应的最小液力变速器锁止离合器滑摩转速。

步骤四：增大发动机柔性盘及液力变矩器当量发动机端的转动惯量，相应提高发动机限制扭矩最高约20Nm，以5挡为例如图3所示，其中，横坐标表示发动机转速，纵坐标表示发动机限扭值。

步骤五：根据传动系模态和最大扭矩下传动系扭振响应计算，考虑变速器输入轴耐久性能，发现发动机转速900 rpm以下，液力变矩器锁止离合器必须强制打开。

步骤六：基于不影响燃油经济性的要求，在变速器换挡控制策略上适当提高换挡点，进一步降低传动系扭振、改善车内抖动，如图4所示（以5挡为例），其中，横坐标表示油门开度，纵坐标表示车速。

按照上述流程，整车传动系扭振及车内抖动得到有效控制。

本发明的方法步骤不限于上面描述的步骤顺序，各个步骤顺序可以根据情况作相应调整。本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a) 通过车内振动噪声指标和整车响应的扭振传递函数，确定传动系扭振的开发目标；

b) 在考虑燃油经济性的情况下，增大变速箱速比；

c) 计算在不同的变速器输入轴转速、发动机扭矩和液力变矩器锁止离合器打滑速度情况下的点火阶次下的变速器输出端转速波动；在考虑液力变矩器锁止离合器的滑摩功和保证输入轴耐久性能的情况下，计算满足传动系扭振开发目标要求的发动机扭矩限值及对应的锁止离合器最小滑摩转速；

d) 评估与所述发动机扭矩限值相应的动力性，如果不能满足动力性需求，则增大发动机旋转往复系和传动系的转动惯量以及优化液力变矩器扭转减振器的隔振率；

e) 计算传动系固有模态，结合传动系的频率和振型、变速器输入轴耐久需求以及最大发动机扭矩限值下变速器输出端转速波动情况，判断要求液力变矩器锁止离合器强制打开的发动机转速区间；

f) 在考虑燃油经济性和驾驶舒适性的情况下，对以下中的一个或多个进行优化：液力变矩器锁止离合器打滑控制策略、换挡策略和发动机扭矩控制策略。

2.根据权利要求1所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，通过车内振动噪声指标和整车响应的扭振传递函数，设定点火阶次下的变速器输出端转速波动作为传动系扭振的开发目标。

3.根据权利要求1所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，在步骤c)中，所述点火阶次下的变速器输出端转速波动通过传动系扭振分析模型来计算，所述传动系扭振分析模型需考虑以下参数中的一个或多个：发动机不同稳态扭矩/转速下的动态扭矩波动、发动机旋转往复系转动惯量、传动系的转动惯量、液力变矩器锁止离合器控制逻辑、传动系扭转刚度和相应阻尼以及变速箱速比。

4.根据权利要求3所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，所述传动系的转动惯量包括液力变矩器、变速器、半轴和车轮的转动惯量。

5.根据权利要求3所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，所述传动系扭转刚度包括液力变矩器减振弹簧刚度、变速器当量刚度、半轴刚度以及轮胎刚度。

6.根据权利要求1所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，在步骤f)中，对液力变矩器锁止离合器打滑控制策略进行优化包括：在抱怨转速区间打开离合器和/或加大离合器滑摩程度。

7.根据权利要求1所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，在步骤f)中，对换挡策略进行优化包括：提高换挡点。

8.根据权利要求1所述的用于降低传动系扭振的匹配设计方法，其特征在于，在步骤f)中，对发动机扭矩控制策略进行优化包括：降低抱怨转速区间的发动机扭矩。