科就•餐济•市協技术平台动力传动系统弯扭耦合分析及优化
王园，石磊
（上汽商用车技术中心，上海200438）
摘要：针对某款后驱车动力传动系统弯扭激励引起的整车booming抱怨，运用仿真方法，对整车传动系传动分析与优化。结果表明：锁止离合器刚度，后桥半轴刚度、后桥后悬架衬套刚度等潜在方案并不能有效解决该抱怨，通过正交试验证明此结诰的有效性，也为寻其他有效方案提供了前瞻性参考。最后通过调整液力变矩黠锁止策略来解决booming抱怨。
关键词：动力传动系统；booming；耦合；优化
0引言
在国内自主品牌的后驱车中，车辆开发中遇到的由传动系统弯扭耦合引起问题多用试验的方法辨别出动力传动系统弯扭（和其余系统的弯曲振动）耦合，再通过多加大飞轮惯量、调节离合器刚度和阻尼、增加动力吸振器、传动系统增加挠性联轴器等方法来解决。这种解决思路周期长、费用高，往往还由于后期调校的空间有限，并不能有效改善实车问题。
汽车传动系统针对某款在研车型动力传动系统弯扭耦合进行前期仿真设计匹配，并在实车阶段通过仿真与试验对标，证明了仿真方法的有效性，并且到切实可行且低成本的方案解决booming问题。
1问题描述
某前置后驱车，主观评估发现对3、5档发动机转速1300~1500rpm/min时，车内有明显的booming，且伴随振动，客观试验结果与主观感受一致，主要贡献量为发动机二阶。首先，排查进排气在相应的转速段无峰值，证明其贡献影响小，排除进排气为重要贡献的可能性。然后后桥鼻锥数据和后桥输入端扭振数据发动机在1300~1500rpm/min同样存在振动峰值，初步得出结论此次booming很可能和后桥处扭振和弯振相关。
实车后桥和传动轴工作变形ODS测试：采取变速箱输出端，后桥输入端扭振、后桥鼻锥处以及桥壳轴管的测点，提取传动轴和后桥在1300~1500rpm处的工作变形。发现后桥处的工作变形的振型为传动轴和半轴反向扭转+后桥点。结合整车模态测试结果表明，后桥的点头模态也是45Hz。
以上客观数据表明：此次问题为传动系扭振与后桥点头模态耦合造成的，后续优化措施将从分离这两个模态并且降低振动幅值的角度入手。
2仿真分析优化
2.1仿真建模
2.1.1一维仿真建模
传动系一维模型建模参数主要包括：发动机随曲轴运转的等效转动惯量、TCC锁止离合器刚度、变速箱等效到输入轴的扭转刚度以及转动惯量、不同档位下的变速箱速比、传动轴的等效惯量和扭转刚度、后桥速比以及相应旋转件的惯量和刚度参数、轮胎的惯量和刚度参数等。
传动系一维结果仿真可快速得出传动系统在不同挡位下的模态以及其相对应的敏感参数。从模态结果可看出：与45Hz模态和振型较为相近的模态为传动系第三阶扭振模态，模态的较测试结果相差3Hz，是由于轮胎的刚度参数是根据现有数据库获得和实际有一定的差距引起的，但相差3Hz并不影响工程上的趋势性分析。
2.1.2三维仿真建模
整车传动系三维建模主要包括三部分工作：建模的参数获取，包括各个零部件位置参数、质量、刚度参数。重要零部件的柔性化，包括传动轴管、后桥半轴、车架、后桥桥壳等部件的柔性化。带内饰车身有限元模型的缩减并和传动系扭振激励结合得出动力传动系扭振激励引起的整车级噪声响应。
将LMS Virtual.lab.Motion仿真的得出传动系扭振导入到LMS Test.lab中可将实验测得扭振和仿真计算的
扭振进行对比，验证仿真模型的有效性。对比结果表明：实验和仿真的峰值频率基本吻合，响应的幅值有一定差距，可能是由于模型阻尼参数设定和实际差距引起，但也足够进行方案的趋势敏感性分析。
2.2潜在可更改敏感因素以及响应优化验证
2.2.1优化后桥悬架的衬套
根据动力传动系扭振到后桥鼻锥振动传递函数结果表明：后桥后悬架的衬套改变对于42Hz处传递函数并没有太大的影响，反而提高后桥衬套刚度减小65Hz 处传递函数的响应幅值。优化措施选定为将现有后悬架衬套刚度提高30%。
整车有限元分析表明：后桥点头模态受后悬架衬套刚度和悬架硬点位置影响较大，悬架硬点位置在实车阶段更改的可能性很小，所以只能更改后悬衬套作为调整后桥点模态，尽量将后桥点头模态和传动系第三阶扭振模态相互避开。但是衬套刚度又影响后悬架的隔振，需要结合后桥点头模态频率、后桥点头振动幅值（根据本团队以往项目经验，对于后驱车后桥鼻锥处的振动幅值和车内响应幅值是成正相关的关系）o后悬架的隔振三者综合来评判。最终衡量标准定为车内噪声的响应幅值。
优化结果表明：增加后刚度提高后桥点头模态虽然可以使后桥鼻锥处在1400rpm的振动幅值降低，但是对于车内噪声响应并没有改善。
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2.2.2后桥半轴刚度调整
后桥半轴刚度：根据一维扭振分析，对于41Hz敏感因子为轮胎和后桥半轴的扭转刚度、实车阶段轮胎选型已经定型，实车阶段很难作为一个工程方案。对于半轴刚度，从疲劳耐久和零件共用性角度，现有状态最多从现有基础上降低10%。优化结果表明降低后桥半轴扭振刚度10%，虽然可以使后桥鼻锥处在1400rpm的振动幅值降低，但是对于车内噪声响应并没有改善。
2.2.3调节TCC锁止离合器刚度
TCC锁止离合器刚度越软对于衰减发动机输入到变速箱的扭振越有利，采取TCC离合器刚度优化方案，尝试从仿真的角度验证TCC对于车内噪声响应的幅值变化。
原状态：锁止离合器刚度现阶段14Nm/deg，线性段范围为土20deg(±220Nm)。优化方案：将锁止离合器的刚度变为11Nm/deg，线性段的范围和原状态保持一致。分别查看后桥鼻锥处的振动和车内主驾5档WOT的响应。后桥鼻锥处在1400rpm左右，离合器刚度下降后，后桥振动幅值和车内噪声响应在1400rpm 輕没变。
2.3仿真优化分析结论&建议
对于1400rpm峰值抱怨，通过增加后桥后悬架衬套刚度30%、TCC锁止离合器的刚度调整10%，后桥半轴刚度调软10%。并不能有效解决车内1400rpm左右峰值抱怨。建议从其他角度入手，比如增加动力吸振器、增加挠轴、修改车身、修改车架结构等。
3实车实验验证
3.1正交实验正交因子设定
本着对仿真结论进行验证以及结合验证其余方案对整车其余转速段抱怨的目的，结合仿真已优化的措施和其他转速段抱怨潜在解决措施对各个因素进行正交实验。将实验变量因子设定为调整传动系统激励幅值和频率类、控制传递路径类中间支撑、传递路径类后桥悬架耦合类，其中仿真TCC离合器刚度由于仿真效果不显著，加上样件制作周期长，未做实验验证。3.2正交实验结果
将5档在1400rpm左右的峰值的幅值，输入到上汽大通自主开发分析工具中，可以得A、B、C三个因素对噪声源的贡献度，从贡献度结果来看A、B类措施对1400rpm的峰值抱怨基本没有贡献,C类措施对于1400rpm转影响最大。
由于A、B类措施对于1400rpm的峰值没有贡献，可在正交实验中任意挑选变量为Cl、C2、C3的措施，可不考虑A、B类措施的影响。其结果可得知：将后悬架衬套变软对于1400rpm的峰值有恶化作用。增加
后悬架衬套会一定程度降低1400!pm的峰值，但降幅有限，其贡献量在ldBA左右。表明实验结果的结论和仿真的结论一致，现有的措施并不能有限解决1400rpm左右峰值，要解瞅转速段的抱怨还需从其他方式入手。
3.3最终解决方案讨论
由于在现有可更改潜在解决方案的角度，并不能有效解决该措施。需寻其他措施解决整车1400rpm 左右的振动和噪声抱怨。
修改车身和车架结构：整车模态测试结果表明46Hz 处车架存在整体二阶弯扭模态，二阶弯扭模态，要提高车架整体弯扭模态，需要大改车架结构，更改成本高、周期长，并不是彳瞬的工程的解决方案，剜不予考虑。
对于传统的增加挠轴、和相应频率的动力吸振器和Mass_Damper：团队成员在以往解决后驱车弯扭振引起的整车抱怨的经验表明：这类措施均能改善抱怨，但其单件成本高，解决方案的性价比不高，所以本次并不把其作为潜在解决方案。
锁止离合器锁止策略调整：现有TCC锁止策略为锁止点在1300rpm左右，也就是说1400rpm峰值抱怨，液力变矩器工作处于锁止状态。若将锁止点调到1550rpm左右，将液力变矩器工作在耦合阶段，使液力
变矩器衰减发动机传递到后桥的扭振幅值。会对解决1400rpm峰值抱怨有利，综合公司动力经济性团队意见，最低接受锁止点为1500rpm。更新锁止策略后5档WOT工况车内没振动和booming抱怨，主观评分7分以上，基本满足要求。
4结语
此次基于LMS Virtual.lab.Motion软件建立传动系刚柔耦合模型，尝试从仿真角度解决整车传动系弯扭耦合振动引起的整车振动和噪声抱怨。虽然仿真结果表明在现有潜在可更改敏感因子包括TCC锁止离合器刚度，后桥半轴刚度、后桥后悬架衬套刚度，但并不能有效解决该抱怨。通过正交实验一定程度验证了仿真结论的有效性，为寻其余解决方案提供的前瞻性参考，事实证明调整TCC锁止策略对于解决低频30~50Hz 左右传动系弯扭振耦合引起的NVH抱怨，在稍微牺牲油耗情况下也不失为一种比畅的解决方案。
对于后驱车传动系弯扭耦合振动形成的整车NVH 抱怨，由于耦合后振动能量大，后期通过微调结构参数很难彻底解决，还需从前期设计入手控制。此次仿真设计优化结合实车验证，对今后解决此类问题有了较为深入理解，积累了些许工程经验，为后续前期设计优化匹配提供了基础。
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