汽车颤鸣现象机理的非线性动力学解析及其抑制

颤鸣（Groan）是装有液力机械式自动变速器和盘式制动器汽车上常见的一种动力学现象，表现为较强烈的抖振和低频噪声，汽车在城市拥堵道路上长时间处于走停状态时尤为明显。汽车停止时，轻放制动踏板使其处于起步的临界状态，驱动力克服制动和行驶阻力使车辆行驶，制动盘与摩擦块间静动摩擦、粘滑特性转换时，摩擦力的减小产生了负阻尼力，制动盘-摩擦块出现自激振动，其导致的制动力矩波动使得动力传动系统产生扭振，从而形成颤鸣现象；轻踩制动踏板使汽车停止时也会产生该现象。本项目的研究内容为：颤鸣现象的实车试验，分析其固有特征；液力变矩器、变速器、盘式制动器和悬架等的非线性特性分析；可全面描述颤鸣现象的耦合系统非线性动力学建模，研究各参数对该现象的影响及贡献因子、其产生的机理；系统参数的多目标优化，抑制和消除颤鸣的措施等。该研究不仅可推动摩擦学和非线性动力学等学科的发展，还可为汽车NVH性能的设计提供理论依据。

颤鸣是装有液力机械式自动变速器和盘式制动器汽车常见的一种动力学现象，主要发生在车辆从静止状态起步时，或车辆缓慢制动至完全静止前，表现为较强烈的抖振和低频噪声，汽车在城市拥堵道路上长时间处于启停状态时尤为明显。本项目围绕颤鸣现象的机理、非线性动力学建模与抑制及实验开展相关的研究工作。.（1）颤鸣现象的机理研究：包括粘滑运动稳定性分析、数值计算与分岔研究。颤鸣的产生机理是制动盘与制动块之间的粘滑运动，归结为稳定性问题，与系统的阻尼、摩擦系数、制动盘转速以及制动压力等相关。研究发现：Hénon与Runge-Kutta相结合的数值方法能够提高粘滑运动的数值计算精度，应用庞加莱映射获取系统以动摩擦系数为分岔参数的周期1、周期3、周期6及混沌等四种运动形态。.（2）颤鸣现象的非线性动力学建模与抑制研究：建立包含制动器、动力传动系统与悬架的耦合系统非线性动力学模型，分析抑制颤鸣现象的方法；采用系统动力学与结构动力学混合方法仿真颤鸣现象，研究动力传动系统扭转振动、制动器振动、车辆纵、垂向振动之间的关联，从摩擦块材料特性、制动器参数、动力传动系统参数、悬架刚度等方面分析颤鸣的抑制方法，并采用多目标优化方法减少传至车内的噪声。.（3）颤鸣现象的实验研究：通过实车实验采集并提取颤鸣信号，分析颤鸣的特征与传递路径，研究颤鸣噪声的声品质评价方法。研究发现：相空间重构与PCA相结合是提取颤鸣信号的有效方法，信号相干分析表明颤鸣现象主要有制动钳-转向节-下摇臂-副车架、制动钳-转向节-滑柱等两条传递路径，首次通过主、客观评价试验建立颤鸣噪声主观烦躁度与A声级、响度及粗糙度之间的多元线性回归模型。.项目的研究成果，在高水平国际刊物上发表SCI论文2篇，EI论文14篇，ISTP论文1篇，获得中国汽车工业科学技术奖二等奖1项，上海市技术发明奖二等奖1项，申请国家发明专利2项，获国家计算机软件著作权3项；多次举办、参加汽车领域的重要国际学术会议，被美国SAE组织委员会邀请做主旨报告一次，并与国际高水平院校开展科研合作。本项目从理论与实验角度全面研究了颤鸣现象，结合非线性动力学理论与方法，揭示汽车颤鸣现象的产生机理，寻求其抑制方法，为装备有自动变速器和盘式制动器的车辆NVH性能设计、优化及其控制提供了重要理论依据与方法。