离心摆式双质量飞轮多谐次减振机理与转速自适应寻优算法研究

Torsional vibration is the main source of noise and vibration of vehicle power train. Consequently, the control of torsional vibration is the key technology to guarantee the vehicle safety and improve vehicle NVH performance. Since the exciting source is composed of multi-order harmonic vibrations, traditional vibration damping techniques can not effectively damp the multi-order vibration problems, with the increase of vehicle power .Currently, the dual mass flywheel with centrifugal pendulum absorber can only damp the torsional vibration at specific order. However, the main order of each mode will change. Thus, the dual mass flywheel with Centrifugal Pendulum fails to achieve the torsional vibration damping every main order. Taking the dynamic characteristics of the dual mass flywheel with Centrifugal Pendulum Absorber as research subject, this project conducts basic scientific research on the multi-order vibration damping mechanism and the rotional speed adaptive optimization algorithm. At first, theoretical analyzing the dynamic characteristics of the strongly coupling nonlinear the dual mass flywheel with centrifugal pendulum absorber, the dynamic model of the multi-order vibration damping is established. Secondly, investigating the nonlinear rule of the stiffness and rotational inertia of centrifugal pendulum changing by the rotational speed, the dynamic characteristics parameters matching model is established. Finally, solving the dynamic response of the strongly coupling nonlinear system, the optimal algorithm for matching the performance parameters of centrifugal pendulum to the rotational speed is realized. This project aims at the model establishment, theoretical solutions and parameters matching for the strongly coupling nonlinear system, which lays theoretical and technical foundations for developing new type vibration damper to effectively control the torsional vibrations of shaft systems.

扭转振动是汽车动力传动系统的主要振动噪声来源，控制扭转振动是保证汽车安全性和改善汽车NVH性能的关键技术。由于激振源由多次谐波组成，随着汽车动力增大，传统的减振方法已不能有效地抑制多次谐波振动问题。当前离心摆式双质量飞轮仅限于抑制单谐次扭转振动，由于各阶次模态的主谐次会发生变化，该方法并不能实现对各阶主谐次扭转振动的有效抑制。本项目以离心摆式双质量飞轮的动力特性为研究对象，对其多谐次减振机理和转速自适应寻优算法进行基础科学研究。具体研究内容：理论分析离心摆式双质量飞轮强耦合非线性系统的动力学特性，建立多谐次减振动力学模型；研究离心摆刚度和转动惯量随转速变化的非线性规律，建立动力性能参数匹配模型；求解强耦合非线性系统动力动态响应，建立随转速变化离心摆性能参数最佳匹配算法。本项目旨在解决强耦合非线性系统的建模、理论计算和参数匹配问题，为有效地控制轴系扭转振动研制出新型减振器奠定理论和技术基础。

扭转振动是汽车动力传动系统的主要振动噪声来源。由于激振源由多次谐波组成，随着汽车动力增大，传统的减振方法已不能有效地抑制多次谐波振动问题。本项目以离心摆式双质量飞轮的动力特性为研究对象，对其多谐次减振机理和转速自适应寻优算法进行基础科学研究。本项目在双质量飞轮的非线性动力学模型中，以双质量飞轮静态弹性特性模型为基础，建立出双质量飞轮静态迟滞非线性动力学模型，针对动态试验中双质量飞轮体现出的整体迟滞和局部迟滞现象，在静态迟滞非线性动力学模型的基础上，建立出动态迟滞非线性整体扭转特性模型，分析了整体扭转特性和局部扭转特性的异同，采用参数辨识的方法建立了动态迟滞非线性局部扭转特性模型，并在辨识出的模型基础上，建立了双质量飞轮的非线性模型，并通过实验进行了模型验证。对于离心摆的动力学模型，分别研究其线性动力学模型和非线性动力学模型，线性动力学模型有利于得到离心摆参数与调整谐次的关系，非线性动力学模型用于得到精确的动态响应。在离心摆的线性动力学模型和非线性动力学模型的基础上，结合双质量飞轮动力学模型，建立了离心摆式双质量飞轮的线性动力学模型和非线性动力学模型，在此基础上进行了离心摆式双质量飞轮减振系统的动力学仿真分析，分析了离心摆式双质量飞轮在共振调谐、高度调谐和低度调谐三种情况下次级飞轮的扭转角度响应结果，结果表明只有在高度和共振调谐两种情况下，系统的扭转振动会被大大衰减，而低度调谐不可控，同时比较了无离心摆式双质量飞轮和离心摆式双质量飞轮的减振效果。最后，建立了转速自适应离心摆特性参数寻优算法的框架，在汽车动力传动系统线性动力学模型的基础上实现系统主谐次的确定，并利用离心摆式双质量飞轮非线性动力学模型进行系统动态响应分析，根据响应结果与优化目标的比较，确定离心摆特性参数的调整结果。上述工作和成果为离心摆式双质量飞轮减振系统的国产化提供理论基础。