一种双质量飞轮动态刚度测量装置及测量方法与流程

本发明涉及车辆减振器测量领域，尤其涉及一种双质量飞轮动态刚度测量装置及测量方法。

背景技术

双质量飞轮作为一种新型的扭振减振器，安装在发动机与变速箱之间，它不仅具有传动的单质量飞轮储能与减振的功能，还可以通过设置不同的惯量与刚度来调整传动系的扭振固有频率特性，并利用自身的阻尼结构来降低轴系的振幅，有效地吸收和衰减发动机输出振动，提高传动系的扭振性能，已经成为目前改善汽车动力传动系扭振特性最有效的手段。

双质量飞轮在高速旋转过程中，由于自身组件的旋转惯性力、扭矩波动与激励频率等因素的影响，其刚度特性必然会与静态状态下的刚度特性存在差别，表现出一种明显的动态刚度特性。在进行双质量飞轮与动力传动系匹配设计时，若不了解其自身的动态刚度特性，仅按双质量飞轮的静态特性数据进行设计，必然难以达到理想的匹配效果。

其中：t1------初级飞轮扭矩(nm)，t2------次级飞轮扭矩(nm)，j1------初级飞轮转动惯量(kgm²)，j2------次级飞轮转动惯量(kgm²)，θ1------初级飞轮转过角度(°)，θ2------次级飞轮转过角度(°)，k------双质量飞轮扭转刚度(nm/°)，c------双质量飞轮阻尼系数(ns/m)；

设ω为激振角频率，初次级飞轮的扭振振幅分别为a1和a2，那么θ1＝a1sin(ωt)，θ2＝a2sin(ωt)，则振动微分方程为：

双质量飞轮的刚度k和阻尼c为所求未知变量，转动惯量为出厂就已知的参数，所以只要测出在双质量飞轮运行时初次级飞轮的转矩和转角变化就可以通过公式算出动态刚度和动态阻尼。

对双质量飞轮动态刚度进行测量，主要的困难在于测量设备能使双质量飞轮初级质量与次级质量都处在高速旋转状态，以模拟其实际工作状态；输入转速范围在0到6000rev/min，2阶频率最高达到200hz，输入电机的最大扭矩可达300nm以上。若采用发动机作为双质量飞轮的激励输入，则由于发动机自身工况的复杂性，难以从试验结果中得到规律性的结论。

目前对双质量飞轮在不同转速、不同扭矩及波动幅值下的动态刚度特性研究方法主要采用的还是cae仿真方法，一些高校或研究机构进行过采用液压作动器施加频率和振幅的方法，对离合器的动态刚度进行过测量。该方法就是将离合器从动盘联接在液压作动器上，离合器的盘芯被固定在一端保持不动，测量得到离合器的动态刚度特性。这种测量方法与双质量飞轮静态刚度测量方法类似，仅仅是将静态刚度测量的输入扭矩由静态扭矩改为由液压作动器施加的具有一定波动频率的扭矩。这种方法由于离合器的一端被固定，施加的扭矩均不能太大，若扭矩太大则很容易导致离合器弹簧直接被压缩至极限；激励频率也只能在100hz以下，振幅也仅仅是在离合器的扭转角范围内施加较小的角度波动。虽然能在一定程度上测量出弹簧元件的刚度特性，但无法测量出双质量飞轮的其它组件，如滑块与弹簧的惯性力、润滑油脂的分布、弹簧腔的摩擦接触等因素在实际工作转速、工作扭矩下对弹簧刚度值的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双质量飞轮动态刚度测量装置及测量方法，以解决现有技术中的问题，可对双质量飞轮动态刚度准确、高效的测量。

本发明提供一种双质量飞轮动态刚度测量装置，双质量飞轮包括初级飞轮和次级飞轮，所述双质量飞轮动态刚度测量装置包括：

输入电机，与所述初级飞轮连接；

设置在输入电机上的扭矩检测装置和旋转角度检测装置，分别用于测量初级飞轮的扭矩和旋转角度；

变速箱，变速箱的输入轴与所述次级飞轮连接；

设置在变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置，用于测量变速箱的输入轴的旋转角度；

设置在变速箱内部的差速器；

两个负载电机，分别与差速器的左右半轴连接，每个负载电机上均设置有扭矩检测装置，分别用于测量每个负载电机的扭矩。

作为优选，所述扭矩检测装置包括扭矩传感器，所述旋转角度检测装置包括旋转编码器。

作为优选，所述双质量飞轮动态刚度测量装置还包括：

设置在变速箱外部的润滑装置，所述润滑装置与变速箱连接，用于对变速箱内部的在挡齿轮、轴承与差速器齿轮进行润滑。

作为优选，所述润滑装置包括：

润滑油箱，所述润滑油箱通过三根油管分别与变速箱壳体上的离合器冷却油孔、齿轮喷射油孔、差速器齿轮润滑喷射油管相连；

油泵，油泵的进油口与变速箱的放油螺栓孔连接，油泵的出油口与润滑油箱的油槽连接。

作为优选，所述输入电机的转速范围为150rev/min-6000rev/min，扭矩数值范围为±310nm，频率范围为5hz-200hz。

基于所述的双质量飞轮动态刚度测量装置，一种双质量飞轮动态刚度测量方法，所述双质量飞轮动态刚度测量方法包括：

通过输入电机对双质量飞轮加载激励；

通过输入电机上的扭矩检测装置和旋转角度检测装置，分别测量初级飞轮的扭矩和旋转角度；

通过变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置，测量变速箱的输入轴的旋转角度；

通过两个负载电机上的扭矩检测装置，测量两个负载电机的扭矩；

通过初级飞轮的扭矩和旋转角度、变速箱的输入轴的旋转角度、两个负载电机的扭矩，获取双质量飞轮动态刚度。

作为优选，所述双质量飞轮动态刚度测量方法还包括：

变化输入电机对双质量飞轮加载的激励，使得输入电机向双质量飞轮加载多个不同频率、不同波动幅值扭矩、不同大小扭矩的激励；

分别获取每个激励下的初级飞轮的扭矩和旋转角度、变速箱的输入轴的旋转角度、两个负载电机的扭矩；

通过每个激励下的初级飞轮的扭矩和旋转角度、变速箱的输入轴的旋转角度、两个负载电机的扭矩，获取双质量飞轮动态刚度与传递扭矩的关系曲线、动态刚度与激励频率关系曲线及动态刚度与扭矩波动幅值关系曲线。

作为优选，所述双质量飞轮动态刚度测量方法还包括：

当测量到动态刚度阶跃时，获取初级飞轮和次级飞轮的转动速度与加速度变化趋势曲线。

作为优选，所述变速箱仅保留一个挡位的正常运转功能。

作为优选，所述通过变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置，测量变速箱的输入轴的旋转角度，具体包括：

通过钢片将变速箱的离合器锁死，使得次级飞轮与离合器及变速箱输入轴呈刚性连接，通过变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置测得的角度，减去次级飞轮与输入轴连接的花键间隙值，即得到变速箱的输入轴的旋转角度。

本发明提供的双质量飞轮动态刚度测量装置及测量方法，通过设置输入电机、负载电机、扭矩检测装置和旋转角度检测装置等相关工装，即采用双质量飞轮与变速箱的测量方式，实现了双质量飞轮动态刚度测量对常用的三电机的有效利用，在保证测量精度的前提下，能够全面地测量出双质量飞轮在各种实际运行工况下的动态刚度；而且，本发明中采用的变速箱仅保留1个挡位的传动功能，且通过外部润滑装置实现了齿、轴承等部件的冷却润滑，减少了变速箱在传动过程中其它部件带来的扭矩损失因素，降低了数据分析的难度；且本发明中对离合器进行了锁死处理，使次级飞轮的转角能够与变速箱的输入轴转角保持一致，通过在输入轴安装旋转编码器测量输入轴转角，解决了次级飞轮转角测量困难的问题；另外，通过获得双质量飞轮在不同传递扭矩、不同激励频率与波动幅值下的动态刚度特性，从而更好的指导双质量飞轮与发动机及变速箱等动力传动系的匹配设计，以提高车辆的nvh性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双质量飞轮动态刚度测量装置的结构示意图；

图2为本发明又一实施例提供的双质量飞轮动态刚度测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例提供一种双质量飞轮动态刚度测量装置，双质量飞轮包括初级飞轮和次级飞轮，所述双质量飞轮动态刚度测量装置包括：

输入电机，与所述初级飞轮连接；

设置在输入电机上的扭矩检测装置和旋转角度检测装置，分别用于测量初级飞轮的扭矩和旋转角度；

变速箱，变速箱的输入轴与所述次级飞轮连接；

设置在变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置，用于测量变速箱的输入轴的旋转角度；

设置在变速箱内部的差速器；

两个负载电机，分别与差速器的左右半轴连接，每个负载电机上均设置有扭矩检测装置，分别用于测量每个负载电机的扭矩。

作为优选，所述扭矩检测装置包括扭矩传感器，所述旋转角度检测装置包括旋转编码器。

其中，输入电机用于实现不同大小、不同波动幅值、不同频率的扭矩激振输入，稳定转速范围为150rev/min-6000rev/min，扭矩数值范围为±310nm，频率范围5hz-200hz；所测双质量飞轮的初级飞轮端通过法兰盘与输入电机相连，输入电机自带有扭矩传感器与用于测量旋转角度的旋转编码器，通过数据采集设备，将双质量飞轮的初级端扭矩信号与转角信号采集到电脑；输入电机自带的扭矩传感器精度要求优于±0.5nm，旋转编码器转角测量精度要求达到±0.02℃a；负载电机自带的扭矩传感器用于采集负载扭矩，扭矩测量精度要求为优于±0.5nm；

所测双质量飞轮的次级飞轮端与变速箱输入轴相连，变速箱输入轴安装有旋转编码器，旋转编码器通过工装直接安装在输入轴后端，用于测量输入轴转角；输入轴上旋转编码器的转角测量精度要求达到±0.02℃a，旋转编码器的安装工装定位面与输入轴的同轴度要求达到0.04mm以内。

测量用的差速器安装在变速箱内部，通过左右半轴与负载电机相连，安装过程中需要对左右半轴进行对中调试，使万向节的角度为零。

本发明采用双质量飞轮+变速箱的测量方式，实现了双质量飞轮动态刚度测量对常用的三电机台架的有效利用，并解决了当前测量技术中需要对次级飞轮固定所带来的不足。

作为优选，所述双质量飞轮动态刚度测量装置还包括：

设置在变速箱外部的润滑装置，所述润滑装置与变速箱连接，用于对变速箱内部的在挡齿轮、轴承与差速器齿轮进行润滑。

作为优选，所述润滑装置包括：

润滑油箱，所述润滑油箱通过三根油管分别与变速箱壳体上的离合器冷却油孔、齿轮喷射油孔、差速器齿轮润滑喷射油管相连；

油泵，油泵的进油口与变速箱的放油螺栓孔连接，油泵的出油口与润滑油箱的油槽连接。

其中，测量用变速箱的在挡齿轮、轴承、差速器齿轮的冷却润滑通过外部润滑装置实现，润滑装置采用三根油管分别与变速箱壳体上的离合器冷却油孔、齿轮喷射油孔、差速器齿轮润滑喷射油管相连，轴承的润滑借助离合器甩油实现，在挡齿轮由喷射油管实现润滑，差速器齿轮的润滑通过在变速箱壳体上安装喷射油管实现；在润滑装置上加装油泵，油泵的进油口在变速箱放油螺栓孔连接，出油口连至润滑装置的油槽，油泵用于抽取变速箱内的润滑油，防止由于润滑油过多而使变速箱齿轮产生搅油损失。

如图2所示，本发明又一实施例中，基于所述的双质量飞轮动态刚度测量装置，提供了一种双质量飞轮动态刚度测量方法，所述双质量飞轮动态刚度测量方法包括：

通过输入电机对双质量飞轮加载激励；

通过输入电机上的扭矩检测装置和旋转角度检测装置，分别测量初级飞轮的扭矩和旋转角度；

通过变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置，测量变速箱的输入轴的旋转角度；

通过两个负载电机上的扭矩检测装置，测量两个负载电机的扭矩；

通过初级飞轮的扭矩和旋转角度、变速箱的输入轴的旋转角度、两个负载电机的扭矩，获取双质量飞轮动态刚度。

作为优选，所述双质量飞轮动态刚度测量方法还包括：

变化输入电机对双质量飞轮加载的激励，使得输入电机向双质量飞轮加载多个不同频率、不同波动幅值扭矩、不同大小扭矩的激励；

分别获取每个激励下的初级飞轮的扭矩和旋转角度、变速箱的输入轴的旋转角度、两个负载电机的扭矩；

通过每个激励下的初级飞轮的扭矩和旋转角度、变速箱的输入轴的旋转角度、两个负载电机的扭矩，获取双质量飞轮动态刚度与传递扭矩的关系曲线、动态刚度与激励频率关系曲线及动态刚度与扭矩波动幅值关系曲线。

作为优选，所述双质量飞轮动态刚度测量方法还包括：

当测量到动态刚度阶跃时，获取初级飞轮和次级飞轮的转动速度与加速度变化趋势曲线。

作为优选，所述变速箱仅保留一个挡位的正常运转功能。

作为优选，所述通过变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置，测量变速箱的输入轴的旋转角度，具体包括：

通过钢片将变速箱的离合器锁死，使得次级飞轮与离合器及变速箱输入轴呈刚性连接，通过变速箱的输入轴上的旋转角度检测装置测得的角度，减去次级飞轮与输入轴连接的花键间隙值，即得到变速箱的输入轴的旋转角度。

其中，本实施例中，变速箱的离合器采用钢片进行锁死，测量过程中离合器不会产生滑摩，从而使双质量飞轮的次级飞轮与离合器及变速箱输入轴呈刚性连接关系，输入轴上的旋转编码器测得的角度减去次级飞轮与输入轴连接的花键间隙值即为次级飞轮的旋转角度，即得到变速箱的输入轴的旋转角度；本发明中对离合器进行了锁死处理，使次级飞轮的转角能够与变速箱的输入轴转角保持一致，通过在输入轴安装旋转编码器测量输入轴转角，解决了次级飞轮转角测量困难的问题。

变速箱在进行动态刚度测量之前需进行扭矩损失测量，以获取当前挡位下的扭矩损失数值；两负载电机的负载扭矩除以变速箱的总传动比再减去变速箱传动过程中的扭矩损失值，得到双质量飞轮次级飞轮的扭矩数值；

测量所用变速箱为双离合器变速箱，为减小变速箱内部零部件扭矩损耗，在确保变速箱一个挡位正常运转功能基础上取消部分零部件、降低油液面高度、取消tcu控制等。变速箱不含tcu、油底壳、油泵、液压模块及其它液压附件，仅保留一个挡位的功率流，其余不参与传动的挡位齿轮及输出轴均不安装，以减少变速箱传动损失的影响因素；本发明中采用的变速箱仅保留一个挡位的传动功能，且通过外部润滑装置实现了齿、轴承等部件的冷却润滑，减少了变速箱在传动过程中其它部件带来的扭矩损失因素，降低了数据分析的难度；

在实际应用中，搭建好试验台架后，通过输入电机给双质量飞轮加载不同频率、不同波动幅值扭矩、不同大小扭矩的激励，由数据采集设备获得输入电机与负载电机的扭矩数据、初级飞轮端与输入轴端的转角数据；对采集的数据进行处理后，可得到双质量飞轮动态刚度与传递扭矩的关系曲线、动态刚度与激励频率关系曲线及动态刚度与扭矩波动幅值关系曲线；同时，对于多级刚度的双质量飞轮，还可以测量到刚度阶跃时，双质量飞轮的初次级飞轮速度与加速度变化趋势；获得双质量飞轮在不同传递扭矩、不同激励频率与波动幅值下的动态刚度特性，从而更好的指导双质量飞轮与发动机及变速箱等动力传动系的匹配设计，以提高车辆的nvh性能。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。