雙質量飛輪保護策略研究

胡璋林

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心， 安徽 合肥 230601）

1 前言

傳統發動機飛輪是一個整體零件，可幫助發動機運行平穩，但不具備減振功能，發動機的振動會直接傳遞至傳動系統，傳動系統的振動也會反饋給發動機，進而影響發動機和傳動系統的平穩運行，為解決這一問題，汽車工程師們設計發明了雙質量飛輪。雙質量飛輪是指將原來一個整體的飛輪零件分成兩部分，一部分保留在發動機一側，起到原來飛輪作用；另一部分放置在傳動系變速器一側，用于提高變速器轉動慣量。這兩部分飛輪之間由彈簧減振器連接為一個整體。圖1為雙質量飛輪結構圖。

圖1 雙質量飛輪結構圖

雖然雙質量飛輪可以減小振動沖擊，降低噪聲，提升駕駛舒適性，但使用過程巨大的沖擊扭矩以及共振會使雙質量飛輪的弧形彈簧過壓，甚至失效，如圖2所示。因此本文將從軟件、硬件角度，通過特殊的軟件設計及硬件配置，優化起動過程的共振及巨大扭矩沖擊對雙質量飛輪帶來的傷害。

圖2 雙質量飛輪故障圖

2 雙質量飛輪保護方法

雙質量飛輪保護方法，一方面通過軟件策略避開長時間處于共振區域帶來的損傷；另一方面，通過合理標定起動過程噴油系數降低起動過程缸壓，避免瞬間較大扭矩沖擊使飛輪擺角過大，造成彈簧過壓；最后還可以通過增大起動機功率及車載電池的容量，將發動機轉速拉得更高。

2.1 策略優化避免共振損傷

為了降低共振對雙質量飛輪的影響，在發動機轉速進入共振區間超過一定時間后，觸發斷油，防止整車在低轉速區間內發生共振，保護飛輪和發動機。

該策略包含時間計數器使能、時間計數器清零和觸發斷油時間閾值設置。

1） 時間計數器使能策略：當轉速在共振區間NZMSMN～NZMSMX內，開始觸發時間計數器。

2） 觸發斷油時間閾值設置策略：在發動機起動階段，閾值時間為KLTZMSST。在正常行駛階段，閾值時間為KLTZMSAS。在發動機起動成功后超過KLTZMSST時間，判斷為正常行駛階段。在實際轉速低于設定轉速NMOTZMS后，判斷進入發動機起動階段，為下一次起動做準備。

3） 時間計數器清零策略：為了防止對發動機轉速多次進入共振區間的時間進行累加，導致發動機異常斷油，EMS會在發動機轉速脫離共振區間后及時進行計數器清零。當發動機轉速大于安全轉速NZMSE的時間超過TVZMSE，時間計數器清零；當發動機起動成功后的時間超過KLTZMSST，時間計數器清零，同時斷油時間延遲切換到KLTZMSAS。

2.2 優化起動過程噴油系數

為了三缸機能夠快速起動成功，給客戶較好的起動體驗，充足的缸內壓力是必不可少的要素。若通過改變起動過程噴油系數達到降低起動過程缸內壓力，雖能改善雙質量飛輪擺角過大問題，但會引入起動時間偏長，客戶體驗不佳的新問題。因此需要在兩者之間進行平衡，選擇一個適中的缸內壓力，即合適的起動噴油系數來兼顧兩者的需求。

2.3 合理增大起動機功率與蓄電池容量

大功率起動機配備大容量蓄電池，在點火過程中將發動機轉速拖得更高，從而快速通過雙質量飛輪的共振轉速區間，避免長時間停留在共振區域對飛輪造成傷害。同時，這有利于降低發動機爆發缸壓，間接降低點火激勵，規避起動過程飛輪擺角過大風險。

3 項目開發對比試驗驗證

為了進一步驗證雙質量飛輪保護方法的有效性及可行性，驗證團隊選擇了某款在研SUV車型，該車型搭載1.2TGDI三缸發動機，最大扭矩200Nm，最大功率85kW，匹配6DCT變速器。原車搭載起動機功率1.4kW，蓄電池容量55Ah，起動噴油系數1，均設置了避免共振的斷油控制策略。

本次試驗采用的雙質量飛輪，飛輪擺角理論合理限值＜106°，106°≤擺角＜111°為彈簧過壓，≥111°為彈簧嚴重過壓。本次試驗通過檢測飛輪擺角值來確認飛輪保護方法的有效性。

3.1 共振對飛輪擺角影響試驗驗證

如圖3所示，在未進行共振斷油保護的試驗中可以看出，當發動機轉速長時間停在了共振區域后，會對雙質量飛輪造成多次的扭矩沖擊。因此在出現長時間起動不著的工況時，應立即實施斷油策略，避免飛輪長時間處于共振狀態引起損傷。

圖3 雙質量飛輪共振測試數據圖

3.2 起動機功率、電池容量對飛輪擺角影響試驗驗證

為了驗證起動機功率對飛輪的影響，在保證同一輛整車的前提下，ECU數據保持不變，僅更換不同功率起動機進行飛輪擺角測試。通過擺角測試結果可知，配備大功率起動機可以有效降低起動過程飛輪彈簧過壓情況，如表1、表2數據所示。

表1 不同功率起動機對飛輪最大擺角影響數據

表2 不同功率起動機對飛輪最大擺角影響數據

3.3 起動過程噴油系數對飛輪擺角影響試驗驗證

為驗證起動過程噴油系數對飛輪的影響，本次驗證設置了一個對照組和3個試驗組。試驗組車輛通過控制變量的方法，在對照組車輛基礎上僅改變起動噴油系數一個因素而其他車況均保持不變，以此來探究起動過程的噴油量對飛輪擺角的影響。

通過試驗數據（表3） 可知，通過減小起動過程噴油系數，即減小噴油量，可以有效降低起動過程對雙質量飛輪的沖擊，但也并非越小的起動噴油量越好。因為越來越低的起動噴油系數會引發起動時間加長、客戶體驗差等問題，因此在選擇起動噴油系數的時候需要兼顧考慮起動時間因素，在兩者之間進行平衡，最終選擇出最佳起動噴油系數。

表3 起動過程不同噴油系數對飛輪最大擺角影響數據

4 總結

根據理論分析及試驗驗證可知，為了有效降低起動過程對雙質量飛輪的沖擊，提高飛輪使用壽命，可以通過開發共振斷油保護策略，加大起動機功率及電池容量，合理優化起動過程噴油量等措施來實現。在實際運用過程中，大功率起動機及電池容量往往會增加較大的成本，因此在項目初期就應合理標定起動過程噴油系數，盡量避免通過優化硬件的方法來保護雙質量飛輪。