雙質(zhì)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(shù)中心， 安徽 合肥 230601）

1 前言

傳統(tǒng)發(fā)動機飛輪是一個整體零件，可幫助發(fā)動機運行平穩(wěn)，但不具備減振功能，發(fā)動機的振動會直接傳遞至傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)的振動也會反饋給發(fā)動機，進而影響發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，為解決這一問題，汽車工程師們設(shè)計發(fā)明了雙質(zhì)量飛輪。雙質(zhì)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(fā)動機一側(cè)，起到原來飛輪作用；另一部分放置在傳動系變速器一側(cè)，用于提高變速器轉(zhuǎn)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(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)圖。

圖1 雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)圖

雖然雙質(zhì)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(zhì)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(shè)計及硬件配置，優(yōu)化起動過程的共振及巨大扭矩沖擊對雙質(zhì)量飛輪帶來的傷害。

圖2 雙質(zhì)量飛輪故障圖

2 雙質(zhì)量飛輪保護方法

雙質(zhì)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(qū)域帶來的損傷；另一方面，通過合理標(biāo)定起動過程噴油系數(shù)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(fā)動機轉(zhuǎn)速拉得更高。

2.1 策略優(yōu)化避免共振損傷

為了降低共振對雙質(zhì)量飛輪的影響，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速進入共振區(qū)間超過一定時間后，觸發(fā)斷油，防止整車在低轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)發(fā)生共振，保護飛輪和發(fā)動機。

該策略包含時間計數(shù)器使能、時間計數(shù)器清零和觸發(fā)斷油時間閾值設(shè)置。

1） 時間計數(shù)器使能策略：當(dāng)轉(zhuǎn)速在共振區(qū)間NZMSMN～NZMSMX內(nèi)，開始觸發(fā)時間計數(shù)器。

2） 觸發(fā)斷油時間閾值設(shè)置策略：在發(fā)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(fā)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(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速NMOTZMS后，判斷進入發(fā)動機起動階段，為下一次起動做準(zhǔn)備。

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

2.2 優(yōu)化起動過程噴油系數(shù)

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(nèi)壓力是必不可少的要素。若通過改變起動過程噴油系數(shù)達到降低起動過程缸內(nèi)壓力，雖能改善雙質(zhì)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(nèi)壓力，即合適的起動噴油系數(shù)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(fā)動機轉(zhuǎn)速拖得更高，從而快速通過雙質(zhì)量飛輪的共振轉(zhuǎn)速區(qū)間，避免長時間停留在共振區(qū)域?qū)︼w輪造成傷害。同時，這有利于降低發(fā)動機爆發(fā)缸壓，間接降低點火激勵，規(guī)避起動過程飛輪擺角過大風(fēng)險。

3 項目開發(fā)對比試驗驗證

為了進一步驗證雙質(zhì)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(fā)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(shù)1，均設(shè)置了避免共振的斷油控制策略。

本次試驗采用的雙質(zhì)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(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速長時間停在了共振區(qū)域后，會對雙質(zhì)量飛輪造成多次的扭矩沖擊。因此在出現(xiàn)長時間起動不著的工況時，應(yīng)立即實施斷油策略，避免飛輪長時間處于共振狀態(tài)引起損傷。

圖3 雙質(zhì)量飛輪共振測試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)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(shù)據(jù)所示。

表1 不同功率起動機對飛輪最大擺角影響數(shù)據(jù)

表2 不同功率起動機對飛輪最大擺角影響數(shù)據(jù)

3.3 起動過程噴油系數(shù)對飛輪擺角影響試驗驗證

為驗證起動過程噴油系數(shù)對飛輪的影響，本次驗證設(shè)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(chǔ)上僅改變起動噴油系數(shù)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(shù)據(jù)（表3） 可知，通過減小起動過程噴油系數(shù)，即減小噴油量，可以有效降低起動過程對雙質(zhì)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(shù)會引發(fā)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(shù)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(shù)。

表3 起動過程不同噴油系數(shù)對飛輪最大擺角影響數(shù)據(jù)

4 總結(jié)

根據(jù)理論分析及試驗驗證可知，為了有效降低起動過程對雙質(zhì)量飛輪的沖擊，提高飛輪使用壽命，可以通過開發(fā)共振斷油保護策略，加大起動機功率及電池容量，合理優(yōu)化起動過程噴油量等措施來實現(xiàn)。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(yīng)合理標(biāo)定起動過程噴油系數(shù)，盡量避免通過優(yōu)化硬件的方法來保護雙質(zhì)量飛輪。