在上世纪90年代,国外的双质量飞轮减振器(DMF)技术已经相当成熟,那时出现了许多专利产品和研究论文,同时产量也迅速增长。如今,大多数汽车制造商,如通用、丰田、大众、奔驰、宝马、东风等,都将DMF减振器作为他们乘用车和商用车的一部分。然而,由于国内制造加工水平和关键工序的限制,DMF在国内还未进入大规模生产阶段,因此目前国内中高档轿车上装备的DMF通常是进口产品。
为了满足不同尺寸发动机与整车匹配的需求,有超过300种不同的DMF减振器结构。这包括螺旋弹簧式和橡胶弹簧式两种主要类型,以及根据弹簧布置分为径向弹簧式和周向弹簧式,还有长弧形弹簧式和短轻直弹簧式之分。此外,阻尼类型也有干摩擦阻尼式、粘性阻尼式和空气阻尼式;而轴承则有滚动轴承式、滑动轴承式和推力轴承式。
周向长弧形螺旋弹簧行二质量飞轮(DMF-CS)是目前最典型的双质量飞轮之一,由德国Luk公司于1989年研制。它通常由两组或三组周向长弧形螺旋弹簧行为其主体机构,并且通过内外嵌套不同直径或弧长的弧形螺旋弹丝来实现多级刚度特性。此基础上,还可以增加功能,如在传力板上安装短轻直螺旋并与长弯曲螺旋共同构成多极刚度特性,或是在第一飞轮或第二飞轮上安装离心摆,以改变两者的惯量比,从而形成性能更优越的复合型DMF,这也是其广泛应用的一个原因。
周向短轻直螺旋行二质量飞轮(DMF-CSS)则沿袭了传统CTD扭转减震器概念,为保证传递足够大的扭矩,它通常由多组协同工作,每组中的直线螺旋借助滑块与其他部件串联而成;为了获得良好的非线性特性,它们设计得每个组具有不同的刚度,并且作用时间也不相同,以满足各种工作条件下的需求。
径向双质量飞轮(DMF-RS)的结构特点是使用直接连接到侧板上的带有从动板及两个传动销分别连接到第一、二质量上的纵方向排列的手臂系统,这样做使得随着扭矩增加,其扭转刚度逐渐增大,获得理想的非线性刚度特征。在对比于以球状环圈为主体布置的一些其他形式,即所谓“周围”设置,也就是说较少受到离心力的影响以及由于简单结构相对于某些竞争者来说拥有优势,但受限于空间尺寸,该类产品只能适用于小扭矩发电机,对此存在一定局限。
关于研究方面,我们主要集中讨论如何调整二次质感应的大惯量大小以及调整首次质感应的大惯量大小,以达到最佳性能状态。当我们令J2/J1接近1时,可以达到固有频率最低共振速度最低的情况下,使得该系统能提供最佳柔软化效果。通过改变首次、二次质感应物的大惯量值来控制整个驱动系统前后大惯量比至或者接近1,是实现这一目的的一个途径。
除了以上提到的这几个方面之外,我们还需要考虑到汽车运行环境非常复杂,所以采用的是一个单一层级无法覆盖所有情况的情况下采取多层级策略以便进行优化处理。而对于这个问题,我们可以遵循以下原则:确保怠速运行期间产生的小幅度变化不超出阈值范围;尽可能地提高怠速模式下的最大角范围以避免过渡期发生更多一次性的跳跃现象;最后,在保持正常行驶能力同时尽可能地降低怠速模式与行驶模式之间对抗性的差异化值来平衡总体性能表现。如果我们的设计能够有效利用这些原则,就能提供一个既能兼顾稳定又能适应各种场景变换的情况下都可操作良好的事实效益。
最后,对于阻尼力及其对整个机械系是否存在共振产生影响的问题,我们知道实际应用中仍然存在一些未知因素,因为这种现象涉及物理学领域比较复杂的问题。但我们依靠实验数据结合经验法则去解决这个问题,一般认为当遇到共振时应当具备高强度阻尼以快速消除共振峰值能量,而在日常驾驶或停放状态时,则应该采用较小程度阻尼以节省能源消耗。